JP2001085306A - 光源装置、露光装置及び露光方法、並びにデバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御に必要な要請に応じた光量制御を行うこ
とができる光源装置を提供する。 【解決手段】 光源装置１６は、単一波長発生光源１６
０Ａと該光源からの光をパルス光に変換して出力する光
変調器１６０Ｃとを有する光発生部１６０と、光変調器
からのパルス光を増幅するファイバアンプを各々有する
光ファイバ群から成る光増幅部１６１と、光量制御装置
１６Ｃとを備えている。光量制御装置１６０Ｃは、光フ
ァイバ群を構成する各ファイバの光出力の個別オン・オ
フによる段階的な光量制御と、光変調器の出力パルス光
の周波数及びピークパワーの少なくとも一方を制御する
光量制御とを行う。従って、段階的な光量制御に加え
て、各段階間の光量の微調整が前記パルス光の周波数及
びピークパワーの少なくとも一方の制御により可能にな
り、所定範囲内であれば如何なる設定光量にも光量を一
致させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源装置、露光装
置及び露光方法、並びにデバイス及びその製造方法に係
り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等を製造
する際にリソグラフィ工程で用いられる露光装置の露光
用光源として好適な光源装置、該光源装置を露光用光源
として備えた露光装置、該露光装置による露光方法、並
びに前記露光装置及び露光方法を用いてデバイスを製造
する方法及び該デバイス製造方法によって製造されるデ
バイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（集積回路）、液
晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、
種々の露光装置が用いられている。近年では、この種の
露光装置としては、フォトマスク又はレチクル上に形成
された微細回路パターンを、表面にフォトレジストが塗
布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に投影光
学系を介して縮小投影し、転写する、いわゆるステッパ
あるいはいわゆるスキャニング・ステッパ等の縮小投影
露光装置が、高いスループットを有する点から主流とな
っている。

【０００３】しかるに、投影露光装置等の露光装置で
は、高スループットとともに高い解像力（解像度）が要
請される。投影露光装置の解像力Ｒ、焦点深度ＤＯＦ
は、露光用照明光の波長λ、投影光学系の開口数Ｎ．
Ａ．を用いて、次式（１）、（２）によってそれぞれ表
される。

【０００４】 Ｒ＝Ｋ・λ／Ｎ．Ａ． ……（１）

【０００５】 ＤＦ＝λ／２（Ｎ．Ａ．）² ……（２）

【０００６】上記の式（１）から明らかなように、解像
力Ｒ、すなわち解像できる最小パターン線幅をより小さ
くするために、比例定数Ｋを小さくする、Ｎ．Ａ．
を大きくする、露光用照明光の波長λを小さくする、
の３つの方法が考えられる。ここで、比例定数Ｋは投影
光学系やプロセスによって決まる定数であり、通常０．
５〜０．８程度の値をとる。この定数Ｋを小さくする方
法は、広い意味での超解像と呼ばれている。今までに、
投影光学系の改良、変形照明、位相シフトレチクルなど
が提案、研究されてきた。しかし、適用できるパターン
に制限があるなどの難点があった。

【０００７】一方、開口数Ｎ．Ａ．は式（１）からその
値が大きいほど解像力Ｒを小さくできるが、このことは
同時に式（２）から明らかなように焦点深度ＤＯＦが浅
くなってしまうことを意味する。このため、Ｎ．Ａ．値
は大きくするにも限界があり、通常は０．５〜０．６程
度が適当とされている。

【０００８】従って、解像力Ｒを小さくする最も単純か
つ有効な方法は、露光用照明光の波長λを小さくするこ
とである。

【０００９】かかる理由により、ステッパ等としては紫
外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ラン
プを露光用光源とするｇ線ステッパ、ｉ線ステッパが従
来主として用いられていたが、近年ではより短波長のＫ
ｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を出力するＫ
ｒＦエキシマレーザを光源とするＫｒＦエキシマレーザ
・ステッパが主流となりつつある。現在ではさらに短波
長の光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）を使用する露光装置の開発が進められている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たエキシマレーザは大型であること、１パルスあたりの
エネルギが大きいことにより光学部品の損傷が生じやす
いこと、有毒なフッ素ガスを使用するためレーザのメン
テナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなどの、露光装
置の光源として不利な点が存在する。

【００１１】また、露光装置にはウエハ毎のレジス卜感
度等の違いにあわせた露光量制御性能を実現することが
求められ、広いダイナミックレンジ、典型的には１〜１
／７程度が求められる。従来のエキシマレーザを光源と
する露光装置では、上記のウエハ毎のレジス卜感度等の
違いにあわせた露光量制御のために、例えばＮＤフィル
タ等のエネルギ粗調器が用いられている。

【００１２】しかしながら、かかる手法による場合に
は、透過率が較正されたＮＤフィルタが必要であり、Ｎ
Ｄフィルタの耐久性、透過率の経時変化も問題になる。
さらに、最大光量の１／７の露光量しか必要としない場
合でも、エキシマレ一ザは最大出力強度で動作し、出力
光の６／７は露光には使用されず無駄になる。また、光
学部品消耗、消費電力の点でも問題があった。

【００１３】現状の露光装置には、上記のウエハ毎のレ
ジス卜感度等の違いにあわせた光量制御性能（以下、適
宜「第１の露光量制御性能」と呼ぶ）の他、同ーウエハ
内におけるショット領域（チップ）毎のプ口セスばらつ
きを補正する露光量制御性能（以下、適宜「第２の露光
量制御性能」と呼ぶ）が要求される。また、スキャニン
グ・ステッパの場合には、ショット領域内の線幅均一性
を実現するための露光量制御性能（以下、適宜「第３の
露光量制御性能」と呼ぶ）が更に要求される。

【００１４】現状の露光装置では、上記の第２の露光量
制御性能として、ダイナミックレンジが設定露光量の±
１０％程度、ショット間ステッピング時間である１００
ｍｓ程度の時間内に設定値に制御すること、制御精度と
して設定露光量の±１％程度が要求されている。

【００１５】また、上記第３の露光量制御性能として
は、制御精度として典型的には１ショットの露光時間で
ある２０ｍｓｅｃの時間内に設定露光量の±０．２％に
設定すること、制御速度１ｍｓ程度が要求されている。

【００１６】従って、露光装置の光源として、上記第１
〜第３の露光量制御性能を実現するためにも、制御に必
要な要請に応じた制御を行うことができる光源装置の出
現が期待されている。ここで、制御に必要な要請とは、
（ａ）制御のダイナミックレンジ、（ｂ）制御精度、
（ｃ）制御速度、（ｄ）検出光強度と制御量とのリニア
リティの程度、（ｅ）省電力を目的とするエネルギセイ
ブの機能等である。

【００１７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、上記の制御に必要な要請に応じ
た光量制御を行うことができる光源装置を提供すること
にある。

【００１８】本発明の第２の目的は、要求される露光量
制御を容易に実現することができる露光装置及び露光方
法を提供することにある。

【００１９】本発明の第３の目的は、高集積度のマイク
ロデバイスの生産性を向上することができるデバイス製
造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、単一波長の光を発生する光源装置であって、単一波
長の光を発生する光発生部（１６０）と；前記光発生部
の出力段に並列に配置された複数の光ファイバから成る
ファイバ群と；前記各光ファイバからの光出力を個別に
オン・オフすることにより前記ファイバ群から出力され
る光の光量を制御する光量制御装置（１６Ｃ）とを備え
る。

【００２１】これによれば、光発生部で発生した単一波
長の光が、その出力段に並列に配置されたファイバ群を
構成する複数の光ファイバのそれぞれに向かって進む
が、光量制御装置では各光ファイバからの光出力を個別
にオン・オフすることによりファイバ群から出力される
光の光量を制御する。このように本発明では、ファイバ
群を構成する各光ファイバの光出力を個別にオン・オフ
するという簡単な手法によりファイバ群から出力される
光の光量制御を実現することができるとともに、光ファ
イバの数に比例した複数段階の光量制御が可能となるの
で、広いダイナミックレンジを容易に実現することがで
きる。この場合、各光ファイバの諸性能（ファイバ径等
を含む）は異なっていても良いが、各光ファイバの諸性
能がほぼ同じである場合には、光ファイバのそれぞれか
らの同一光量の光を出力させることができる結果、光フ
ァイバの数Ｎに応じたＮ段階の光量制御を正確かつ確実
に実行することができる。従って、例えば、Ｎ≧１００
とすれば、１％刻み以下の精度で光量を制御することが
できる。この場合、制御量と光量とのリニアリティの程
度も良い。勿論、この場合、ＮＤフィルタ等のエネルギ
粗調器は不要となるので、該フィルタの耐久性、透過率
の経時変化等に起因する光量制御性能の劣化等の諸問題
も改善できる。

【００２２】この場合において、請求項２に記載の発明
の如く、前記ファイバ群を構成する前記複数の光ファイ
バは、それぞれの少なくとも出力端部が束ねられてバン
ドル−ファイバ（１７３）が構成されていても良い。通
常、光ファイバの径は細いので、１００本以上束ねても
直径が数ｍｍ程度以内に収めることができ、そのバンド
ル−ファイバの出力段に何らかの光学素子を配置する場
合に、小型の光学素子を配置できる。

【００２３】上記請求項１及び２に記載の各発明に係る
光源装置では、各光ファイバからの光出力をオン・オフ
する手法は、例えば、各光ファイバに対する入射光を遮
光する機械的又は電気的なシャッタ、あるいは各光ファ
イバからの光の出射を阻止する機械的又は電気的なシャ
ッタを設ける等種々考えられるが、例えば、請求項３に
記載の発明の如く、前記各光ファイバを含んで構成され
る各光経路（１７２_n）の一部に、光増幅を行うことが
できるファイバ増幅器（１６８_n、１７１_n）が少なくと
も１段設けられている場合には、前記光量制御装置は、
前記各光ファイバからの前記光出力のオン・オフを前記
ファイバ増幅器の励起用光源（１７４、１７８）からの
励起光の強度の切り換えにより行うこととしても良い。

【００２４】ここで、「各光ファイバを含んで構成され
る各光経路の一部に、光増幅を行うことができるファイ
バ増幅器が少なくとも１段設けられている」とは、各光
経路が光ファイバとは別にその入力段に設けられた光増
幅器を有している場合、各光経路を構成する光ファイバ
の一部がファイバ増幅器となっている場合」のいずれを
も含む。

【００２５】かかる場合には、ファイバ増幅器により各
光ファイバを含む光経路に入射した光を増幅できるとと
もに、光出力をオフすることとされた光ファイバを含む
光経路に設けられた光増幅器に対する励起光の強度レベ
ルが低く（零を含む）設定されるので、その分省エネが
可能である。また、ファイバ増幅器の励起用光源からの
励起光の強度の切り換えにより光出力のオン・オフを行
うので、シャッタ等を用いる場合に比べて短時間で光出
力のオン・オフが可能である。

【００２６】この場合において、励起光の強度レベルの
切り換えは、所定範囲内の固定的でない２つのレベル間
で行っても良いが、請求項４に記載の発明の如く、前記
光量制御装置は、前記励起用光源からの励起光の強度を
所定レベルと零レベルとのいずれかに択一的に設定する
ことにより前記励起光の強度の切り換えを行うこととし
ても良い。かかる場合、請求請５に記載の発明の如く、
前記光量制御装置は、前記励起用光源をオン・オフする
ことにより、前記励起光の強度を所定レベルと零レベル
とのいずれかに択一的に設定することとしても良い。

【００２７】上記請求項３に記載の発明に係る光源装置
において、請求項６に記載の発明の如く、前記光量制御
装置は、前記励起用光源からの励起光の強度を所定の第
１レベルと該第１レベルより小さい第２レベルとのいず
れかに択一的に設定することにより前記励起光の強度の
切り換えを行うこととしても良い。すなわち、ファイバ
増幅器では、励起光の強度を零にしなくても所定量以下
にすると、光の吸収が生じて、ファイバ増幅器からの出
射光強度は殆ど零となるので、励起用光源からの励起光
の強度を所定の第１レベルと該第１レベルより小さい第
２レベルとのいずれかに択一的に設定することにより、
光ファイバからの光出力をオン・オフすることができ
る。この場合も第１レベル、第２レベルは所定範囲内の
固定的でない２つのレベルであっても良い。

【００２８】上記請求項３〜６に記載の各発明に係る光
源装置において、請求項７に記載の発明の如く、前記各
光経路に、前記ファイバ増幅器が複数段設けられている
場合、前記光量制御装置は、前記各光ファイバからの前
記光出力のオン・オフを最終段のファイバ増幅器（１７
１_n）の励起用光源からの励起光の強度の切り換えによ
り行うこととしても良い。かかる場合には、最終段以外
のファイバ増幅器の励起用光源からの励起光の強度を切
り換える場合に問題となるＡＳＥ（AmplifiedSpontaneo
us Emission,自然放出光）の悪影響を回避することがで
きるとともに、後段のファイバ程大きな励起光の強度を
必要とするので光ファイバからの光出力をオフしたとき
の励起用光源の省エネの効果が一層大きくなる。

【００２９】この場合において、請求項８に記載の発明
の如く、前記最終段の前記ファイバ増幅器は、他の段の
ファイバ増幅器に比べてモードフィールド径が大きいこ
とが望ましい。かかる場合には、光ファイバ中での非線
形効果による増幅光のスペクトル幅の増加を避けること
ができる。

【００３０】上記請求項１〜８に記載の各発明に係る光
源装置において、前記各光ファイバからの光出力のオン
・オフ状況に対応する出力強度マップが予め記憶された
記憶装置（５１）を更に備え、前記光量制御装置は、前
記出力強度マップと所定の設定光量に基づいて前記各光
ファイバからの光出力を個別にオン・オフすることとし
ても良い。かかる場合には、各光ファイバの出力にばら
つきがあってもファイバ群の光出力を設定光量にほぼ一
致させることができるとともに、諸性能の異なる光ファ
イバを用いることも可能となる。

【００３１】この場合において、前記出力強度マップ
は、予め測定された各ファイバ出力のばらつきに基づい
て作成されていることが望ましい。かかる場合には予め
実際に測定された各ファイバ出力のばらつきに基づいて
出力強度マップが作成されているので、ファイバ群の光
出力を設定光量に確実に一致させることができる。

【００３２】上記請求項１〜８に記載の各発明に係る光
源装置において、請求項１１に記載の発明の如く、前記
各光ファイバから出力される前記光の波長を変換する波
長変換部（１６３）を更に備えていても良い。かかる場
合には、波長変換部出力は、光出力がオンであるファイ
バ数に比例する。このため、例えば、各光ファイバの諸
性能がほぼ同じである場合には、光ファイバのそれぞれ
から同一光量の光を出力させることができる結果、ニア
リティ良く光量を制御することができる。

【００３３】請求項９及び１０に記載の各発明に係る光
源装置において、請求項１２に記載の発明の如く、前記
各光ファイバから出力される前記光の波長を変換する波
長変換部を更に備える場合には、前記出力強度マップ
は、予め測定された前記各ファイバ出力に対応する波長
変換効率のばらつきに起因する出力のばらつきを更に考
慮して作成されていることが望ましい。かかる場合に
は、各光ファイバからの光出力に対する波長変換効率に
ばらつきがあっても、出力光の光量を設定光量に制御す
ることができる。

【００３４】上記請求項１〜１２に記載の各発明に係る
光源装置において、請求項１３に記載の発明の如く、前
記光発生部が、単一波長の光を発生する光源（１６０
Ａ）と、前記光源からの光を所定周波数のパルス光に変
換して出力する光変調器（１６０Ｃ）とを有する場合に
は、前記光量制御装置は、前記光変調器から出力される
パルス光の周波数及びピークパワーの少なくとも一方を
更に制御することとしても良い。かかる場合には、光フ
ァイバ群を構成する各ファイバの光出力の個別オン・オ
フによる段階的な光量制御に加えて、各段階間の光量の
微調整が光変調器から出力されるパルス光の周波数及び
ピークパワーの少なくとも一方の制御により可能になる
ので、結果的に光量の連続制御が可能となり、所定範囲
内であれば設定露光量が如何なる値に設定されても、出
力光の光量をその設定光量に一致させることが可能にな
る。

【００３５】上記請求項１〜１３に記載の各発明に係る
光源装置において、請求項１４に記載の発明の如く、前
記複数の光ファイバそれぞれからの光出力を個別に遅延
させて、前記光出力を時間的にずらして行わせる遅延部
（１６７）を更に備えていても良い。かかる場合には、
各光ファイバから出力される光が時間的に重なることが
なくなるので、結果的に空間的コヒーレンシーを低減す
ることが可能になる。

【００３６】請求項１５に記載の発明は、単一波長の光
を発生する光源装置であって、単一波長の光を発生する
光源（１６０Ａ）と、該光源からの光を所定周波数のパ
ルス光に変換して出力する光変調器（１６０Ｃ）とを有
する光発生部（１６０）と；前記光発生部によって発生
されたパルス光を増幅する少なくとも１段のファイバ増
幅器を含む光増幅部（１６１）と；前記光変調器から出
力される前記パルス光の周波数を制御することにより前
記ファイバ増幅器からの出力光の光量を制御する光量制
御装置（１６Ｃ）とを備える。

【００３７】これによれば、光発生部内では、光源から
単一波長の光が発生され、その光が光変調器によって所
定周波数のパルス光に変換され出力される。そして、こ
のパルス光は、光増幅部によって増幅されピークパワー
のより大きなパルス光として出力される。しかるに、パ
ルス光の単位時間当たりの光量（積算光量）は、パルス
光のピークパワーがほぼ一定であれば、その周波数に応
じて増減するので、光量制御装置が光変調器から出力さ
れるパルス光の周波数を制御することにより、ファイバ
増幅器からの出力光の光量を設定光量（目標光量）に一
致させることができる。本発明によるパルス光の周波数
（単位時間当たりのパルス数）制御による光量調整で
は、前述した請求項１に記載の発明に比べて、より高速
にかつより細やかな光量調整を行うことが可能となり、
設定光量が所定範囲内にあれば如何なる値に設定されて
も光量をほぼ一致させることができる。また、光出力と
制御量とのリニアリティも請求項１に記載の発明と同等
以上になる。

【００３８】この場合において、請求項１６に記載の発
明の如く、前記光増幅部に入力するパルス光の周波数に
応じた前記光増幅部の出力強度マップが記憶された記憶
装置（５１）を更に備える場合には、前記光量制御装置
は、前記出力強度マップと所定の設定光量とに基づいて
前記光変調器から出力される前記パルス光の周波数を制
御することとしても良い。光変調器からのパルス光の周
波数に応じて光増幅器の入力光の強度が変化し、光増幅
部を構成するファイバ増幅器の利得は入力光強度依存性
を有するが、本発明によれば、前記入力光強度依存性に
起因する光増幅部からの出力パルスのピークパワー変化
の影響を受けることのない、高精度な光量制御が可能と
なる。

