JP2003298163A - レーザー装置、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅
の変化を間接的に検出し、所定の解像性能を発揮するこ
とができるレーザー装置、露光装置及び露光方法を提供
する。 【解決手段】 チャンバ内に封入されたガスを励起させ
ることによりレーザー光を発するレーザー装置であっ
て、前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出するガ
ス特性検出手段と、前記ガス特性検出手段の検出結果に
基づいて前記レーザー光の発振波長及び／又は波長スペ
クトル幅を決定する決定手段とを有するレーザー装置を
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、レーザ
ー装置に関し、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像
素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するため
のリソグラフィー工程に使用される露光装置において、
パターンが描画されたレチクル（マスク）を照明するた
めのレーザー装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年の電子機器の小型化及び薄型化の要
請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への
要求はますます高くなってきている。半導体素子を製造
するための焼付け（リソグラフィー）方法としては、投
影露光装置が従来から使用されている。 【０００３】投影露光装置で転写できる最小の寸法（解
像度）は、露光に用いる光の波長に比例する。このた
め、近年では、露光光源は、従来の超高圧水銀ランプ
（ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎ
ｍ））からより波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波
長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約
１９３ｎｍ）になろうとしており、Ｆ２レーザー（波長
約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。 【０００４】かかる波長域（即ち、紫外域）の光を効率
よく透過する光学部材は、合成石英や蛍石など一部の硝
材に限定されるために色収差の補正が困難となる。そこ
で、ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザー
を露光光源とする場合は、一般に、自然発振状態での半
値全幅で約３００ｐｍ程度の波長スペクトル幅を、例え
ば、約０．５ｐｍ程度に狭帯域化し、更に、波長をモニ
タしながら常に所望の波長で発振するように共振器内部
に設けた波長選択素子のフィードバック制御（波長制
御）を行なう。 【０００５】一方、Ｆ２レーザーを露光光源とする場合
には、１５７ｎｍ付近に複数の発振スペクトルが存在す
ることや、自然発振状態での波長スペクトル幅が約１ｐ
ｍ程度とＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレー
ザーに比べて細いこと、波長帯域１５７ｎｍで用いられ
る光学部材の性能が実用的な段階まで進んでいないため
にレーザー光の狭帯域化が困難であること、レーザー装
置内部での波長及び波長スペクトル幅の高精度な計測が
非常に困難であること、などの技術的な理由により波長
スペクトル幅の狭帯域化及び波長制御を行なうことがで
きない。そこで、Ｆ２レーザーにおいて発振される複数
の波長のうち、ある１つの波長のみを選択して発振させ
るラインセレクト方式が提案されている。 【０００６】エキシマレーザーやＦ２レーザーでは、一
般に、フッ素等のハロゲンガス、及び、ヘリウム、ネオ
ン等の希ガスをチャンバ内に封入し、チャンバ内に載置
された電極間に高電圧を印加することで生じる放電によ
ってガスを励起させてレーザー光を発振させるレーザー
装置が用いられる。レーザー光の発振を続けると、ハロ
ゲンガスがチャンバ内に存在する不純物と反応したり、
チャンバの内壁に吸着したりしてハロゲンガスの濃度が
低下する。従って、レーザーガスの組成比が最適な比率
から変化し、その結果、パルスエネルギー（レーザー発
振効率）の低下を招く。 【０００７】そこで、電極間に印加する電圧を上昇させ
たり、印加電圧の上昇量がある閾値に達した場合にはハ
ロゲンガスを含むガスを所定量注入（ガス注入）してチ
