JP2844696B2

JP2844696B2 - レーザ処理装置

Info

Publication number: JP2844696B2
Application number: JP1190862A
Authority: JP
Inventors: 恒三郎植村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH0354816A; US5010230A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザ光源を備えた露光装置、或いはレー
ザ光を用いたウエハ、マスクのリペア装置等の処理装置
に関するものであり、特に半導体集積回路の製造におけ
るリソグラフィー工程において、マスクに形成されたパ
ターンを投影光学系を介して半導体ウエハ等の感光基板
上に焼付ける露光処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装
置、所謂ステッパーは、半導体集積回路の製造における
リソグラフィー工程において中心的役割を担うようにな
っている。このステッパーは、マウス或いはレチクル
（以下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パターンを
縮小投影レンズ（以下、単に投影レンズと呼ぶ）を介
し、レジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板
（以下、ウエハと呼ぶ）上の局所領域を順次露光する。
近年、半導体集積回路の集積度はますます高くなり、こ
れに伴い回路の最小線幅はサブ・ミクロン程度で形成さ
れることが要求されるようになってきた。このため、現
在ではサブ・ミクロンの線幅のリソグラフィーに好適で
あるとして、紫外域で発光する高輝度、高出力のKrFレ
ーザ等のエキシマレーザを露光用光源とするステッパー
が注目されている。

ところで、波長が365nm（Hgランプのｉ線）より短い
紫外域レーザであるエキシマレーザを露光用照明光とす
る投影レンズに使用できる材料は、合成石英、ホタル石
等に限定される。しかも、エキシマレーザのスペクトル
幅が半値幅で0.3〜0.4nm程度あるため、例えば石英レン
ズのみで構成された投影レンズでは色収差が生じてしま
う。このため、２種類以上の硝材を組み合わせた色消し
レンズを使用することになるが、ホタル石等の結晶材料
の形状（大きさ）、研磨特性には問題があり、レンズ設
計及び製造上かなりの制限を受けることとなる。これに
対して、露光光としてスペクトル幅の半値幅の極めて狭
い光（例えば、0.01〜0.005nm以下まで狭帯域化された
光）を用いれば、上述の色消しレンズを用いずに石英レ
ンズのみの単一硝材による投影レンズを製作することが
可能となり、投影レンズ等の設計及び製造の困難性が大
幅に改善される。

そこで、このようなエキシマレーザ装置を備えたステ
ッパーでは、一般にエキシマレーザ装置にファブリペロ
ーエタロン（以下、単にエタロンと呼ぶ）、グレーティ
ング等の波長選択素子を設けてエキシマレーザの波長を
0.003〜0.005nmまで狭帯域化し、色収差の発生を防止す
ることにより高解像の露光を行うことが考えられてい
る。しかし、エキシマレーザ装置から発振されるレーザ
光の波長は、レーザ発振開始直後等ではかなり大きく変
動する。また、レーザ光の波長がある程度安定した後で
も、波長選択素子が機械的振動、温度、湿度、気圧等の
影響を受けるために波長変動が生じてしまう。従って、
このような波長変動、即ちレーザ光の中心波長の設定波
長に対する波長変動量が所定の許容変動範囲（例えば、
±0.001nm）を越えると、エキシマレーザ用の投影レン
ズはある特定の波長のみで収差補正されているため、こ
の波長変動に伴い投影倍率、焦点位置、ディストーショ
ン等の変動が生じて高解像で露光を行うことができなく
なる。このため、エキシマレーザの波長の安定化、即ち
中心波長を設定波長と一致させると共に、波長変動量を
所定の許容変動銅範囲以内に抑えることが重要となる。
そこで、エキシマレーザの波長が安定化するように波長
選択素子の制御を行い、波長変動による投影倍率、焦点
位置、ディストーションの変動等の発生を防止する対策
が必要になる。例えば、波長選択素子としてファブリペ
ローエタロンを用いる場合には、水銀ランプ等の基準波
長に基づいて設定される設定波長に対するレーザ光の中
心波長の波長変動量に応じて、適宜波長選択用エタロン
をフィードバック制御によりレーザ光の光軸に対して傾
斜させる。これにより、レーザ光の波長シフトが安定化
されて、常に最良の解像特性でレチクルの回路パターン
がウエハ上に形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、この種のエキシマレーザ装置を備えた
ステッパーでは、レーザ光の波長特性の安定化（中心波
長と波長幅の安定化）が重要となり、波長特性のわずか
な不安定が投影倍率、焦点位置、ディストレーション変
動等の発生原因となる。例えば、所定時間以上発振が停
止した後のレーザ発振再開直後等ではレーザ光の波長変
動が大きく、この状態でレチクルの回路パターンをウエ
ハ上に転写しても高精度（高解像）の回路パターンを得
ることはできない。特に、露光中に波長選択素子が機械
的振動等の影響を受け波長変動を起こすと、この波長変
動に伴う投影倍率、焦点位置変動等が生じたままレジス
トガス必要に感光されたり、或いはウエハ上に不良の回
路パターンが焼付けられてしまうことになる。

そのため、ステッパーが所定時間以上レーザ光源側に
対して、発振指令（トリガ信号）を送らない間、例えば
レチクルやウエハの交換、レチクル、ウエハ間のアライ
メント実行中等には、ステッパーからの指令によりレー
ザ光源は、そのレーザ光出口に設けられたシャッターを
閉じ、低い周波数（例えば１〜2Hz）で自己発振して波
長安定化制御を行うことにより、ステッパーからの発振
指令再開時（露光開始時）に波長変動が生じないように
している。

ところが、このような方式では、ステッパー側がエキ
シマレーザ光源を使用しない間は、常にエキシマレーザ
光源を自己発振（ダミー発振）させることになるので、
レーザ光源内の光学部品や、高電圧制御回路用の部品
（サイラトロン等）の寿命、或いはエキシマ用のレーザ
ガスの寿命をいたずらに短くしないように、可能な限り
低い周波数で自己発振が行われるように設定されてい
る。

しかしながら、その低い周波数は、通常ある一定の値
に決定されている。このため何らかの原因（レーザ光源
又はステッパー本体の機械的な振動、ノイズの混入、エ
タロンの制御不良等）によって、絶対波長、スペクトル
幅、パルスエネルギー等のビーム品質が突然劣化するこ
と（波長ロックの外れ等）がある。ビーム品質について
は、レーザ光源側で分光器、ディテクター等でモニター
しているため、１パルスの発光で直ちに劣化したか否か
を知ることもできるが、劣化の程度が大きいと、ビーム
品質を安定化するエタロン等のトラッキング制御が不能
となり、レーザ光源がダウンしてしまう。このため、オ
ペレータがその都度エキシマレーザ光源の立ち上げ動
作、ステッパーのオペレーションのやり直しを行わなけ
ればならないといった問題点があった。

また、ダミー発振中の周波数を高くすれば、ビーム品
質の劣化の急激な変化を高速に検出することができるの
で、エタロンのトラッキング制御（波長ロック）を比較
的早く元に戻すことが可能である。しかしながら、ダミ
ー発振を必要とする期間は、ステッパー側のシーケンス
やトラブル（例えばウエハローディング中のウエハのつ
まり等）に応じて様々に変化するため、その間、高い周
波数でダミー発振し続けることは寿命の点で極めて不利
である。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、レ
ーザ光源がレーザ光の品質を安定化するために自己発振
している間、或いは加工装置の処理動作中に、ビーム品
質が規格以下に劣化して異常と判断されたとしても、レ
ーザ光源を極力ダウンさせることなく短時間のうちにビ
ーム品質を元に戻すと共に、レーザ光源の寿命の低下を
極めて小さく抑えたレーザ処理装置（露光装置）を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

