CN1472777A - 激光光源控制法及其装置、曝光法及其设备和器件制造法 - Google Patents

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Abstract

在存储器中储存预定范围内的激光光源振荡频率的信息，其中预定范围在考虑到了激光光源输出质量之后包含可用的振荡频率，信息例如是关于振荡频率和输出质量之间的关系。然后，当根据储存在存储器中的信息控制激光光源时，规定激光光源输出质量衰减或变得良好的特定频率范围，并且判断使用的振荡频率f是否处于特定的频率范围。然后根据该判断结果设置振荡频率，避开输出质量衰减的频率范围，或是根据判断结果将振荡频率设置到输出质量变为良好的频率范围内。由此可以使用输出质量总是良好的激光光源。

Description

激光光源控制法及其装置、曝光法及其设备和器件制造法
技术领域
本发明涉及一种激光光源控制法及其装置、曝光法及其设备以及器件制造法。并且本发明尤其涉及一种控制振荡频率可变的激光光源的激光光源控制法和激光光源控制装置，利用本发明激光光源控制法的曝光法和包括本发明激光光源控制装置的曝光设备，以及利用本发明曝光法的器件制造法。
背景技术
常规地把诸如步进器和扫描步进器这类曝光设备用在制造半导体器件(集成电路)等的光刻过程中。
近年来，集成电路(半导体器件)的集成度极度增高，并且曝光设备的器件刻度(实际最小线宽)也因此变细。在远紫外区有一条振荡线并有较高亮度和较大输出的准分子激光器或固态激光器用作超精细光刻的光源。
在利用此类激光器作为曝光光源的常规曝光设备中，作为光源的激光器被用在固定的或极窄范围的振荡频带(重复频带)中。另外，其最大频率低至几百Hz～1kHz。
但是，近年来由于提高产量的要求，极力主张激光振荡频率的较高频率(较高的重复)。另外，高敏抗蚀剂如所谓的化学放大抗蚀剂已发展成为一种涂覆在衬底如晶片上的抗蚀剂(光敏剂)，抗蚀剂的质量多样化。由于上述背景，在近年的曝光设备中，为了找到最佳曝光条件或将激光脉冲能量和振荡脉冲频率减为最小，曝光设备的控制***决定激光振荡频率并执行激光振荡，可设定的振荡频率范围也随着较高的激光频率而扩展。
在曝光设备中，虽然如上所述曝光设备的控制***决定激光器的振荡频率以振荡激光，但近来发现，已经可以观察到受遭受的激光振荡时发生的冲击波(声波)等的影响，激光器的输出质量(输出能量稳定性、波长稳定性和谱线宽度的变化特性)在激光器固有的特定振荡频带中衰减。因此，当激光器用在特定的振荡频带时会出现曝光设备的性能衰减的不便。另外，因为激光质量由于振荡频率而变化，所以甚至在除上述特定的振荡频带以外的频带中激光质量也不稳定。
发明内容
本发明是在这样的情况下产生的，因此其第一个目的在于提供一种激光光源控制法和激光光源控制装置，能够使用一个输出质量总是处于良好状态的激光光源。
本发明的第二目的在于提供一种可以以良好的精确度在目标上形成一种图案的曝光法和曝光设备。
本发明的第三个目的在于提供一种可以提高器件生产率的器件制造方法。
从本发明的观点出发，提供的一种控制振荡频率可变的激光光源的激光光源控制法，包括：获取过程，获得预定范围内所述激光光源的振荡频率信息，其中考虑到所述激光光源输出质量的前提下预定范围包含一个可用振荡频率；和控制过程，根据获得的信息控制激光光源振荡时影响振荡环境的振荡环境影响因素。
在此说明书中，“包含一个可用振荡频率的预定范围”包括两种情况，即使用激光光源的计划频率范围，和除使用的频率范围以外包含的另一频率范围。具体地说，“包含一个可用振荡频率的预定范围”意味着至少一个计划频率范围用于激光光源，即至少包含可用振荡频率的振荡频率范围。另外，在此说明书中，“考虑到激光光源输出质量地包含一个可用振荡频率的激光光源预定范围的振荡频率信息”可以是任何类型的信息；关系表达式、数据表(曲线)或数字数据。
通过这种方法，考虑到激光光源输出质量的前提下获得包含一个可用振荡频率的激光光源预定范围的振荡频率信息(获取过程)。利用这种信息，可以确认包含可用振荡频率的预定范围(预定的频率范围)内输出质量的各种状态(分布)、改变输出质量等的预定控制因素的控制量。然后，通过利用该信息控制影响激光光源振荡时的振荡环境的振荡环境影响因素(控制过程)。此处，“振荡环境影响因素”指影响输出质量的控制因素。因此，根据本发明，通过在控制过程中控制振荡环境影响因素、使得激光光源的输出质量变得良好，可以使用输出质量总是良好的激光光源。
在此情况下，在获取过程中，可以获取关于激光光源的振荡频率和输出质量之间关系的信息作为该信息，并且在控制过程中，可以控制激光光源的振荡频率作为振荡环境影响因素。
在此情况下，在控制过程中，可以根据该信息规定输出质量变为最佳的振荡频率范围，并且可以把激光光源的振荡频率设置为规定的振荡频率范围内的一个振荡频率。或者，在控制过程中，可以根据该信息规定输出质量衰减的振荡频率范围，并且可以把激光光源的振荡频率设置为规定的振荡频率范围之外的一个振荡频率。
在本发明的激光光源控制法中，在获取过程中，可以获得关于输出质量衰减的特定振荡频率范围的信息作为该信息，并且在控制过程中，可以控制激光光源的振荡频率作为振荡环境影响因素，并且可以避开特定的振荡频率范围设置该振荡频率。
在本发明的激光光源控制法中，在获取过程中，可以获取关于输出质量变为最佳的特定振荡频率范围的信息作为该信息，并且在控制过程中，可以控制激光光源的振荡频率作为振荡环境影响因素，并且可以把振荡频率设置为特定振荡频率范围内的一个振荡频率。
在根据本发明的激光光源控制法中，在获取过程中，可以获取关于振荡频率、输出质量和除与激光光源的振荡有关的振荡频率以外的一个预定控制因素之间关系的信息作为该信息，并且在控制过程中，可以控制预定控制因素作为振荡环境影响因素，从而改变振荡频率和输出质量之间的关系。此处，“预定控制因素”包括至少一个改变激光光源的振荡频率和输出质量之间的关系的控制因素，即，关于振荡频率的输出质量的各种状态(分布)。
在此情况下，在控制过程中，可以通过控制控制因素来改变振荡频率和输出质量之间的关系，使得输出质量衰减的振荡频范围远离使用的振荡频率范围。或者，在控制过程中，可以通过控制控制因素改变振荡频率和输出质量之间的关系，使得激光光源输出质量最稳定的振荡频率范围与所需的频率匹配。
在本发明的激光光源控制法中，当获取关于振荡频率、输出质量和除与激光光源的振荡有关的振荡频率以外的一个预定控制因素之间关系的信息作为该信息时，在控制过程中，在控制了预定的控制因素之后，可以将激光光源的振荡频率设置为输出质量衰减的振荡频率范围之外的一个振荡频率。
在本发明的激光光源控制法中，控制因素可以至少包括激光光源内部的气体流动速度和温度中的一个。
在本发明的激光光源控制法中，输出质量可以至少包括激光光源产生的激光束能量稳定性、波长稳定性和谱线宽度的变化特性。
由本发明的第二观点提供了一种曝光法，其中利用激光光源产生的激光束照射掩模并把形成在掩模上的图案转印到目标上，作为激光束，使用根据本发明的激光光源控制法控制的激光光源产生的激光束。
关于此方法，因为由激光束对掩模照明并将形成在掩模上的图案转印到目标上，其中激光束由本发明的激光光源控制法控制的激光光源产生，所以可以在激光光源的输出质量总是很好的状态下进行曝光(掩模图案向主体上的转印)，并且由此以良好的精确度在目标上形成图案。
由本发明的第三观点提供了一种激光光源控制装置，该装置控制振荡频率可变的激光光源，该装置包括：一个存储单元，储存关于预定范围内激光光源振荡频率的信息，其中预定范围包含一个考虑到激光光源输出质量之后的可用振荡频率；和一个控制单元，根据储存在存储单元中的信息控制影响激光光源振荡时振荡环境的振荡环境影响因素。
关于此激光光源控制单元，在存储单元中储存激光光源的预定范围的振荡频率信息，其中该预定范围中包含考虑到激光光源输出质量之后的可用振荡频率。通过此信息可以确认包含有用振荡频率的预定范围(预定频率范围)内输出质量的不同状态(分布)、改变输出质量的预定控制因素的控制量等。然后，通过利用该信息，根据储存在存储装置中的信息控制影响激光光源振荡时振荡环境的振荡环境影响因素。这里，“振荡环境影响因素”指影响输出质量的控制因素。因此，根据本发明，当控制单元控制振荡环境影响因素、使得激光光源的输出质量变得很好时，可以使用输出质量总是很好的激光光源。