ャンバ内のガスの圧力を上昇させたりして、レーザー光
のパルスエネルギーを所望の値に維持している。ところ
が、ガス注入を繰り返しているとチャンバ内の不純物が
増加し、電極間に印加する電圧の上昇及びガス注入を行
なっても不純物とハロゲンガスが反応してしまい、最終
的には、パルスエネルギーを所望の値に維持することが
困難となる。ガス注入の効果が小さくなった場合には、
チャンバ内のガスの大部分を排出し、新しいガスを封入
する（ガス交換）。即ち、エキシマレーザーやＦ２レー
ザーでは、使用状況に従って、チャンバ内のガス圧やフ
ッ素の分圧を変化させたり、電極間の印加電圧を上昇さ
せたりして所望の出力を得ている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｆ２レーザー
の場合、ガス注入などによりチャンバ内のガスの圧力や
温度などのガス特性が変化すると、それに応じてレーザ
ー光の発振波長及び波長スペクトル幅が変化することが
明らかになってきた。 【０００９】従って、Ｆ２レーザーを露光光源として用
いると、露光中に発振波長及び波長スペクトル幅が変化
し、例えば、露光系から要求される波長安定性や波長ス
ペクトル幅の許容値を超えた場合には、露光装置に要求
される所望の解像性能を達成することが困難となる。 【００１０】更に、Ｆ２レーザーの場合は、高精度な波
長の計測をレーザー装置内部で行なうことが技術的に非
常に困難であるために露光中にレーザー光が所望の性能
を発揮しているか直接的に確認することが困難である。
また、レーザー光の発振波長を直接的に確認できたとし
ても、現状の光学部品の耐久性能から鑑みると、ランニ
ングコストやメンテナンス頻度の観点において露光装置
の生産性に悪影響を与えることは明らかである。Ｆ２レ
ーザーよりも短波長で発振するレーザーを露光光源とし
た場合にも同様の問題が生じる。 【００１１】そこで、本発明は、レーザー光の発振波長
及び／又は波長スペクトル幅の変化を間接的に検出し、
所定の解像性能を発揮することができるレーザー装置、
露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記の例示的目的を解決
するための、本発明の一側面としてのレーザー装置は、
チャンバ内に封入されたガスを励起させることによりレ
ーザー光を発するレーザー装置において、前記チャンバ
内の前記ガスのガス特性を検出する手段と、該検出手段
の検出結果に基づいて前記レーザー光の発振波長及び／
又は波長スペクトル幅を決定する手段とを有することを
特徴とする。 【００１３】本発明の更なる目的又はその他の特徴は、
以下に説明される好適な実施例や好適な実施態様によっ
て明らかにされるであろう。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の一側面としての露光装置１及びレーザー装置１００
について説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限
定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲に
おいて、各構成要素が代替的に置換されてもよい。ここ
で、図１は、本発明の一側面としての露光装置１の概略
構成図である。本発明の露光装置１は、図１に示すよう
に、レーザー装置１００と、照明光学系２００と、レチ
クル３００と、投影光学系４００と、基板５００と、ス
テージ６００と、制御部７００とを有する。 【００１５】露光装置１は、例えば、ステップアンドス
キャン方式やステップアンドリピート方式でレチクル３
００に形成された回路パターンを基板５００に露光する
投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロン
やクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適
であり、以下、本実施例では、ステップアンドスキャン
方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に
説明する。ここで、「ステップアンドスキャン方式」
は、レチクルに対してウェハを連続的にスキャンしてレ
チクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショット
の露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショット
の露光領域に移動する露光方法である。「ステップアン
ドリピート方式」は、ウェハのショットの一括露光ごと
にウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に