そこで本発明では、加工装置側のシーケンス上で所定
時間以上に渡ってレーザ光源からのレーザ光を使用しな
い間は、レーザ光源側のシャッター等（阻止手段）を閉
じて、低い周波数域、例えば１〜2Hz程度でレーザ光源
を自己発振（励起）させる。これによって、レーザ光源
側は絶対波長、ビームエネルギー、スペクトル幅等のビ
ーム品質を規格内に安定化させることができる。

さらに本発明では、ビーム品質が規格外になったこと
を検知して品質異常信号を出力する異常検知手段を設
け、この品質異常信号が出力された時は、シャッター等
を閉じた状態にして、１〜2Hz程度の低い周波数域より
も高い周波数周波数域でレーザ光源を自己発振させるこ
とで、品質異常時の復帰動作を高速に行うように構成し
た。

〔作用〕

本発明では、レーザ光源からのレーザ光のビーム品質
が異常になったことを表す品質異常信号を発生させ、こ
の異常信号が出力されている間は、加工装置側がレーザ
光を用いたシーケンスを再開しないように待機させるこ
とができる。

しかも、加工処理がシーケンス上で中断している間の
ダミー発振の周波数域は、レーザ光源の寿命とビーム品
質調整手段（波長安定化素子、放電電圧設定回路等）の
制御特性等とを考慮して、極力低い周波数にしておき、
品質異常信号が出力された時は、そのダミー発振の周波
数域を高めることによって、高速にビーム品質調整手段
を作動させて、ビーム品質を元の状態に戻すことができ
る。

通常、レーザ光源が加工装置に対してスタンバイ状態
になっている時は自己発振が継続しているので、ビーム
品質異常を起こすことは稀である。そのため、スタンバ
イ状態の時に品質異常信号に応答して高い周波数域でダ
ミー発振したとしても、レーザガスの寿命中における総
パルス数の増加はそれ程大きくなく、レーザ光源の寿命
を極端に短くすることはない。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例による露光装置全体の構成
を示す斜視図である。

10はエキシマレーザ光源の本体部であり、内部には希
ガスハライド等の混合ガスが封入されたレーザチャンバ
ー、共振のためのフロントミラー（透過性）とリアミラ
ー、波長狭帯化のための波長選択素子（回折格子、プリ
ズム、エタロン等）、発振波長の絶対値をモニターする
ための分光器、レーザパワーのモニター用のディテクタ
ー、及びシャッターSH等が設けられている。

エキシマレーザ光源10からのパルス光は可動ミラー
M₁、固定ミラーM₂を介してビーム成形光学系14に入射し
て所定の断面形状、サイズに成形される。ビーム成形光
学系14からのエキシマレーザ光は駆動部16によって所定
角度内で揺動する揺動ミラーM₃で反射された後、オプチ
カルインテグレータとして機能するフライ・アイレンズ
FLに入射し、多数の２次光源像（スポット光）に変換さ
れる。フライ・アイレンズFLの各エレメントレンズの射
出側にできたエキシマビームの各スポット光はビームス
プリッターBS₁、BS₂を透過し、コンデンサーレンズ系24
によって、レクチルブラインド（可変照明視野絞り）RB
上でほぼ一様な強度分布となるように重ね合わされる。
レチクルブラインドRBを通ったエキシマ光はレンズ系2
6、固定ミラーM₄、主コンデンサーレンズ28、及び固定
ミラーM₅を介してレチクルＲの回路パターン領域を照明
する。ここで、レチクルブラインドRBはレンズ系26と主
コンデンサーレンズ28とによって、レチクルＲと共役に
なっている。レチクルＲは専用のレチクルアライメント
系30X、30Yによって装置本体に対して、Ｘ、Ｙ、θ方向
に位置決めされている。レチクルＲの回路パターンの像
は投影レンズPLによってウエハＷ上に縮小投影される。
ウエハＷはＸステージ32X上に載置され、このＸステー
ジ32Xはベース上をＹ方向に移動するＹステージ32Y上を
Ｘ方向に移動する。これによってウエハＷは投影像面に
沿って２次元移動し、ステップ・アンド・リピート方式
の露光等が行われる。またＸステージ32X上には、ウエ
ハＷとほぼ同じ高さで、透過型の基準スリットをもつ基
準マーク板FMが設けられている。そして基準マーク板FM
の下にはＸステージ32Xに固定されたミラー（不図示）
が設けられている。この基準マーク板FMは、可動ミラー
M₁が図示の位置から退避した時、エキシマレーザ光源10
からのパルス光を、複数のミラー及びＹステージ32Y上
に固定されたミラーM₆を介して下面から受けるように配
置されている。ミラーM₆に入射するエキシマビームはほ
ぼ平行光束で、Ｙ軸と平行であり、ミラーM₆によってＸ
方向に直角に反射され、基準マーク板FMの下のミラーで
垂直に上方へ反射される。従って、Ｘステージ32X、Ｙ
ステージ32Yがどのように移動しても、エキシマビーム
は必ず基準マーク板FMの下面に入射する。

ところで、ウエハＷのアライメント（マーク検出）
は、オフ・アクシス方式のウエハアライメント系34で行
われる。ウエハアライメント系34はウエハＷ上のレジス
ト層を感光させない波長域の照明光（一様照明、又はス
ポット光）を用いて、ウエハＷ上の特定位置のアライメ
ントマークを光電検出する。さらに、ウエハアライメン
ト系34は投影レンズPLに対して一定の位置関係で固定さ
れているが、ウエハＷ上のマークの検出中心（アライメ
ント系内の指標やスポット光）と、レチクルＲの回路パ
ターンの投影像の中心との相対位置関係は、レチクルＲ
の交換の毎にわずかに異なってくるため、基準マーク板
FMを用いて、その相対位置関係を計測できるようにして
ある。そのために、照明系の光路中に配置されたビーム
スプリッターBS₂を介して、基準マーク板FMの発光スリ
ットからのパルス光を一部分岐させ、レンズ系20を通し
て光電素子（フォトマル等）22で受光する。この光電素
子22の受光面は、レンズ系24、26、28等によって投影レ
ンズPLの瞳面（入射瞳若しく出射瞳）とほぼ共役に配置
されている。また、投影レンズPLの入射瞳には、フライ
・アイレンズFLによって形成された多数の２次光源の像
を結像させて、ケーラー照明を行っている。

さて、上記の構成において、可動ミラーM₁とレーザ光
源10との間には、露光装置（ステッパー）本体を収納す
るサーマルチャンバーの隔壁があり、レーザ光源10はサ
ーマルチャンバーの外部に設置されている。また、ステ
ッパー本体は主制御装置40によって統括制御され、XYス
テージ32X、32Yの移動、レチクルアライメント系30X、3
0YによるレチクルＲの位置決め、ウエハアライメント系
34によるウエハＷの位置検出動作、レチクルブラインRB
の設定、光電素子22と基準マーク板FMを使った一連の位
相位置関係のチェック動作、ビームスプリッターBS₁で
反射されたパルス光の一部を受光する光電素子18を用い
た露光量制御動作、或いは振動ミラーM₃の振動によるス
ペックル（エキシマビームの可干渉性によって生じる干
渉縞等）低減動作等を実行する。

尚、XYステージ32X、32Yの位置はレーザ干渉式測長器
（干渉計）によって座標値として逐次計測されており、
この座標値は主制御装置40にも入力され、各種位置計測
に使われる。以上のステッパー側の構成は、本発明では
あくまでも一例に過ぎず、それらに限られるものではな
い。