在此情况下，振荡环境影响因素可以包括激光光源的振荡频率。
在此情况下，存储单元可以储存关于激光光源的振荡频率和输出质量之间关系的信息，并且控制单元可以控制激光光源的振荡频率。或者，存储单元可以储存关于输出质量衰减的特定振荡频率范围的信息，并且控制单元可以避开特定振荡频率范围设置激光光源的振荡频率。或者，存储单元可以储存关于输出质量变为最佳的特定振荡频率范围的信息，并且控制单元可以把激光光源的振荡频率设置在特定的振荡频率范围内。
另外，在本发明的激光光源控制单元中，存储单元可以储存关于振荡频率、输出质量以及除与激光光源的振荡有关的振荡频率之外的预定控制因素之间的关系的信息，并且控制单元可以将预定控制因素控制为振荡环境影响因素，从而改变振荡频率和输出质量之间的关系。此处，“预定控制因素”至少包括改变激光光源的振荡频率和输出质量之间关系、即输出质量关于振荡频率的各种状态(分布)的控制因素。
在此情况下，控制因素至少可以包括激光光源内部的气体流速和温度之一。
在此情况下，控制单元可以通过控制控制因素而改变振荡频率和输出质量之间的关系，使得输出质量衰减的振荡频率范围远离使用的振荡频率范围。或者，控制单元可以通过控制控制因素来改变振荡频率和输出质量之间的关系，使得激光光源输出质量最稳定的振荡频率范围与一个所需的频率匹配。
在本发明的激光光源控制设备中，当存储单元储存关于振荡频率、输出质量以及除与激光光源的振荡有关的振荡频率之外的预定控制因素之间的关系的信息时，控制单元在控制了预定控制因素之后可以将激光光源的振荡频率设置为输出质量衰减的振荡频率范围以外的一个振荡频率。
在本发明的激光光源控制设备中，输出质量至少可以包括激光光源产生的激光束的能量稳定性、波长稳定性和谱线宽度的可变特性之一。
从本发明的第四观点出发，提供了一种曝光设备，该设备使用激光光源产生的激光束对掩模照明，把形成在掩模上的图案转印到目标上，该曝光设备包括：根据本发明的激光光源控制单元；和一个投影光学***，该***把由激光光源产生的激光束照明的掩模上的图案图象投影到目标上，其中该激光光源受激光光源控制装置控制。
通过此设备，掩模被受本发明的激光光源装置控制的激光光源产生的激光束照明，并且掩模上的图案图象被投影光学***转印到目标上。因而，可以在激光光源的输出质量总是良好的状态下进行曝光(把掩模图案转印到目标上)，并且因此可以在目标上以良好的精确度形成图案。
另外，在光刻过程中，可以通过利用本发明的曝光法把形成在掩模上的器件图案转印到目标上而以良好的精确度在目标上形成图案，并且因此可以高产量地制造高度集成的微器件。类似地，在光刻过程中，可以通过利用本发明的曝光设备把形成在掩模上的器件图案转印到目标上而在目标上高精确度地形成图案，并且因此可以高产量地制造高度集成的微器件。因此，从本发明的其它观点出发，提供了一种利用本发明曝光法和曝光设备的器件制造法。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明第一实施例的曝光设备结构示意图；
图2是图1所示光源单元的内部结构框图；
图3是关于储存在存储器中的振荡波长和输出质量稳定性之间关系的信息实例简图；
图4是当在第一实施例的曝光设备中进行剂量控制时主控制器50中的CPU的处理算法流程图；
图5是图4所示子程序118中的处理流程图；
图6是决定扫描速度V和振荡频率f的子程序(对应于图4中的子程序118)实例视图，其中该程序是第二实施例的曝光设备中剂量控制时主控制器50中的CPU处理算法的一部分；
图7是第二实施例中的操作释意图；
图8是根据本发明的器件制造法实施例流程图；
图9是图8所示步骤304中的处理实例流程图。
优选实施例的详细描述第一实施例
下面根据图1～5描述本发明的第一实施例。
图1表示根据第一实施例的曝光设备10结构简图。曝光设备10是一种基于步进-扫描法的扫描曝光设备，其采用激光光源作为曝光光源。
曝光设备10包括一个照明***12，该***包含激光光源16；作为掩模台的分划板台RST，固定作为被照明***12照明的掩模的分划板R并在预定的扫描方向移动分划板；一个投影光学***PL，把分划板R的图案投影到作为目标的晶片W上；一个XY台14，固定晶片W并在水平面(XY平面内)上移动；和这些部件的控制***。
照明***12包括：激光光源16；光束整形光学***18；能量粗调器20；光学积分器(它是一个蝇眼透镜，一个内反射型积分器或衍射光学器件，并且因为在图1中采用蝇眼透镜，所以以下也称作“蝇眼透镜”)22；照明***孔径光阑板24；分束器26；第一中继透镜28A，第二中继透镜28B，一个固定的分划盲板30A；一个活动的分划盲板30B；一个光路弯折反射镜M；一个会聚透镜32等。注意，除激光光源16以外的构成照明***12的元件统称为“照明光学***”。
在此，对照明光学***12的上述每个元件部分进行描述。假设KrF准分子激光器(振荡频率为248nm)用作激光光源16。下面，把激光光源16也称作“光源单元16”。
作为激光光源16，取代KrF准分子激光器，也可以使用金属蒸汽激光器、YAG激光器或脉冲光源，如半导体激光器的谐波发生器，不是指ArF准分子激光器(振荡频率193nm)和F2激光器(振荡频率157nm)。
光源单元16如图2所示，包括一个作为激光单元的激光谐振器16a；一个具有97％透射率的分束器16b，该分束器布置在激光谐振器16a发出的激光束LB的光路上；一个半反射镜(或分束器)16g和一个光束监视机构16c，它们依次布置在分束器16b的反射光路上；一个布置在半反射镜16g反射光路上的能量监视器16h；一个激光控制器16e，被输入从光束监视机构16c和能量监视器16h输出的信号；一个激光光源部分16d，其电源电压等由激光控制器16e控制；等等。如图2所示，光源单元16的每个元件如(16a～16e、16g、16h)装在外壳17中。从激光谐振器16a发出的通过分束器16b的激光束LB外壳17的透射部分入射到照明光学***上。
注意，可以在外壳17之外布置激光控制器16e和激光光源部分16d中的任何一个或二者。
激光谐振器16a由一个包含放电电极的准分子激光管(激光腔)202、一个布置在准分子激光管202后侧(图2中纸页的左侧)的全反射镜(后反射镜)201、一个布置在准分子激光管202前侧(图2中纸页的右侧)的低反射镜(前反射镜)205、一个固定的法布里·珀罗标准具203和一个可变倾斜度的法布里-珀罗标准具204构成，它们依次分布在准分子激光管202和前反射镜205之间。
在此情况下，后反射镜201和前反射镜205构成谐振器，其被设计成少量提高相关度。
另外，法布里-珀罗标准具(以下称作“标准具”)203和标准具204构成一个窄带模块。更具体地说，标准具(203，204)是两块彼此平行相对的中间有预定气隙的石英玻璃，充当带通滤波器。标准具(203，204)中，标准具203用于粗调，标准具204用于细调。此处，标准具(203，204)将激光谐振器16a发出的激光束LB的谱线宽度缩窄到约为自然振荡谱线宽度的1/100～1/300之后，输出激光束。另外，通过调节标准具204的倾斜度可以在预定的范围内移动从激光谐振器16a发出的激光束LB的波长(中心波长)。
另外，例如，激光谐振器可以这样构成，即，在图2的激光谐振器16a中，移动用于粗调的标准具203，并且以倾斜的方式设置反射衍射光栅作为波长选择器件，代替后反射镜201。在此情况下，光栅和前反射镜205构成谐振器。另外，光栅和用于细调的标准具204构成一个具有类似于上述功能的窄带模块。在此情况下，光栅用于在设定波长中粗调，标准具204用于细调。如果改变标准具204或光栅其中一个的倾斜度，则可以在预定的范围内改变从激光谐振器发出的激光束LB的波长(振荡频率)。
注意，例如可以通过组合一个棱镜和一个衍射光栅(光栅)来构成窄带模块。在这种情况下，可以这样构造激光谐振器，在图2的激光谐振器中，可以去掉标准具203和204，或者仅去掉标准具203，设置反射衍射光栅来替代后反射镜201，并且在衍射光栅和准分子激光管202之间设置棱镜。