移動する露光方法である。 【００１６】レーザー装置１００は、図２に示すよう
に、制御部１０２と、高圧電源１０４と、圧縮回路１０
６と、チャンバ１０８と、アパーチャ１１２ａ及び１１
２ｂと、ラインセレクトモジュール１１４と、部分透過
ミラー１１６と、ビームスプリッタ１１８と、シャッタ
１２０と、光モニタ部１２２と、圧力センサ１２４と、
温度センサ１２６と、決定部１２８と、ガスコントロー
ラ１３０とを有し、例えば、パルス光を発光するＦ２レ
ーザー（波長約１５７ｎｍ）や、それよりも短波長で発
振するレーザー光を発する。ここで、図２は、本発明の
一側面としてのレーザー装置１００の概略構成図であ
る。 【００１７】制御部１０２は、露光装置１の制御部７０
０から送信されたトリガ信号やエネルギー指令、若しく
は印加電圧指令の信号などを受信する。かかる信号を基
にして制御部１０２は、高電圧信号を高圧電源１０４に
送信すると共に、レーザー光を発光させるタイミングで
トリガ信号を圧縮回路１０６に送信する。 【００１８】チャンバ１０８内部には、放電電極１０８
ａ及び１０８ｂが設けられており、更に、レーザーガス
としてフッ素等のハロゲンガス、及び、ヘリウム、ネオ
ン等の希ガスが所定の比率で封入されている。 【００１９】圧縮回路１０６によって１０乃至３０ｋＶ
程度の高電圧が放電電極１０８ａ及び１０８ｂ間（領域
１０８ｃ）に印加されると、かかる領域１０８ｃで放電
が発生し、チャンバ１０８内に封入されているレーザー
ガスが励起されて放電電極１０８ａ及び１０８ｂ間（領
域１０８ｃ）で光を発する。 【００２０】放電電極１０８ａ及び１０８ｂ間（領域１
０８ｃ）で発生した光は、ウィンドウ１１０ａ及び１１
０ｂ、及び、アパーチャ１１２ａ及び１１２ｂを通過
し、ラインセレクトモジュール１１４内部の図示しない
リアミラー及び部分透過ミラー１１６を往復することに
よって増幅されてレーザー光となる。 【００２１】ラインセレクトモジュール１１４内にはプ
リズムなどの波長選択素子が内蔵されており、Ｆ２レー
ザーで発振する複数の波長のうち、ある特定の波長の光
のみを選択してチャンバ１０８側に反射する。従って、
かかる波長についてはレーザー光が発せられるが、その
他の波長の光は反射してもアパーチャ１１２ａ及び１１
２ｂによってカットされるためレーザー光として出力さ
れない。 【００２２】発生したレーザー光の大部分はビームスプ
リッタ１１８を透過して、シャッタ１２０が開いている
ときには、照明光学系２００のビーム整形光学系２０２
へ向けて出射される。一方、ビームスプリッタ１１８で
反射した一部のレーザー光は、光モニタ部１２２に導入
される。 【００２３】光モニタ部１２２は、パルス毎の光のエネ
ルギーをモニタして、かかる結果を制御部１０２に送信
する。制御部１０２は、光モニタ部１２２によるエネル
ギーの計測結果又は露光装置１の制御部７００から送信
されるエネルギー制御の情報に基づいて、次回に発光さ
せるパルス光の印加電圧を決定する。 【００２４】チャンバ１０８には、チャンバ１０８内部
のガスの圧力を計測する圧力センサ１２４及びチャンバ
１０８内部のガスの温度を計測する温度センサ１２６が
設置され、常時又は所定のタイミングでチャンバ１０８
内部のガスの圧力や温度が計測される。チャンバ内部１
０８内部のガスの圧力や温度の計測結果は、レーザー光
の発振波長及び波長スペクトル幅を決定する決定部１２
８に送信され、決定部１２８は、圧力センサ１２４及び
温度センサ１２６の計測結果からレーザー光の発振波長
及び波長スペクトル幅を決定し、その結果を制御部１０
２に送信する。 【００２５】レーザー光の発振波長及び波長スペクトル
幅の結果は、必要に応じて制御部１０２から露光装置１
の制御部７００にも送信される。レーザー光の発振波長
及び波長スペクトル幅の決定には、後述するように、予
め実験を行ない、ガスの圧力や温度などのガス特性と発
振波長及び波長スペクトル幅の相関から関係式を求めて
決定部１２８に記憶させておけばよい。また、予め実験
を行ない、ガスの圧力や温度などのガス特性と発振波長
及び波長スペクトル幅の相関を参照表として決定部１２
８に記憶させておいてもよい。 【００２６】本実施例において、圧力センサ１２４及び
温度センサ１２６の計測結果からレーザー光の発振波長
及び波長スペクトル幅を決定する決定部１２８は、レー
ザー装置１００に載置されているが、ガス特性の情報に
基づいてレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅の
両方又は少なくとも一方を決定するユニットを露光装置
１の制御部７００に持たせてもよい。その場合、圧力セ
ンサ１２４及び温度センサ１２６によるガス特性の計測
結果は、制御部１０２に直接送信され、更に、制御部１