ここで、第２図を参照して、ビーム品質の１つの要因
である波長安定化の方式を説明する。第２図はエキシマ
レーザ光源10内の構造を示したもので、レーザチャンバ
ー100を挟んでフロントミラー102とリアミラー106とが
共振条件を満たすように配置され、波長狭帯化及び安定
化のためのエタロン104がリアミラー106とレーザチャン
バー100との間に傾斜可能に設けられる。レーザチャン
バー100内の電極には、制御系12から高電圧がパルス状
に印加され、それによって１パルスのレーザ発振が起こ
る。フロントミラー102から射出したレーザビームはビ
ームスプリッタ110で一部分が反射され、ビームスプリ
ッター112でさらに反射されて波長変化モニター用の分
光器114に入射する。分光器114はモニター用エタロン、
回折格子等から成り、参照用の光MB（Hgランプ等の特定
の輝線）を用いて、射出されたエキシマレーザ光LBの絶
対波長の変化を計測する。計測された変動量は制御系12
へ送られると共に、エタロン104の傾斜駆動用のモータ1
08のコントロール回路116へ送出される。コントロール
回路116は計測された絶対波長の変動量がほぼ零になる
ように、エタロン104を傾斜させるべくモータ108を駆動
する。また、コントロール回路116は制御系12へ駆動量
や駆動状態を表す信号を出力すると共に、制御系12から
のオフセット信号等の指令も入力する。尚、光電ディテ
クター118は発振されたエキシマレーザLBの１パルス毎
の光量（又はピークレベル）を計測するものであり、制
御系12はディテクター118からの信号に基づいて、レー
ザチャンバー100内の電極に加える高電圧を調整しなが
ら、ほぼ一定のばらつき幅の中に光量が入るように制御
している。この光量調整もビーム品質を一定にするため
の作業の１つである。

以上の構成において、波長安定化のためにはレーザチ
ャンバー100のパルス発振が必要であり、例えば露光処
理、計測処理等のためにステッパー側で数Hz〜500Hz程
度のパルス発振を必要としている時は、その発振によっ
て波長安定化のフィードバックループが働き、ほぼ理想
的な安定度が得られる。ところが、レーザチャンバー10
0の発振が中断されてしまうと、それ以降は波長安定化
ループが働かず、ある一定時間をおいて次に発振される
１パルス目の波長は大きくずれていることがある。そこ
で、第１図に示したシャッターSHを閉じて、レーザ光源
10を１〜2Hz程度で自己発振させて波長安定化ループを
常に働かせ、波長ロック及び高電圧調整による光量安定
化等を行うのである。

さて本実施例では、ステッパー側の主制御装置40とレ
ーザ光源側の制御系12との間に、新たに４本のインター
フェイス信号を設け、協調制御ができるようにした。も
ちろん、その他のインターフェイス信号も当然に設けら
れているが、本発明に関するものに限って図示してあ
る。４本のインターフェイス信号の名称と機能は次の通
りである。

信号EXT.TRG.（EXTERNAL TRIGGER）ステッパー本体からエキシマレーザ光源へのレーザ光
放出のトリガ信号であり、レーザ光源側は本信号のエッ
ジ検出に応答してレーザチャンバー内の電極間に放電を
起こしてレーザ光を放出する。トリガ信号の１つが、１
パルスのレーザ光放出に対応する。

信号STEP.ST.（STEPPER STATUS）ステッパー本体からエキシマレーザ光源へ、その動作
モードを指令するレベル信号であり、Loの時、エキシマ
レーザ光源10はステッパー本体からのEXT.TRG.信号に同
期してレーザ光を１パルスずつ放出する。本信号がHiの
時は、レーザ光源10はシャッターSHを閉じ、通常時は適
当な低い周波数（例えば１〜2Hz）で自己発振し、絶対
波長等のロック、光量安定化のための放電電圧セット等
の動作を行う。

信号SHUT.ST.（SHUTTER STATUS）エキシマレーザ光源10からステッパー本体へのエキシ
マレーザ内のシャッター位置を示すレベル信号であり、
本実施例では開でHi、閉でLoレベルとなる。レベルを変
化させるタイミングは、シャッターSHを閉じる際は完全
にシャッターSHが閉じてからHi→Loに変化し、開く時は
完全に開いてからLo→Hiに変化させる。

信号BEAM RDY（BEAM READY）エキシマレーザ光源10側からステッパー本体へ出力さ
れるビーム品質の良否を表す２値信号（本発明のビーム
品質異常信号）であり、発振されるレーザ光の絶対波
長、パルスエネルギー、スペクトル幅等の各品質要素が
全て許容値（ステッパーの露光又は計測に適合した規
格）内の時はLoレベル（OK）になり、品質要素のいずれ
かが許容値から外れた時はHiレベル（NG）になる。

以上、本件発明に関連した４つのインターフェイス信
号に基づいて、本実施例ではレーザ光源側とステッパー
本体側との協調制御が行われる。

さて、第３図はレーザ光源10側の制御系12の構成を示
すブロック図であり、第２図中の部材と同じものには同
一の符号を付してある。

第２図に示したレーザチャンバー100内には放電用の
主電極100A,100Bが設けられ、高圧放電回路120によって
数十KV程度までの高圧パルスが印加される。放電電圧調
整回路121は、第２図中のパワーディテクター118で計測
されたパルスエネルギーが目標値に対して一定範囲内に
あるか否かを判定して、パルスエネルギーがその範囲よ
りも低い場合は主電極100A,100Bへの印加電圧を上昇さ
せ、高い場合は印加電圧を降下させる。また、この調整
回路121は計測されたパルスエネルギーが一定の範囲内
にある時は、異常検知回路123に正常（OK）であること
を表す信号SS₁を出力する。異常検知回路123は、さらに
分光器114から出力された信号SS₂を入力する。この信号
SS₂発振されたレーザ光LBの絶対波長が目標値に正確に
ロックされているか否かを表すものである。さらに異常
検知回路123は、レーザ光のスペクトル幅が設定値に対
してずれているか否かを表す信号SS₃も入力する。この
信号SS₃は分光器114で作り出すことができる。分光器11
4としてモニター用エタロンを用いる場合は、このモニ
ター用エタロンにレーザ光を発散角をもたせて入射さ
せ、その干渉縞（輪帯状）の直径の変化を計測すること
で波長変化がモニターでき、その干渉縞（明線）１本の
太さ変化を計測することでスペクトル幅変化がモニター
できる。

以上、３つの信号SS₁,SS₂,SS₃はレーザ光のビーム品
質を決めるための要素であり、異常検知回路123は、こ
れら３つの信号SS₁,SS₂,SS₃のうち１つでも異常を表す
時は信号BEAM RDYをHiレベル（NG）にセットする。

一方、高圧放電回路120に印加されるトリガ信号SG
は、切替えスイッチの作用で、ステッパー本体側から信
号EXT.TRG.として与えられる場合と、発振回路122から
与えられる場合とに択一的に切り替えられる。このスイ
ッチ切替えは、ステッパー本体側からの信号STEP.ST.に
応答して行われる。

発振回路122はレーザ光源10の自己発振のために設け
られたものであるが、本実施例ではその発振周波数をあ
る範囲内で択一的、又は連続に変えられるようにしてあ
る。この範囲の上限は、レーザ光源10が安定に発振し得
る最高値で決定され、レーザ光源によっても異なるが、
200〜500Hz程度である。この最高発振周波数は、ステッ
パー側がウエハＷ上の１ショットを複数パルス（数十パ
ルス以上）で露光する時に、スループットを最大にする
ために要求される値でもある。また発振回路122の下限
の周波数は、レーザ光源10からのレーザ光がステッパー
側で全く利用されない期間、即ち待機モード中における
ダミー発振をどれ位のパルス間隔（秒）で行うかによっ
て決まる。ダミー発振のパルス間隔は、第２図に示した
波長安定化ループが安定した精度でトラッキング（追従
ロック）を行なえる範囲内で、最も長くなるように定め
られる。即ちダミー発振時は周波数を極力低くしてレー
ザチャンバー内のガスや光学部品、又は電気部品（高圧
用スイッチ等）の寿命を延ばすように定められ、その周
波数は通常１〜2Hz程度である。そこで本実施例では、
発振回路122の最高発振周波数を200Hz、最低発振周波数
を1Hzとし、その間で任意に発振周波数を可変できるよ
うにしてある。