在准分子激光管202中填充预定浓度比的***体(由作为介质气体的氪气Kr和氟F2以及作为缓冲气体的氦气组成)。例如由挠性管制成的排气管经排气阀(未示出)连结到准分子激光管202。排气管配置有一个分离出氟的消毒过滤器和一个排气泵。这是考虑到氟的毒性之后设置的，消毒过滤器使排除气体安全化，并且排气泵将气体排出到装置的外部。
另外，挠性供气管的一端经进气阀(未示出)连结到准分子激光管202，并且供气管的另一端连结到Kr、F2、He等的气体容器(未示出)。
图1中的主控制器50控制每个阀的开/关。换气时主控制器50将准分子激光管202中的***体调节到预定的浓度比和预定的压力。另外，激光器振荡时，风扇(未示出)恒定地循环准分子激光管202内的***体。
顺便说一下，因为准分子激光管202是一个排气部分，所以它的温度变得极高。为此原因，将准分子激光管202与周围部分充分地热隔绝，并且在本实施例中通过冷却介质如水将其温度控制到恒定温度。具体地说，在准分子激光管202的周围设置一个冷却剂管(未示出)，并且冷却剂管还经挠性管(未示出)连结到外部。外部冷却单元将水或其它冷却介质以循环的方式供给到冷却剂管，并且冷却单元的控制***控制冷却介质的温度。而且，本实施例中在准分子激光管202中布置一个热源如加热器(未示出)。如果需要，构成的主控制器50能够通过控制冷却单元的控制***和加热器来控制准分子激光管202中的气体温度。
通过调节准分子激光管202中的气体温度，可以控制激光器振荡期间的***体流速。当然，也可以通过控制上述风扇的旋转数来控制***体的流速。
能量监视器16h接收半反射镜16g反射的光，其中半反射镜布置在分束器16b反射的反射光束的光路上，并且能量监视器16h对激光控制器16e输出其光电转换信号(光强信号)作为输出信号ES。作为能量监视器16h，例如使用具有较高响应频率的光电探测器，如PIN型发光二极管来探测在远紫外区域发出的脉冲。
作为光束监视机构16c，使用法布里-珀罗干涉仪，该干涉仪包括会聚透镜，准直透镜，标准具，遥测透镜，行传感器等，它们依次布置在半反射镜16g的透射光路上。在此情况下，两块彼此以预定气隙相对放置的部分反射镜(石英玻璃)用作上述的标准具。此时，当激光束LB入射到标准具上时，局部反射平面上的衍射光(惠更斯原理中的次级波)在空气间隙中重复反射和透射。在这一点上，只有在满足下列表达式(1)的入射角θ方向上的光束穿过标准具并被加强，由此在遥测透镜的焦平面上形成一个条纹图案。布置在遥测透镜焦平面上的行传感器由此探测到条纹图案。
2ndcosθ＝mλ……(1)
在上述表达式中，标号d、n和m分别表示气隙、气隙的折射率和干涉级。
上述表达式(1)反映了形成在焦平面上的条纹图案在n、d和m恒定时随波长λ不同的变化。
在行传感器探测到的光强的分布中，其中行传感器布置在遥测透镜的焦平面上，与条纹图案对应的钟形曲线出现在关于焦平面上行传感器纵向的预定间隔处。每个光强分布的钟形曲线1/2高度部分的宽度对应于激光束LB的谱线宽度(半最大值处的整个宽度(FWHM))。另外，根据中心波长，固定行传感器的纵向对应于每个光强分布的钟形曲线峰值的位置。具体地说，条纹图案对应于入射光的钟形波长和谱线宽度(FWHM)，并且光束监视机构16c给激光控制器16e输出条纹图案的成象信号。
构成的激光光源部分16d包括一个高压电源，一个利用高压电源使准分子激光管202中的放电电极(未示出)以预定的计时放电的脉冲压缩电路等。
构成的激光控制器16e包括一个向上述条纹图案的成象信号图象实施预定信号处理并输出信号ES的图象处理电路(包括一个AD转换器，一个峰值固定电路等)，一个执行预定的算术操作的微型计算机等。激光控制器16e设计成通过对条纹图案的成象信号实施预定的信号处理获得关于入射到光束监视机构16c的入射光(激光束)LB光学特性的信息，如中心波长(质心波长)λ和谱线宽度(FWHM)。
根据下列表达式(2)，通过利用激光束LB的中心波长λ，激光控制器16e对由主控制器50设置的一个设定波长λ0进行算术操作，来获得中心波长的移动量(波长移动量)Δλ：
Δλ＝|λ0-λ|  …(2)
另外，激光控制器16e根据谱线宽度和谱线宽度的参考值、即初始谱线宽度之差对谱线宽度的变化量进行算术操作。
而且，在此实施例中，光源单元16设置有一个用于散射元件、如构成激光谐振器16a的标准具204(或光栅和标准具204，或光栅或棱镜)的驱动机构19(参见图2)。然后，激光控制器16e根据上述波长移动量Δλ控制驱动机构19，并且因而将中心波长λ控制在所需的范围内。
另外，激光控制器16e根据从能量监视器16h的输出ES探测到的能量功率以规律的曝光时间对激光光源16d内部高压电源的电源电压进行反馈控制，使得从激光谐振器16a输出的每个激光光束LB脉冲的能量变为一个与每个脉冲的目标能量值对应的值，其中该目标能量值是由主控制器50的控制信息给出。
另外，激光控制器16e还根据主控制器50的控制信息，通过对激光光源16d内部的脉冲压缩电路施加触发信号的时间或施加间隔进行控制，来控制对晶片W上一个拍摄区曝光期间的脉冲数或脉冲振荡的重复频率(振荡频率)。
另外，在光源单元16的外壳17中分束器16b的照明光学***一侧上布置一个光闸16f，以根据主控制器50的控制信息阻挡激光束LB。
再参见图1，光束整形光学***18对激光束LB的截面形状整形，其中该激光束是准分子激光器16发出的脉冲激光，使得该光束高效地入射到设置在激光束LB光路后面的蝇眼透镜22上，其中该蝇眼透镜由一个柱状透镜、光束扩展器(二者在图中未示出)等组成。
能量粗调器20布置在光束整形光学***18后侧中激光束LB的光路上。在此情况下，在旋转板34的周围布置多个(例如有六个)具有不同透射率(＝1-衰减率)的ND滤光片(图1中表示两个ND滤光片(36A，36D))，并且驱动电机38转动旋转板34，使得可以以几何级数从100％开始在多个步骤中切换对入射激光束LB的透射率。
蝇眼透镜22布置在能量粗调器20后侧中激光束LB的光路上，并且在其外部的焦平面上形成一个面光源即二次光源，该光源由大量的点光源组成，以便以均匀的照明分布对分划板R照明。从二次光源发出的激光束以下将被称作“脉冲照明光IL”。
本实施例中，在接近出射面处、即基本上与照明光学***的光瞳面匹配的出射侧焦平面上布置由盘状元件制成的照明***孔径光阑板24。在照明***孔径光阑板24上，以基本上相等的距离布置一个由规则的圆孔做成的孔径光阑、一个由小圆孔做成的孔径光阑(该圆孔将σ值-相关因子减为最小)、一个用于环形照明的环形孔径、一个改进的孔径光阑-其中以偏心的方式布置多个孔径用于改进的光源法(在图1中只示出了两类孔径)等。受主控制器50控制的驱动单元40如电机旋转照明***孔径光阑板24，通过这样在脉冲照明光IL的光路上选择性地设置任何孔径光阑。注意，取代孔径光阑板24或与之组合，可以在光源16和光学积分器22之间布置一个光学单元，一个可沿照明光学***的光轴移动的棱镜(如圆锥棱镜和多边形棱镜)和一个变焦光学***，其中光学单元包括多个布置在照明光学***中的可以切换的衍射光学器件中的至少一个。然后，通过使光学积分器22为蝇眼透镜时光学积分器22入射面上的照明光强度分布可变，或者通过使光学积分器22为内反射型积分器时光学积分器22入射面上照明光的入射角范围等可变，可以很好地抑制光量分布(二次光源的大小和形状)，即随照明条件变化的光量损耗。
在照明***孔径光阑板24的后侧脉冲照明光IL的光路上布置具有较小反射率和较大透射率的分束器26，并且还在分束器的后侧上布置一个中继光学***，该***由第一中继透镜28A和第二中继透镜28B以及设置在二者(28A，28B)之间的固定分划盲板30A和活动分划盲板30B组成。
在与共轭面稍稍散焦的平面上对着分划板R的图案面布置固定分划盲板30A，并且在盲板上形成一个矩形孔径，该孔径在分划板R上设置一个照明区42R。在接近固定分划盲板30A的地方布置具有孔径部分的活动分划盲板30B，其与扫描方向对应的位置和宽度可变，并且还通过活动分划盲板30B进一步限定在扫描曝光开始时和结束时的照明区42R，由此避免对无用区曝光。