０２から露光装置１の制御部７００に送信された後に、
発振波長及び波長スペクトル幅が制御部７００において
決定される。 【００２７】チャンバ１０８内のレーザーガスは、レー
ザー光を発振させているとハロゲンガスの比率が低下し
たり、不純物が増加したりするなど次第に劣化してく
る。そこで、所定の間隔でハロゲンガスを含んだガスを
チャンバ１０８内に注入（以下、ガス注入と称する。）
したり、チャンバ１０８内のレーザーガスの大部分を交
換（以下、ガス交換と称する。）を行なう必要がある。 【００２８】ガス注入又はガス交換が必要なときは、ガ
スコントローラ１３０がレーザーガス配管１３２を介し
て供給される新しいレーザーガスをチャンバ１０８内に
導入したり、チャンバ１０８内の劣化したレーザーガス
の一部又は大部分を排気用ガス配管１３４を介して排気
したりする。 【００２９】ここで、図３を参照して、チャンバ１０８
内のガス特性とレーザー光の発振波長及び波長スペクト
ル幅の関係を実験的に導出する方法の一例を説明する。
図３は、チャンバ１０８内のガス圧力及びガス温度を変
化させた場合のレーザー光の発振波長及び波長スペクト
ル幅を実験的に求める方法１０００を説明するためのフ
ローチャートである。なお、レーザー装置１００から発
振されたレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅の
計測には分光器を用いる。 【００３０】まず、レーザー装置１００の発振を開始さ
せ（ステップ１００２）、レーザー光を分光器に入射さ
せる。そのときに、チャンバ１０８内部のガス温度の計
測（ステップ１００４）及びガス圧力の計測（ステップ
１００６）を行なうと共に、ほぼ同時刻もしくは直後の
タイミングでレーザー光の発振波長及び波長スペクトル
幅を分光器を用いて計測する（ステップ１００８）。 【００３１】次に、ガス温度を一定に保ったままチャン
バ１０８内のガス圧力を変更してレーザー光の発振波長
及び波長スペクトル幅の計測を続行するか中止するかを
判断する（ステップ１０１０）。計測を続行する場合に
は、チャンバ１０８内のガス圧力を変更し（ステップ１
０１２）、再度チャンバ１０８内のガス圧力の計測（ス
テップ１００６）を行ない、その後、再度レーザー光の
発振波長及び波長スペクトル幅を計測する（ステップ１
００８）。 レーザー装置１００で使用するガス圧力の
全領域にわたってのデータ採取が終了したら同一のガス
温度での計測を中止して、チャンバ１０８内のガス温度
を変更してレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅
の計測を続行するか中止するかを判断する（ステップ１
０１４）。計測を続行する場合には、チャンバ１０８内
のガス温度を変更する（ステップ１０１６）。ガス温度
を変更するには、レーザーの光の発振周波数を変更して
もよいし、チャンバ１０８内にヒーターなどの温度制御
機器を装着して温度制御を行なってもよい。 ガス温度
の変更後、ガス温度を一定に保ったまま再びガス圧力を
変化させてレーザー光の発振波長及び／又は波長スペク
トル幅を計測する（ステップ１００４以下を繰り返
す）。レーザー装置１００で使用するガス温度の全領域
にわたってのデータ採取が終了したらレーザー発振を停
止（ステップ１０１８）して終了する（ステップ１０２
０）。 【００３２】かかる方法１０００により得られたデータ
の一例を図４及び図５に示す。図４は、レーザー装置１
００のガス特性（ここでは、ガス圧力及びガス温度）と
レーザー光の発振波長との関係を示すグラフであり、横
軸にガス圧力を、縦軸に発振波長を採用し、ガス温度を
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃと変化させたデータを示す。図５は、
レーザー装置１００のガス特性（ここでは、ガス圧力及
びガス温度）とレーザー光の波長スペクトル幅との関係
を示すグラフであり、横軸にガス圧力を、縦軸に波長ス
ペクトル幅を採用し、ガス温度をＴａ、Ｔｂ、Ｔｃと変
化させたデータを示す。かかるデータは、計測したガス
特性からレーザー光の発振波長又は波長スペクトル幅を
決定するデータベースとして機能する。 【００３３】図４及び図５を参照するに、レーザー装置
１００の発振波長λ及び波長スペクトル幅Δλは、レー
ザーガスの圧力をｐ、レーザーガスの温度をＴとする
と、以下に示す数式（関数）で推定することが可能であ
る。 【００３４】 【数１】 【００３５】 【数２】 【００３６】実際には、レーザーメーカーもしくは露光
装置メーカーの工場などにおいて、かかる方法１０００
を行なうことにより得られた結果から関数を推定すれば
よい。 【００３７】また、本実施例では、レーザー装置１００