【００３９】上記請求項１５及び１６に記載の各発明に
おいて、請求項１７に記載の発明の如く、前記光量制御
装置は、前記光変調器から出力される前記パルス光のピ
ークパワーを更に制御することとしても良い。かかる場
合には、パルス光のピークパワーに変動があるような場
合であっても、精度の良い光量制御が可能となる。

【００４０】上記請求項１５及び１６に記載の各発明に
おいて、請求項１８に記載の発明の如く、前記光変調器
が、電気光学変調器である場合に、前記光量制御装置
は、前記光変調器に印加する電圧パルスの周波数を制御
することにより、前記パルス光の周波数を制御すること
としても良い。電気光学変調器の出力パルス光の周波数
は、その光変調器に印加する電圧パルスの周波数に一致
する。

【００４１】請求項１９に記載の発明は、単一波長の光
を発生する光源装置であって、単一波長の光を発生する
光源（１６０Ａ）と、該光源からの光を所定周波数のパ
ルス光に変換して出力する光変調器（１６０Ｃ）とを有
する光発生部（１６０）と；前記光発生部によって発生
されたパルス光を増幅する少なくとも１段のファイバ増
幅器を含む光増幅部（１６１）と；前記光変調装置から
出力される前記パルス光のピークパワーを制御すること
により前記光増幅部からの出力光の光量を制御する光量
制御装置（１６Ｃ）とを備える。

【００４２】これによれば、光発生部内では、光源から
単一波長の光が発生され、その光が光変調器によって所
定周波数のパルス光に変換され出力される。そして、こ
のパルス光は、光増幅部によって増幅されピークパワー
のより大きなパルス光として出力される。光増幅部から
出力されるパルス光の単位時間当たりの光量（積算光
量）は、当然に光変調器からのパルス光のピークパワー
に応じて増減するので、光量制御装置が光変調器から出
力されるパルス光のピークパワーを制御することによ
り、ファイバ増幅器からの出力光の光量を設定光量（目
標光量）に一致させることができる。本発明によるパル
ス光のピークパワー制御による光量調整では、前述した
請求項１に記載の発明に比べて、より高速にかつより細
やかな光量調整を行うことが可能となり、設定光量が所
定範囲内にあれば如何なる値に設定されても光量をほぼ
一致させることができる。

【００４３】この場合において、請求項２０に記載の発
明の如く、前記光増幅部に入力するパルス光の強度に応
じた前記光増幅部の出力強度マップが記憶された記憶装
置（５１）を更に備える場合には、前記光量制御装置
は、前記出力強度マップと所定の設定光量とに基づいて
前記光変調器から出力される前記パルス光のピークパワ
ーを制御することとしても良い。かかる場合には、光増
幅部を構成するファイバ増幅器の利得の入力光強度依存
性に起因する光増幅部からの出力パルスのピークパワー
変化の影響を受けることのない、高精度な光量制御が可
能となる。

【００４４】請求項１９及び２０に記載の各発明におい
て、請求項２１に記載の発明の如く、前記光変調器は、
電気光学変調器であり、前記光量制御装置は、前記光変
調器に印加する電圧パルスのピークレベルを制御するこ
とにより、前記パルス光のピークパワーを制御すること
としても良い。電気光学変調器からの出力光のパルスピ
ーク強度は電気光学変調器に印加される電圧パルスのパ
ルスピーク強度に依存する。

【００４５】請求項１５〜２１に記載の各発明に係る光
源装置において、請求項２２に記載の発明の如く、前記
光増幅部は複数並列に設けられ、前記各光増幅部の光出
力端部は光ファイバによりそれぞれ構成されていても良
い。

【００４６】この場合において、請求項２３に記載の発
明の如く、前記複数の光増幅部をそれぞれ構成する前記
複数の光ファイバは、束ねられてバンドル−ファイバ
（１７３）が構成されていても良い。通常、光ファイバ
の径は細いので、１００本以上束ねても直径が数ｍｍ程
度以内に収めることができ、そのバンドル−ファイバの
出力段に何らかの光学素子を配置する場合に、小型の光
学素子を配置できる。

【００４７】上記請求項１５〜２３に記載の各発明に係
る光源装置において、請求項２４に記載の発明の如く、
前記光増幅部から出力される光の波長を変換する波長変
換部（１６３）を更に備えていても良い。かかる場合に
は、波長変換部からの出力光の光量は、光増幅部出力、
ひいては光変調器からのパルス光の入力強度（光量）に
応じた値となる。但し、確実にパルス光の入力強度（光
量）に比例した値となるわけではなく、光増幅部の出力
パルスのピーク強度に対し、最高で波長変換部から出力
される高調波の次数のべき乗に比例した非線形の依存性
を示す。一方、前記光変調器が電気光学変調器である場
合には、その出力光のパルスピーク強度の、電気光学変
調器に印加される電圧パルスのパルスピーク強度依存性
は、ｃｏｓ（Ｖ）であるため、上記の波長変換部の非線
形な依存性は緩和される。従って、波長変換部を備える
場合には、前記光変調器は、電気光学変調器であること
が望ましい。

【００４８】上記請求項２２及び２３に記載の各発明に
おいて、請求項２５に記載の発明の如く、前記複数の光
増幅部のそれぞれからの光出力を個別に遅延させて、前
記光出力を時間的にずらして行わせる遅延部（１６７）
を更に備えていても良い。かかる場合には、各光ファイ
バから出力される光が時間的に重なることがなくなるの
で、結果的に空間的コヒーレンシーを低減することが可
能になる。

【００４９】上記請求項１１、１２、２４に記載の各発
明に係る光源装置において、請求項２６に記載の発明の
如く、前記光発生部は、赤外域から可視域までの範囲内
の単一波長のレーザ光を発生し、前記波長変換部は、前
記レーザ光の高調波である紫外光を出力することを特徴
としても良い。

【００５０】この場合において、請求項２７に記載の発
明の如く、前記光発生部は、波長１．５μｍ付近の単一
波長のレーザ光を発生し、前記波長変換部は、前記波長
１．５μｍ付近の前記レーザ光の８倍高調波又は１０倍
高調波を発生することとしても良い。

【００５１】請求項２８に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装
置であって、請求項２６又は２７に記載の光源装置（１
６）と；前記光源装置から出力される光を露光用照明光
として前記マスクを照明する照明光学系（１２）とを備
える。

【００５２】これによれば、照明光学系により光源装置
の波長変換部から出力される紫外光を露光用照明光とし
てマスクが照明され、該マスクに形成されたパターンが
基板上に転写される。この場合、光源装置により、マス
クに照射される紫外光の光量制御を必要な要請に応じて
行うことができるので、結果的に要求される露光量制御
を実現することができる。

【００５３】この場合において、請求項２９に記載の発
明の如く、前記照明光学系内には、前記マスクのパター
ン面上における照明光の分布を均一化するオプティカル
インテグレータ（２２）が設けられていても良い。特
に、光ファイバが複数並列に設けられる場合には、オプ
ティカルインテグレータによりマスク面上での照明光分
布が各光ファイバからの光出力の変動（オン・オフを含
む）によって変動するのを抑制することができるので、
特に望ましい。

【００５４】請求項２８及び２９に記載の各発明に係る
露光装置において、請求項３０に記載の発明の如く、前
記照明光学系は、ケーラー照明系であっても良い。

【００５５】請求項３１に記載の発明は、マスクに形成
されたパターンを基板上に繰り返し転写する露光装置で
あって、単一波長の光を発生する光源（１６０Ａ）と、
前記光源からの光をパルス光に変換する光変調器（１６
０Ｃ）とを有する光発生部（１６０）と；前記光発生部
によって発生されたパルス光を増幅する少なくとも１段
のファイバ増幅器を含む光増幅部（１６１）と；前記増
幅されたパルス光を前記マスクに照射して、該マスクを
介して前記基板を露光する際に、その露光対象領域の基
板上の位置に応じて前記光変調器を介して前記パルス光
の周波数及びピークパワーの少なくとも一方を制御する
制御装置（５０）とを備える。

【００５６】これによれば、光発生部では、光源で発生
した単一波長の光を光変調器によりパルス光に変換する
ことによりパルス光を発生し、そのパルス光がファイバ
増幅器を含む光増幅部によって増幅される。そして、制
御装置により、その増幅されたパルス光をマスクに照射
して、該マスクを介して基板を露光する際に、その露光
対象領域の基板上の位置に応じて光変調器を介してパル
ス光の周波数及びピークパワーの少なくとも一方が制御
され、これによりマスクに照射される光量、ひいては基
板の露光量が高精度に制御される。従って、本発明によ
れば、基板上の露光対象領域の位置によらず、常に適切
な露光量制御が可能となり、精度良くマスクのパターン
を基板上に転写することが可能になる。

【００５７】ここで「露光対象領域」とは、基板上に露
光すべきショット領域が複数ある場合のそれぞれのショ
ット領域、及び各ショット領域内の異なる領域の双方を
含む概念である。従って、本発明によれば、いわゆるス
テッパ（スキャニング・ステッパを含む）における基板
上の各ショット領域毎のプロセスばらつきの補正や走査
型露光装置における１ショット領域内の線幅均一性の向
上が可能になる。

【００５８】請求項３２に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装
置であって、単一波長の光を発生する光源（１６０Ａ）
と、前記光源からの光をパルス光に変換する光変調器
（１６０Ｃ）とを有する光発生部（１６０）と；前記パ
ルス光を増幅するファイバ増幅器を少なくとも各１段含
み、前記光発生部の出力段に並列に配置された複数の光
経路（１７２_n）から成る光増幅部（１６１）と；前記
光増幅部からの前記パルス光を前記マスクに照射して、
該マスクを介して前記基板を露光する際に、前記各光経
路からの光出力を個別にオン・オフすることにより前記
光増幅部から出力されるパルス光の光量を制御する制御
装置（５０）とを備える。

【００５９】これによれば、光発生部では、光源で発生
した単一波長の光を光変調器によりパルス光に変換する
ことによりパルス光を発生し、そのパルス光がファイバ
増幅器を含む光増幅部によって増幅される。そして、制
御装置により、その増幅されたパルス光をマスクに照射
して、該マスクを介して基板を露光する際に、各光経路
からの光出力を個別にオン・オフすることにより光増幅
部から出力されるパルス光の光量が制御され、これによ
りマスクに照射される光量、ひいては基板の露光量が広
い範囲に渡って段階的に制御される。従って、本発明に
よれば、複数枚の基板を繰り返し露光する露光装置にお
ける基板毎のレジスト感度等の違いに合わせた露光量制
御が可能になる。従って、レジスト感度等に影響を受け
ることなく、基板上にマスクパターンを要求される精度
で転写することが可能になる。

【００６０】この場合も、制御装置は、上記の如くその
露光対象領域の基板上の位置に応じて光変調器を介して
パルス光の周波数及びピークパワーの少なくとも一方を
制御するようにしても良い。

【００６１】請求項３１及び３２に記載の各発明におい
て、請求項３３に記載の発明の如く、前記光源は、赤外
域又は可視域のレーザ光を発生し、前記光増幅部で増幅
された前記パルス光を紫外光に波長変換する波長変換部
を更に備えていても良い。

【００６２】請求項３４に記載の発明は、マスクに形成
されたパターンを基板上に繰り返し転写する露光方法で
あって、パルス光をファイバ増幅器を用いて少なくとも
１回増幅する第１工程と；前記増幅されたパルス光を前
記マスクに照射し、該マスクを介して前記基板上の露光
対象領域を露光する第２工程と；前記第１工程の処理に
先立って、光源からのレーザ光を前記パルス光に変換す
るとともに、前記露光対象領域の基板上の位置に応じて
前記パルス光の周波数及びピークパワーの少なくとも一
方を制御する第３工程とを含む。

【００６３】これによれば、パルス光をファイバ増幅器
を用いて少なくとも１回増幅し、その増幅されたパルス
光をマスクに照射し、該マスクを介して基板上の露光対
象領域を露光する。この場合、パルス光をファイバ増幅
器を用いて増幅するのに先立って、光源からのレーザ光
をパルス光に変換するとともに、露光対象領域の基板上
の位置に応じてパルス光の周波数及びピークパワーの少
なくとも一方を制御する。従って、パルス光をマスクに
照射し、該マスクを介して基板上の露光対象領域を露光
する際には、露光対象領域の基板上の位置に応じて露光
量が調整された状態で露光が行われることになる。従っ
て、本発明によれば、基板上の露光対象領域の位置によ
らず、常に適切な露光量制御が可能となり、精度良くマ
スクのパターンを基板上に転写することが可能になる。

【００６４】ここで「露光対象領域」とは、基板上に露
光すべきショット領域が複数ある場合のそれぞれのショ
ット領域、及び各ショット領域内の異なる領域の双方を
含む概念である。従って、本発明によれば、いわゆるス
テッパ（スキャニング・ステッパを含む）における基板
上の各ショット領域毎のプロセスばらつきの補正や走査
型露光装置における１ショット領域内の線幅均一性の向
上が可能になる。

【００６５】この場合において、請求項３５に記載の発
明の如く、前記ファイバ増幅器が、複数並列に設けられ
ている場合には、前記第１工程では、選択されたファイ
バ増幅器のみを用いて前記パルス光の増幅を行うことと
しても良い。かかる場合には、露光量の制御を広いダイ
ナミックレンジで段階的に行うことができるので、上記
の露光対象領域の基板上の位置に応じてパルス光の周波
数及びピークパワーの少なくとも一方を制御する露光量
制御との併用により、より広い範囲に渡って露光量制御
を高精度に行なうことが可能になる。上記のファイバ増
幅器の選択を、基板上のレジスト感度等に応じて行うこ
とにより、基板毎のレジスト感度の違いに合わせた露光
量の制御が可能になる。

【００６６】上記請求項３４及び３５に記載の各発明に
おいて、請求項３６に記載の発明の如く、前記光源は、
赤外域又は可視域のレーザ光を発生し、前記パルス光が
前記マスクに照射される前に前記増幅されたパルス光を
紫外光に波長変換する第４工程を更に含んでいても良
い。

【００６７】請求項３７に記載の発明は、フォトリソグ
ラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記フォ
トリソグラフィ工程で、請求項２８〜３３のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
る。また、請求項３８に記載の発明は、フォトリソグラ
フィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記フォト
リソグラフィ工程で、請求項３４〜３６のいずれか一項
に記載の露光方法を用いることを特徴とする。

【００６８】これらのデバイス製造方法によれば、上記
請求項２８〜３３に記載の各露光装置、請求項３４〜３
６に記載の各露光方法により精度良くマスクのパターン
を基板上に転写することが可能になる結果、高集積度の
マイクロデバイスの生産性を向上することができる。

【００６９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図６に基づいて説明する。

【００７０】図１には、本発明に係る光源装置を含んで
構成された一実施形態に係る露光装置１０の概略構成が
示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド
・スキャン方式の走査型露光装置である。

【００７１】この露光装置１０は、光源装置１６及び照
明光学系１２から成る照明系、この照明系からの露光用
照明光（以下、「露光光」という）ＩＬにより照明され
るマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステー
ジＲＳＴ、レチクルＲから射出された露光光ＩＬを基板
としてのウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハ
Ｗを保持する基板ステージとしてのＺチルトステージ５
８が搭載されたＸＹステージ１４、及びこれらの制御系
等を備えている。

【００７２】前記光源装置１６は、例えば、波長１９３
ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長）の紫外
パルス光、あるいは波長１５７ｎｍ（Ｆ₂レーザ光とほ
ぼ同一波長）の紫外パルス光を出力する高調波発生装置
である。この光源装置１６は、光源としてのレーザ光源
を含む光源部１６Ａ、レーザ制御装置１６Ｂ及び光量制
御装置１６Ｃとを備えている。この光源装置１６は、前
記照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学
系ＰＬ、Ｚチルトステージ５８、ＸＹステージ１４及び
これら各部が搭載された不図示の本体コラム等から成る
露光装置本体とともに、温度、圧力、湿度等が高精度に
調整されたエンバイロンメンタル・チャンバ（以下、
「チャンバ」という）１１内に収納されている。

【００７３】図２には、光源装置１６の内部構成が装置
全体を統括制御する主制御装置５０とともにブロック図
にて示されている。

【００７４】この図２に示されるように、光源部１６Ａ
は、光発生部としてのパルス光発生部１６０、光増幅部
１６１、四分の一波長板１６２、波長変換部１６３、ビ
ームモニタ機構１６４及び吸収セル１６５等を含んで構
成されている。

【００７５】前記パルス光発生部１６０は、レーザ光源
１６０Ａ、光カップラＢＳ１，ＢＳ２、光アイソレータ
１６０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、
「ＥＯＭ」という）１６０Ｃ等を有する。なお、レーザ
光源１６０Ａと波長変換部１６３との間の各要素間は光
ファイバにより光学的に接続されている。

【００７６】前記レーザ光源１６０Ａとしては、ここで
は、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長１．５４４
μｍ、連続波出力（以下「ＣＷ出力」という）２０ｍＷ
のＩｎＧａＡｓＰ，ＤＦＢ半導体レーザが用いられてい
る。以下においては、レーザ光源１６０Ａを適宜「ＤＦ
Ｂ半導体レーザ１６０Ａ」とも呼ぶものとする。

【００７７】ここで、ＤＦＢ半導体レーザとは、縦モー
ド選択性の低いファブリーペロー型共振器の代わりに、
回折格子を半導体レーザ内に作り上げたもので、どのよ
うな状況下であっても単一縦モード発振をするように構
成されており、分布帰還型(Distributed Feedback：Ｄ
ＦＢ)レーザと呼ばれるものである。この様なレーザで
は基本的に単一縦モード発振をすることから、その発振
スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑えられる。

【００７８】また、ＤＦＢ半導体レーザは、通常、ヒー
トシンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されて
いる。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａに
付設されるヒートシンク上に温度調整器（例えばペルチ
ェ素子など）が設けられており、後述するように、レー
ザ制御装置１６Ｂがその温度を制御することにより発振
波長が制御（調整）可能な構成となっている。

【００７９】すなわち、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長
は０．１ｎｍ／℃程度の温度依存性を持つ。従って、例
えば、ＤＦＢ半導体レーザの温度を１℃変化させると、
基本波（１５４４ｎｍ）ではその波長が０．１ｎｍ変化
するので、８倍波（１９３ｎｍ）ではその波長が０．０
１２５ｎｍ変化し、１０倍波（１５７ｎｍ）ではその波
長が０．０１ｎｍ変化することになる。

【００８０】なお、露光装置では露光用照明光（パルス
光）の波長をその中心波長に対して±２０ｐｍ程度変化
させることができれば十分である。従って、ＤＦＢ半導
体レーザ１１の温度を８倍波では±１．６℃程度、１０
倍波では±２℃程度変化させれば良い。