在构成中继光学***的第二中继透镜28B的后侧脉冲照明光IL的光路上布置弯折反射镜M，该反射镜把通过第二中继透镜28B的脉冲照明光IL反射向分划板R，并且在反射镜M的后侧脉冲照明光IL的光路上布置会聚透镜32。
另一方面，由光电转换器件组成的积分传感器46接收经会聚透镜44被分束器26反射的脉冲照明光IL，并且积分传感器46的光电转换信号经峰值固定电路和A/D转换器(未示出)作为输出DS(数字/脉冲)提供给主控制器50。作为积分传感器46，可以使用在远紫外区域内具有灵敏度且具有高响应频率的PIN型光电二极管等以探测光源单元16的脉冲发射。提前获得积分传感器46的输出DS和晶片W表面上脉冲照明光IL的照明(强度)之间的相关系数(或相关函数)，并且将之储存到设置在主控制器50内部的存储器51中。另外，提前获得上述能量监视器16h的输出ES和积分传感器46的输出DS之间的相关系数(或相关函数)并将之储存到存储器51中。
分划板R安置在分划板台RST上并通过真空夹盘(未示出)等由吸力固定。分划板台RST可以在水平面(XY平面)内被细微地驱动，并被分划板台驱动部分48在扫描方向(Y轴方向，在此情况下为图1中纸页的左右方向)预定的行程范围内扫描。扫描期间分划板台RST的位置通过固定在分划板台RST上的移动反射镜52R由外部激光干涉仪54R测量，并且把激光干涉仪54F的测量值提供给主控制器50。注意，可以对分划板台RST的端面进行反射镜加工，形成一个对激光干涉仪54R的反射面(等同于上述活动反射镜52R的反射面)。
作为投影光学***PL，例如可以采用一个双远心率的缩小***，该***是一个由多个透镜元件组成的折射***，这些透镜元件具有在公共Z轴方向的光轴AX。另外，投影光学***PL的投影放大率δ例如是1/4或1/5。因此，当脉冲照明光IL如上所述地对分划板R上的照明区42R照明时，在已被涂覆抗蚀剂(光敏剂)的晶片W上的狭缝状曝光区(与照明区42R共轭的区域)上形成一个图象，该图象通过投影光学***PL以投影放大率δ缩小形成在分划板R上的图案而获得。
晶片台驱动部分56设计成在XY平面内的Y轴方向和与之正交的X轴方向(与图1中的纸页面正交的方向)二维驱动XY台14，其中Y轴方向是扫描方向。Z向倾斜台58安置在XY台14上，晶片W由晶片支架(未示出)通过真空吸力固定。Z向倾斜台58具有在Z轴方向(聚焦方向)调节晶片W位置并调节晶片W与XY平面的角度的功能。另外，通过固定在Z向倾斜台58上的活动反射镜52W由外部激光干涉仪54W测量XY台14的位置，并将测量值提供给主控制器50。注意，可以对Z向倾斜台58(或XY台14)进行反射镜加工，以形成与激光干涉仪54W相对的反射面(等同于上述活动反射镜52W的反射面)。
另外，虽然图中未示出，但可以在分划板R之上布置一对图象处理法中的分划板校准***，该***有一个成象装置(图象传感器)如CCD，并使用曝光波长的光(在本实施例中为脉冲照明光IL)作为用于校准的照明光，如日本专利申请JP7-176468和对应的美国专利申请US5,646,413所述。在此情况下，关于包含投影光学***PL的光轴AX的YZ平面对称地布置一对分划板校准***。另外，这样构成该对分划板校准***，即该***能够在穿过光轴AX的XZ平面内X轴方向上往复移动。
一般地把该对分划板校准***设置在这样一个位置，即该***能够在分划板R安置在分划板台RST的状态下从该位置观察布置在遮光带之外的一对分划板校准标记。注意，前述美国专利中公开的内容全部在此因为参考。
主控制器50主要构成图1中的控制***。主控制器50的结构包括一个由CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等组成的所谓的微型计算机(或工作站)，它例如控制分划板R和晶片W的同步扫描，晶片W的步进，总的曝光时间等，使得精确地执行曝光操作。
具体地说，在扫描曝光时，例如主控制器50根据激光干涉仪(54R，54W)的测量值，通过分划板台驱动部分48和晶片台驱动部分56控制分划板台RST和XY台14的位置和速度，使得通过XY台14对晶片W在-Y方向(或+Y方向)关于曝光区42W以速度δ×VR扫描(δ是从分划板R到晶片W的投影放大率)，其中XY台14与通过分划板台RST在+Y方向(或-Y方向)以速度VR被扫描的分划板R同步。另外，在步进移动时，主控制器50根据激光干涉仪54W的测量值通过晶片台驱动部分56控制XY台14的位置。
另外，如上所述，主控制器50通过对光源单元16提供控制信息控制光源单元16的发射时间、发射功率等。主控制器50分别通过电机38和驱动单元40控制能量粗调器20和照明***孔径光阑板24，并且还控制活动分划盲板30B的开/关操作与台面***的操作信息同步。因此，主控制器50在本实施例中还充当曝光控制器和台控制器。事实上，这些控制器可以与主控制器50分开地设置。
如图1所示，对主控制器50设置作为存储装置的存储器51和输入/输出单元62，如操纵台。除了诸如积分传感器46的输出DS和晶片W表面上脉冲照明光IL的照明(强度)之间的相关系数(或相关函数)以及能量监视器16h的输出ES和积分传感器46的输出DS之间的相关系数(或相关函数)这类信息之外，存储器51储存的信息还包括在包含有用振荡频率(重复频率)的预定范围内激光谐振器16a的振荡频率和输出质量如能量稳定性之间的关系。
接下来，解释获取表示激光谐振器16a的振荡频率和作为输出质量的能量稳定性之间关系的信息的方法。此类信息例如是在启动曝光设备10期间获得的。
a.首先，操作员(工程师)通过输入/输出单元62输入一个测量开始的指令。响应于输入的指令，主控制器50内的CPU既可以是关闭光闸16f，也可以是从投影光学***PL以下的一个位置处退回XY台14。接下来，CPU给出一个能量控制目标值、如最小值Emin和可设置的最小振荡频率f0的中间设置值作为激光控制器16e的目标值。激光控制器16e根据能量的控制目标值E目标(＝Emin)(设置值)和频率的控制目标值f目标(＝f0)(设置值)对激光光源16d内高压电源的电源电压执行反馈控制，并且还控制触发信号对激光光源16d内脉冲压缩电路的施加间隔或施加时间。随后，激光谐振器16a以振荡频率f目标(＝f0)开始脉冲发射激光束LB。
b.CPU顺次从能量监视器16h下载每个脉冲发射的输出信号数据(输出信号的数字转换数据)，并且还把它们储存到RAM中的预定数据存储区上。CPU对预定数量的脉冲、例如100个脉冲执行输出信号数据的这种下载。
c.当100次脉冲发射结束时，CPU对激光控制器16e提供(f0+Δf)作为振荡频率新的控制目标值f目标，此时振荡频率的控制目标值只增大预定的Δf。因此，激光控制器16e根据与上述类似的控制目标值(E目标，f目标)控制激光光源16a，并且对振荡频率f目标执行脉冲发射。然后，CPU顺次从能量监视器16h下载每个脉冲发射的输出信号数据，并且将100个脉冲的输出信号数据储存到RAM的预定数据存储区中。
d.之后重复执行与上述相同的过程，同时对振荡频率f目标增大Δf以更新振荡频率的控制目标值。然后，当f目标达到可设置的最大振荡频率fmax并且完成上述输出信号数据的下载时，结束脉冲发射。在这一点上，由从振荡频率f0到fmax以Δf间隔的每个振荡频率控制目标值在储存100个脉冲的输出信号数据的RAM中的数据存储区中制作数据表。
e.接下来，CPU对数据表中振荡频率的每个控制目标值计算散射水平，即所谓的数据的3σ。3σ值无非就是输出能量稳定性的指标值。
图3表示以此方式获得的激光谐振器16a的输出能量稳定性分布。在图3中，水平轴和垂直轴分别表示激光谐振器16a的振荡频率和输出能量稳定性的指标值(3σ)。
在此实施例中，存储器51储存表示激光谐振器16a的振荡频率和输出能量稳定性的指标值之间关系的信息，如图3所示。在图3中，垂直轴上的ES1表示输出能量稳定性的指标值的允限值。另外，在图3中，频率f1和f2之间的阴影区表示光源单元16的可用振荡频率范围内特定的一个振荡频率范围(以下称作“特定的频率范围”)，在该范围内输出能量稳定性下降。另外，频率fmin和fmax之间的范围是可以用在曝光设备中的振荡频率范围。注意，频率f0和fmin之间的范围是曝光设备不使用的频率范围。