が発するレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅を
求める際のガス特性の検知項目としてチャンバ１０８内
のガス圧力及びガス温度を例に説明したが、その他のガ
ス特性、例えば、ガスの組成比などを用いることも可能
であり、ガス圧力やガス温度の他にこれらの特性も併せ
て検知することによってレーザー光の発振波長及び波長
スペクトル幅を導出してもよいことは言うまでもない。 【００３８】数式１及び２で示した関数ｆ（ｐ、Ｔ）及
びｇ（ｐ、Ｔ）は、決定部１２８に記憶される。各時点
でのレーザー光の発振波長は、関数ｆ（ｐ、Ｔ）と圧力
センサ１２４及び温度センサ１２６によるチャンバ１０
８内のガス圧力及びガス温度の計測値を用いて決定部１
２８にて算出されて決定される、かかる結果は、制御部
１０２に送信される。更には、必要に応じて制御部１０
２から露光装置１の制御部７００に送信される。 【００３９】一方、各時点でのレーザー光の波長スペク
トル幅は、関数ｇ（ｐ、Ｔ）と圧力センサ１２４及び温
度センサ１２６によるチャンバ１０８内のガス圧力及び
ガス温度の計測値を用いて決定部１２８にて算出されて
決定される、かかる結果は、制御部１０２に送信され
る。更には、必要に応じて制御部１０２から露光装置１
の制御部７００に送信される。 【００４０】また、制御部１０２は、決定した各時点で
のレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅が所定の
許容範囲を満たしているかどうか判断する。制御部１０
２が発振波長及び波長スペクトル幅が所定の許容範囲を
満たしていると判断した場合には露光動作は続行される
が、発振波長及び波長スペクトル幅が所定の許容範囲を
満たしていないと判断した場合には、発振波長及び波長
スペクトル幅が許容範囲内にないことを示す信号を露光
装置１の制御部７００に送信し、制御部７００は、露光
を中止すると共に、レーザー装置１００の発振波長及び
波長スペクトル幅が所定の許容範囲となるような処理を
行なう。 【００４１】再び、図１に戻って、照明光学系２００
は、レチクル２００を照明する光学系であり、レーザー
装置１００からレーザー光（ビーム）の光路に沿って、
レーザー光の断面を所望の形状にするためのビーム整形
光学系２０２、レーザー光の強度を調節するための可変
ＮＤフィルタ２０４、レチクル３００面上での照度を均
一化させるためにレーザー光を分割して重ねるオプティ
カルインテグレーター２０６、オプティカルインテグレ
ーター２０６を介したレーザー光を集光するコンデンサ
レンズ２０８、コンデンサレンズ２０８からのレーザー
光の一部を光検出器２１０に導くためのビームスプリッ
タ２１２、コンデンサレンズ２０８によってレーザー光
が集光される位置の近傍に配置されてレチクル３００面
上のレーザー光が照射される範囲を規制するマスキング
ブレード２１４、マスキングブレード２１４の像をレチ
クル３００上に結像する結像レンズ２１６、レーザー光
の光路を投影光学系４００の方向に向けるためのミラー
２１８が設けられている。 【００４２】レチクル３００には転写されるべきパター
ン（回路パターンやアライメントマーク用のパターン
等）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及
び駆動される。レチクル３００からの光（回折光）は、
投影光学系４００を通り基板５００に投影される。レチ
クル３００と基板５００とは、光学的に共役の関係にあ
る。本実施形態の露光装置１は、スキャナーであるた
め、レチクル３００と基板５００を投影光学系４００の
縮小倍率比の速度比で走査（スキャン）することよりレ
チクル３００のパターンを基板５００上に転写する。 【００４３】投影光学系４００は、レチクル２００のパ
ターンを基板５００の複数のショット領域の一つに、所
定の倍率（例えば、１／２乃至１／１０）で縮小して投
影露光（転写）する。投影光学系４００は、複数のレン
ズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なく
とも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリ
ック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキ
ノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミ
ラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補
正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異な
るガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回
折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように
構成したりする。 【００４４】また、投影光学系４００には、補正ユニッ
ト４１０が設けられており、補正ユニット４１０の一部
のレンズを投影光学系４００の光軸方向やそれに垂直な
方向に駆動したり、所定のレンズ間の圧力をコントロー
ルしたりすることによって、レーザー光の発振波長が変
動することによって生じる投影光学系４００の収差を補
正する。 【００４５】基板５００は、ウェハや液晶基板、球状半
導体などの被処理体でありフォトレジストが塗布されて
いる。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向
上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベー
ク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密
着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着
性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布によ
る疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈ
ｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又
は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工
程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除
去する。 【００４６】ステージ６００は、例えば、リニアモータ
ーを利用して投影光学系４００の光軸に垂直な方向に基
板５００を移動することができる。レチクル３００と基
板５００は、例えば、同期走査され、ステージ６００と
図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザ
ー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で
駆動される。また、ステージ６００は、投影光学系４０
０の光軸と平行な方向に基板５００を移動することがで
き、その移動によりレチクル３００と基板５００との光
軸方向の距離を調節することで、レチクル３００の結像
位置と基板５００の表面が合致するように制御される。 【００４７】ステージ６００は、例えば、ダンパを介し
て床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レ
チクルステージ及び投影光学系４００は、例えば、床等
に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持
される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。 【００４８】制御部７００は、レーザー装置１００から
送信されたレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅
（即ち、測定したガス特性から決定したレーザー光の発
振波長及び波長スペクトル幅）を受信し、これを基に必
要に応じて投影光学系４００の補正ユニット４１０の図
示しない光学素子（レンズやミラー等）の駆動や所定の
光学素子間の圧力のコントロール、所定の光学素子の間
隔の補正を行なったり、ステージ６００を駆動させたり
することによって、レチクル３００上のパターンの基板
５００上への結像性能が所望のレベルになるように調整
する。即ち、制御部７００は、レーザー光の発振波長が
変化することで投影光学系４００に発生する収差や焦点
ズレなどを補正または低減する。また、投影光学系４０
０だけでなく、照明光学系２００に発生する収差などを
補正または低減するように照明光学系２００内にも同様
の補正ユニットを設けてもよい。 【００４９】また、上述したように、レーザー装置１０
０は、測定したガス特性から決定したレーザー光の発振
波長及び波長スペクトル幅が所定の許容範囲を満たして
いるかを判断しており、レーザー光の発振波長及び波長
スペクトル幅が所定の許容範囲を満たしていない場合、
制御部７００は、レーザー光の発振波長及び波長スペク
トル幅が所定の許容範囲を満たしていないことを示す信
号を受信する。かかる信号を受信すると、制御部７００