【００８１】なお、レーザ光源１６０Ａとして、ＤＦＢ
半導体レーザ等の半導体レーザに限らず、例えば発振波
長が９９０ｎｍ付近のイットリビウム(Ｙｂ)・ドープ・
ファイバーレーザなどを用いることもできる。

【００８２】前記光カップラＢＳ１、ＢＳ２としては、
透過率が９７％程度のものが用いられている。このた
め、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａからのレーザ光は光カ
ップラＢＳ１で分波され、その９７％程度が光カップラ
ＢＳ２に入射し、残り３％程度がビームモニタ機構１６
４に入射する。また、光カップラＢＳ２に入射したレー
ザ光は、該光カップラＢＳ２で分波され、その９７％程
度が次段の光アイソレータ１６０Ｂに向かって進み、残
り３％程度が吸収セル１６５に入射するようになってい
る。

【００８３】なお、ビームモニタ機構１６４、吸収セル
１６５等については、後に更に詳述する。

【００８４】前記光アイソレータ１６０Ｂは、光カップ
ラＢＳ２からＥＯＭ１６０Ｃに向かう方向の光のみを通
過させ、反対向きの光の通過を阻止するためのデバイス
である。この光アイソレータ１６０Ｂにより、反射光
（戻り光）に起因するＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発
振モードの変化や雑音の発生等が防止される。

【００８５】前記ＥＯＭ１６０Ｃは、光アイソレータ１
６０Ｂを通過したレーザ光（ＣＷ光（連続光））をパル
ス光に変換するためのものである。ＥＯＭ１６０Ｃとし
ては、屈折率の時間変化に伴うチャープによる半導体レ
ーザ出力の波長広がりが小さくなるように、チャープ補
正を行った電極構造を持つ電気光学変調器（例えば二電
極型変調器）が用いられている。ＥＯＭ１６０Ｃは、光
量制御装置１６Ｃから印加される電圧パルスに同期して
変調されたパルス光を出力する。一例として、ＥＯＭ１
６０ＣによりＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振された
レーザ光がパルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨ
ｚ（パルス周期約１０μｓ）のパルス光に変調されるも
のとすると、この光変調の結果、ＥＯＭ１６０Ｃから出
力されるパルス光のピーク出力は２０ｍＷ、平均出力は
２μＷとなる。なお、ここでは、ＥＯＭ１６０Ｃの挿入
による損失がないものとしたが、その挿入損失がある、
例えば損失が−３ｄＢである場合、パルス光のピーク出
力は１０ｍＷ、平均出力は１μＷとなる。

【００８６】なお、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ程度
以上に設定した場合には、後述するファイバ増幅器にお
いてＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission,自然放
出光）ノイズの影響による増幅率低下を阻止することが
できるので、このようにすることが望ましい。

【００８７】なお、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いてパルス
光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合に
は、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの電流制御を併用する
ことが望ましい。すなわち、半導体レーザなどではその
電流制御を行うことで、出力光をパルス発振させること
ができるので、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの電流制御
とＥＯＭ１６０Ｃとを併用してパルス光を発生させるこ
とが望ましい。一例として、ＤＦＢ半導体レーザ１６０
Ａの電流制御によって、例えば１０〜２０ｎｓ程度のパ
ルス幅を有するパルス光を発振させるとともに、ＥＯＭ
１６０Ｃによってそのパルス光からその一部のみを切り
出し、パルス幅が１ｎｓのパルス光に変調する。このよ
うにすれば、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いる場合に比べ
て、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生させることが
可能になるとともに、パルス光の発振間隔や発振の開始
及びその停止などをより簡単に制御することが可能にな
る。

【００８８】なお、ＥＯＭ１６０Ｃに代えて、音響光学
光変調素子（ＡＯＭ）を用いることも可能である。

【００８９】前記光増幅部１６１は、ＥＯＭ１６０Ｃか
らのパルス光を増幅するもので、ここでは、複数のファ
イバ増幅器を含んで構成されている。図３には、この光
増幅部１６１の構成の一例が、ＥＯＭ１６０Ｃとともに
示されている。

【００９０】この図３に示されるように、光増幅部１６
１は、チャネル０からチャネル１２７の総計１２８チャ
ネルを有する遅延部１６７と、この遅延部１６７のチャ
ネル０からチャネル１２７の総計１２８チャネルのそれ
ぞれの出力段に接続されたファイバ増幅器１６８₁〜１
６８₁₂₈と、これらのファイバ増幅器１６８₁〜１６８_1
28のそれぞれに狭帯域フィルタ１６９₁〜１６９₁₂₈及び
光アイソレータ１７０₁〜１７０₁₂₈をそれぞれ介して接
続された最終段のファイバ増幅器１７１₁〜１７１₁₂₈等
を備えている。この場合、図３からも明らかなように、
ファイバ増幅器１６８_n、狭帯域化フィルタ１６９_n、光
アイソレータ１７０_n、及びファイバ増幅器１７１_n（ｎ
＝１、２、……、１２８）によって、それぞれ光経路１
７２_n（ｎ＝１、２、……、１２８）が構成されてい
る。

【００９１】光増幅部１６１の上記構成各部について更
に詳述すると、前記遅延部１６７は、総計１２８チャネ
ルのチャネルを有し、各チャネルの出力に所定の遅延時
間（ここでは、３ｎｓ）を与えるためのものである。こ
の遅延部１６７は、本実施形態では、ＥＯＭ１６０Ｃか
ら出力されるパルス光を３５ｄＢ（３１６２倍）の光増
幅を行うエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバ増幅器
（ＥＤＦＡ）と、このＥＤＦＡの出力をチャネル０〜３
の４出力に並列分割する光分岐手段であるスプリッタ
（平板導波路１×４スプリッタ）と、このスプリッタの
チャネル０〜３の各出力端に接続された各々長さの異な
る４本の光ファイバと、これら４本の光ファイバの出力
をそれぞれチャネル０〜３１に３２分割する４つのスプ
リッタ（平板導波路１×３２スプリッタ）と、各スプリ
ッタのチャネル０を除くチャネル１〜３１にそれぞれ接
続された長さの異なる各３１本（総計１２４本）の光フ
ァイバとを含んで構成されている。以下、上記各スプリ
ッタ（平板導波路１×３２スプリッタ）の０〜３１チャ
ネルを総称してブロックと呼ぶ。

【００９２】これを更に詳述すると、上記初段のＥＤＦ
Ａから出力されるパルス光は、ピーク出力約６３Ｗ、平
均出力約６．３ｍＷとなる。このパルス光がスプリッタ
（平板導波路１×４スプリッタ）によりチャネル０〜３
の４出力に並列分割され、各チャネルの出力光には、上
記４本の光ファイバ長に対応した遅延が与えられる。例
えば本実施形態では、光ファイバ中の光の伝搬速度を２
×１０⁸ｍ／ｓであるとし、スプリッタ（平板導波路１
×４スプリッタ）のチャネル０、１、２、３にそれぞれ
０．１ｍ、１９．３ｍ、３８．５ｍ、５７．７ｍの長さ
の光ファイバ（以下、「第１の遅延ファイバ」と呼ぶ）
が接続されている。この場合、各第１の遅延ファイバ出
口での隣り合うチャネル間の光の遅延は９６ｎｓとな
る。

【００９３】また、上記４つのスプリッタ（平板導波路
１×３２スプリッタ）のチャネル１〜３１には、それぞ
れ０．６×Ｎメートル（Ｎはチャネル番号）の長さの光
ファイバ（以下、「第２の遅延ファイバ」と呼ぶ）が接
続されている。この結果、各ブロック内の隣り合うチャ
ネル間では３ｎｓの遅延が与えられ、各ブロックのチャ
ネル０出力に対し、チャネル３１出力は、３×３１＝９
３ｎｓの遅延が与えられる。

【００９４】一方、第１から第４までの各ブロック間に
は、前記のように第１の遅延ファイバによって、各ブロ
ックの入力時点で各々９６ｎｓの遅延が与えられてい
る。従って、第２ブロックのチャネル０出力は第１ブロ
ックのチャネル０出力に対し９６ｎｓの遅延となり、第
１ブロックのチャネル３１との遅延は３ｎｓとなる。こ
のことは、第２〜第３、第３〜第４のブロック間におい
ても同様である。この結果、全体の出力として総計１２
８チャネルの出力端で、隣り合うチャネル間に３ｎｓの
遅延を持つパルス光が得られる。

【００９５】以上の分岐及び遅延により、総計１２８チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で３ｎｓの遅
延を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出力端
で観測される光パルスは、ＥＯＭ１６０Ｃによって変調
されたパルスと同じ１００ｋＨｚ（パルス周期１０μ
ｓ）である。従って、レーザ光発生部全体として見る
と、１２８パルスが３ｎｓ間隔で発生した後、９．６２
μｓの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰り
返しが１００ｋＨｚで行われる。即ち全体の出力は１２
８×１００×１０³＝１．２８×１０⁷パルス／秒とな
る。

【００９６】なお本実施形態では、分割数を１２８と
し、また遅延用ファイバとして短いものを用いた例につ
いて説明した。このため各パルス列の間に９．６２μｓ
の発光しない間隔が生じたが、分割数を増加させる、ま
たは遅延用ファイバをより長くして適切な長さとする、
あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、パル
ス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。

【００９７】前記ファイバ増幅器１６８_n（ｎ＝１、
２、……、１２８）としては、ここでは、通常通信で用
いられているものと同様に光ファイバのモードフィール
ド径（以下「モード径」という）が５〜６μｍのエルビ
ウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が
用いられている。このファイバ増幅器１６８_nによっ
て、遅延部１６７の各チャネルからの出力光が、所定の
増幅利得に応じて増幅される。なお、このファイバ増幅
器１６８_nの励起光源等については後述する。

【００９８】前記狭帯域フィルタ１６９_n（ｎ＝１、
２、……、１２８）は、ファイバ増幅器１６８_nで発生
するＡＳＥ光をカットし、かつＤＦＢ半導体レーザ１６
０Ａの出力波長（波長幅は１ｐｍ程度以下）を透過させ
ることで、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するもので
ある。これにより、ＡＳＥ光が後段のファイバ増幅器１
７１_nに入射してレーザ光の増幅利得を低下させるのを
防止し、あるいはＡＳＥノイズの伝播によるレーザ光の
散乱を防止することができる。ここで、狭帯域フィルタ
１６９_nはその透過波長幅が１ｐｍ程度であることが好
ましいが、ＡＳＥ光の波長幅は数十ｎｍ程度であるの
で、現時点で得られる透過波長幅が１００ｐｍ程度の狭
帯域フィルタを用いても実用上問題がない程度にＡＳＥ
光をカットすることができる。

【００９９】また、本実施形態では、後述するようにＤ
ＦＢ半導体レーザ１６０Ａの出力波長を積極的に変化さ
せることがあるので、その出力波長の可変幅（本実施形
態の露光装置では一例として±２０ｐｍ程度）に応じた
透過波長幅（可変幅と同程度以上）を持つ狭帯域フィル
タを用いておくことが好ましい。なお、露光装置に適用
されるレーザ装置ではその波長幅が１ｐｍ程度以下に設
定される。

【０１００】前記光アイソレータ１７０_n（ｎ＝１、
２、……、１２８）は、先に説明した光アイソレータ１
６０Ｂと同様に、戻り光の影響を低減するためのもので
ある。

【０１０１】前記ファイバ増幅器１７１_n（ｎ＝１、
２、……、１２８）としては、ここでは、光ファイバ中
での非線形効果による増幅光のスペクトル幅の増加を避
けるため光ファイバのモード径が通常通信で用いられて
いるもの（５〜６μｍ）よりも広い、例えば２０〜３０
μｍの大モード径のＥＤＦＡが用いられている。このフ
ァイバ増幅器１７１_nは、前述したファイバ増幅器１６
８_nで増幅された遅延部１６７の各チャネルからの光出
力を更に増幅する。一例として、遅延部１６７での各チ
ャネルの平均出力約５０μＷ、全チャネルでの平均出力
約６．３ｍＷを２段のファイバ増幅器１６８_n、１７１_n
によって合計４６ｄＢ（４０６００倍）の増幅を行うも
のとすると、各チャネルに対応する光経路１７２_nの出
力端（ファイバ増幅器１７１_nを構成する光ファイバの
出力端）では、ピーク出力２０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、
パルス繰り返し周波数１００ｋＨｚ、平均出力２Ｗ、全
チャネルでの平均出力２５６Ｗを得る。なお、このファ
イバ増幅器１７１_nの励起光源等についても後述する。

【０１０２】本実施形態では、遅延部１６７での各チャ
ネルに対応する光経路１７２_nの出力端、すなわちファ
イバ増幅器１７１_nを構成する各光ファイバの出力端
は、バンドル状に束ねられ、図４に示されるような断面
形状を有するバンドル−ファイバ１７３が形成されてい
る。このとき、各光ファイバのクラッド直径は１２５μ
ｍ程度であることから、１２８本を束ねた出力端でのバ
ンドルの直径は約２ｍｍ以下とすることができる。本実
施形態では、バンドル−ファイバ１７３は最終段のファ
イバ増幅器１７１_nの出力端をそのまま用いて形成して
いるが、最終段のファイバ増幅器１７１_nに無ドープの
光ファイバを結合させ、その出力端でバンドル−ファイ
バを形成することも可能である。

【０１０３】なお、標準的なモード径を持つ前段のファ
イバ増幅器１６８_nと、上記モード径の広い最終段のフ
ァイバ増幅器１７１_nとの接続は、テーパ状にモード径
が増加する光ファイバを用いて行われている。

【０１０４】次に、図５に基づいて各ファイバ増幅器の
励起用光源等について説明する。図５には、光増幅部１
６１を構成するファイバ増幅器及びその周辺部が、波長
変換部１６３の一部とともに概略的に示されている。

【０１０５】この図５において、第１段のファイバ増幅
器１６８_nにはその励起用の半導体レーザ１７８がファ
イバ結合されるとともに、この半導体レーザ１７８の出
力が波長分割多重化装置（Wavelength Division Multip
lexer:ＷＤＭ）１７９を通してファイバ増幅器用ドープ
・ファイバに入力し、それによりこのドープ・ファイバ
が励起されるようになっている。

【０１０６】一方大モード径をもつファイバ増幅器１７
１_nでは、上記のモード径の大きいファイバ増幅器用ド
ープ・ファイバを励起するための励起用光源としての半
導体レーザ１７４を、ファイバ増幅器用ドープ・ファイ
バの径に合わせた大モード径ファイバにファイバ結合
し、この半導体レーザ１７４の出力をＷＤＭ１７６を用
いて、光増幅器用ドープ・ファイバに入力し、ドープ・
ファイバを励起する。

【０１０７】この大モード径ファイバ（ファイバ増幅
器）１７１_nで増幅されたレーザ光は波長変換部１６３
に入射し、ここで紫外レーザ光に波長変換される。な
お、この波長変換部１６３の構成等については後述す
る。

【０１０８】大モード径ファイバ（ファイバ増幅器）１
７１_nを伝播する増幅されるべきレーザ光（信号）は、
主に基本モードであることが望ましく、これは、シング
ルモードあるいはモード次数の低いマルチモードファイ
バにおいて、主に基本モードを選択的に励起することに
より実現できる。

【０１０９】本実施形態では、大モード径ファイバに結
合された高出力半導体レーザを、前方向から４個及び後
方向から４個ファイバ結合している。ここで、励起用半
導体レーザ光を効率良く光増幅用ドープ・ファイバに結
合するためには、光増幅用ドープ・ファイバとして、ク
ラッドが２重構造となったダブルクラッド構造の光ファ
イバを用いることが望ましい。このとき、励起用半導体
レーザ光は、ＷＤＭ１７６により、ダブルクラッドの内
側クラッドに導入される。

【０１１０】前記半導体レーザ１７８、１７４は、光量
制御装置１６Ｃによって制御されるようになっている。

【０１１１】また、本実施形態では、光経路１７２_nを
構成する光ファイバとしてファイバ増幅器１６８_n、１
７１_nが設けられているため、各ファイバ増幅器のゲイ
ンの差が各チャネルの光出力のばらつきとなる。このた
め、本実施形態では、各チャネルのファイバ増幅器（１
６８_n、１７１_n）で出力の一部が分岐され、それぞれの
分岐端に設けられた光電変換素子１８０、１８１によっ
てそれぞれ光電変換されるようになっている。これらの
光電変換素子１８０、１８１の出力信号が光量制御装置
１６Ｃに供給されるようになっている。

【０１１２】光量制御装置１６Ｃでは、各ファイバ増幅
器からの光出力が各増幅段で一定になるように（即ちバ
ランスするように）、各励起用半導体レーザ（１７８、
１７４）のドライブ電流をフィードバック制御するよう
になっている。

【０１１３】さらに、本実施形態では、図５に示される
ように、波長変換部１６３の途中でビームスプリッタに
より分岐された光が光電変換素子１８２によって光電変
換され、該光電変換素子１８２の出力信号が光量制御装
置１６Ｃに供給されるようになっている。光量制御装置
１６Ｃでは、この光電変換素子１８２の出力信号に基づ
いて波長変換部１６３における光強度をモニタし、波長
変換部１６３からの光出力が所定の光出力となるよう
に、励起用半導体レーザ１７８、１７４の少なくとも一
方のドライブ電流をフィードバック制御する。

【０１１４】このような構成とすることにより、各増幅
段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率が一定化さ
れるため、各ファイバ増幅器間に偏った負荷がかかるこ
とがなく全体として均一な光強度が得られる。また、波
長変換部１６３における光強度をモニタすることによ
り、予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバッ
クし、所望の紫外光出力を安定して得ることができる。

【０１１５】なお、光量制御装置１６Ｃについては、後
に更に詳述する。

【０１１６】上述のようにして構成された光増幅部１６
１（バンドル−ファイバ１７３を形成する各光ファイバ
出力端）からはパルス光がすべて円偏光に揃えられて出
力される。これら円偏光であるパルス光は、四分の一波
長板１６２（図２参照）によって、すべて偏光方向が同
一方向となる直線偏光に変換され、次段の波長変換部１
６３に入射する。

【０１１７】前記波長変換部１６３は、複数の非線形光
学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１．５４
４μｍの光）をその８倍高調波又は１０倍高調波に波長
変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９
３ｎｍ）あるいはＦ₂レーザと同じ出力波長（１５７ｎ
ｍ）のパルス紫外光を発生する。