さらに本実施例では、異常検知回路123からの信号BEA
M RDYに応答して、信号BEAM RDYがLoレベル（OK）の時
は、発振回路122が最低発振周波数、若しくはそれ以上
の数倍までの周波数（１〜5Hz）でトリガ信号SGを出力
するようにし、信号BEAM RDYがHiレベル（NG）の時は最
高発振周波数、若しくはそれ以下の数分の一までの周波
数（200〜40Hz）のうちの１つでトリガ信号SGを出力す
るように、発振回路122内に制御部を設けておく。波長
ロックミス等の異常が生じた時の復帰は高速であること
が望ましいので、信号BEAM RDYがNGの時は通常最高発振
周波数でトリガ信号SGを出力するのが良い。

尚、レーザチャンバー100内のガスの寿命が迫ってい
る時等は、前回のガス交換時からの発振総パルス数のカ
ウント値に応じて最高周波数よりも落とした周波数でト
リガ信号SGを出力するようにして、各パルス光毎の品質
（特にパルスエネルギー）を保つようにしても良い。ま
た第３図において、信号STEP.ST.は第１図中のシャッタ
ーSHの開閉に使われ、シャッターSHの位置検出系が信号
SHUT.STを制御系12を介してステッパー側へ出力するも
のとする。

次に本実施例の制御動作について説明するが、その前
に本実施例のステッパーにおける露光動作とアライメン
ト動作の夫々について簡単に説明する。

ウエハＷ上の１つのショット領域は、スペックル低減
と露光量制御精度との関係で、数十パルス以上で露光さ
れる。スペックル低減は、フライ・アイレンズFLを使う
ことによって生じる像面上の干渉縞を、揺動ミラーM₃を
微小角度ずつ偏向しつつレーザパルスを発振させること
で、干渉縞をピッチ方向に微動させ、１ショットの露光
完了後にウエハＷ上の干渉縞のコントラストを実用上影
響がない程度（コントラスト値として±１％程度）まで
抑える方式で行われる。この場合、像面（ウエハ面）上
で干渉縞のコントラストを低減させるのに必要な揺動ミ
ラーM₃の振れ角（半周期）αと、その振れ角αのの間で
必要なレーザパルス光の数Npとは、実験等によって一義
的に決まっている。

一方、１ショットの適正露光量Evもレジストの種類、
厚さ等によって自ずと決まっているため、スペックル低
減に必要なパルス数Ｋ・Np（Ｋは揺動ミラーM₃の振れ角
αの半周期毎に１ずつ増える整数）との兼ね合いで、１
パルス毎の平均パルスエネルギーEpを減光フィルター等
で設定して露光する必要がある。露光の際は、光電素子
18で検出した各８パルス光の実エネルギーを積算して適
正露光量に達したか品かをモニターする。或いは、フラ
イ・アイレンズFLの手前に高速可変減光フィルターを設
け、パルス数Ｋ・Np、振れ角αの条件を満たした状態
で、パルス発光毎に光電素子18によって検出されたエネ
ルギーを逐次積算し、その実積算値をその時点での目標
積算値（計算値）と比較し、実積算値と目標積算値との
差分に応じて次のパルス発光のエネルギーを高速可変減
光フィルター、若しくはレーザ光源10の放電電圧調整回
路121で微調していく方法でも良い。以上露光動作中の
レーザ発振は、ステッパー側からの信号EXT.TRG.によっ
て行われが、信号EXT.TRG.の周波数はスループット向上
のために極力最高発振周波数（200Hz）に近づくように
設定される。

また、エキシマレーザ光を使うアライメント動作とし
ては、基準マーク板FMの透過スリットをXYステージによ
って投影像面内で一次元にスリット長手方向と交差する
方向に走らせ、そのスリット像をレチクルＲ上の透過ス
リットマークに結像させ、このスリットマークを透過し
たエキシマレーザ光をミラーM₅、コンデンサーレンズ2
8、ミラーM₄、レンズ系26、24、ビームスプリッターBS₂
を介して光電素子22で受け、レチクルＲのスリットマー
クの投影位置をXYステージの移動座標系上で認識する。
この際、エキシマレーザ光源10は、ステッパー側のレー
ザ干渉計からの計測パルスに応答してパルス発振するよ
うに、信号EXT.TRG.を出力する。レーザ干渉計は、XYス
テージ32X、32Yが例えば0.01μｍ移動するたびに、計測
パルス（アップダウンパルス）を出力するので、主制御
装置40はこの計測パルスを適当に分周して信号EXT.TRG.
を作る。そして、光電素子22からの光電信号レベルは、
パルス光の発振後にA/D変換器によってデジタルサンプ
リングされ、各パルス発光毎にメモリ内にアドレス順に
記憶される。このアドレスがXYステージの座標位置と一
義的に対応している。但し、エキシマレーザ光のエネル
ギーは、１パルス毎に±数％〜数十％程度のばらつきが
あるため、例えばエキシマレーザ光源10内のパワーディ
テクター118からの光電信号を各パルス発光毎に取り込
み、光電素子22の光電信号のレベルを割算器等で規格化
することが必要である。尚、規格化のための参照用ディ
テクターはステッパー本体内に設けても良く、具体的に
は第１図中のステージ上のミラーM₆の近傍に設けたビー
ムスプリッターで分岐されたパルス光を受光するように
しても良い。この基準マーク板FMを発光させる際は、レ
ーザ干渉計からのアップダウンパルスに応答してトリガ
信号SGが作られるので、ステージ32X、32Yの移動速度は
トリガ信号SGが最高発振周波数（200Hz）以上にならな
いように制御される。

以上の動作によって、レチクルＲのスリットマーク
（若しくはレチクル中心点）の投影位置がXYステージの
移動座標系の値として規定される。さらに、基準マーク
板FM上のスリット等をウエハアライメント系34の検出中
心でとられた時のXYステージの位置をレーザ干渉計で読
み取ることによって、レチクルＲの投影像中心とウエハ
アライメント系34の検出中心との移動座標系における相
対位置関係が規定される。

以上の動作以外に、テストレチクルを用いた投影レン
ズPLの各種光学特性のチェック、投影レンズPLの最良結
像面位置のチェック等においても、基準マーク板FMを用
いるシーケンスがあり、この場合もステッパー本体側か
らの信号EXT.TRG.に応答してレーザ光源10がトリガされ
る。

このようにレーザ光源10からのレーザ光を用いる各種
シーケンスでも、そのうちレーザ光のパルスを連続して
トリガする動作は間欠的であり、その間欠時間が最低発
振周波数に対応した周期よりも長くなる時は、その長さ
によってはレーザ光源10のダミー発振が必要になること
もある。

次に、第４図、第５図を参照して本実施例の動作を説
明する。第４図は、ビーム品質がNGとならない通常の場
合（信号BEAM RDYがLoレベル）の動作例を示すタイムチ
ャート図である。第４図（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、
（Ｆ）は夫々信号STEP.ST.、信号SHUT.ST.、信号EXT.TR
G.、信号BEAM RDYの状態、第４図（Ｂ）はエキシマレー
ザ光源10のシャッターSHの位置状態、第４図（Ｅ）はエ
キシマレーザ光源10の制御系12内の発振回路122による
自己発振パルスのトリガ状態を表す。