接下来，参考图4对本实施例中曝光设备10的剂量控制进行说明，其中图4表示主控制器50中CPU的处理算法。在下面的描述中，作为光源单元16(激光谐振器16a)，例如采用这样一个光源单元，即，可以通过改变从Emin(例如8mJ/脉冲)到Emax(例如10mJ/脉冲)范围内每个脉冲的脉冲能量E、并通过改变从fmin(例如600Hz)到fmax(例如4000Hz)范围内脉冲发射的振荡频率f来使用。
实际操作时，先将积分传感器46的输出DS与基准照度计(未示出)的输出校准，其中基准照度计安装得与图1中Z向倾斜台58上的象平面(换言之，晶片的表面)高度相同，由此获得每个照明条件下表示象平面照明强度和积分传感器46的输出之间的关系的转换系数α。然后，在曝光之前，通过利用光源单元16中的积分传感器46和能量监视器16h，根据日本专利申请JP10-270345和对应的美国专利US6,538,723中公开的预定程序，形成一个预定的控制表，该表表示由积分传感器46的输出DS、即积分传感器46的处理量P(mJ/(cm2×脉冲))间接获得的剂量与光源单元16中能量监视器16h的输出ES(mJ/脉冲)之间的相关度。注意，前述美国专利中公开的内容全部引为参考。
但是，在下面的解释中为简单起见，积分传感器46和能量监视器16h之间的相关度表示为线性函数，并且假设其偏差可以认为是0，其斜率可以作为转换系数β。具体地说，假设能量监视器16c的输出ES(mJ/脉冲)可以通过下面使用积分传感器46的处理量P(mJ/(cm2×脉冲))和转换系数β的表达式计算：
ES＝β×P    …(3)
注意，当尤其设置上述光学单元时，优选对光学积分器22的照明光的每个入射条件获得转换系数β，该系数可以由光学单元改变。另外，希望通过考虑到照明光学***发出的脉冲照明光IL的透射率涨落之后的计算来更新转换系数(α，β)，其中该照明光学***构成照明***12、投影光学***PL等。
另外，为了把整个设置剂量的曝光时间减为最小，将能量粗调器20的透射率(离散的透射率)设计成为几何级数。
首先，在图4的步骤102，一直等到操作者通过输入/输出单元62设置一个设定剂量S0(参见图1)，CPU才进行到下一步骤104，此时设置设定剂量S0，并且通过激光控制器16e将每个激光束LB脉冲的能量E和振荡频率f分别设定为最小能量Emin(8mJ/脉冲)和最小频率fmin(600Hz)。换言之，以此方式对脉冲能量和振荡频率进行中间设置。
在下一步骤106，允许光源单元16进行多次(例如几百次)脉冲发射以对积分传感器46的输出进行积分，并且由此间接测量晶片W上的平均脉冲能量密度P(mJ/(cm2×脉冲))。在活动分划盲板30B被驱动、使得其孔径完全闭合并且避免了脉冲照明光IL到达分划板R的状态下进行这一测量。当然，也可以在XY台14被驱动成晶片W被退回的状态下进行测量。
在下一步骤108，通过下列表达式(4)计算曝光脉冲数N：
N＝cint(S0/P)    …(4)
此处，cint函数表达式四舍五入到第一个十进位数。
在下一步骤110，对曝光脉冲数N是否是最小曝光脉冲数Nmin进行判断以获得剂量控制所必需的再现精确度。此处，最小曝光脉冲数Nmin是根据δp/P获得的值，它例如是前面测得的并作为设备常数设定的脉冲能量的发散度(3σ值)δp与平均脉冲能量密度P之比。在此实施例中，该值例如是Nmin＝40。
然后，当步骤110的判断为否定答案时，即，当曝光脉冲数N小于最小曝光脉冲数Nmin时，程序进行到步骤111，并且在选择并设置ND滤光片之后再进行步骤106的处理，其中ND滤光片的透射率小于或接近可由图1的能量粗调器20的ND滤光片设置的透射率以外的S0/(Nmin×P)。然后，在选定ND的状态下新获得平均脉冲能量密度P＝Pt，并且利用平均脉冲能量密度Pt进行步骤108的处理。当以此方式确认步骤110的判断时，或最初确认步骤110的判断时(N≥Nmin的情形)，程序进行到步骤112。注意，当最初确认步骤110的判断时平均脉冲能量密度P满足N≥Nmin，类似于上述选定ND的条件下的平均脉冲能量密度Pt，使得以下应将P作为Pt。
在步骤112，根据下面的表达式(5)，利用在步骤106获得的能量密度Pt计算上述转换系数β。当然，计算不限于此，当先获得上述的控制表时，可以从控制表中算出与平均脉冲能量密度Pt对应的转换系数β：
β＝Emin/Pt  …(5)
在下一步骤113，通过表达式(6)计算每个脉冲的激光束LB能量设置值Et(mJ/脉冲)，并且程序进行到步骤114。
Et＝β×S0/Nmin  …(6)
在步骤114，判断能量设置值Et是否是可设置的最大能量值Emax(在此情况下为10mJ/脉冲)。然后，当确认判断时，程序进行到步骤115，给激光控制器16e提供能量设置值Et。随后，激光控制器16e将一个脉冲的能量E设置为Et。然后，程序进行到步骤118的子程序，确定扫描速度V和振荡频率f。
另一方面，当上述步骤114的判断为否定时，即，当以前计算出的能量设置值Et大于可设置的最大能量Nmax时，程序进行到步骤116，将Et＝Emax作为能量设置值提供给激光控制器16e，因为这种能量设置是不可能的。因此，激光控制器16e将一个脉冲的能量E设置为Emax。
在此情况下，因为N＝Nmin不固定，程序进行到下一步骤117，根据下一表达式(7)计算曝光脉冲数N，并且程序进行到子程序118，在那儿确定扫描速度V和振荡频率f：
N＝β×S0/Nmax  …(7)
在子程序118，根据扫描速度V＝最大扫描速度(Vmax)，通过下面的表达式(8)计算振荡频率f：
f＝int(Vmax×N/Ws)    …(8)
此处，函数int(a)表示不大于实数a的最大整数。
在下一步骤154，判断上面算出的振荡频率是否是激光器的最大振荡频率fmax或较小。然后，当确认判断时，程序进行到步骤156，在那儿根据存储器51中储存的信息规定特定的频率范围(图3中的范围f1～f2)，并且判断上面算出的振荡频率f是否处于特定的频率范围之内。当判定为否定时，即，当频率f不在特定的频率范围内时，程序进行到步骤158，通过激光控制器16e将振荡频率f设置为在步骤152算出的值，并且在下一步骤160将扫描目标速度(扫描速度)设置为最大扫描速度Vmax。之后，程序返回到主程序的步骤120。
另一方面，当肯定步骤156的判断时，不适于设置在步骤152算出的振荡频率f，因为它属于输出能量稳定性在允许范围以外的频率范围。因此，程序进行到步骤164，通过激光控制器16e将振荡频率f设置(改变)为(f-Δf)。随后，在步骤166判断设置的振荡频率f是否处于上述特定的频率范围之内。当判断为肯定时，程序返回到步骤164，通过激光控制器16e将振荡频率f设置(改变)为(f-Δf)。之后，重复步骤164和166的处理和判断，直到步骤166的判断为否定。然后，当设置的振荡频率变到特定的频率范围之外并且步骤166的判断为否定时，程序进行到步骤168，根据下面的表达式(9)计算扫描速度V，并且因此对它进行设置。
V＝Ws×f/N    …(9)
在此情况下，将扫描速度V设置为一个小于最大扫描速度的值。然后，程序返回到主程序的步骤120。
另一方面，当步骤154的判断为否定时，因为步骤152算出的振荡频率设置值f不可能，所以程序进行到步骤162。在步骤162，通过激光控制器16e将振荡频率f设置为最大振荡频率fmax，并且程序进行到步骤166。
在步骤166，判断设置的振荡频率f(＝fmax)是否处于上述特定的频率范围之内，但在此实施例中，从图3中清楚看出，fmax不在特定的频率范围之内。因此，步骤166的判断为否定并且程序进行到步骤168。在步骤168，根据上述表达式(9)计算扫描速度V，并且由此设置扫描速度。在此情况下，fmax用于计算扫描速度V。然后，程序返回到主程序的步骤120。