【０１１８】図６（Ａ）、（Ｂ）には、この波長変換部
１６３の構成例が示されている。ここで、これらの図に
基づいて波長変換部１６３の具体例について説明する。

【０１１９】図６（Ａ）は、バンドル−ファイバ１７３
の出力端から射出される波長１．５４４μｍの基本波
を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変
換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である１９３
ｎｍの紫外光を発生する構成例を示す。また、図６
（Ｂ）は、バンドル−ファイバ１７３の出力端から射出
される波長１．５７μｍの基本波を非線形光学結晶を用
いて１０倍波の高調波発生を行い、Ｆ₂レーザと同じ波
長である１５７ｎｍの紫外光を発生する構成例を示す。

【０１２０】図６（Ａ）の波長変換部では、基本波（波
長１．５４４μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→３倍
波（波長５１５ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→７
倍波（波長２２１ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の
順に波長変換が行われる。

【０１２１】これを更に詳述すると、バンドル−ファイ
バ１７３の出力端から出力される波長１．５４４μｍ
（周波数ω）の基本波は、１段目の非線形光学結晶５３
３に入射する。基本波がこの非線形光学結晶５３３を通
る際に、２次高調波発生により基本波の周波数ωの２
倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）
の２倍波が発生する。

【０１２２】この１段目の非線形光学結晶５３３とし
て、ＬｉＢ₃Ｏ₅（ＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波を２
倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度
調節による方法、ＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Match
ing）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内で
の基本波と第二高調波との角度ずれ(Walk-off)が起こら
ないため高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生
した２倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないた
め有利である。

【０１２３】非線形光学結晶５３３で波長変換されずに
透過した基本波と、波長変換で発生した２倍波とは、次
段の波長板５３４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与
えられて、基本波のみその偏光方向が９０度回転し、２
段目の非線形光学結晶５３６に入射する。２段目の非線
形光学結晶５３６としてＬＢＯ結晶が用いられるととも
に、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ
結晶）５３３とは温度が異なるＮＣＰＭで使用される。
この非線形光学結晶５３６では、１段目の非線形光学結
晶５３３で発生した２倍波と、波長変換されずにその非
線形光学結晶５３３を透過した基本波とから和周波発生
により３倍波（波長５１５ｎｍ）を得る。

【０１２４】次に、非線形光学結晶５３６で得られた３
倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶５３６を
透過した基本波および２倍波とは、ダイクロイック・ミ
ラー５３７により分離され、ここで反射された３倍波は
集光レンズ５４０、及びダイクロイック・ミラー５４３
を通って４段目の非線形光学結晶５４５に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー５３７を透過した基本波お
よび２倍波は、集光レンズ５３８を通って３段目の非線
形光学結晶５３９に入射する。

【０１２５】３段目の非線形光学結晶５３９としてはＬ
ＢＯ結晶が用いられ、基本波が波長変換されずにそのＬ
ＢＯ結晶を透過するとともに、２倍波がＬＢＯ結晶で２
次高調波発生により４倍波（波長３８６ｎｍ）に変換さ
れる。非線形光学結晶５３９で得られた４倍波とそれを
透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー５４１に
より分離され、ここを透過した基本波は集光レンズ５４
４を通るとともに、ダイクロイックミラー５４６で反射
されて５段目の非線形光学結晶５４８に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー５４１で反射された４倍波
は、集光レンズ５４２を通ってダイクロイック・ミラー
５４３に達し、ここでダイクロイック・ミラー５３７で
反射された３倍波と同軸に合成されて４段目の非線形光
学結晶５４５に入射する。

【０１２６】４段目の非線形光学結晶５４５としては、
β−ＢａＢ₂Ｏ₄（ＢＢＯ）結晶が用いられ、３倍波と４
倍波とから和周波発生により７倍波（波長２２１ｎｍ）
を得る。非線形光学結晶５４５で得られた７倍波は集光
レンズ５４７を通るとともに、ダイクロイック・ミラー
５４６で、ダイクロイック・ミラー５４１を透過した基
本波と同軸に合成されて、５段目の非線形光学結晶５４
８に入射する。

【０１２７】５段目の非線形光学結晶５４８としてＬＢ
Ｏ結晶が用いられ、基本波と７倍波とから和周波発生に
より８倍波（波長１９３ｎｍ）を得る。上記構成におい
て、７倍波発生用ＢＢＯ結晶５４５、及び８倍波発生用
ＬＢＯ結晶５４８のかわりに、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀（ＣＬ
ＢＯ）結晶、あるいはＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇（ＬＢ４）結晶を用
いることも可能である。

【０１２８】この図６（Ａ）の構成例では、４段目の非
線形光学結晶５４５に３倍波と４倍波とが互いに異なる
光路を通って入射するので、３倍波を集光するレンズ５
４０と、４倍波を集光するレンズ５４２とを別々の光路
に置くことができる。３段目の非線形光学結晶５３９で
発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象により長
円形になっている。このため、４段目の非線形光学結晶
５４５で良好な変換効率を得るためには、その４倍波の
ビーム整形を行うことが望ましい。この場合、集光レン
ズ５４０、５４２を別々の光路に配置しているので、例
えばレンズ５４２としてシリンドリカルレンズ対を用い
ることができ、４倍波のビーム整形を容易に行うことが
可能となる。このため、４段目の非線形光学結晶（ＢＢ
Ｏ結晶）５４５での３倍波との重なりを良好にし、変換
効率を高めることが可能である。

【０１２９】さらに、５段目の非線形光学結晶５４８に
入射する基本波を集光するレンズ５４４と、７倍波を集
光するレンズ５４７とを別々の光路に置くことができ
る。４段目の非線形光学結晶５４５で発生した７倍波は
その断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
る。このため、５段目の非線形光学結晶５４８で良好な
変換効率を得るためには、その７倍波のビーム整形を行
うことが好ましい。本実施例では、集光レンズ５４４、
５４７を別々の光路に配置することができるので、例え
ばレンズ５４７としてシリンドリカルレンズ対を用いる
ことができ、７倍波のビーム整形を容易に行うことが可
能となる。このため、５段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ
結晶）５４８での基本波との重なりを良好にし、変換効
率を高めることが可能である。

【０１３０】なお、２段目の非線形光学結晶５３６と４
段目の非線形光学結晶５４５との間の構成は図６（Ａ）
に限られるものではなく、非線形光学結晶５３６から発
生してダイクロイック・ミラー５３７で反射される３倍
波と、非線形光学結晶５３６から発生してダイクロイッ
ク・ミラー５３７を透過する２倍波を非線形光学結晶５
３９で波長変換して得られる４倍波とが同時に非線形光
学結晶５４５に入射するように、両非線形光学結晶５３
６、５４５間の２つの光路長が等しくなっていれば、い
かなる構成であっても構わない。このことは３段目の非
線形光学結晶５３９と５段目の非線形光学結晶５４８と
の間でも同様である。

【０１３１】発明者の行った実験によれば、図６（Ａ）
の場合、各チャネル当たりの８倍波（波長１９３ｎｍ）
の平均出力は、４５．９ｍＷであった。従って、全１２
８チャネルを合わせたバンドルからの平均出力は５．９
Ｗとなり、露光装置用光源として十分な出力の、波長１
９３ｎｍの紫外光を提供することができる。

【０１３２】この場合、８倍波（１９３ｎｍ）の発生
に、現在、市販品として良質の結晶が容易に入手可能な
ＬＢＯ結晶が用いられている。このＬＢＯ結晶は、１９
３ｎｍの紫外光の吸収係数が非常に小さく、結晶の光損
傷が問題とならないため耐久性の面で有利である。

【０１３３】また、８倍波（例えば波長１９３ｎｍ）の
発生部ではＬＢＯ結晶を角度位相整合させて用いるが、
この位相整合角が大きいために実効非線形光学定数（ｄ
eff）が小さくなる。そこで、このＬＢＯ結晶に温度制
御機構を設け、ＬＢＯ結晶を高温で用いることが好まし
い。これにより、位相整合角を小さくすることができ
る、即ち上記定数（ｄeff）を増加させることができ、
８倍波発生効率を向上させることができる。

【０１３４】図６（Ｂ）の波長変換部では、基本波（波
長１．５７μｍ）→２倍波（波長７８５ｎｍ）→４倍波
（波長３９２．５ｎｍ）→８倍波（波長１９６．２５ｎ
ｍ）→１０倍波（波長１５７ｎｍ）の順に波長変換す
る。本構成例では２倍波発生から８倍波発生までの各波
長変換段において、各波長変換段に入射された波長の２
次高調波発生を行っている。

【０１３５】また、本構成例では波長変換に使用する非
線型光学結晶として、基本波から２次高調波発生により
２倍波を発生する非線形光学結晶６０２としてＬＢＯ結
晶を使用し、２倍波から２次高調波発生により４倍波を
発生する非線形光学結晶６０４としてＬＢＯ結晶を使用
する。さらに、４倍波から２次高調波発生により８倍波
を発生する非線形光学結晶６０９にはＳｒ₂Ｂｅ₂Ｂ₂Ｏ₇
（ＳＢＢＯ）結晶を使用し、２倍波と８倍波とから和周
波発生により１０倍波（波長１５７ｎｍ）を発生する非
線形光学結晶６１１にはＳＢＢＯ結晶を使用する。

【０１３６】なお、非線形光学結晶６０２から発生する
２倍波は、集光レンズ６０３を通って非線形光学結晶６
０４に入射し、この非線形光学結晶６０４は前述の４倍
波と波長変換されない２倍波とを発生する。次に、ダイ
クロイック・ミラー６０５を透過する２倍波は集光レン
ズ６０６を通るとともに、ダイクロイック・ミラー６０
７で反射されて非線形光学結晶６１１に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー６０５で反射された４倍波
は、集光レンズ６０８を通って非線形光学結晶６０９に
入射し、ここで発生される８倍波は集光レンズ６１０、
及びダイクロイック・ミラー６０７を通って非線形光学
結晶６１１に入射する。さらに非線形光学結晶６１１
は、ダイクロイック・ミラー６０７で同軸に合成される
２倍波と８倍波とから和周波発生により１０倍波（波長
１５７ｎｍ）を発生する。

【０１３７】ところで、本構成例では２段目の非線形光
学結晶６０４から発生する２倍波と４倍波とをダイクロ
イック・ミラー６０５で分岐することで、ここを透過し
た２倍波と、４倍波を非線形光学結晶６０９で波長変換
して得られる８倍波とが互いに異なる光路を通って４段
目の非線形光学結晶６１１に入射するように構成した
が、ダイクロイック・ミラー６０５、６０７を用いずに
４つの非線形光学結晶６０２、６０４、６０９、６１１
を同一光軸上に配置しても良い。

【０１３８】但し、本構成例では２段目の非線形光学結
晶６０４で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現
象により長円形になっている。このため、このビームを
入力とする４段目の非線形光学結晶６１１で良好な変換
効率を得るためには、入射ビームとなる４倍波のビーム
形状を整形し、２倍波との重なりを良好にすることが望
ましい。本構成例では、集光レンズ６０６、６０８を別
々の光路に配置することができるので、例えばレンズ６
０８としてシリンドリカルレンズを用いることが可能に
なり、４倍波のビーム整形を容易に行うことができる。
このため、４段目の非線形光学結晶６１１での２倍波と
の重なりを良好にし、変換効率を高めることが可能であ
る。

【０１３９】なお、上記図６（Ａ）、（Ｂ）に示される
波長変換部は一例であって、本発明の波長変換部の構成
がこれに限定されないことは勿論である。

【０１４０】図２に戻り、前記ビームモニタ機構１６４
は、ここではファブリペロー・エタロン（Fabry-Perot
etalon：以下、「エタロン素子」ともいう）及びフォト
ダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ
（いずれも図示省略）から構成されている。ビームモニ
タ機構１６４を構成するエタロン素子に入射した光は、
エタロン素子の共鳴周波数と入射光の周波数との周波数
差に対応した透過率で透過し、その透過光強度を検出す
るフォトダイオード等の出力信号がレーザ制御装置１６
Ｂに供給される。レーザ制御装置１６Ｂではこの信号に
所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構１
６４、具体的にはエタロン素子に対する入射光の光学特
性に関する情報（具体的は、入射光の中心波長及び波長
幅（スペクトル半値幅）等を得る。そして、この光学特
性に関する情報は、リアルタイムで主制御装置５０に通
知される。

【０１４１】エタロン素子の生成する透過光強度の周波
数特性は、雰囲気の温度や圧力の影響を受け、特にその
共鳴周波数（共鳴波長）は温度依存性がある。このた
め、このエタロン素子の検出結果に基づいてレーザ光源
１６０Ａから発振されるレーザ光の中心波長やスペクト
ル半値幅を精度良く制御するためには、この共鳴波長の
温度依存性を調べておくことが重要である。本実施形態
では、この共鳴波長の温度依存性を予め計測し、この計
測結果が温度依存性マップとして主制御装置５０に併設
された記憶装置としてのメモリ５１（図１参照）に記憶
されている。そして、主制御装置５０では、ビームモニ
タ機構１６４の絶対波長キャリブレーションの際等に、
エタロン素子の透過率が最大となる共鳴波長（検出基準
波長）が設定波長に正確に一致するようにするため、レ
ーザ制御装置１６Ｂに指示を与えて、ビームモニタ機構
１６４内のエタロン素子の温度を積極的に制御するよう
になっている。

【０１４２】また、ビームモニタ機構１６４を構成する
エネルギモニタの出力は、主制御装置５０に供給されて
おり、主制御装置５０ではエネルギモニタの出力に基づ
いてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装
置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振さ
れるレーザ光の光量を必要に応じて制御したり、ＤＦＢ
半導体レーザ１６０Ａをオフしたりする。但し、本実施
形態では、後述するように、通常の光量制御（露光量制
御）は、主として光量制御装置１６Ｃにより、ＥＯＭ１
６０Ｃの出力パルス光のピークパワーあるいは周波数の
制御、又は光増幅部１６１を構成する各ファイバ増幅器
の出力光のオン・オフ制御によって行われるので、レー
ザ光のエネルギパワーが何らかの原因で大きく変動した
場合に主制御装置５０がレーザ制御装置１６Ｂを上記の
如く制御することとなる。

【０１４３】前記吸収セル１６５は、ＤＦＢ半導体レー
ザ１６０Ａの発振波長の絶対波長キャリブレーション、
すなわちビームモニタ機構１６４の絶対波長キャリブレ
ーションのための絶対波長源である。本実施形態では、
この吸収セル１６５として、レーザ光源として発振波長
１．５４４μｍのＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａが用いら
れている関係から、この波長近傍の波長帯域に吸収線が
密に存在するアセチレンの同位体が用いられている。

【０１４４】なお、後述するように、レーザ光の波長の
モニタ用の光として、基本波とともにあるいはこれに代
えて、上述した波長変換部１６３の中間波（２倍波、３
倍波、４倍波等）あるいは波長変換後の光を選択する場
合には、それらの中間波等の波長帯域に吸収線が密に存
在する吸収セルを用いれば良い。例えば、波長のモニタ
用の光として、３倍波を選択する場合には、波長５０３
ｎｍ〜５３０ｎｍの近傍に吸収線が密に存在するヨウ素
分子を吸収セルとして用い、そのヨウ素分子の適切な吸
収線を選んでその波長を絶対波長とすれば良い。

【０１４５】また、絶対波長源としては、吸収セルに限
らず、絶対波長光源を用いても良い。

【０１４６】前記レーザ制御装置１６Ｂは、ビームモニ
タ機構１６４の出力に基づいてレーザ光の中心波長及び
波長幅（スペクトル半値幅）を検出し、中心波長が所望
の値（設定波長）となるようにＤＦＢ半導体レーザ１６
０Ａの温度制御（及び電流制御）をフィードバック制御
にて行う。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０
Ａの温度を０．００１℃単位で制御することが可能とな
っている。

【０１４７】また、このレーザ制御装置１６Ｂは、主制
御装置５０からの指示に応じて、ＤＦＢ半導体レーザ１
６０Ａのパルス出力と連続出力との切替、及びそのパル
ス出力時における出力間隔やパルス幅などの制御を行う
とともに、パルス光の出力変動を補償するように、ＤＦ
Ｂ半導体レーザ１６０Ａの発振制御を行う。

【０１４８】このようにして、レーザ制御装置１６Ｂで
は、発振波長を安定化して一定の波長に制御したり、あ
るいは出力波長を微調整する。逆に、このレーザ制御装
置１６Ｂは、主制御装置５０からの指示に応じて、ＤＦ
Ｂ半導体レーザ１６０Ａの発振波長を積極的に変化させ
てその出力波長を調整することもある。

【０１４９】例えば、前者によれば、波長変動による投
影光学系ＰＬの収差（結像特性）の発生、又はその変動
が防止され、パターン転写中にその像特性（像質などの
光学的特性）が変化することがなくなる。

【０１５０】また、後者によれば、露光装置が組立、調
整される製造現場と露光装置の設置場所（納入先）との
標高差や気圧差、更には環境（クリーンルーム内の雰囲
気）の違いなどに応じて生じる投影光学系ＰＬの結像特
性（収差など）の変動を相殺でき、納入先で露光装置の
立ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。更
に、後者によれば、露光装置の稼働中に、露光用照明光
の照射、及び大気圧変化などに起因して生じる投影光学
系ＰＬの収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動も相
殺でき、常に最良の結像状態でパターン像を基板上に転
写することが可能となる。

【０１５１】前記光量制御装置１６Ｃは、前述したよう
に、光増幅部１６１内のファイバ増幅器１６８_n、１７
１_nの光出力を検出する光電変換素子１８０、１８１の
出力に基づいて各励起用半導体レーザ（１７８、１７
４）のドライブ電流をフィードバック制御して、各増幅
段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率を一定化さ
せる機能と、波長変換部１６３途中でビームスプリッタ
により分岐された光を検出する光電変換素子１８２の出
力信号に基づいて、励起用半導体レーザ１７８、１７４
の少なくとも一方のドライブ電流をフィードバック制御
して予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバッ
クし、所望の紫外光出力を安定させる機能とを有する。

【０１５２】更に、本実施形態では、光量制御装置１６
Ｃは、次のような機能をも有している。

【０１５３】すなわち、光量制御装置１６Ｃは、 主制御装置５０からの指示に応じて、バンドル−フ
ァイバ１７３を構成する各チャネルのファイバの出力、
すなわち各光経路１７２_nの出力を個別にオン・オフ制
御することにより、バンドル全体での平均光出力の制御
を行う機能（以下、便宜上「第１の機能」と呼ぶ）と、 主制御装置５０からの指示に応じて、ＥＯＭ１６０
Ｃから出力されるパルス光の周波数を制御することによ
り、単位時間当たりの光増幅部１６１の各チャネルの平
均光出力（出力エネルギ）、すなわち単位時間当たりの
各光経路１７２_nからの出力光の強度を制御する機能
（以下、便宜上「第２の機能」と呼ぶ）と、 主制御装置５０からの指示に応じて、ＥＯＭ１６０
Ｃから出力されるパルス光のピークパワーを制御するこ
とにより、単位時間当たりの光増幅部１６１の各チャネ
ルの平均光出力（出力エネルギ）、すなわち単位時間当
たりの各光経路１７２_nからの出力光の強度を制御する
機能（以下、便宜上「第３の機能」と呼ぶ）と、を有す
る。