さて、第４図（Ａ）において、信号STEP.ST.がLoレベ
ルの時の期間Ａ及びＣは、通常のウエハ露光の実行を示
し、Hiレベルの時の期間Ｂは、ステッパー本体がエキシ
マレーザ光源10に対して数秒、若しくはそれ以上の間、
発光トリガを送出しない動作、例えばウエハ交換、レチ
クルアライメント系30X、30Yによるレチクルアライメン
ト、ウエハアライメント系34によるウエハアライメント
等の動作を実行している状態を示す。期間Ａでは、１枚
のウエハＷに対してステップ・アンド・リピート方式で
各ショット毎に露光が繰り返されるが、この時第４図
（Ｄ）に示した信号EXT.TRG.のトリガパルス列は、第３
図中のスイッチを介して高圧放電回路120に印加され、
そのパルス列の各集合Ｓが１ショット分の露光に対応し
ている。尚、ショットとショットの間のステッピング時
間は通常１秒以下である。

さて、ステッパーが１枚のウエハに対する露光（期間
Ａ）を終了すると、制御系40は信号STEP.ST.をのよう
にLoからHiに変える。これを認識したエキシマレーザ光
源10は、シャッターSHを閉じ始め（）、シャッターSH
が完全に閉じた時点で信号SHUT.ST.をLoにする（）と
共に、高圧放電回路120を発振回路122からのトリガ信号
SGに接続するように切り替えた後、数Hz以下の低い周波
数（例えば最低発振周波数）で自己発振を開始して
（）、パルスエネルギー、絶対波長等のロック（フィ
ードバック制御）を行う。

ステッパー本体は、この間（期間Ｂ）にエキシマレー
ザ光源を使用しない動作（例えばウエハ交換、ウエハア
ライメント等）を行い、次のウエハＷの露光準備が完了
した時点で信号STEP.ST.をHiからLoに変える（）。こ
れを認識したエキシマレーザ光源の制御系12は、自己発
振用の発振回路122を停止させて高圧放電回路120のトリ
ガ入力信号SGを信号EXT.TRG.側に切替えた後、シャッタ
ーSHを開き始め（）、シャッターSHが完全に開いた時
点で信号SHUT.ST.をLo→Hiに変える（）。

これを認識したステッパー本体は、次のウエハＷに対
する露光動作を開始すべく、信号EXT.TRG.としてトリガ
パルス列の集合Ｓを各ショット毎に出力する（期間
Ｃ）。尚、パルス列の集合ＳとＳの間は、XYステージ32
X、32Yのステッピングである。

以上の動作において、期間Ｂでは低い周波数（１〜2H
z）でトリガ信号SGが発生し、この間、高圧放電回路120
は調整回路121の働きで所定のパルスエネルギーに維持
されるように動作する。同時に波長安定化ループも動作
し、レーザ光の絶対波長が一定に保たれる。この間、異
常検知回路123はビーム品質を決める信号SS₁,SS₂,SS₃を
モニターし続けるが、第４図の場合、いずれも正常を表
しているため、期間Ｂ中の信号BEAM RDYはLoレベル（O
K）のままである。

第５図は、エキシマレーザ光源が自己発振中にビーム
品質がNGになった時の動作を示すタンミングチャート図
であり、第５図（Ａ）〜（Ｆ）の夫々は第４図（Ａ）〜
（Ｆ）と同じものを表している。第５図（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）のように、信号STEP.ST.がHiレベル、シ
ャッター位置が閉、信号SHUT.ST.がLoレベル（閉）の自
己発振モードの時、発振回路122は低い周波数でトリガ
信号SGを発生している。そのモード中、異常検知回路12
3が信号SS₁,SS₂,SS₃のいずれか１つに異常を発見する
と、第５図（Ｆ）のように信号BEAM RDYはOK（Loレベ
ル）からNG（Hiレベル）に反転する（）。信号BEAM R
DYがNGになると、発振回路122は予め設定された高い周
波数（ビーム品質を最短時間で復帰させるのに適した
値）、例えば最高発振周波数200Hzでトリガ信号SGを発
生するように切り替えられ（）、ビーム品質の高速復
帰が行われる。

本実施例で示したエキシマレーザ光源10の場合、ビー
ム品質が異常になる主たる要因が、波長安定化のサーボ
ロック外れにあることが実験的に判っている場合、第２
図中のエタロン104の傾斜を微小量だけ変えつつエキシ
マレーザ光を発振させ、分光器114で逐次その絶対波長
をモニターして、エタロン104の傾きを目標位置に追い
込む動作が行われる。この時、サーボロックが外れる程
エキシマビームの波長が大きくずれている時は、サーボ
ロックがかかるまで多数パルスを必要するため、第５図
（Ｅ）ののように自己発振周波数を高くすることによ
って高速にロック状態に追い込むことができる。

こうして、ビーム品質（絶対波長）が正常に戻ると、
制御系12の異常検知回路123は信号BEAM RDYをLoレベル
（OK）に反転する（）。これによって発振回路122は
元の低い周波数でトリガ信号SGを発生し、正常時のダミ
ー発振が再開される。

以上、第５図中の〜までの間は、ステッパー本体
側がエキシマレーザ光源10をアクセスしない動作を実行
しているため、ビーム品質の異常検出及び正常復帰動作
はステッパーの動作シーケンスとは全く無関係に実行さ
れる。

次に、第５図（Ｆ）に示すように再びビーム品質異常
が発生して信号BEAM RDYがNGになる（）と、上述と同
様に高速復帰のための高い周波数のトリガ信号SGでレー
ザ光源10がダミー発振する（）。このダミー発振の途
中、即ち信号BEAM RDYがNG（Hiレベル）の時に、ステッ
パー側がレーザ光源10をアクセスするタイミング（）
になったものとする。

この場合、ステッパー側の制御系40は信号STEP.ST.を
Loレベルに変える前に信号BEAM RDYをモニターし、信号
BEAM RDYがNG（Hiレベル）の時は信号STEP.ST.のLoレベ
ルの反転を中止して、信号BEAM RDYをモニターし続け
る。一方、レーザ光源側は信号BEAM RDYがNGであること
から、ビーム品質の高速復帰を実行し続け、ビーム品質
が元に戻ると信号BEAM RDYをLoレベル（OK）にする
（）。これに応答して発振回路122は元の低い周波数
（１〜2Hz）に切り替えられる。

ところが、信号BEAM RDYをモニターし続けていたステ
ッパーの制御系40は、信号BEAM RDYがLoレベル（OK）に
変わり次第、信号STEP.ST.をLoレベル（EXPOSURE）に変
える（）ため、高圧放電回路120へのトリガ信号SGは
ステッパー本体側からの信号EXT.TRG.に切り替わる。そ
してレーザ光源側では、信号STEP.ST.のLoレベルへの変
化に応答してシャッターSHを開き始め（）、完全に開
いた時点で信号SHUT.STをLoレベルからHiレベル（開）
に変化させ（）、これを検知したステッパーの制御系
40はウエハに対する露光動作を開始すべく、信号EXT.TR
G.として各ショット毎にトリガパルス列の集合Ｓを出力
する（）。

以上、第５図の動作では次のウエハ露光に入る前のス
タンバイモードでの高速復帰について述べたが、ウエハ
交換中、又はレチクル交換時等にレーザ光源10をアクセ
スする必要がある場合の動作についても全く同じであ
り、レーザ光源10をアクセスする時はステッパーの制御
系40が信号BEAM RDYをモニターしてから信号STEP.ST.の
Loレベルへの切替えを行うようにすれば良い。

次に本発明の第２の実施例を第６図に参照して説明す
るが、第１の実施例と異なる点は信号BEAM RDYの認識を
自己発振（ダミー発振）モード以外、即ち信号EXT.TRG.
による発振モード時にも行うようにした点であり、基本
的な装置構成は第１図、第２図、第３図と同じである。
第６図は、ステッパーがウエハ上のショット領域S₁,S₂
‥‥‥を次々に露光していく途中で、ビーム品質異常が
生じた場合の各信号の状態を表し、第６図（Ａ）〜
（Ｆ）の夫々は第４図又は第５図の（Ａ）〜（Ｆ）と同
じものである。