注意，与图3不同，当fmax处于特定的频率范围内时，肯定步骤166的判断并且程序返还到步骤164，重复与前述相同的过程和判断。
然后在主程序的步骤120中，通过扫描曝光法，在前述步骤决定的设置条件(V，f，Et，N)下将分划板R的图案转印到晶片W上指定的拍摄区。
上述扫描曝光结束之后，在步骤122判断是否所有拍摄区的曝光都已结束。当判断为否定时，即，当还剩有应当曝光的拍摄区时，程序返回到步骤120，对下一个拍摄区进行扫描曝光。
如上所述，当应当进行曝光的拍摄区结束时，结束此程序中的一系列处理。
从前述中清楚知道，在本实施例中，存储器51构成一个存储装置，它储存预定范围内光源单元16(更精确地说是激光谐振器16a)的振荡频率信息，其中预定范围在考虑到激光单元的输出质量之后包括可用的振荡频率。另外，控制单元通过主控制器50或更具体地说是CPU和软件程序实现将振荡频率控制为光源单元16振荡时的振荡环境的影响因素。换言之，控制单元通过处理步骤154、156、158、162、164和166由CPU实现控制。在控制单元中，将光源单元16的振荡频率设置为特定振荡频率范围之外的振荡频率，其中在特定振荡频率范围内的输出质量(在本实施例中就是输出能量稳定性)衰减。另外，上述控制单元和存储器51构成激光光源控制单元。
注意，事实上可以由硬件构成上述软件程序实现的至少一部分成分。
已经详细地说过，根据本实施例的激光光源控制单元(50和51)，在存储器51中储存预定范围内光源单元16(更精确地说是激光谐振器16a)的振荡频率和在前述程序a～e(参见图3)中获得的输出质量(一个实例是输出能量稳定性)之间关系的信息，其中预定范围包括可用的振荡频率。然后，主控制器50根据储存在存储器51中的上述信息，将光源单元16的振荡频率设置为上述特定振荡频率范围之外的振荡频率。随后，可以将振荡频率设置为一个至少避开输出质量衰减的特定振荡频率范围内频率的振荡频率，并且由此可以使用输出质量总是处于良好状态的激光谐振器16a。
另外，根据本实施例的曝光设备10，当以此把分划板R的图案转印到晶片W上的每个拍摄区时，主控制器50根据储存在存储器51中的信息如上所述地控制光源单元16的振荡频率。在此情况下，因为由于存储器51中的信息而可以得到在包含可用振荡频率的预定范围(预定频率范围)内输出质量的各种状态(分布)，所以主控制器50可以根据上述子程序118，利用该信息将光源单元16的振荡频率设置为输出质量良好的振荡频率范围内的任何一个振荡频率。因而，根据曝光设备10，可以以输出质量良好的振荡频率范围内的任意振荡频率进行图案转印，并且由此可以在晶片W上的多个拍摄区中以良好的精确度形成图案。
在上述实施例中描述了这样的情形，即光源单元16(更精确地说是激光谐振器16a)的振荡频率和输出质量(例如是输出能量稳定性)之间的关系信息储存在作为存储装置的存储器51(参见图3)中，但本发明不限于此。例如，可以在存储器51中储存光源单元(激光束)16的可用频率范围内特定振荡频率范围的信息，其中在该范围内输出质量衰减(例如特定振荡频率范围的上述信息)。甚至在这种情况下，主控制器50例如根据存储器51的信息执行步骤156和166的判断，使得光源单元(激光光源)16的振荡频率可以设置为特定振荡频率范围以外的振荡频率。为此原因，该振荡频率可以设置为至少避开输出质量衰减的特定振荡频率范围之内的频率以外的振荡频率，并且由此可以使用输出质量总处于良好状态的激光光源。另外，可以以输出质量良好的振荡频率范围内的任意振荡频率转印图案。因此，可以以良好的精确度在晶片W上的多个拍摄区形成图案。
另外，在上述实施例中，主控制器50(CPU)可以根据存储器51中的信息把激光光源16的振荡频率设置为输出质量(如输出能量稳定性)变为良好的振荡频率范围(如图3中的箭头A所示的范围)，或是输出质量变为良好的范围内输出质量变为最好的频率范围。或者，可以在存储器51中储存输出质量变为最好的频率范围信息，并且主控制器50可以根据存储器51中的信息把光源单元(激光光源)16的振荡频率设置为振荡频率范围内的频率。这可以通过改***件很容易地实现。因此，光源单元16可以用在输出质量总是良好或最好的状态，并且可以以输出质量良好的振荡频率范围内的任意振荡频率转印图案。因此，可以以良好的精确度把图案转印到晶片W的多个拍摄区中。
在上述实施例中，存储器51储存上述振荡频率和输出质量(如输出能量稳定性)之间关系的信息，这一信息已在程序a～e中获得，但是本发明不限于此，主控制器50的RAM也可以储存该信息。在此情况下，RAM构成存储装置。另外，不必通过利用曝光设备获得振荡频率和输出质量之间的关系，而可以通过利用与上述a～e相同的程序、在光源单元16安装到曝光设备之前、只利用光源单元16来获得。
在上述实施例中，取代或除了上述表示振荡频率和输出能量稳定性之间关系的信息，还可以把表示光源单元16的振荡频率和除输出能量稳定性以外的输出质量之间关系的信息、如波长稳定性(中心波长稳定性)指标值和振荡频率之间的关系，或谱线宽度(谱线宽度的变化特性指标值)和振荡频率之间的关系等，储存在存储器中作为光源单元16(更精确地说是激光谐振器16a)的振荡频率和包含可用频率范围的预定范围中输出质量之间关系的信息。这些信息可以通过执行类似于上述输出能量稳定性的情形的实验而提前获得。但是，在波长稳定性(中心波长稳定性)指标值和谱线宽度的情形中，从光束监视机构16c下载输出数据，取代从上述能量监视器中下载。然后，在上述子程序118的处理中的步骤156和166中，主控制器50可以将振荡频率设置为输出质量衰减的特定频率范围之外的频率范围，或者可以将振荡频率设置为输出质量变为良好的特定频率范围内的频率。特别是，在存储器51储存多类信息的情况下，其中这些信息包括：表示振荡频率和输出能量稳定性关系的信息；表示波长稳定性(中心波长稳定性)的指标值和振荡频率关系的信息；表示谱线宽度(谱线宽度的变化特性指标值)和振荡频率关系的信息等，振荡频率可以设置为多项输出质量都良好的特定频率范围内的频率。这也可以通过改***件很容易地实现。
在上述实施例中，对振荡频率f处于步骤156和166的特定频率范围时通过在f～(f-Δf)之间重复改变振荡频率f的方法将振荡频率(振荡频率)f设置为输出质量良好的频率范围内的频率的方法给予了描述。但是，可以根据图3所示的信息立即将振荡频率f设置为输出能量稳定性处于ES1范围内的一个任意振荡频率。第二实施例
下面根据图6和图7对本发明的第二实施例进行描述。与上述第一实施例相同的构件采用相同的标号，并在此简化或省略对它们的描述。在根据本发明第二实施例的曝光设备中，设备结构类似于上述第一实施例中的曝光设备10，不同的只是储存在存储器51中的信息和主控制器50中CPU的一部分处理算法。因此，下面主要对这些不同点进行描述。
在第二实施例中，除了在上述第一实施例中已经储存的在包含可用频率范围的预定范围中光源单元16(更准确的说是激光谐振器16a)的振荡频率和输出质量之间的关系的信息(表示上述振荡频率和输出能量稳定性之间关系的信息，以下也被称作“信息A”)，存储器51还储存表示准分子激光管202内部***体的温度T的涨落范围(控制因素的一种类型)与通过进行实验等提前获得的振荡频率f的涨落量之间关系的信息(以下也被称作“信息B”)。通过利用信息A和B，获得光源单元16的振荡频率、作为输出质量一种类型的能量稳定性以及作为除关于光源单元16振荡的振荡频率以外的预定控制因素的***体温度T之间的关系。具体地说，在存储器51中储存实质上表示上述三者之间关系的信息。
图6表示子程序(对应于图4中的子程序118)的一个例子，该子程序决定扫描速度V和振荡频率f，是与根据第二实施例的剂量控制有关的主控制器50中CPU处理算法的一部分。
在此子程序中，首先在步骤252，振荡频率f通过上述表达式(8)，按照与步骤152相同的方式以扫描速度V＝最大扫描速度(Vmax)来计算振荡频率f。
然后在下一步骤254，判断以上算出的振荡频率f是否是激光器的最大振荡频率fmax。当判断为肯定时，程序进行到步骤256，判断以上算出的振荡频率f是否处于储存在存储器51中的特定频率范围(图3中的范围f1～f2)内。当判断为否定时，即，当振荡频率f处于特定频率范围之外时，程序进行到步骤258，将振荡频率f按照与上述相同的方式设置为步骤252算出的值，并且在下一步骤260将扫描目标速度(扫描速度)设置为最大扫描速度Vmax。之后，程序返回到图4所示主程序的步骤120。