【０１５４】以下、上記第１〜第３の機能について、詳
述する。

【０１５５】まず、光量制御装置１６Ｃは、上記第１の
機能における各光経路１７２_nの出力のオン・オフを、
各チャネルの最終段のファイバ増幅器１７１_nからの出
力をオン・オフすることにより行う。この場合、光量制
御装置１６Ｃでは、ファイバ増幅器励起用半導体レーザ
１７４をオン・オフする、すなわち半導体レーザ１７４
からの励起光の強度を所定レベルと零レベルとのいずれ
かに択一的に設定することにより行うこともできるし、
半導体レーザ１７４のドライブ電流の電流値を調整する
ことにより、半導体レーザ１７４からの励起光の強度を
ファイバ増幅器１７１_nが増幅可能状態となる第１レベ
ルと、ファイバ増幅器１７１_nが増幅不能状態となる第
２レベルとのいずれかに択一的に設定することにより行
なうこともできる。増幅不能状態では、光の吸収が大き
くなり、ファイバ増幅器からの出力は殆ど零となるの
で、各光経路１７２_nの出力がオフとなる。

【０１５６】半導体レーザ１７４をオン・オフする場合
には、半導体レーザ１７４をオフにしている状態では、
その分の消費電力はなくなるので、エネルギーセイブが
可能になる。一方、半導体レーザ１７４からの励起光の
強度を上記第１レベルと第２レベルとで切り換える場合
には、第１レベルと第２レベルとは固定値であっても良
いが、固定値でなくても良い。すなわち、ファイバ増幅
器では、励起光の強度がある値を境として、上にいくか
下にいくかで、増幅可能状態となるか増幅不能状態とな
るかが定まるからである。

【０１５７】この光量制御装置１６Ｃの第１の機能によ
ると、バンドル全体での平均光出力（光量）は、最大出
力光量の１／１２８刻みで（約１％以下毎）に制御可能
である。すなわち、ダイナミックレンジが１〜１／１２
８という広い範囲に設定可能である。各光経路１７２_n
は同じ構成部材を用いて構成されているので、設計上
は、各光経路１７２_nの光出力は等しくなる筈であり、
上記１／１２８刻みの光量制御はリニアリティの良いも
のとなる。

【０１５８】また、本実施形態では、光増幅部１６１の
出力、すなわちバンドル-ファイバ１７３の出力を波長
変換する波長変換部１６３が設けられているが、この波
長変換部１６３出力は、各光経路１７２_nの出力、すな
わちファイバ増幅器１７１_nの出力がオンであるファイ
バ数に比例するため、設定光量に対し、最大出力光量の
１／１２８刻みのリニアな（約１％ごと）制御が原則的
には可能となる筈である。

【０１５９】しかしながら、実際には、製造上の誤差等
に起因して各光経路１７２_nの出力のばらつきや、各光
経路１７２_nの出力に対する波長変換効率のばらつき等
が存在する可能性が高いので、予め各光ファイバ（光経
路１７２_n）の出力のばらつき、及び各光ファイバ出力
に対する波長変換効率のばらつきに等に起因する出力の
ばらつきを測定し、その測定結果に基づいて各光ファイ
バからの光出力のオン・オフ状況に対応する波長変換部
１６３からの光出力の強度のマップ（オンにするファイ
バグルーブに対応した出力強度の換算表）である第１の
出力強度マップを作成し、その第１の出力強度マップを
主制御装置５０に併設されたメモリ５１内に格納してい
る。なお、この第１の出力強度マップは、メモリ５１内
にテーブルの形で持たせても良いし、関数又は係数とし
て持たせても良い。なお、後述する第２、第３の出力強
度マップも同様である。

【０１６０】そして、光量制御装置では、本第１の機能
により光量制御を行う際に、主制御装置５０から与えら
れる設定光量と上記の出力強度マップとに基づいて光量
制御を行うようになっている。

【０１６１】また、光量制御装置１６Ｃは、上記第２の
機能におけるＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光の
周波数制御を、ＥＯＭ１６０Ｃに印加する矩形波（電圧
パルス）の周波数を変えることにより行う。ＥＯＭ１６
０Ｃから出力されるパルス光の周波数はＥＯＭ１６０Ｃ
に印加する電圧パルスの周波数に一致するため、印加電
圧を制御することにより出力パルス光の周波数を制御す
ることとしたものである。

【０１６２】本実施形態の場合、前述の如く、ＥＯＭ１
６０Ｃに印加する矩形波の周波数は１００ｋＨｚであ
る。例えば、この周波数を１１０ｋＨｚとすれば、ＥＯ
Ｍ１６０Ｃから出力される単位時間あたりの光パルス数
は１０％増加し、このパルスが、前述と同様に、遅延部
１６７により各パルス毎に順次チャネル０からチャネル
１２７の総計１２８チャネルに振り分けられる結果、各
チャネルについて見ても単位時間当たりのパルス光は１
０％増加し、光パルス１個あたりの光エネルギが同一、
すなわちパルス光のピークパワーが一定であれば、単位
時間当たりの各光経路１７２_nの出力光強度（光量）も
１０％増加する。

【０１６３】また、本実施形態では、光増幅部１６１の
各チャネルの出力光の波長変換を行う波長変換部１６３
が設けられているが、この波長変換部１６３の単位時間
当たりの出力光の光量は、ピークパワーが一定であれ
ば、各チャネルの出力パルスの周波数に比例する。この
ように、本第２の機能による光量制御は、リ二アリティ
に優れた制御となる。

【０１６４】但し、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパル
ス光は、遅延部１６７を経て、ファイバ増幅器１６
８_n、１７１_nの入力となるため、実際には、上述のよう
なリニアリティが得られるとは限らない。すなわち、一
般に、ファイバ増幅器の増幅利得は、入力光強度依存性
があるため、ＥＯＭ１６０Ｃの出力光の周波数を変える
と、ファイバ増幅器１６８_n、１７１_nの入力光強度が変
化し、その結果ファイバ増幅器１６８_n、１７１_nから出
力されるパルス光のピークパワーが変化する場合がある
からである。ファイバ増幅器１６８_n、１７１_nを適切に
設計することによリ、このピークパワー変化を小さく抑
えることも可能ではあるが、ファイバ増幅器の光出力効
率等の他の性能を低下させる場合もある。

【０１６５】そこで、本実施形態では、予めファイバ増
幅器出力の入力周波数強度依存性を測定し、それに基づ
いて光増幅部１６１に入力するパルス光の周波数に応じ
た光増幅部１６１（の各チャネル）の出力強度のマップ
である第２の出力強度マップ（ＥＯＭの出力光の周波数
に対応した光増幅部１６１の出力強度の換算表）を作成
し、その第２の出力強度マップをメモリ５１に記憶して
いる。

【０１６６】そして、光量制御装置１６Ｃでは、本第２
の機能により光量制御を行う際に、主制御装置５０から
与えられる設定光量と上記の第２の出力強度マップとに
基づいて光量制御を行うようになっている。

【０１６７】また、光量制御装置１６Ｃは、上記第３の
機能におけるＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光の
ピークパワーの制御を、ＥＯＭ１６０Ｃへ印加する電圧
パルスのピーク強度を制御することにより行う。ＥＯＭ
１６０Ｃの出力光のピークパワーはＥＯＭ１６０Ｃに印
加する電圧パルスのピーク強度に依存するためである。

【０１６８】また、本実施形態では、光増幅部１６１の
各チャネルの出力光の波長変換を行う波長変換部１６３
が設けられているが、この波長変換部１６３の出力光強
度は、各光ファイバ（光経路１７２_n）から出力される
パルス光のピーク強度に対し、最高では高調波の次数の
ベき乗に比例した非線形の依存を示す。例えば、図６
（Ａ）の８倍波発生による１９３ｎｍ光発生では、１９
３ｎｍ光出力強度はファイバ増幅器出力のピークパワー
の最大で８乗に比例した強度変化を示す。

【０１６９】本実施形態の場合、ＥＯＭ１６０Ｃから出
力されるパル光のピークパワーのＥＯＭ１６０Ｃに印加
する電圧パルスのピーク強度に対する依存性は、ｃｏｓ
（Ｖ）であるため、結果的に上記の波長変換部１６３の
非線形な依存性は緩和されるようになっている。従っ
て、本実施形態のように波長変換部を有する光源装置で
は、出力光の強度（光量）制御をＥＯＭ１６０Ｃへ印加
する電圧パルスのピーク強度を制御することにより行う
ことは意味がある。

【０１７０】但し、前述の如く、ファイバ増幅器の増幅
利得は、入力光強度依存性があるため、ＥＯＭ１６０Ｃ
から出力されるパルス光のピーク強度を変えると、ファ
イバ増幅器１６８_n、１７１_nの入力光強度が変化し、そ
の結果ファイバ増幅器１６８ _n、１７１_nから出力される
パルス光のピークパワーが変化する場合がある。ファイ
バ増幅器１６８_n、１７１_nを適切に設計することによ
リ、このピークパワー変化を小さく抑えることも可能で
はあるが、ファイバ増幅器の光出力効率等の他の性能を
低下させる場合もある。

【０１７１】そこで、本実施形態では、予めファイバ増
幅器出力の入力パルスピーク強度依存性を測定し、それ
に基づいて光増幅部１６１に入力するパルス光のピーク
強度に対応した光増幅部１６１（の各チャネル）の出力
強度のマップである第３の出力強度マップ（ＥＯＭの出
力光のピーク強度に対応した光増幅部１６１の出力パル
ス光の強度の換算表）を作成し、その第３の出力強度マ
ップをメモリ５１に記憶している。この第３の出力強度
マップは波長変換部出力である紫外光強度マップであっ
ても良い。

【０１７２】そして、光量制御装置１６Ｃでは、本第３
の機能により光量制御を行う際に、主制御装置５０から
与えられる設定光量と上記の第３の出力強度マップとに
基づいて光量制御を行うようになっている。

【０１７３】なお、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの出力
段に、ＥＯＭ１６０Ｃの他に透過率制御用のＥＯＭを設
け、このＥＯＭに印加する電圧を変化させることによリ
そのＥＯＭの透過率を変化させて、単位時間あたりの光
増幅部、波長変換部からの放出エネルギを変えることも
可能である。

【０１７４】これまでの説明から明らかなように、光量
制御装置１６Ｃによる第２、第３の機能では、第１の機
能に比べて、より細やかな光源装置１６の出力光の光量
制御が可能である。一方、第１の機能は、第２、第３の
機能に比べて、ダイナミックレンジを広く設定すること
が可能である。

【０１７５】そこで、本実施形態では、後述する露光に
際して、光量制御装置１６Ｃの上記第１の機能により露
光量の粗調整を行い、第２、第３の機能を用いて露光量
の微調整を行うようになっている。これについては、後
述する。

【０１７６】光量制御装置１６Ｃは、この他、主制御装
置５０からの指示に基づいてパルス出力の開始と停止な
ども制御する。

【０１７７】図１に戻り、前記照明光学系１２は、ビー
ム整形光学系１８、オプティカルインテグレータ（ホモ
ジナイザ）としてのフライアイレンズ系２２、照明系開
口絞り板２４、ビームスプリッタ２６、第１リレーレン
ズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラ
インド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折
り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備え
ている。

【０１７８】前記ビーム整形光学系１８は、光源装置１
６の波長変換部１６３の波長変換により発生した紫外域
の光、（以下、「レーザビーム」と呼ぶ）ＬＢの断面形
状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフラ
イアイレンズ系２２に効率良く入射するように整形する
もので、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ
（いずれも図示省略）等で構成される。

【０１７９】前記フライアイレンズ系２２は、ビーム整
形光学系１８から出たレーザビームＬＢの光路上に配置
され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多
数の光源像からなる面光源、即ち２次光源を形成する。
この２次光源から射出されるレーザビームを本明細書に
おいては、「露光光ＩＬ」とも呼んでいる。

【０１８０】フライアイレンズ系２２の射出面の近傍
に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置さ
れている。この照明系開口絞り板２４には、等角度間隔
で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円
形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さ
くするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞
り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置し
て成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口
絞りのみが図示されている）等が配置されている。この
照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御さ
れるモータ等の駆動装置４０により回転されるようにな
っており、これによりレチクルパターンに応じていずれ
かの開口絞りが露光光ＩＬの光路上に選択的に設定され
る。

【０１８１】照明系開口絞り板２４から出た露光光ＩＬ
の光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプ
リッタ２６が配置され、更にこの後方の光路上に、固定
レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブラインド
３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リ
レーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置されてい
る。

【０１８２】固定レチクルブラインド３０Ａは、レチク
ルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域４２Ｒを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向の位置及び幅
が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂ
が配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レ
チクルブラインド３０Ｂを介して照明領域４２Ｒを更に
制限することによって、不要な部分の露光が防止される
ようになっている。

【０１８３】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方の露光光ＩＬの光路上には、当該第２リレー
レンズ２８Ｂを通過した露光光ＩＬをレチクルＲに向け
て反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ
後方の露光光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配
置されている。

【０１８４】更に、照明光学系１２内のビームスプリッ
タ２６で垂直に折り曲げられる一方の光路上、他方の光
路上には、インテグレータセンサ４６、反射光モニタ４
７がそれぞれ配置されている。これらインテグレータセ
ンサ４６、反射光モニタ４７としては、遠紫外域及び真
空紫外域で感度が良く、且つ光源装置１６のパルス発光
を検出するために高い応答周波数を有するＳｉ系ＰＩＮ
型フォトダイオードが用いられている。なお、インテグ
レータセンサ４６、反射光モニタ４７としてＧａＮ系結
晶を有する半導体受光素子を用いることも可能である。

【０１８５】以上の構成において、フライアイレンズ系
２２の入射面、可動レチクルブラインド３０Ｂの配置
面、レチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に
設定され、フライアイレンズ系２２の射出面側に形成さ
れる光源面、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（射出瞳
面）は光学的に互いに共役に設定され、ケーラー照明系
となっている。

【０１８６】このようにして構成された照明系１２の作
用を簡単に説明すると、光源装置１６からパルス発光さ
れたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射
して、ここで後方のフライアイレンズ系２２に効率良く
入射するようにその断面形状が整形された後、フライア
イレンズ系２２に入射する。これにより、フライアイレ
ンズ系２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）に
２次光源が形成される。この２次光源から射出された露
光光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口
絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビー
ムスプリッタ２６に至る。このビームスプリッタ２６を
透過した露光光ＩＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て
固定レチクルブラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動
レチクルブラインド３０Ｂを通過した後、第２リレーレ
ンズ２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方
に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レ
チクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩
形の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。

【０１８７】一方、ビームスプリッタ２６で反射された
露光光ＩＬは、集光レンズ４４を介してインテグレータ
センサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光
電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ
変換器を介して出力ＤＳ（digit/pulse)として主制御装
置５０に供給される。このインテグレータセンサ４６の
出力ＤＳと、ウエハＷの表面上での露光光ＩＬの照度
（露光量）との相関係数は、予め求められ、主制御装置
５０に併設された記憶装置としてのメモリ５１内に記憶
されている。

【０１８８】また、レチクルＲ上の照明領域４２Ｒを照
明しそのレチクルのパターン面（図１における下面）で
反射された反射光束は、コンデンサレンズ３２、リレー
光学系を前と逆向きに通過し、ビームスプリッタ２６で
反射され、集光レンズ４８を介して反射光モニタ４７で
受光される。また、Ｚチルトステージ５８が投影光学系
ＰＬの下方にある場合には、レチクルのパターン面を透
過した露光光ＩＬは、投影光学系ＰＬ及びウエハＷの表
面（あるいは後述する基準マーク板ＦＭ表面）で反射さ
れ、その反射光束は、投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、コ
ンデンサレンズ３２、リレー光学系を前と逆向きに順次
通過し、ビームスプリッタ２６で反射され、集光レンズ
４８を介して反射光モニタ４７で受光される。また、ビ
ームスプリッタ２６とウエハＷとの間に配置される各光
学素子はその表面に反射防止膜が形成されているもの
の、その表面で露光光ＩＬがわずかに反射され、これら
反射光も反射光モニタ４７で受光される。この反射光モ
ニタ４７の光電変換信号が、不図示のピークホールド回
路及びＡ／Ｄ変換器を介して主制御装置５０に供給され
る。反射光モニタ４７は、本実施形態では、主としてウ
エハＷの反射率の測定等に用いられる。なお、この反射
光モニタ４７を、レチクルＲの透過率の事前測定の際に
用いても良い。

【０１８９】なお、フライアイレンズ系として、例えば
特開平１−２３５２８９号公報（対応米国特許第５，３
０７，２０７号）、特開平７−１４２３５４号（対応米
国特許第５，５３４，９７０号）などに開示されるダブ
ルフライアイレンズ系を採用し、ケーラー照明系を構成
しても良い。

【０１９０】また、フライアイレンズ系２２とともに、
回折光学素子（diffractive optical element）を用い
ても良い。かかる回折光学素子を用いる場合には、光源
装置１６と照明光学系１２とを回折光学素子を介して接
続するようにしても良い。

【０１９１】すなわち、バンドル−ファイバの各ファイ
バに対応して回折素子が形成される回折光学素子をビー
ム整形光学系１８に設け、各ファイバから出力されるレ
ーザビームを回折させて、フライアイレンズ系２２の入
射面上で重畳させるようにしても良い。本実施形態で
は、バンドル−ファイバの出力端を照明光学系の瞳面に
配置しても良いが、この場合には第１の機能（間引き）
によってその瞳面上での強度分布（即ち２次光源の形状
や大きさなど）が変化することになり、レチクルパター
ンに最適な形状、大きさとは異なってしまうことがあ
る。そこで、前述の回折光学素子などを用いて照明光学
系の瞳面、又はオプティカルインテグレータの入射面上
で各ファイバからのレーザビームを重畳させるようにす
ることが望ましい。

【０１９２】いずれにしても、本実施形態では、前述し
た光量制御装置１６Ｃの第１の機能によりバンドル−フ
ァイバ１７３の光を出力する部分の分布が変化した場合
であっても、レチクルＲのパターン面（物体面）上及び
ウエハＷの面（像面）上のいずれにおいても照度分布の
均一性を十分に確保することができる。

【０１９３】前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクル
Ｒが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して
吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平
面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチ
クルステージ駆動部４９によって走査方向（ここでは図
１の紙面左右方向であるＹ方向とする）に所定ストロー
ク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレ
チクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルス
テージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部
のレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干
渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるよう
になっている。