ショット領域S₁,S₂までは信号STEP.ST.がLoレベル、
信号BEAM RDYがLoレベル（OK）であるため、信号EXT.TR
G.による発振モードで正常に露光が進む。ところがショ
ット領域S₃の露光中に、何らかの原因でビーム品質異常
が発生すると、異常検知回路123は信号BEAM RDYを直ち
にNGに変える（）。ステッパーの制御系40は信号EXT.
TRG.として１パルスを出力する直前に信号BEAM RDYをモ
ニターし、信号BEAM RDYがNG（Hiレベル）の時は直ちに
信号EXT.TRG.の高圧放電回路120への送出を中断する。
同時に、制御系40はその時のショット領域S₃の座標位置
（ステージ干渉計の計測値）、ショット領域S₃に与えら
れたそれまでの露光量、干渉縞（スペックル）低減のた
めの振動ミラーM₃の最終パルス発光時の角度等を記憶し
て、ビーム品質異常が正常に戻った時のショット領域S₃
に対する露光再開に備える。そして制御系40は信号STE
P.ST.をHiレベル（NOT EXP.）に変える（）。レーザ
光源側はこれを受けてシャッターSHを閉じ始め（）、
シャッターSHが完全に閉じた時点で信号SHUT.ST.をLoレ
ベル（閉）に変える（）。

一方発振回路122は、第７図に示したように信号BEAM
RDY以外に信号SHUT.ST.と信号STEP.ST.とをコントロー
ル信号として入力する構成にしておき、信号SHUT.ST.を
インバータGT₁で反転させた信号と、信号STEP.ST.との
論理積（AND）をアンドゲートGT₂で求め、そのアンド信
号がHiレベルの時だけ自己発振するように制御する。或
いはアンドゲートGT₂の出力レベルでスイッチSwの切替
えを行うようにし、アンド信号がHiレベルの時スイッチ
Swを発振回路122側に切り替えるようにしても良い。

この構成によって、発振回路122からのトリガ信号SG
は信号SHUT.ST.が閉になった時点（）から高圧放電回
路120に印加され、ビーム品質復帰動作に入る（）。
この際、発振回路122の発振周波数は、信号BEAM RDYが
既にNG（Hiレベル）になっているため、始めから高い周
波数（例えば最高発振周波数200Hz）に切り替えられて
いる。

品質復帰動作中、ステッパー側は信号BEAM RDYをモニ
ターし、復帰動作が完了して信号BEAM RDYがOK（Loレベ
ル）に変化する（）と、直ちに信号STEP.ST.をLoレベ
ル（EXPOSURE）に戻す（）。これに応答してレーザ光
源側では発振回路122の発振を停止し、スイッチSwを信
号EXT.TRG.側に切り替えると共に、シャッターSHを開き
始める（）。シャッターSHが完全に開くと、制御系12
は信号SHUT.ST.をHiレベル（開）に変える（）。ステ
ッパー側では信号SHUT.ST.がHiレベルに変化した直後か
ら、信号EXT.TRG.のパルス列を出力し始め、ショット領
域S₃に対する露光の続きから露光動作を再開する
（）。

以上、第２の実施例によれば、ステッパー側がレーザ
光源10をアクセスする動作を実行中であっても、ビーム
品質の異常に対応できるため、露光中のウエハを不良に
することがなくなり、歩留りを向上できる。

以上、本発明の第１、第２の実施例の動作を組み合わ
せれば、レーザ光源側のビーム品質異常によるダウンの
確率が極めて小さくなり、露光装置全体としての可動率
を高くすることができる。また各実施例で示したステッ
パーには、投影レンズPLを介してウエハマークを検出す
るTTL方式（或いはTTR方式）のアライメント系が設けら
れていないが、これは従来のステッパーと同様の方式で
適宜設けることができる。

次に、本発明の第３の実施例による動作例を第８図、
第９図を参照して説明する。第８図は、ウエハＷ上でＸ
方向に並んだ一列分のショット領域S₂,S₃,S₄,S₅‥‥‥
の配置を示し、各ショット領域にはアライメントマーク
MXn、MYnが付随して形成されているものとする。第９図
は、第６図のタイミングチャートと同じ信号の変化状態
を示したものであり、同図中のタイミング，，，
，，は第６図の場合と同じ意味を表す。

さて、第２の実施例（第６図）で説明したように、ウ
エハへの露光動作がビーム品質異常のためにショット領
域S₃の途中で中断されてしまうと、第９図（Ｅ）のよう
に発振回路122は高い周波数で自己発振する（）。と
ころがこの間、ステッパー側がその状態（XYステージ32
X,32Yのショット領域S₃の露光位置での停止等）で待機
していると、信号BEAM RDYがNGからOKに戻る（）まで
の時間は、そのまま１枚のウエハ処理時間に加算されて
しまい、スループット低下を招く。

そこで本実施例では、制御系40（又は制御系12）に、
ビーム品質異常がどの程度重要であるかを判定する回
路、或いはソフトウエア（プログラム）を持たせる。こ
の判定手段は信号BEAM RDYがNG（Hiレベル）になった時
点からの時間を計時し、その値が予め設定した時間値
（例えば１ショット分の露光時間、或いはステッピング
時間）を越える（タイムオーバー）か否かをモニターす
るものである。この判定手段によってビーム品質の高速
復帰動作中（信号BEAM RDYがNG中）にタイムオーバーが
検知される（）と、ステッパー側はXYステージ32X,32
Yを移動させて、次のショット領域S₄のアライメント動
作、具体的にはマークMX₄,MY₄をTTL方式、又はオフ・ア
クシス方式のアライメント系で検出して、ショット領域
S₄の露光位置を精密に決定する動作に移行する。第９図
（Ａ）の期間Taは隣接したショット領域S₄に対するアラ
イメント動作（露光位置の決定までの動作）の時間を表
す。

一方、発振回路122の高い周波数での自己発振は、期
間Taが始まって暫くした時点（）で、信号BEAM RDYの
NGからOKへの復帰（）に応答して中止されるが、この
時ステッパー側はアライメント動作を行っており、信号
STEP.ST.はHiレベル（NOT EXP.）のままである。従って
発振回路122は、信号BEAM RDYがOKになった時点（）
から低い周波数（１〜2Hz）に切り替えられて自己発振
を続けていく。

こうして期間Taが終了する（）と、ステッパー側は
信号BEAM RDYの状態をチェックし、OK（Loレベル）であ
ることを確認すると、XYステージ32X,32Yを前のショッ
ト領域S₃の露光位置に戻す。この位置は、露光が中断さ
れた時点で干渉計によって予め記憶されているため、極
めて高精度に再現することができる。第９図（Ａ）の期
間TbはXYステージ32X,32Yを戻す時間であり、XYステー
ジがショット領域S₃の露光位置に静止すると、再度信号
BEAM RDYのLoレベルを確認して信号STEP.ST.をLoレベル
（EXPOSURE）に変える（）。その後は第６図の場合と
同様に動作し、ショット領域S₃の露光の続きを行う。次
にショット領域S₄へステッピングする時は、レーザ干渉
計の計測値をモニターしつつ、期間Ta中に決定しておい
た露光位置にXYステージを位置決めすれば良い。

以上本実施例は、ウエハ上の各ショット領域の露光直
前に、そのショット領域のマークを検出してアライメン
トするダイ・バイ・ダイ方式（イーチ・ショット・アラ
イメント）において特に有効である。また、信号BEAM R
DYがNGになっている間にアライメント動作を開始するシ
ョット領域は、必ずしも隣接したものに限られず、離れ
ていても良い。さらにその間にアライメントすべきショ
ット領域は複数であっても良い。