另一方面，当步骤256的判断为肯定时，不适于设置在步骤152算出的振荡频率f，因为它属于输出能量稳定性处于允许范围以外的频率范围。因此程序进行到步骤264，在那儿根据存储器51中的信息A和B控制上述准分子激光管202中加热器和冷却单元的控制***，以便控制激光器气体的温度，使得振荡频率和输出能量稳定性之间的关系变为使步骤252算出的振荡频率f偏离特定的频率范围。
通过上述温度控制，准分子激光管202中***体的流动速度改变，并且作为一个例子，最初是图中虚线所示波形的输出能量稳定性-振荡频率曲线移到图中箭头B所示的较低频率方向，并且变为图7中实线所示的波形。因此，最初处于特定频率范围如图7中箭头C所示频率范围中的输出能量稳定性的振荡频率变为允许值。具体地说，输出质量衰减的振荡频率远离使用的振荡频率范围(箭头C的频率范围)。
当步骤264的处理结束时，因为步骤252算出的振荡频率(使用的频率)属于输出能量稳定性变到允许范围内的频率范围，所以程序进行到步骤258，将振荡频率f设置为步骤252算出的值，与步骤256的判断为否定时的情形相同，并且扫描目标速度(扫描速度)设为最大扫描速度Vmax。然后程序返回到图4所示主程序的步骤120。
另一方面，当步骤254的判断为否定时，程序进行到步骤262，因为不可能设置在步骤252算出的振荡频率f。在步骤262，判断振荡频率f(＝fmax)是否处于上述特定的频率范围，但是在本实施例中从图3清楚看到，fmax在特定频率范围之外。结果，步骤262的判断为否定，并且程序进行到步骤268。
在步骤268，通过激光控制器16e将振荡频率f设置为最大振荡频率fmax后，程序进行到步骤268，根据上述表达式(9)计算扫描速度V，并且因此设置该速度。在此情况下，用fmax计算扫描速度。扫描速度V设置为一个低于最大扫描速度的预定值。然后，程序返回到主程序的步骤120。
注意，与图3不同，当fmax处于特定频率范围内时，步骤262的判断为肯定，并且程序进行到步骤266，在那儿根据存储器51中的信息A和B控制上述准分子激光管202中加热器和冷却单元的控制***，以便控制激光器的气体温度，使得振荡频率和输出能量稳定性之间的关系变为使最大振荡频率fmax偏离特定的频率范围。
在任何情况下，主程序的步骤120之后的处理与第一实施例的相同。
从前面的描述中清楚地知道，在第二实施例中，存储器51构成存储装置，该装置储存预定范围内光源单元16(更具体地说是激光谐振器16a)的振荡频率的信息，其中预定范围包含考虑到光源单元输出质量之后的可用振荡频率，更具体地说是表示振荡频率、输出质量和除了关于光源单元16振荡的振荡频率以外的预定控制因素(激光器的气体温度)之间关系的信息，类似于上述第一实施例。另外，通过主控制器50、或更具体地说是CPU和软件程序实现控制单元将激光器气体的温度控制为光源单元16振荡时的振荡环境影响因素。换言之，控制单元通过处理步骤256、264、262和266由CPU执行来实现。控制单元控制激光器气体温度，由此改变振荡频率和输出质量之间的关系。另外，上述控制单元和存储器51构成激光光源控制单元。
注意，事实上可以通过硬件构成由上述软件程序实现的至少一部分结构。
如同以上详细的描述，根据第二实施例的激光光源控制单元(50和51)，可以使用输出质量总是良好的激光光源，与第一实施例类似。另外，根据第二实施例的曝光设备，可以通过输出质量良好的振荡频率范围内的任意振荡频率转印图案，并且由此可以以良好的精确度在晶片W的多个拍摄区形成图案。
在上述第二实施例中，对在存储器51中储存光源单元16的振荡频率、输出质量(以输出能量稳定性为例)和除振荡频率以外的作为控制因素的激光器气体温度之间的关系的信息进行了描述，但本发明不限于此。例如，可以在存储器51中储存关于激光单元16的振荡频率、波长稳定性(中心波长稳定性)指标值和谱线宽度(谱线宽度变化特性的指标值)其中之一以及预定因素(激光器气体温度和激光器气体流速其中之一)等之间关系的信息。甚至在这种情况下，可以通过主控制器50根据存储器51中的信息进行步骤256和262的判断来获得与上述实施例相同的效果，并且根据存储器51中的信息执行与步骤264和266相同的处理。
另外，在上述第二实施例中，主控制器50(CPU)可以控制上述准分子激光管202中的激光器气体温度，以根据存储器51中的信息A和B改变振荡频率和输出质量之间的关系，使得输出质量(例如输出能量稳定性)最稳定的光源单元的振荡频率范围与所需的频率、如在步骤252算出的振荡频率匹配。
这可以通过改***件很容易地实现。因此，光源单元16可以用在输出质量总是良好或最好的状态，并且还可以在输出质量良好的振荡频率范围内以任意振荡频率转印图案。因此，可以以良好的精确度在晶片W的多个拍摄区形成图案。
注意，在第二实施例中信息A和B也可以储存在主控制器50的RAM中。在此情况下RAM构成存储装置。
另外，在上述第一和第二实施例中，对主控制器50从激光光源16外部控制激光光源16的振荡频率的情形进行了描述，但本发明不限于此。换言之，外壳17内的激光控制器16e可以有设置并控制振荡频率的功能。
注意，在上述每个实施例中，对本发明用于步进扫描法扫描曝光设备的情形进行了描述，但本发明不限于此，也可以优选应用到步进-重复法(所谓的步进器)曝光设备或步进-压合法曝光设备。
应用本发明的曝光设备的用途不限于制造半导体器件的曝光设备，本发明也可以广泛地用于关于液晶的曝光设备，把液晶显示器图案转印到方形玻璃板上，显示器例如是等离子体显示器和有机EL，还可以应用到制造薄膜磁头、微机械、DNA芯片等的曝光设备。另外，本发明不仅可以应用到制造微型器件如半导体的曝光设备，而且也可以应用到把电路图案转印到玻璃衬底或硅晶片上以便制造用在光学曝光设备中的分划板或掩模的曝光设备、EUV曝光设备、X射线曝光设备、电子束曝光设备等。
另外，在上述每个实施例中，作为激光束，可以采用谐波，该谐波是通过放大从DFB半导体激光器或带有掺铒(或掺有铒和钇)光纤放大器的光纤激光器振荡的红外区域或可见区域的单波长激光束并对激光束进行波长转换、从而用非线性光学晶体将激光束转变成紫外光束而产生的。
例如，当单波长激光束的振荡频率处于1.51～1.59μm的范围内时，输出八阶谐波或十阶谐波，其中八阶谐波产生的波长范围在189～199nm，十阶谐波产生的波长范围在151～159nm。特别是，当振荡波长处于1.544～1.553μm范围时，产生波长范围在193～194nm的八阶谐波，即基本上与ArF准分子激光器产生的激光波长相等的紫外光。当振荡波长处于1.57～1.58μm的范围中时，产生波长范围为157～158nm的十阶谐波，即基本上具有与F2激光器相同波长的紫外光。
另外，当振荡频率处于1.03～1.12μm的范围内时，输出波长范围在147～160nm的七阶谐波。特别是，当振荡波长处于1.099～1.106μm范围时，产生波长范围在157～158nm的七阶谐波，即基本上与F2激光器产生的波长相等的紫外光。顺便说一下，作为单波长振荡激光器，采用掺钇光纤激光器。
另外，可以使用产生真空紫外光的光源，如波长在146nm的Kr2激光器(氪二聚体激光器)和波长为126nm的Ar2激光器(氩二聚体激光器)。
另外，投影光学***的放大率不限于缩小***，也可以是等放大率或扩大放大率。<器件制造法>
接下来描述使用上述曝光设备10和曝光法的器件制造法实施例。
图8是制造器件(半导体芯片如IC和LSI，液晶板，CCD，薄膜磁头，微机械等)的实例流程图。如图8所示，在步骤301(设计步骤)，设计器件的功能/性能(如半导体器件的电路设计)并设计执行功能的图案。在步骤302(掩模制造步骤)，制造一个在其上形成设计的电路图案的掩模，而在步骤303(晶片制造步骤)，通过利用硅材等制造晶片。