【０１９４】なお、レチクルＲに用いる材質は、露光光
ＩＬの波長によって使い分ける必要がある。すなわち、
波長１９３ｎｍの露光光を用いる場合には合成石英を用
いることができるが、波長１５７ｎｍの露光光を用いる
場合は、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あ
るいは水晶などで形成する必要がある。

【０１９５】前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸を有
する複数枚のレンズエレメント７０ａ、７０ｂ、……か
ら構成されている。また、この投影光学系ＰＬとして
は、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などの
ものが使用されている。このため、前記の如くして、露
光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明さ
れると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光
学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像が表面にレ
ジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状
の露光領域４２Ｗに投影され転写される。

【０１９６】本実施形態では、上記のレンズエレメント
のうち、複数のレンズエレメントがそれぞれ独立に移動
可能となっている。例えば、レチクルステージＲＳＴに
最も近い一番上のレンズエレメント７０ａは、リング状
の支持部材７２により保持され、この支持部材７２は、
伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子７４ａ，７４
ｂ，７４ｃ（紙面奥側の駆動素子７４ｃは図示せず）に
よって、３点支持されるとともに鏡筒部７６と連結され
ている。上記の駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃによっ
て、レンズエレメント７０ａの周辺３点を独立に、投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるよ
うになっている。すなわち、レンズエレメント７０ａを
駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変位量に応じて光軸
ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光
軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもで
きる。そして、これらの駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４
ｃに与えられる電圧が、主制御装置５０からの指令に基
づいて結像特性補正コントローラ７８によって制御さ
れ、これによって駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変
位量が制御されるようになっている。なお、図１中、投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸとは鏡筒部７６に固定されてい
るレンズエレメント７０ｂその他のレンズエレメント
（図示省略）の光軸を指す。

【０１９７】また、本実施形態では、予め実験によりレ
ンズエレメント７０ａの上下量と倍率（又はディストー
ション）の変化量との関係を求めておき、これを主制御
装置５０内部のメモリに記憶しておき、補正時に主制御
装置５０が補正する倍率（又はディストーション）から
レンズエレメント７０ａの上下量を計算し、結像特性補
正コントローラ７８に指示を与えて駆動素子７４ａ，７
４ｂ，７４ｃを駆動することにより倍率（又はディスト
ーション）補正を行うようになっている。なお、前記レ
ンズエレメント７０ａの上下量と倍率等の変化量との関
係は光学的な計算値を用いてもよく、この場合は前記レ
ンズエレメント７０ａの上下量と倍率変化量との関係を
求める実験の工程が省けることになる。

【０１９８】前記の如く、レチクルＲに最も近いレンズ
エレメント７０ａが移動可能となっているが、このエレ
メント７０ａは倍率、ディストーション特性に与える影
響が他のレンズエレメントに比べて大きく制御しやすい
ものの１つを選択したものであって、同様の条件を満た
すものであれば、このレンズエレメント７０ａに代えて
どのレンズエレメントをレンズ間隔調整のために移動可
能に構成しても良い。

【０１９９】なお、レンズエレメント７０ａ以外の少な
くとも１つのレンズエレメントを移動して他の光学特
性、例えば像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収
差などを調整できるようになっている。この他、投影光
学系ＰＬの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメン
ト相互間に密封室を設け、この密封室内の気体の圧力を
例えばべローズポンプ等の圧力調整機構により調整する
ことにより、投影光学系ＰＬの倍率を調整する結像特性
補正機構を設けても良く、あるいは、例えば、投影光学
系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントとして非球面
状レンズを用い、これを回転させるようにしても良い。
この場合には、いわゆるひし形ディストーションの補正
が可能になる。あるいは、投影光学系ＰＬ内に平行平面
板を設け、これをチルトさせたり、回転させたりするよ
うな機構により結像特性補正機構を構成しても良い。

【０２００】なお、露光光ＩＬとして波長１９３ｎｍの
レーザ光を用いる場合には、投影光学系ＰＬを構成する
各レンズエレメント（及び上記平行平面板）としては合
成石英やホタル石等を用いることができるが、波長１５
７ｎｍのレーザ光を用いる場合には、この投影光学系Ｐ
Ｌに使用されるレンズ等の材質は、全てホタル石が用い
られる。

【０２０１】また、本実施形態では、チャンバ１１内の
大気圧を測定する大気圧センサ７７が設けられている。
この大気圧センサ７７の計測値は、主制御装置５０に供
給されるようになっており、主制御装置５０では、この
大気圧センサ７７の計測値に基づいて、標準大気圧から
の気圧の変動を算出するとともに、投影光学系ＰＬの結
像特性の大気圧変動を算出する。そして、この大気圧変
動分を考慮して結像特性補正コントローラ７８に指示を
与えて、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する。

【０２０２】なお、上記の発振波長の変更は、主制御装
置５０から指示に基づき、レーザ制御装置１６Ｂがビー
ムモニタ機構１６４を構成するエタロン素子の温度を積
極的に制御して、エタロン素子の透過率が最大となる共
鳴波長（検出基準波長）が一致している設定波長（目標
波長）を変更すると共に、この変更後の設定波長にＤＦ
Ｂ半導体レーザ１６０Ａの発振波長が一致するように、
ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの温度をフィードバック制
御することにより容易に達成される。

【０２０３】なお、主制御装置５０による結像特性の大
気圧変動分、照射変動分等の演算方法等については、例
えば特開平９−２１３６１９号公報等に詳細に開示され
ており、公知であるから、ここでは詳細な説明は省略す
る。

【０２０４】前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ
駆動部５６によって走査方向であるＹ方向及びこれに直
交するＸ方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆
動されるようになっている。このＸＹステージ１４上に
搭載されたＺチルトステージ５８上に不図示のウエハホ
ルダ６１を介してウエハＷが真空吸着等により保持され
ている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチ
ュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）に
よってウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調
整すると共に、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対
するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、
ＸＹステージ１４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に
固定された移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５
４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値
が主制御装置５０に供給されるようになっている。

【０２０５】ここで、移動鏡は、実際には、Ｘ軸に垂直
な反射面を有するＸ移動鏡とＹ軸に垂直な反射面を有す
るＹ移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計も
Ｘ軸位置計測用、Ｙ軸位置計測用、及び回転（ヨーイン
グ量、ピッチング量、ローリング量を含む）計測用のも
のがそれぞれ設けられているが、図１では、これらが代
表的に、移動鏡５２Ｗ、レーザ干渉計５４Ｗとして示さ
れている。

【０２０６】また、Ｚチルトステージ５８上には、ウエ
ハＷの近傍に、ウエハＷの露光面と同じ高さの受光面を
有し、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＩＬの光量を検
出するための照射量モニタ５９が設けられている。照射
量モニタ５９は、露光領域４２Ｗより一回り大きなＸ方
向に延びる平面視長方形のハウジングを有し、このハウ
ジングの中央部に露光領域４２Ｗとほぼ同じ形状のスリ
ット状の開口が形成されている。この開口は、実際には
ハウジングの天井面を形成する合成石英等から成る受光
ガラスの上面に形成された遮光膜の一部が取り除かれて
形成されている。前記開口の真下にレンズを介してＳｉ
系ＰＩＮ型フォトダイオード等の受光素子を有する光セ
ンサが配置されている。

【０２０７】照射量モニタ５９は、露光領域４２Ｗに照
射される露光光ＩＬの強度測定に用いられる。照射量モ
ニタ５９を構成する受光素子の受光量に応じた光量信号
が主制御装置５０に供給されるようになっている。

【０２０８】なお、光センサは、必ずしもＺチルトステ
ージ５８の内部に設ける必要はなく、Ｚチルトステージ
５８の外部に光センサを配置し、リレー光学系でリレー
された照明光束を光ファイバ等を介してその光センサに
導くようにしても良いことは勿論である。

【０２０９】Ｚチルトステージ５８上には、後述するレ
チクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク
板ＦＭが設けられている。この基準マーク板ＦＭは、そ
の表面がウエハＷの表面とほぼ同一の高さとされてい
る。この基準マーク板ＦＭの表面には、レチクルアライ
メント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等
の基準マークが形成されている。

【０２１０】また、図１では図面の錯綜を避ける観点か
ら図示が省略されているが、この露光装置１０は、実際
にはレチクルアライメントを行うためのレチクルアライ
メント系を備えている。

【０２１１】レチクルＲのアライメントを行う場合に
は、まず主制御装置５０によりレチクルステージ駆動部
４９、ウエハステージ駆動部５６を介してレチクルステ
ージＲＳＴ及びＸＹステージ１４が駆動され、矩形の露
光領域４２Ｗ内に基準マーク板ＦＭ上のレチクルアライ
メント用基準マークが設定され、その基準マークにレチ
クルＲ上のレチクルマーク像がほぼ重なるようにレチク
ルＲとＺチルトステージ５８との相対位置が設定され
る。この状態で、主制御装置５０によりレチクルアライ
メント系を用いて両マークが撮像され、主制御装置５０
では、その撮像信号を処理して対応する基準マークに対
するレチクルマークの投影像のＸ方向、Ｙ方向の位置ず
れ量を算出する。

【０２１２】また、上記のレチクルのアライメントの結
果得られた基準マークの投影像の検出信号（画像信号）
に含まれるコントラスト情報に基づいてフォーカスオフ
セットやレベリングオフセット（投影光学系ＰＬの焦点
位置、像面傾斜など）を求めることも可能である。

【０２１３】また、本実施形態では、上記のレチクルア
ライメント時に、主制御装置５０によって、投影光学系
ＰＬの側面に設けられた不図示のウエハ側のオフアクシ
ス・アライメントセンサのベースライン量の計測も行わ
れる。すなわち、基準マーク板ＦＭ上には、レチクルア
ライメント用基準マークに対して所定の位置関係でベー
スライン計測用基準マークが形成されており、レチクル
アライメント系を介してレチクルマークの位置ずれ量を
計測する際に、そのウエハ側のアライメントセンサを介
してベースライン計測用基準マークのそのアライメント
センサの検出中心に対する位置ずれ量を計測すること
で、アライメントセンサのベースライン量、すなわちレ
チクル投影位置とアライメントセンサとの相対位置関係
が計測される。

【０２１４】更に、本実施形態の露光装置１０では、図
１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オ
フが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に
向けて多数のピンホールまたはスリットの像を形成する
ための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射
する照射光学系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ
表面での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとからな
る斜入射光式の多点焦点位置検出系（フォーカスセン
サ）が設けられている。主制御装置５０では、受光光学
系６０ｂ内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に対
する傾きを制御することにより、投影光学系ＰＬのフォ
ーカス変動に応じて焦点検出系（６０ａ、６０ｂ）にオ
フセットを与えてそのキャリブレーションを行う。これ
により、前述の露光領域４２Ｗ内で投影光学系ＰＬの像
面とウエハＷの表面とがその焦点深度の範囲（幅）内で
合致することになる。なお、本実施形態と同様の多点焦
点位置検出系（フォーカスセンサ）の詳細な構成は、例
えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されてい
る。

【０２１５】走査露光時等に、主制御装置５０では、受
光光学系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信
号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零とな
るようにＺチルトステージ５８のＺ位置を不図示の駆動
系を介して制御することにより、オートフォーカス（自
動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。

【０２１６】なお、受光光学系６０ｂ内に平行平板を設
けて焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）にオフセットを与え
るようにしたのは、例えば、倍率補正のためにレンズエ
レメント７０ａを上下することによりフォーカスも変化
し、また、投影光学系ＰＬが露光光ＩＬを吸収すること
により結像特性が変化して結像面の位置が変動するの
で、かかる場合に焦点検出系にオフセットを与え、焦点
検出系の合焦位置を投影光学系ＰＬの結像面の位置に一
致させる必要があるためである。このため、本実施形態
では、レンズエレメント７０ａの上下量とフォーカス変
化量の関係も予め実験により求め、主制御装置５０内部
のメモリに記憶している。なお、レンズエレメント７０
ａの上下量とフォーカス変化量の関係は計算値を用いて
も良い。また、オートレベリングでは走査方向について
は行わず、その走査方向と直交する非走査方向のみに関
して行うようにしても良い。

【０２１７】前記主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算
処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡ
Ｍ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆる
マイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含
んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う
他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクル
ＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露
光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主
制御装置５０は、後述するように走査露光の際の露光量
の制御を行ったり、投影光学系ＰＬの結像特性の変動量
を演算にて算出し、その算出結果に基づいて結像特性補
正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性
を調整する等の他、装置全体を統括制御する。

【０２１８】具体的には、主制御装置５０は、例えば走
査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを
介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_R＝Ｖで走査
されるのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハ
Ｗが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）
に速度Ｖ_W＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対
する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４
Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部
４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチ
クルステージＲＳＴ、ＸＹステージ１４の位置及び速度
をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主
制御装置５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づい
てウエハステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４
の位置を制御する。

【０２１９】次に、本実施形態の露光装置１０において
所定枚数（Ｎ枚）のウエハＷ上にレチクルパターンの露
光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置５０
の制御動作を中心として説明する。

【０２２０】まず、前提条件について説明する。 オペレータによりコンソール等の入出力装置６２
（図１参照）から入力されたショット配列、ショットサ
イズ、各ショットの露光順序その他の必要なデータに基
づいて、予めショットマップデータ（各ショット領域の
露光順序と走査方向とを定めたデータ）が作成され、メ
モリ５１（図１参照）内に格納されているものとする。 また、インテグレータセンサ４６の出力は、Ｚチル
トステージ５８上で像面（即ち、ウエハの表面）と同じ
高さに設置された不図示の基準照度計の出力に対して予
め較正（キャリブレーション）されているものとする。
インテグレータセンサ４６の較正とは、インテグレータ
センサ４６の出力を、像面上の露光量に変換するための
変換係数（或いは変換関数）を得ることである。この変
換係数を用いると、インテグレータセンサ４６の出力よ
り間接的に像面上に与えられている露光量（エネルギ）
を計測できることになる。 また、上記キャリブレーションが完了したインテグ
レータセンサ４６の出力に対して、ビームモニタ機構１
６４内のエネルギモニタ、光増幅部１６１内の光電変換
素子１８０、１８１及び波長変換部１６３内の光電変換
素子１８２等の出力もキャリブレーションされ、インテ
グレータセンサ４６の出力に対する各センサ出力の相関
係数も予め求められ、メモリ５１内に格納されている。 さらに、上記キャリブレーションが完了したインテ
グレータセンサ４６の出力に対して反射光モニタ４７の
出力がキャリブレーションされ、インテグレータセンサ
４６の出力と反射光モニタ４７の出力との相関係数が予
め求められてメモリ５１内に格納されているものとす
る。

【０２２１】まず、オペレータによりコンソール等の入
出力装置６２（図１参照）から照明条件（投影光学系の
開口数Ｎ．Ａ．、２次光源の形状（開口絞り２４の種
類）、コヒーレンスファクタσやレチクルパターンの種
類（コンタクトホール、ラインアンドスペース等）、レ
チクルの種類（位相差レチクル、ハーフトーンレチクル
等）、及び最小線幅又は露光量許容誤差など）を含む露
光条件が入力され、この入力に応じて、主制御装置５０
が、投影光学系ＰＬの不図示の開口絞りの設定、照明系
開口絞り板２４の開口の選択設定、レジスト感度に応じ
た目標積算露光量（設定光量に対応する量である）の設
定等を行う。このとき、同時に主制御装置５０では、目
標積算露光量を得るための光源装置１６からの出力光量
を設定光量にほぼ一致させるための、バンドル-ファイ
バ１７３の出力をオン、及びオフにすべきチャネルの選
択を行い、この選択指令を光量制御装置に与える。これ
により、後述する走査露光の際にレーザ光源１６０Ａの
発光とほぼ同時に、光量制御装置１６Ｃにより、前述し
た第１の機能により選択指令に応じて各チャネルのファ
イバ増幅器１７１_nのオン・オフが実行され、露光量の
粗調整が実行されることとなる。

【０２２２】次に、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを用いて露光対象のレチクルＲをレチクルス
テージＲＳＴ上にロードする。

【０２２３】次いで、前述した如く、レチクルアライメ
ント系を用いてレチクルアライメントを行うとともに、
ベースライン計測を行う。

【０２２４】次に、主制御装置５０では、不図示のウエ
ハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウ
エハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受
け渡し機構によってウエハ交換（ステージ上にウエハが
無い場合は、単なるウエハロード）が行われ、次いでい
わゆるサーチアライメント及びファインアライメント
（ＥＧＡ等）の一連のアライメント工程の処理を行う。
これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露
光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細
な説明は省略する。

【０２２５】次に、上記のアライメント結果及びショッ
トマップデータに基づいて、ウエハＷ上の各ショット領
域の露光のための走査開始位置にウエハＷを移動させる
動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ス
テップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のシ
ョット領域にレチクルパターンを転写する。この走査露
光中に、主制御装置５０では、露光条件及びレジスト感
度に応じて決定された目標積算露光量をウエハＷに与え
るため、インテグレータセンサ４６の出力をモニタしつ
つ光量制御装置１６Ｃに指令を与える。これにより、光
量制御装置１６Ｃでは、前述した第１の機能により露光
量の粗調整を行うとともに、前述した第２の機能、第３
の機能により、光源装置１６からのレーザビーム（紫外
パルス光）の周波数及びピークパワーを制御し、露光量
の微調整を実行する。

【０２２６】また、主制御装置５０では、照明系開口絞
り板２４を駆動装置４０を介して制御し、更にステージ
系の動作情報に同期して可動レチクルブラインド３０Ｂ
の開閉動作を制御する。

【０２２７】１枚目のウエハＷに対する露光が終了する
と、主制御装置５０では、不図示のウエハ搬送系にウエ
ハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及び
ＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によ
ってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交
換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインア
ライメントを行う。また、この場合、主制御装置５０に
より１枚目のウエハＷに対する露光開始からの投影光学
系ＰＬの結像特性（フォーカスの変動を含む）の照射変
動が、インテグレータセンサ４６及び反射光モニタ４７
の計測値に基づいて求められ、この照射変動を補正する
ような指令値を結像特性補正コントローラ７８に与える
とともに受光光学系６０ｂにオフセットを与える。ま
た、主制御装置５０では、大気圧センサ７７の計測値に
基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性の大気圧変動分も
求めて、この照射変動を補正するような指令値を結像特
性補正コントローラ７８に与えるとともに受光光学系６
０ｂにオフセットを与える。

【０２２８】そして、上記と同様に、このウエハＷ上の
複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式
でレチクルパターンを転写する。