ところで、ウエハ上のいくつかのショット領域につい
て予めサンプルアライメントを行い、統計的な手法を用
いてウエハ上の全てのショット領域の露光位置を演算で
求めてから、XYステージのステッピングだけで露光する
エンハンスメント・グローバル・アライメント（EGA）
法が、例えば特開昭61−44429号公報又は特開昭62−845
16号公報で知られている。

EGA法と本実施例の動作を組み合わせる場合、第９図
（Ａ）中の期間Taでアライメント動作を行うショット領
域を、露光中断中のショット領域S₃にして、EGA法で算
出された露光位置（XYステージ32X,32Yの停止位置）
と、ショット領域S₃に付随したマークMX₃,MY₃の位置の
実測値とを比較して、大きな誤差がないか否かを確認す
ることができる。さらに期間Ta中のアライメントショッ
トを、EGA法でサンプルアライメントされなかったショ
ット領域（１つ若しくは複数）にして、精度の確認をす
ることもできる。

以上本実施例では、制御系12、又は40にタイマーを設
けて信号BEAM RDYがNGになってからの時間をカウントす
るようにしたが、このタイマーは信号BEAM RDYがOKにな
った時点でクリアされるように構成される。そこでその
カウント値が極めて大きくなった時（例えば60秒以上の
時）に、初めてエマージェンシィ信号を出力してレーザ
光源（若しくはステッパー）をダウンさせても良い。

さらに本実施例では、ビーム品質の異常の程度を信号
BEAM RDYのNGの経過時間で捉えていたが、他の方法によ
っても良い。例えば、信号BEAM RDYがNGになった時、レ
ーザ光源側の分光器114から絶対波長の変動量に関する
情報を制御系40に読み込むように構成する。そして制御
系40内にはその変動量が過大であってビーム品質を高速
復帰させたとしても長時間かかるのか、又はその変動量
が少なくて高速復帰が短時間（例えば１ショット分の露
光時間、或いはステッピング時間）に済むのかを判定す
る手段（ハードウエア、又はソフトウエア）を組み込ん
でおく。そして、この判定手段が品質復帰に長時間かか
ると判断して時は、、信号BEAM RDYがNGになった後で、
信号SHUT.ST.がLoレベル（閉）になってから直ちにアラ
イメント動作等のエキシマレーザ光を用いない動作を開
始するようにシーケンスを組んでおく。このようにする
と、さらにウエハ処理時間を短縮することができる。ま
たレーザ光源側からステッパー側へ、ビーム品質異常の
重度の程度を表すインターフェイス信号を送出するよう
にしても良い。

以上本実施例では、１つのショット領域の露光中にビ
ーム品質異常が起きたものとしたが、ステップ・アンド
・リピート方式のステッピング中にビーム品質異常が起
きた場合も全く同じ動作を実行させることができる。

次に第４の実施例について第10図を参照して説明する
が、これは第３の実施例で説明した判定手段の考え方を
発展させたものである。第10図で判定部130は、絶対波
長の変動量に関する情報A₁、スペクトル幅の変化量に関
する情報A₂、及びパルスエネルギーに関する情報A₃を入
力し、これらの情報A₁,A₂,A₃の夫々から第３図中に示し
た信号SS₁,SS₂,SS₃に相当する信号を作り出し、その信
号のうちいずれか１つでも規格外の時は信号BEAM RDYを
Hiレベルに変化させる異常検知回路123を含んでいる。

さらに判定部130は、情報A₁,A₂,A₃の種類やその程度
に応じた判定結果情報FDAを発振回路122とステッパー側
とに出力する。発振回路122は情報FDAに応じて最低周波
数と最高周波数との間で発振周波数を段階的、又は連続
的に変化させることができる。例えば情報A₁に基づく判
定結果で信号BEAM RDYがNGになったものとすると、この
時判定部130は、波長変動量の程度から波長安定化のサ
ーボロックの外れ具合を、例えば３段階で評価し、最も
外れ具合が大きい場合は、発振回路122が最高発振周波
数（200Hz）で自己発振するような情報FDAを出力する。
同様に波長ロックの外れ具合が中間程度の場合は、自己
発振の周波数が最高発振周波数よりも低い値（例えば10
0Hz程度）になるように発振回路122を制御する。そして
波長ロックの外れ具合が軽い場合は、さらに低い周波数
（例えば50Hz程度）になるように発振回路122を制御す
る。

また情報A₃（パルスエネルギー量）に基づく判定とし
ては、設定値と計測値との差を求め、その差が規格で定
められている幅からどれ位外れているかを評価し、その
評価結果に応じて発振回路122の自己発振周波数を変え
るようにする。情報A₁とA₃の両方でビーム品質がNGにな
った場合は、それらの評価結果から最も高い周波数にな
るものを選び、それを発振回路122にセットすれば良
い。

尚、スペクトル幅に関する情報A₂については、狭帯化
されたレーザ光のスペクトル幅が0.003〜0.005nm程度と
極めて狭いため、この程度（例えば0.003nm）の分解能
でスペクトル幅変化をモニターできるセンサー系から得
る必要がある。スペクトル幅を変化させる１つの要因
は、狭帯化用の光学素子（エタロン、グレーティング
等）の劣化にある。エタロンを用いた狭帯化の場合、、
エタロンのギャップ不良によってスペクトル幅が変化す
る。

そこで第11図のように、エタロンを構成する２枚の平
行な石英板（透過性反射膜付き）104A,104Bの夫々を保
持する金物140A,140Bの間に、引張りバネ141、ピエゾ素
子142等から成るギャップ調整機構を周囲複数ヶ所に設
け、ピエゾ素子142を適当にドライブすることで、２枚
の石英板104A,104Bのギャップ量や平行度を微調するよ
うにする。そしてレーザ光源をダミー発振させては、分
光器114内に設けられた高分解能のスペクトル幅センサ
ー等等によってスペクトル幅の変化をモニターしつつ、
ピエゾ素子142を微小量だけ駆動させ、スペクトル幅が
最も狭くなるように追い込む。この場合、スペクトル幅
を元に戻すには、多数のパルス発光が必要となり、従っ
て発振回路122からのトリガ信号SGの周波数はできるだ
け高い方が良い。

このため、判定部130は情報A₂（スペクトル幅の変化
量）に応じて発振回路122の発振周波数を変化させても
良いが、実用的には規格値以上のスペクトル幅変化が検
知されたら、直ちに最高発振周波数にセットしてピエゾ
素子142の駆動を早めるようにした方が良い。

以上本実施例においては、ビーム品質異常を起こした
要因、又は異常の程度に応じてレーザ光源のダミー発振
周波数を最低発振周波数（例えば1Hz）から最高発振周
波数（例えば200Hz）までの間で変化させるようにした
ので、より短い時間でビーム品質を復帰させることがで
きるといった利点がある。

以上、本発明の各実施例を説明したが、各実施例で共
通した信号BEAM RDYを使うことによって、ダミー発振中
のトリガ信号の周波数は上限（例えば200Hz）を越さな
い限り比較的自由に設定することができる。極端な場
合、トリガ信号は周波数として定義できない１パルスで
あっても良い。例えば信号BEAM RDYがNGかどうかをチェ
ックするために、発振回路122から１パルスのトリガ信
号を高圧放電回路120に送ってダミー発光させ、このダ
ミー発光によって分光器114でビーム品質の異常（規格
からのずれ）がどの程度なのかを知り、その結果に基づ
いてオープン制御でエタロン104の傾斜角を変化させる
等の復帰動作にしても良い。この場合、オープン制御で
復帰動作を行うため、原理的には１パルスのダミー発光
で良い訳であるが、実用的にはオープン制御完了後にさ
らに１パルスのダミー発光を行って、ビーム品質が元に
戻ったこと（信号BEAM RDYがOK）を確認するのが良い。
この時１パルス目と２パルス目の間隔は、ビーム品質を
復帰させるオープン制御系の応答時間よりは長くする必
要がある。従って１パルス目と２パルス目の間隔（時
間）は、予め決められた周波数の逆数（周期）として定
義されるものではない。