在步骤304(晶片处理步骤)，利用在步骤301至303制备的掩模和晶片通过光刻法在晶片上形成一个实际电路等。接下来，在步骤305(器件组装步骤)，利用在步骤304处理的晶片组装一个器件。在步骤305，根据需要，包括切削、粘结和封装(芯片封装)等处理。
最后，在步骤306(检测步骤)，对在步骤305处理的器件进行操作、耐用性等的测试。这些步骤之后，即完成了该器件并进行装运。
图9是上述半导体器件的制造中步骤304的详细流程图。参见图9，在步骤311(氧化步骤)中，氧化晶片的表面。在步骤312(CVD步骤)，在晶片表面上形成一个绝缘膜。在步骤313(电极形成步骤)，通过气相沉积在晶片上形成一个电极。在步骤314(离子置入步骤)，将离子置入到晶片中。上述步骤311～314组成了对于晶片处理中的各个步骤的预处理，并且根据各个步骤所需的处理选择性地执行。
当在晶片处理的各个步骤中完成上述预处理时，按下列方式执行后处理。在此后处理中，首先在步骤315(抗蚀剂形成步骤)，用光敏剂涂覆晶片。接下来在步骤316(曝光步骤)，通过上述曝光设备和曝光法把掩模上的电路图案转印到晶片上。并且在步骤317(显影步骤)，对已经曝光的晶片显影。然后在步骤318(蚀刻步骤)，通过蚀刻去除剩余抗蚀剂的区域以外的曝光元件区。最后，在步骤319(抗蚀剂去除步骤)，完成蚀刻后去除不再需要的抗蚀剂。
通过重复执行这些预处理和后处理步骤，在晶片上形成了多个电路图案。
在本实施例中利用器件制造法时，因为上述实施例中的曝光设备和曝光法用在曝光过程中，所以可以高精确度地在晶片的每个拍摄区上形成图案，这提高了微器件的产量，反之也提高了微器件的生产率。
虽然本发明的上述实施例是目前优选的实施例，但本领域的技术人员容易知道，在不脱离本发明实质和范围的前提下可以对上述实施例进行各种增加、改进和替换。所有这些改进、增加和替换将落在本发明由权利要求限定的范围之内。

Claims (27)

1.一种控制振荡频率可变的激光光源的激光光源控制法，所述方法包括：
获取过程，获得预定范围中所述激光光源的振荡频率信息，其中预定范围在考虑到所述激光光源输出质量的前提下包含一个可用振荡频率；和
控制过程，根据获得的所述信息控制所述激光光源振荡时影响振荡环境的振荡环境影响因素。
2.如权利要求1所述的激光光源控制法，其中
在所述获取过程中，获取关于所述激光光源振荡频率和输出质量之间关系的信息作为所述信息，并且
在所述控制过程中，控制所述激光光源的所述振荡频率作为所述振荡环境影响因素。
3.如权利要求2所述的激光光源控制法，其中
在所述控制过程中，根据所述信息规定所述输出质量变为最佳的振荡频率范围，并且把所述激光光源的振荡频率设置为所述规定的振荡频率范围内的一个振荡频率。
4.如权利要求2所述的激光光源控制法，其中
在所述控制过程中，根据所述信息规定所述输出质量衰减的振荡频率范围，并且把所述激光光源的振荡频率设置为所述规定的振荡频率范围之外的一个振荡频率。
5.如权利要求1所述的激光光源控制法，其中
在所述获取过程中，获得关于所述输出质量衰减的特定振荡频率的信息作为所述信息，和
在所述控制过程中，控制所述激光光源的振荡频率作为所述振荡环境影响因素，并且避开所述特定的振荡频率范围设置所述振荡频率。
6.如权利要求1所述的激光光源控制法，其中
在所述获取过程中，获取关于所述输出质量变为最佳的特定振荡频率范围的信息作为所述信息，和
在所述控制过程中，控制所述激光光源的振荡频率作为所述振荡环境影响因素，并且把所述振荡频率设置为所述特定振荡频率范围内的一个振荡频率。
7.如权利要求1所述的激光光源控制法，其中
在所述获取过程中，获取关于所述振荡频率、输出质量和除与所述激光光源的振荡有关的振荡频率以外的一个预定控制因素之间关系的信息作为所述信息，和
在所述控制过程中，控制所述预定控制因素作为所述振荡环境影响因素，从而改变所述振荡频率和输出质量之间的关系。
8.如权利要求7所述的激光光源控制法，其中
在所述控制过程中，通过控制所述控制因素来改变所述振荡频率和输出质量之间的所述关系，使得所述输出质量衰减的振荡频范围远离使用的振荡频率范围。
9.如权利要求7所述的激光光源控制法，其中
在所述控制过程中，可以通过控制所述控制因素改变所述振荡频率和输出质量之间的所述关系，使得所述激光光源输出质量最稳定的振荡频率范围与所需的频率匹配。
10.如权利要求7所述的激光光源控制法，其中
在所述控制过程中，在控制了所述预定的控制因素之后，将所述激光光源的振荡频率设置为所述输出质量衰减的振荡频率范围之外的一个振荡频率。
11.如权利要求7所述的激光光源控制法，其中
所述控制因素至少包括所述激光光源内部的气体流动速度和温度中的一个。
12.如权利要求1所述的激光光源控制法，其中
所述输出质量至少包括所述激光光源产生的激光束能量稳定性、波长稳定性和谱线宽度的变化特性。
13.一种曝光法，其中利用激光光源产生的激光束照射掩模并把形成在所述掩模上的图案转印到目标上，其中
使用如权利要求1所述的激光光源控制法控制的激光光源产生的激光束作为所述激光束。
14.一种包括光刻过程的器件制造方法，其中
在所述光刻过程中，利用如权利要求13所述的曝光法把形成在掩模上的器件图案转印到目标上。
15.一种激光光源控制装置，该装置控制振荡频率可变的激光光源，所述装置包括：
一个存储单元，储存关于预定范围内所述激光光源振荡频率的信息，其中预定范围包含一个考虑到所述激光光源输出质量之后的可用振荡频率；和
一个控制单元，根据储存在所述存储单元中的所述信息控制影响所述激光光源振荡时振荡环境的振荡环境影响因素。
16.如权利要求15所述的激光光源控制装置，其中
所述振荡环境影响因素包括所述激光光源的振荡频率。
17.如权利要求16所述的激光光源控制装置，其中
所述存储单元储存关于所述激光光源的振荡频率和输出质量之间关系的信息；和
所述控制单元控制所述激光光源的振荡频率。
18.如权利要求16所述的激光光源控制装置，其中
所述存储单元储存关于所述输出质量衰减的特定振荡频率范围的信息；和
所述控制单元避开所述特定振荡频率范围设置所述激光光源的振荡频率。
19.如权利要求16所述的激光光源控制装置，其中
所述存储单元储存关于所述输出质量变为最佳的特定振荡频率范围的信息；和
所述控制单元把所述激光光源的振荡频率设置为所述特定振荡频率范围内的一个振荡频率。
20.如权利要求15所述的激光光源控制装置，其中
所述存储单元储存关于所述振荡频率、输出质量以及除与所述激光光源的振荡有关的振荡频率之外的预定控制因素之间的关系的信息；和
所述控制单元将所述预定控制因素控制为所述振荡环境影响因素，从而改变所述振荡频率和输出质量之间的关系。
21.如权利要求20所述的激光光源控制装置，其中
所述控制因素至少包括所述激光光源内部的气体流速和温度之一。
22.如权利要求21所述的激光光源控制装置，其中
所述控制单元通过控制所述控制因素而改变所述振荡频率和输出质量之间的所述关系，使得所述输出质量衰减的振荡频率范围远离使用的振荡频率范围。
23.如权利要求21所述的激光光源控制装置，其中
所述控制单元通过控制所述控制因素来改变所述振荡频率和输出质量之间的所述关系，使得所述激光光源输出质量最稳定的振荡频率范围与一个所需的频率匹配。
24.如权利要求20所述的激光光源控制装置，其中
所述控制单元在控制了所述预定控制因素之后，将所述激光光源的振荡频率设置为所述输出质量衰减的振荡频率范围以外的一个振荡频率。
25.如权利要求15所述的激光光源控制装置，其中
所述输出质量至少包括所述激光光源产生的激光束的能量稳定性、波长稳定性和谱线宽度的可变特性之一。
26.一种曝光设备，该设备使用激光光源产生的激光束对掩模照明，把形成在所述掩模上的图案转印到目标上，所述曝光设备包括：
如权利要求15所述的激光光源控制装置；和
一个投影光学***，该***把由所述激光光源产生的激光束照明的所述掩模上的图案图象投影到所述目标上，其中所述激光光源受所述激光光源控制装置控制。
27.一种包括光刻过程的器件制造法，其中
在所述的光刻过程中，利用如权利要求26所述的曝光设备把形成在掩模上的器件图案转印到目标上。
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