【０２２９】この場合、前述した露光量（光量）の粗調
整を、実露光前にテス卜発光を行い、露光量設定値に対
し、１％以下の精度で制御を確実に行うようにしても良
い。

【０２３０】本実施形態の露光量の粗調整のダイナミッ
クレンジは、１〜１／１２８の範囲内で設定可能である
が、通常要求されるダイナミックレンジは、典型的には
１−１／７程度であるため、光出力をオンにすべきチャ
ネル数（光ファイバ数）を１２８〜１８の間で制御する
ことによって行えば良い。このように、本実施形態で
は、各チャネルの光出力の個別オン・オフによる露光量
制御により、ウエハ毎のレジス卜感度等の違いにあわせ
た露光量の粗調整を正確に行うことができる。

【０２３１】従って、本実施形態では、従来のエキシマ
レーザ露光装置に用いられていたＮＤフィルタ等のエネ
ルギ粗調器が不要となる。

【０２３２】また、上述した光量制御装置１６Ｃによ
る、第２、第３の機能による光量制御は、制御速度が速
く、制御精度が高いという特徴を持つため、以下の現状
の露光装置に要求されている制御要請を確実に満たすこ
とが可能である。

【０２３３】すなわち、同一ウエハ内における、例えば
レジストの膜厚のばらつきに起因して生じる、ショット
領域（チップ毎）のプロセスばらつきを補正する露光量
制御のための要請である、ダイナミックレンジが設定露
光量の±１０％程度、ショット間ステッピング時間であ
る１００ｍｓ程度の時間内に設定値に制御すること、制
御精度として設定露光量の±１％程度、１ショット領域
の線幅均一性を実現するための露光制御のための要請で
ある、制御精度として典型的には１ショットの露光時間
である２０ｍｓｅｃの時間内に設定露光量の±０．２％
に設定すること、制御速度１ｍｓ程度、の全てを満た
す。

【０２３４】従って、露光量制御のためには、光量制御
装置１６Ｃでは、第２、第３の機能による光量制御の少
なくとも一方を行えば足りる。

【０２３５】また、本実施形態の露光装置１０のような
レーザ光源（パルス光源）を有する走査型露光装置で
は、ウエハＷの走査速度（スキャン速度）をＶ_W、ウエ
ハＷ上のスリット状の露光領域４２Ｗの走査方向の幅
（スリット幅）をＤ、レーザ光源のパルスの繰り返し周
波数をＦとすると、パルス発光間にウエハＷが移動する
間隔はＶ_W／Ｆであるため、ウエハ上の１点当たりに照
射すべき露光光ＩＬのパルス数（露光パルス数）Ｎは次
式（３）で表される。

【０２３６】 Ｎ＝Ｄ／（Ｖ_W／Ｆ） ……（３）

【０２３７】パルスエネルギをＰとすると、単位時間に
ウエハ上の１点当たりに与えられるべきエネルギは、次
式（４）で表される。

【０２３８】 Ｅ＝ＮＰ＝ＮＤ／（Ｖ_W／Ｆ） ……（４）

【０２３９】従って、走査型露光装置では、スリット幅
Ｄ、スキャン速度Ｖ_W、レーザ光源のパルスの繰り返し
周波数Ｆ、パルスエネルギＰのいずれかを制御すること
により、露光量（積算露光量）の制御が可能である。応
答速度の問題から走査露光中にスリット幅Ｄを調整する
ことには難点があるので、スキャン速度Ｖ_W、レーザ光
源のパルスの繰り返し周波数Ｆ、パルスエネルギＰのい
ずれかを制御すれば良い。

【０２４０】従って、本実施形態の露光装置１０におい
ても、光量制御装置１６Ｃの第２、第３の機能による光
量制御のいずれかと、スキャン速度とを組み合わせて、
露光量を制御するようにしても、勿論良い。

【０２４１】例えば、ウエハＷ上に転写すべきレチクル
パ夕ーンに応じてウエハＷの露光条件を変更する、例え
ば照明光学系の瞳面上での照明光の強度分布（即ち２次
光源の形状や大きさ）を変化させたり、あるいは投影光
学系ＰＬのほぼ瞳面上でその光軸を中心とする円形領域
を遮光する光学フィルタを挿脱する。この露光条件の変
更によってウエハＷ上での照度が変化するが、このこと
はレチクルパターンの変更によっても生じる。これは、
パターンの遮光部（又は透過部）の占有面積の違いによ
るものである。そこで、露光条件及びレチクルパターン
の少なくとも一方の変更によって照度が変化するとき
は、ウエハ（レジスト）に適正な露光量が与えられるよ
うに、前述した周波数とピークパワーとの少なくとも一
方を制御することが望ましい。このとき、周波数及びピ
ークパワーの少なくとも一方に加えてレチクル及びウエ
ハの走査速度を調整するようにしても良い。

【０２４２】以上詳細に説明したように、本実施形態に
係る光源装置１６によると、光発生部１６０で発生した
単一波長のレーザ光が遅延部１６７を介してその出力段
に並列に設けられた総計１２８の光ファイバ（光経路１
７２_n）のそれぞれに向かって進むが、光量制御装置１
６Ｃでは各光経路１７２_nからの光出力を個別にオン・
オフすることにより、ファイバ群（光経路１７２_nの全
体）から出力される光の光量を制御する。このように本
実施形態では、各光経路１７２_nの光出力を個別にオン
・オフするという簡単な手法により光経路１７２_nの全
体から出力される光の光量制御を実現することができ
る。

【０２４３】また、この場合、光経路の数に比例した１
２８段階の光量制御が可能となるので、広いダイナミッ
クレンジを容易に実現することができる。また、各光経
路の諸性能がほぼ同じであるため、光経路のそれぞれか
らの同一光量の光を出力させることができる。この結
果、光経路の数に応じた１２８段階の光量制御をリニア
リティ良く実行することができる。この場合、１％刻み
以下の精度で光量を制御することができる。

【０２４４】また、これにより前述の如く、ＮＤフィル
タ等のエネルギ粗調器は不要となるので、該フィルタの
耐久性、透過率の計時変化等に起因する光量制御性能の
劣化等の諸問題も改善できる。

【０２４５】また、各光経路を構成するファイバ増幅器
１７１_nは、それぞれの出力端部が束ねられてバンドル
−ファイバ１７３が構成されており、該バンドル−ファ
イバ１７３全体の直径が２ｍｍ以下となっている。その
ため、出力段に配置される四分の一波長板１６２、及び
波長変換部１６３を構成する非線形光学結晶等の光学素
子として小型の光学素子を用いることができる。

【０２４６】また、各光経路１７２_nの一部には、ファ
イバ増幅器１６８_n、１７１_nが設けられ、光量制御装置
１６Ｃは、各光経路１７２_nの光出力のオン・オフを最
終段のファイバ増幅器１７１_nの励起用半導体レーザ１
７４のからの励起光の強度の切り換えにより行うように
なっている。このため、ファイバ増幅器１６８_n、１７
１_nにより光経路１７２_nに入射した光を増幅できるとと
もに、光出力をオフすることとされた光経路１７２_nに
設けられたファイバ増幅器１７１_nに対する励起光の強
度レベルが低く（零を含む）設定されるので、その分省
エネが可能である。また、ファイバ増幅器の励起用半導
体レーザ１７４からの励起光の強度の切り換えにより光
出力のオン・オフを行うので、シャッタ等を用いる場合
に比べて短時間で光出力のオン・オフが可能である。

【０２４７】また、光経路１７２_nからの光出力のオン
・オフを最終段のファイバ増幅器１７１_nの励起用半導
体レーザ１７４からの励起光の強度の切り換えにより行
うことから、最終段以外のファイバ増幅器の励起用光源
からの励起光の強度を切り換える場合に問題となるＡＳ
Ｅの悪影響を回避することができる。また、ファイバ増
幅器１７１_nは最も大きな励起光の強度を必要とするの
で、ファイバ増幅器１７１_nからの光出力をオフしたと
きの省エネの効果が一層大きくなる。

【０２４８】また、この最終段のファイバ増幅器１７１
_nは、ファイバ増幅器１６８_nに比べてモードフィールド
径が大きいものが用いれているので、光ファイバ中での
非線形効果による増幅光のスペクトル幅の増加を避ける
ことができる。

【０２４９】また、メモリ５１内に光経路１７２_nから
の光出力のオン・オフ状況に対応する第１の出力強度マ
ップが予め記憶され、光量制御装置１６Ｃは、第１の出
力強度マップと所定の設定光量とに基づいて各光経路１
７２_nからの光出力を個別にオン・オフするようになっ
ている。このため、各光経路１７２_nの出力にばらつき
があっても光経路全体の光出力を設定光量にほぼ一致さ
せることができるとともに、諸性能の異なる構成部材を
用いて光経路を構成することも可能である。すなわち、
諸性能（ファイバ径等を含む）の異なる光ファイバ等を
用いることが可能となる。

【０２５０】また、第１の出力強度マップは、予め実際
に測定された各光経路の出力のばらつきに基づいて作成
されているので、光経路全体の光出力を設定光量に確実
に一致させることができる。

【０２５１】また、本実施形態の光源装置１６では、各
光経路１７２_nから出力される光の波長を変換する波長
変換部１６３を備えているが、波長変換部１６３の出力
は、光出力がオンである光経路数（チャネル数）に比例
する。このため、光経路の諸性能がほぼ同じである場合
には、光経路１７２_nのそれぞれからの同一光量の光を
出力させることができる結果、ニアリティ良く光量を制
御することができる。

【０２５２】また、第１の出力強度マップは、予め測定
された各光経路出力に対応する波長変換効率のばらつき
に起因する出力のばらつきをも考慮して作成されている
ので、各光経路からの光出力に対する波長変換効率にば
らつきがあっても、出力光の光量を設定光量に制御する
ことができる。

【０２５３】また、本実施形態に係る光源装置１６は、
複数の光経路それぞれからの光出力を個別に遅延させ
て、光出力を時間的にずらして行わせる遅延部１６７を
備えているので、各光経路から出力される光が時間的に
重なることがなくなるので、結果的に該光源装置１６か
らの出力光は、極めて狭帯域化された単一波長の光であ
りながら、お互いに時間的に重なり合うことがなく、各
チャネル出力間の空間的コヒーレンスを低減することが
できる。

【０２５４】また、本実施形態に係る光源装置１６によ
ると、光量制御装置１６ＣがＥＯＭ１６０Ｃから出力さ
れるパルス光の周波数を制御することにより、光増幅部
１６１を構成するファイバ増幅器からの出力光の光量を
設定光量（目標光量）に一致させることができる。この
パルス光の周波数（単位時間当たりのパルス数）制御に
よる光量調整では、前述した光経路からの光出力の個別
オン・オフに比べて、より高速にかつより細やかな光量
調整を行うことが可能となり、設定光量が所定範囲内に
あれば如何なる値に設定されても光量をほぼ一致させる
ことができる。また、光出力と制御量とのリニアリティ
も良い。

【０２５５】また、光増幅部１６１に入力するパルス光
の周波数に応じた光増幅部１６１の出力強度に基づく第
２の出力強度マップがメモリ５１内に記憶され、光量制
御装置１６Ｃは、第２の出力強度マップと所定の設定光
量とに基づいてＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光
の周波数を制御する。このため、光増幅部１６１を構成
するファイバ増幅器の利得の入力光強度依存性に起因す
る光増幅部１６１からの出力パルスのピークパワー変化
の影響を受けることのない、高精度な光量制御が可能と
なる。

【０２５６】また、本実施形態に係る光源装置１６によ
ると、光量制御装置１６ＣがＥＯＭ１６０Ｃから出力さ
れるパルス光のピークパワーを制御することにより、光
増幅部１６１を構成するファイバ増幅器からの出力光の
光量を設定光量（目標光量）に一致させることができ
る。このパルス光のピークパワー制御による光量調整で
は、前述した光経路からの光出力の個別オン・オフに比
べて、より高速にかつより細やかな光量調整を行うこと
が可能となり、設定光量が所定範囲内にあれば如何なる
値に設定されても光量をほぼ一致させることができる。

【０２５７】また、光増幅部１６１に入力するパルス光
の強度に応じた光増幅部１６１の出力強度に基づく第３
の出力強度マップがメモリ５１に記憶され、光量制御装
置１６Ｃは、第３の出力強度マップと所定の設定光量と
に基づいてＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光のピ
ークパワーを制御するので、光増幅部１６１を構成する
ファイバ増幅器の利得の入力光強度依存性に起因する光
増幅部１６１からの出力パルスのピークパワー変化の影
響を受けることのない、高精度な光量制御が可能とな
る。

【０２５８】また、本実施形態の光量制御装置１６Ｃ
は、前述の如く、光経路からの光出力の個別オン・オフ
による光量制御機能（第１の機能）と、ＥＯＭ１６０Ｃ
から出力されるパルス光の周波数制御による光量制御機
能（第２の機能）と、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパ
ルス光のピークパワー制御による光量制御機能（第３の
機能）とを有しているので、第１の機能と、第２の機能
及び第３の機能の少なくとも一方とにより、光経路１７
２_nの光出力の個別オン・オフによる段階的な光量制御
に加えて、各段階間の光量の微調整がＥＯＭ１６０Ｃか
ら出力されるパルス光の周波数及びピークパワーの少な
くとも一方の制御により可能になるので、結果的に光量
の連続制御が可能となり、所定範囲内であれば設定光量
が如何なる値に設定されても、出力光の光量をその設定
光量に一致させることが可能になっている。

【０２５９】また、光量制御装置１６Ｃでは、第２の機
能と第３の機能とにより、ＥＯＭ１６０Ｃから出力され
るパルス光の周波数制御に加えてピークパワーを更に制
御することができるので、パルス光のピークパワーに変
動があるような場合であっても、精度の良い光量制御が
可能となる。

【０２６０】しかしながら、本発明がこれに限定される
ものではなく、本発明に係る光源装置を構成する光量制
御装置は、上記第１〜第３の機能の少なくとも一つのみ
を有していても良い。

【０２６１】また、本実施形態に係る露光装置１０によ
ると、照明光学系１２により光源装置１６の波長変換部
１６３から出力される紫外光（波長１９３ｎｍ又は１５
７ｎｍ）を露光用照明光としてレチクルＲが照明され、
該レチクルＲに形成されたパターンがウエハＷ上に転写
される。この場合、光源装置１６により、レチクルＲに
照射される紫外光の光量制御を必要な要請に応じて行う
ことができるので、結果的に要求される露光量制御を実
現することができる。

【０２６２】また、露光装置１０によると、光発生部１
６０では、光源１６０Ａで発生した単一波長の光をＥＯ
Ｍ１６０Ｃによりパルス光に変換することによりパルス
光を発生し、そのパルス光がファイバ増幅器を含む光増
幅部１６１によって増幅される。そして、主制御装置５
０により、その増幅されたパルス光をレチクルＲに照射
して、該レチクルを介してウエハＷを露光する際に、そ
の露光対象領域のウエハ上の位置、すなわち各ショット
領域のウエハ上の位置又は各ショット領域内のスリット
状照明領域で照明される領域の位置に応じてＥＯＭ１６
０Ｃを介してパルス光の周波数及びピークパワーの少な
くとも一方が光量制御装置１６Ｃを介して制御され、こ
れによりレチクルＲに照射される光量、ひいてはウエハ
の露光量が高精度に制御される。従って、ウエハ上の露
光対象領域の位置によらず、常に適切な露光量制御が可
能となり、精度良くレチクルＲのパターンをウエハＷ上
に転写することが可能になる。すなわち、ウエハ上の各
ショット領域毎のプロセスばらつきの補正や各ショット
領域内の線幅均一性の向上が可能になる。

【０２６３】また、本実施形態に係る露光装置による
と、主制御装置５０により、前記の如く、増幅されたパ
ルス光をレチクルＲに照射して、該レチクルＲを介して
ウエハＷを露光する際に、各光経路１７２_nからの光出
力を個別にオン・オフすることにより光増幅部１６１か
ら出力されるパルス光の光量が光量制御装置１６Ｃを介
して制御され、これによりレチクルＲに照射される光
量、ひいてはウエハの露光量が広い範囲に渡って段階的
に制御される。従って、複数枚のウエハを繰り返し露光
する際のウエハ毎のレジスト感度等の違いに合わせた露
光量制御が可能になる。従って、レジスト感度等に影響
を受けることなく、ウエハ上にレチクルパターンを要求
される精度で転写することが可能になる。

【０２６４】なお、上記実施形態では、各光経路（各チ
ャネル）からの光出力をオン・オフする際に、ファイバ
増幅器の励起光の強度を切り換えることにより行う場合
について説明したが、本発明がこれに限定されるもので
はなく、例えば、各光経路に対する入射光を遮光する機
械的又は電気的なシャッタ、あるいは各光経路からの光
の出射を阻止する機械的又は電気的なシャッタを設ける
等種々考えられる。

【０２６５】また、上記実施形態では、光増幅部１６１
が１２８チャネルの光経路を有する場合について説明し
たが、光増幅部は１チャネルであっても良く、かかる場
合であっても、前述したＥＯＭ等の光変調器から出力さ
れるパルス光の周波数制御、ピークパワー制御による光
量、露光量の制御は好適に適用できる。

【０２６６】なお、上記実施形態では、バンドル−ファ
イバを形成するファイバの本数を１２８本としたが、そ
の本数は任意でよく、本発明に係る光源装置が適用され
る製品、例えば露光装置で要求される仕様（ウエハ上で
の照度）、及び光学性能、即ち照明光学系や投影光学系
の透過率、波長変換部の変換効率、及び各ファイバの出
力などに応じてその本数を決定すればよい。さらに上記
実施形態では、紫外光の波長を、ＡｒＦエキシマレーザ
又はＦ₂レーザの波長とほぼ同一に設定するものとした
が、その設定波長は任意で良く、この設定すべき波長に
応じて、レーザ光源１６０Ａの発振波長や波長変換部の
構成及び高調波の倍率などを決定すれば良い。なお、設
定波長は、一例として、ウエハ上に転写すべきパターン
のデザインルール（線幅、ピッチなど）に応じて決定す
るようにしても良く、更にはその決定に際して前述の露
光条件やレチクルの種類（位相シフト型か否か）などを
考慮しても良い。

【０２６７】なお、上記実施形態では、レーザ光源１６
０Ａの発振波長の制御のため、レーザ光源１６０Ａの直
後でそのレーザ光をビームモニタ機構１６４によりモニ
タするものとしたが、これに限らず、例えば図５中に点
線で示されるように、波長変換部１６３内（あるいは波
長変換部１６３の後方）で光束を分岐して、これをビー
ムモニタ機構１６４と同様のビームモニタ機構１８３で
モニタするようにしても良い。そして、このビームモニ
タ機構１８３によるモニタ結果に基づいて、波長変換が
正確に行われているか否かを検出し、この検出結果に基
づいて主制御装置５０がレーザ制御装置１６Ｂをフィー
ドバック制御するようにしても良い。勿論、両方のビー
ムモニタ機構のモニタ結果を用いてレーザ光源１６０Ａ
の発振波長制御を行っても良い。