またビーム品質を規格内に安定化しておくための最低
発振周波数についても、そのパルス（トリガ）間隔は一
定の場合のみに限定されるものではない。例えばオープ
ン制御によって１パルスのダミー発光でビーム品質を復
帰できる場合、確認のための２パルス目のダミー発光に
よってビーム品質がOKとなったことを検知したら、次の
ダミー発光までの時間を数秒以上にすることもできる。

その他、ダミー発振用の発振回路を２つ設け、一方の
発振回路はビーム品質を維持する波長サーボロック等が
外れるか否かの極めて低い周波数（例えば、0.5Hz）の
第１トリガ信号（間隔２秒のパルス）を発振するように
し、他方の発振回路は第１トリガ信号の１パルスによる
ダミー発光によって信号BEAM RDYがNGになった時に、１
パルス、又は連続した複数パルスから成る第２トリガ信
号を第１トリガ信号の次のパルスまでの間に出力するよ
うに構成する。そして第１トリガ信号と第２トリガ信号
との論理和（OR）をとって高圧放電回路120のトリガ信
号としても良い。

尚、以上の各実施例では、レーザ光源がステッパー側
からアクセスされない待機中のダミー発振は全てレーザ
光源側の発振回路122で行うとしたが、この発振回路122
と同等の機能をステッパー側に設け、信号EXT.TRG.によ
ってレーザ光源をダミー発振させても良い。

さらにレーザ光源側に設けられたシャッターSHはステ
ッパー本体内に設けても良く、極端な場合、投影レンズ
PLとウエハＷの間に出し入れ可能に配置しても良い。ま
たステッパーが露光動作中に信号BEAM RDYがNGになった
時、シャッターSHを閉じる代わりに、XYステージ32X,32
Yを移動させてウエハＷを投影レンズPLの投影視野外
（レーザ光の光路外）に退避させても良い。この場合、
XYステージ32X上のウエハ以外の部分にレチクルＲのパ
ターン像が投射されることになるので、その部分にパタ
ーン像全体を受光する光電センサーを固定しておけば、
ダミー発振中のパルスエネルギーを投影レンズPLの結像
面位置でチェックすることができる。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、レーザ光のビーム品質が異常と
なった場合、レーザ光源を極力ダウンさせることなく元
の規格内に品質を戻すことができる。

またレーザ光が加工装置側で使用されない間、レーザ
光源をダミー発振させる際、ダミー発振のパルス数を極
めて少なくすることができると同時に、ビーム品質に異
常が生じた時には、速やかにビーム品質の復帰が可能で
ある。一般にこの種のパルスレーザ光源内のガス寿命や
光学部品、電気部品の寿命はパルス数で決まるため、実
際の加工（露光）に寄与するパルス数を相対的に増大さ
せることができる。

さらに、レーザ光源がビーム品質異常を検知して復帰
動作をしている間、加工装置側ではレーザ光を用いない
動作を一部先行して実行することができるため、全体と
しての稼働率、スループットの低下を極めて小さく抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による露光装置の全体的
な構成を示す斜視図、第２図はレーザ光源内の波長狭帯
化及び安定化のための構成を示す斜視図、第３図は第１
の実施例によるレーザ光源側の制御系の構成を示すブロ
ック図、第４図は正常動作時の各種信号の状態を示すタ
イミングチャート図、第５図は第１の実施例におけるビ
ーム品質異常の復帰動作時の各種信号の状態を示すタイ
ミングチャート図、第６図は第２の実施例によるビーム
品質復帰動作時の各種信号の状態を示すタイミングチャ
ート図、第７図は第２の実施例に好適な回路を示すブロ
ック図、第８図はウエハ上のショット領域の配列を示す
平面図、第９図は本発明の第３の実施例によるビーム品
質復帰動作時の各種信号の状態を示すタイミングチャー
ト図、第10図は本発明の第４の実施例による制御系の構
成を示すブロック図、第11図はエタロンのギャップ調整
機構の構造を模式的に示す断面図である。〔主要部分の符号の説明〕Ｒ……レチクル、PL……投影レンズ、Ｗ……ウエハ、SH
……シャッター、10……レーザ光源本体、12……レーザ
光源制御系、30X,30Y……レチクルアライメント系、32
X,32Y……XYステージ、34……ウエハアライメント系、4
0……ステッパー制御系、100……レーザチャンバー、10
4……エタロン、114……分光器、、118……パワーディ
テクター、120……高圧放電回路、121……放電電圧調整
回路、122……発振回路、123……異常検知回路、130…
…異常判定部。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 B23K 26/00 H01S 3/00 H01S 3/101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス発振型のレーザ光源と、パルス発振
のためのトリガ信号に応答して前記レーザ光源を励起す
る励起手段と、パルス発振されたレーザ光の少なくとも
一部をモニターしつつ、該レーザ光のビーム品質を予め
設定された規格内に調整するビーム品質調整手段と、該
調整されたレーザ光を入射して被加工物を露光、若しく
は加工処理する加工装置とを備えたレーザ処理装置にお
いて、前記加工装置が前記レーザ光を用いる動作を所定時間以
上に渡って中断する時、前記レーザ光の被加工物への光
路を遮断する遮蔽部材と；該遮蔽部材が光路を遮断している間、前記ビーム品質調
整手段によって前記レーザ光のビーム品質を安定化する
のに必要な低い周波数域で前記トリガ信号を前記励起手
段に印加するトリガ制御手段と；前記レーザ光のビーム品質が前記露光、若しくは加工処
理に必要な規格以下であることを検知した時品質異常信
号を出力する異常検知手段と；該品質異常信号が出力された時、前記遮蔽部材の遮断を
継続すると共に、前記励起手段に印加されるトリガ信号
の周波数域を、前記トリガ制御手段で設定された低い周
波数域以上に補正する補正手段と；を備えたことを特徴とするレーザ処理装置。
【請求項２】パルス発振型のレーザ光源と、パルス発振
のためのトリガ信号に応答して前記レーザ光源を励起す
る励起手段と、パルス発振されたレーザ光の少なくとも
一部をモニターしつつ、該レーザ光のビーム品質を予め
設定された規格内に調整するビーム品質調整手段と、該
調整されたレーザ光を入射して被加工物を露光、若しく
は加工処理する加工装置とを備えたレーザ処理装置にお
いて、前記加工装置の処理動作中に要求され得る前記レーザ光
源の最高発振周波数と、前記ビーム品質調整手段によっ
て前記レーザ光のビーム品質を安定化するのに最低限必
要な最低発振周波数との間の任意の周波数で前記トリガ
信号を前記励起手段に印加可能なトリガ信号発生手段
と；前記レーザ光のビーム品質が前記露光、若しくは加工処
理に必要な規格以下であることを検知した時、品質異常
信号を出力する異常検知手段と；前記加工装置が前記レーザ光を用いる動作を所定時間以
上に渡って中断する時、若しくは前記品質異常信号が出
力されている時、前記レーザ光の光路が前記被加工物に
達することを阻止する阻止手段と；該阻止手段が作動中で前記品質異常信号が出力される期
間以外は前記トリガ信号の周波数が前記最低発振周波
数、若しくはその近傍に設定され、前記品質異常信号が
出力された時は、前記トリガ信号の周波数が品質異常の
程度に応じて前記最低発振周波数と最高発振周波数との
間のいずれかに設定されるように、前記トリガ信号発生
手段を制御する制御手段と；を備えたことを特徴とするレーザ処理装置。