【０２６８】また、上記実施形態中では特に説明をしな
かったが、本実施形態のように、１９３ｎｍ以下の露光
波長により露光を行う装置の場合には、光束通過部分に
はケミカルフィルタを通過したクリーンエアーや、ドラ
イエアー、Ｎ₂ガス、若しくはヘリウム、アルゴン、ク
リプトン等の不活性ガスを充填させあるいはフローさせ
たり、該光束通過部分を真空にする等の処置が必要とな
る。

【０２６９】上記実施形態の露光装置は、本願の特許請
求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステ
ムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保
つように、組み立てることで製造される。これら各種精
度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光
学系については光学的精度を達成するための調整、各種
機械系については機械的精度を達成するための調整、各
種電気系については電気的精度を達成するための調整が
行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て
工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回
路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この
各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前
に、各サブシステム個々の組み立て工程があることは言
うまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立
て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体
としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造
は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルーム
で行うことが望ましい。

【０２７０】また、上記実施形態では、本発明に係る光
源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光
装置に適用された場合について説明したが、露光装置以
外の装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターン
の一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレ
ーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用す
ることができる。また、本発明に係る光源装置は可視光
または赤外光を用いる検査装置などにも適用することが
できる。そしてこの場合には前述の波長変換部を光源装
置に組み込む必要がない。すなわち、本発明は紫外レー
ザ装置だけでなく、可視域または赤外域の基本波を発生
する、波長変換部がないレーザ装置に対しても有効なも
のである。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャ
ン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えば
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパ
など）にも好適に適用できるものである。更にはステッ
プ・アンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジ
ェクション・アライナーなどにも適用できる。

【０２７１】なお、上記実施形態で示した投影光学系
や、照明光学系はほんの一例であって、本発明がこれに
限定されないことは勿論である。例えば、投影光学系と
して屈折光学系に限らず、反射光学素子のみからなる反
射系、又は反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射
屈折系（カタッディオプトリック系）を採用しても良
い。波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外光（ＶＵＶ光）
を用いる露光装置では、投影光学系として反射屈折系を
用いることも考えられる。この反射屈折型の投影光学系
としては、例えば特開平８―１７１０５４号公報及び特
開平１０−２０１９５号公報などに開示される、反射光
学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを有する反射
屈折系、又は特開平８−３３４６９５号公報及び特開平
１０−３０３９号公報などに開示される、反射光学素子
としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する
反射屈折系を用いることができる。

【０２７２】この他、米国特許第５，４８８，２２９
号、及び特開平１０−１０４５１３号公報に開示され
る、複数の屈折光学素子と２枚のミラー（凹面鏡である
主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射面と反対側に反
射面が形成される裏面鏡である副鏡）とを同一軸上に配
置し、その複数の屈折光学素子によって形成されるレチ
クルパターンの中間像を、主鏡と副鏡とによってウエハ
上に再結像させる反射屈折系を用いても良い。この反射
屈折系では、複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡と
が配置され、照明光が主鏡の一部を通って副鏡、主鏡の
順に反射され、さらに副鏡の一部を通ってウエハ上に達
することになる。

【０２７３】また、上記実施形態では、オプティカルイ
ンテグレ一タ（ホモジナイザ）としてフライアイレンズ
系を用いるものとしたが、その代わりにロッド・インテ
グレータを用いるようにしてもよい。ロッド・インテグ
レータを用いる照明光学系では、ロッド・インテグレー
タはその射出面がレチクルＲのパターン面とほぼ共役に
なるように配置されるので、例えばロッド・インテグレ
ータの射出面に近接して前述の固定レチクルブラインド
３０Ａや可動レチクルブラインド３０Ｂを配置しても良
い。

【０２７４】勿論、半導体素子の製造に用いられる露光
装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイ
の製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレー
ト上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用い
られる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写
する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用
いられる露光装置などにも本発明を適用することができ
る。

【０２７５】《デバイス製造方法》

【０２７６】次に、上述した露光装置をリソグラフィ工
程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説
明する。

【０２７７】図７には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されて
いる。図７に示されるように、まず、ステップ２０１
（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計
（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その
機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、
ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０２７８】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステッ
プ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用
いてデバイス組立を行う。このステップ２０５には、ダ
イシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング
工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０２７９】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０２８０】図８には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図８において、ステップ２１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【０２８１】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステッ
プ）において、上で説明した露光装置１０を用いてマス
クの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ
２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを
現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）におい
て、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材
をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９
（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済ん
で不要となったレジストを取り除く。

【０２８２】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０２８３】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法によると、露光工程（ステップ２１６）において上記
実施形態の露光装置１０を用いて露光が行われるので、
露光精度の向上により、高集積度のデバイスを歩留まり
良く生産することができる。

【０２８４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜２７に
記載の各発明によれば、制御に必要な要請に応じた光量
制御を行うことができる光源装置を提供するができる。

【０２８５】また、請求項２８〜３３に記載の各発明に
よれば、要求される露光量制御を容易に実現することが
できる露光装置を提供することができる。

【０２８６】また、請求項３４〜３６に記載の各発明に
よれば、要求される露光量制御を容易に実現することが
できる露光方法を提供することができる。

【０２８７】また、請求項３７及び３８に記載の各発明
によれば、高集積度のマイクロデバイスの生産性を向上
することができるデバイス製造方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。

【図２】図１の光源装置の内部構成を主制御装置ととも
に示すブロック図である。

【図３】図２の光増幅部の構成を概略的に示す図であ
る。

【図４】光増幅部を構成する最終段のファイバ増幅器の
出力端部が束ねられて形成されたバンドル−ファイバの
断面を示す図である。

【図５】図２の光増幅部を構成するファイバ増幅器及び
その周辺部を、波長変換部の一部とともに概略的に示す
図である。

【図６】図６（Ａ）は、バンドル−ファイバ１７３の出
力端から射出される波長１．５４４μｍの基本波を、非
線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変換して
１９３ｎｍの紫外光を発生する波長変換部の構成例を示
す図、図６（Ｂ）は、バンドル−ファイバ１７３の出力
端から射出される波長１．５７μｍの基本波を非線形光
学結晶を用いて１０倍波に波長変換して１５７ｎｍの紫
外光を発生する波長変換部の構成例を示す図である。

【図７】本発明の係るデバイス製造方法の実施形態を説
明するためのフローチャートである。

【図８】図７のステップ２０４における処理のを示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０…露光装置、１２…照明光学系、１６…光源装置、
１６Ｃ…光量制御装置、２２…フライアイレンズ系（オ
プティカルインテグレータ）、５０…主制御装置（制御
装置）、５１…メモリ（記憶装置）、１６０…光発生
部、１６０Ａ…ＤＦＢ半導体レーザ（光源）、１６０Ｃ
…ＥＯＭ（光変調器）、１６１…光増幅部、１６３…波
長変換部、１６７…遅延部、１６８_n…ファイバ増幅
器、１７１_n…ファイバ増幅器、１７２_n…光経路、１７
３…バンドル-ファイバ（ファイバ群）、１７４…半導
体レーザ（励起用光源）、１７８…半導体レーザ（励起
用光源）、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（基
板）。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F046 BA05 CA03 CA08 CB01 CB04 CB05 CB12 CB13 CB22 CB23 CB25 DA01 DA02 DA13 DA14 DB01 DB05 DC02 DC09 DC12 EB03 ED03

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一波長の光を発生する光源装置であっ
   て、 単一波長の光を発生する光発生部と；前記光発生部の出
   力段に並列に配置された複数の光ファイバから成るファ
   イバ群と；前記各光ファイバからの光出力を個別にオン
   ・オフすることにより前記ファイバ群から出力される光
   の光量を制御する光量制御装置とを備える光源装置。
2. 【請求項２】 前記ファイバ群を構成する前記複数の光
   ファイバは、それぞれの少なくとも出力端部が束ねられ
   てバンドル−ファイバが構成されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の光源装置。
3. 【請求項３】 前記各光ファイバを含んで構成される各
   光経路の一部には、光増幅を行うことができるファイバ
   増幅器が少なくとも１段設けられ、 前記光量制御装置は、前記各光ファイバからの前記光出
   力のオン・オフを前記ファイバ増幅器の励起用光源から
   の励起光の強度の切り換えにより行うことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 【請求項４】 前記光量制御装置は、前記励起用光源か
   らの励起光の強度を所定レベルと零レベルとのいずれか
   に択一的に設定することにより前記励起光の強度の切り
   換えを行うことを特徴とする請求項３に記載の光源装
   置。
5. 【請求項５】 前記光量制御装置は、前記励起用光源を
   オン・オフすることにより、前記励起光の強度を所定レ
   ベルと零レベルとのいずれかに択一的に設定することを
   特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 【請求項６】 前記光量制御装置は、前記励起用光源か
   らの励起光の強度を所定の第１レベルと該第１レベルよ
   り小さい第２レベルとのいずれかに択一的に設定するこ
   とにより前記励起光の強度の切り換えを行うことを特徴
   とする請求項３に記載の光源装置。
7. 【請求項７】 前記各光経路には、前記ファイバ増幅器
   が複数段設けられ、前記光量制御装置は、前記各光ファ
   イバからの前記光出力のオン・オフを最終段のファイバ
   増幅器の励起用光源からの励起光の強度の切り換えによ
   り行うことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に
   記載の光源装置。
8. 【請求項８】 前記最終段の前記ファイバ増幅器は、他
   の段のファイバ増幅器に比べてモードフィールド径が大
   きいことを特徴とする請求請７に記載の光源装置。
9. 【請求項９】 前記各光ファイバからの光出力のオン・
   オフ状況に対応する出力強度マップが予め記憶された記
   憶装置を更に備え、前記光量制御装置は、前記出力強度
   マップと所定の設定光量とに基づいて前記各光ファイバ
   からの光出力を個別にオン・オフすることを特徴とする
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 【請求項１０】 前記出力強度マップは、予め測定され
    た各ファイバ出力のばらつきに基づいて作成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
11. 【請求項１１】 前記各光ファイバから出力される前記
    光の波長を変換する波長変換部を更に備えることを特徴
    とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
12. 【請求項１２】 前記各光ファイバから出力される前記
    光の波長を変換する波長変換部を更に備え、前記出力強
    度マップは、予め測定された前記各ファイバ出力に対応
    する波長変換効率のばらつきに起因する出力のばらつき
    を更に考慮して作成されていることを特徴とする請求項
    ９又は１０に記載の光源装置。
13. 【請求項１３】 前記光発生部は、単一波長の光を発生
    する光源と、前記光源からの光を所定周波数のパルス光
    に変換して出力する光変調器とを有し、前記光量制御装
    置は、前記光変調器から出力されるパルス光の周波数及
    びピークパワーの少なくとも一方を更に制御することを
    特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光源
    装置。
14. 【請求項１４】 前記複数の光ファイバそれぞれからの
    光出力を個別に遅延させて、前記光出力を時間的にずら
    して行わせる遅延部を更に備えることを特徴とする請求
    項１〜１３のいずれか一項に記載の光源装置。
15. 【請求項１５】 単一波長の光を発生する光源装置であ
    って、 単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を所定
    周波数のパルス光に変換して出力する光変調器とを有す
    る光発生部と；前記光発生部によって発生されたパルス
    光を増幅する少なくとも１段のファイバ増幅器を含む光
    増幅部と；前記光変調器から出力される前記パルス光の
    周波数を制御することにより前記ファイバ増幅器からの
    出力光の光量を制御する光量制御装置とを備える光源装
    置。
16. 【請求項１６】 前記光増幅部に入力するパルス光の周
    波数に応じた前記光増幅部の出力強度マップが記憶され
    た記憶装置を更に備え、 前記光量制御装置は、前記出力強度マップと所定の設定
    光量とに基づいて前記光変調器から出力される前記パル
    ス光の周波数を制御することを特徴とする請求項１５に
    記載の光源装置。
17. 【請求項１７】 前記光量制御装置は、前記光変調器か
    ら出力される前記パルス光のピークパワーを更に制御す
    ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の光源装
    置。
18. 【請求項１８】 前記光変調器は、電気光学変調器であ
    り、 前記光量制御装置は、前記光変調器に印加する電圧パル
    スの周波数を制御することにより、前記パルス光の周波
    数を制御することを特徴とする請求項１５又は１６に記
    載の光源装置。
19. 【請求項１９】 単一波長の光を発生する光源装置であ
    って、 単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を所定
    周波数のパルス光に変換して出力する光変調器とを有す
    る光発生部と；前記光発生部によって発生されたパルス
    光を増幅する少なくとも１段のファイバ増幅器を含む光
    増幅部と；前記光変調装置から出力される前記パルス光
    のピークパワーを制御することにより前記光増幅部から
    の出力光の光量を制御する光量制御装置とを備える光源
    装置。
20. 【請求項２０】 前記光増幅部に入力するパルス光の強
    度に応じた前記光増幅部の出力強度マップが記憶された
    記憶装置を更に備え、 前記光量制御装置は、前記出力強度マップと所定の設定
    光量とに基づいて前記光変調器から出力される前記パル
    ス光のピークパワーを制御することを特徴とする請求項
    １９に記載の光源装置。
21. 【請求項２１】 前記光変調器は、電気光学変調器であ
    り、 前記光量制御装置は、前記光変調器に印加する電圧パル
    スのピークレベルを制御することにより、前記パルス光
    のピークパワーを制御することを特徴とする請求項１９
    又は２０に記載の光源装置。
22. 【請求項２２】 前記光増幅部は複数並列に設けられ、 前記各光増幅部の光出力端部は光ファイバによりそれぞ
    れ構成されていることを特徴とする請求項１５〜２１の
    いずれか一項に記載の光源装置。
23. 【請求項２３】 前記複数の光増幅部をそれぞれ構成す
    る前記複数の光ファイバは、束ねられてバンドル−ファ
    イバが構成されていることを特徴とする請求項２２に記
    載の光源装置。
24. 【請求項２４】 前記光増幅部から出力される光の波長
    を変換する波長変換部を更に備えることを特徴とする請
    求項１５〜２３のいずれか一項に記載の光源装置。
25. 【請求項２５】 前記複数の光増幅部のそれぞれからの
    光出力を個別に遅延させて、前記光出力を時間的にずら
    して行わせる遅延部を更に備えることを特徴とする請求
    項２２又は２３に記載の光源装置。
26. 【請求項２６】 前記光発生部は、赤外域から可視域ま
    での範囲内の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記レーザ光の高調波である紫外光
    を出力することを特徴とする請求項１１、１２、２４の
    いずれか一項に記載の光源装置。
27. 【請求項２７】 前記光発生部は、波長１．５μｍ付近
    の単一波長のレーザ光を発生し、 前記波長変換部は、前記波長１．５μｍ付近の前記レー
    ザ光の８倍高調波又は１０倍高調波を発生することを特
    徴とする請求項２６に記載の光源装置。
28. 【請求項２８】 マスクに形成されたパターンを基板上
    に転写する露光装置であって、 請求項２６又は２７に記載の光源装置と；前記光源装置
    から出力される光を露光用照明光として前記マスクを照
    明する照明光学系とを備える露光装置。
29. 【請求項２９】 前記照明光学系内には、前記マスクの
    パターン面上における照明光の分布を均一化するオプテ
    ィカルインテグレータが設けられていることを特徴とす
    る請求項２８に記載の露光装置。
30. 【請求項３０】 前記照明光学系は、ケーラー照明系で
    あることを特徴とする請求項２８又は２９に記載の露光
    装置。
31. 【請求項３１】 マスクに形成されたパターンを基板上
    に繰り返し転写する露光装置であって、 単一波長の光を発生する光源と、前記光源からの光をパ
    ルス光に変換する光変調器とを有する光発生部と；前記
    光発生部によって発生されたパルス光を増幅する少なく
    とも１段のファイバ増幅器を含む光増幅部と；前記増幅
    されたパルス光を前記マスクに照射して、該マスクを介
    して前記基板を露光する際に、その露光対象領域の基板
    上の位置に応じて前記光変調器を介して前記パルス光の
    周波数及びピークパワーの少なくとも一方を制御する制
    御装置とを備える露光装置。
32. 【請求項３２】 マスクに形成されたパターンを基板上
    に転写する露光装置であって、 単一波長の光を発生する光源と、前記光源からの光をパ
    ルス光に変換する光変調器とを有する光発生部と；前記
    パルス光を増幅する光ファイバ増幅器を少なくとも各１
    段含み、前記光発生部の出力段に並列に配置された複数
    の光経路から成る光増幅部と；前記光増幅部からの前記
    パルス光を前記マスクに照射して、該マスクを介して前
    記基板を露光する際に、前記各光経路からの光出力を個
    別にオン・オフすることにより前記光増幅部から出力さ
    れるパルス光の光量を制御する制御装置とを備える露光
    装置。
33. 【請求項３３】 前記光源は、赤外域又は可視域のレー
    ザ光を発生し、 前記光増幅部で増幅された前記パルス光を紫外光に波長
    変換する波長変換部を更に備えることを特徴とする請求
    項３１又は３２に記載の露光装置。
34. 【請求項３４】 マスクに形成されたパターンを基板上
    に繰り返し転写する露光方法であって、 パルス光をファイバ増幅器を用いて少なくとも１回増幅
    する第１工程と；前記増幅されたパルス光を前記マスク
    に照射し、該マスクを介して前記基板上の露光対象領域
    を露光する第２工程と；前記第１工程の処理に先立っ
    て、光源からのレーザ光を前記パルス光に変換するとと
    もに、前記露光対象領域の基板上の位置に応じて前記パ
    ルス光の周波数及びピークパワーの少なくとも一方を制
    御する第３工程とを含む露光方法。
35. 【請求項３５】 前記ファイバ増幅器は、複数並列に設
    けられ、前記第１工程では、選択されたファイバ増幅器
    のみを用いて前記パルス光の増幅を行うことを特徴とす
    る請求項３４に記載の露光方法。
36. 【請求項３６】 前記光源は、赤外域又は可視域のレー
    ザ光を発生し、 前記パルス光が前記マスクに照射される前に前記増幅さ
    れたパルス光を紫外光に波長変換する第４工程を更に含
    むことを特徴とする請求項３４又は３５に記載の露光方
    法。
37. 【請求項３７】 フォトリソグラフィ工程を含むデバイ
    ス製造方法であって、 前記フォトリソグラフィ工程で、請求項２８〜３３のい
    ずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを
    特徴とするデバイス製造方法。
38. 【請求項３８】 フォトリソグラフィ工程を含むデバイ
    ス製造方法であって、 前記フォトリソグラフィ工程で、請求項３４〜３６のい
    ずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする
    デバイス製造方法。
39. 【請求項３９】 請求項３７又は３８に記載のデバイス
    製造方法により製造されたデバイス。