は、基板５００への露光を中止すると共に、レーザー装
置１００のレーザー光出射口にあるシャッタ１２０を閉
じてレーザー装置１００のレーザー光の発振波長及び波
長スペクトル幅が所定の範囲内になるように調整する。
調整が完了すると、制御部７００は、シャッタ１２０を
開け、基板５００への露光を再度開始する。 【００５０】更に、制御部７００は、レーザー装置１０
０に発光させるためのトリガ信号を送信すると共に、光
検出器２１０で光電変換されたレーザー光の強度に応じ
た光電変換信号の処理を行なう。かかる光電変換信号を
積算することにより、制御部７００は、露光量の制御の
ためのエネルギー指令もしくは印加電圧指令の信号をレ
ーザー装置１００に送信する。かかる信号を基にレーザ
ー装置１００は、上述したように、制御部１０２が各ユ
ニットを制御し、所定のエネルギーで発光する。 【００５１】制御部７００がレーザー装置１００から受
信する情報としては、レーザー光の発振波長及び波長ス
ペクトル幅が所定の許容範囲内であるか判断した信号の
他に、エネルギーの安定性が正常か異常かを判断する信
号やインタロック信号などがある。かかる信号を基に制
御部７００は、露光の続行又は中止を判断してレーザー
装置１００の発振状態を制御する。 【００５２】ここで、図６を参照して、レーザー光の発
振波長又は波長スペクトル幅が所定の許容範囲から外れ
た場合の処理について説明する。図６は、レーザー装置
１００が発振するレーザー光の発振波長又は波長スペク
トル幅が所定の許容範囲から外れた場合の処理を説明す
るためのフローチャートである。レーザー光が発振して
いるとき、常時又は所定のタイミングで決定部１２８に
送信された圧力センサ１２４及び温度センサ１２６の計
測結果からレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅
が算出されて決定され、かかる結果が制御部１０２に送
信される（ステップ２００２）。制御部１０２は、レー
ザー光の発振波長及び波長スペクトル幅が所定の許容範
囲内に入っているかどうか判断する（ステップ２００
４）。 【００５３】レーザー光の発振波長及び波長スペクトル
幅の両方が所定の許容範囲内に入っている場合には引き
続き露光が続行される。レーザー光の発振波長及び波長
スペクトル幅のうち、一方でも所定の許容範囲から外れ
た場合、制御部１０２は、露光装置１の制御部７００に
発振波長又は波長スペクトル幅が許容範囲から外れてい
ることを示す信号を送信する（ステップ２００６）。信
号を受信した制御部７００は、発光のためのトリガ信号
をレーザー装置１００に送信することを止め、露光を中
止する（ステップ２００８）。 【００５４】その後、ガスコントローラ１３０が、レー
ザー装置１００のチャンバ１０８内に封入されているレ
ーザーガスを排気したり、チャンバ１０８内へ新しいレ
ーザーガスを注入したりすることによってチャンバ１０
８のガス圧力を変更し、所望のガス圧力となるように調
整する（ステップ２０１０）。レーザー装置１００の決
定部１２８は、調整後のガス特性（ガス圧力、ガス温
度）からレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅を
決定し（ステップ２０１２）、かかる決定結果が所定の
許容範囲内に入っているかどうか判断する（ステップ２
０１４）。 【００５５】レーザー光の発振波長及び波長スペクトル
幅の少なくとも一方が所定の許容範囲から外れている場
合、ステップ２０１０以下に戻り、ガスコントローラ１
３０は、レーザー装置１００のチャンバ１０８内のガス
圧力を変更し、所望のガス圧力となるように再度調整す
る。レーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅の両方
が所定の許容範囲内に入っている場合、制御部１０２は
決定されたレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅
を露光装置１の制御部７００に送信する（ステップ２０
１６）。制御部７００は、制御部１０２から受信したレ
ーザー光の発振波長を基に、投影光学系４００の補正ユ
ニット４１０又はステージ６００の調整を行ない（ステ
ップ２０１８）、その後、基板５００上への露光が再開
される（ステップ２０２０）。 【００５６】レーザー装置１００で使用しているレーザ
ーガスが劣化してきてガス注入やガス交換を行なった後
など、チャンバ１０８内のガス特性が変化した場合にお
いても、その度に圧力センサ１２４及び温度センサ１２
６の計測結果から決定部１２８にてレーザー光の発振波
長及び波長スペクトル幅が決定され、かかる決定結果が
制御部１０２及び露光装置１の制御部７００に送信され
る。このときも制御部７００は、決定されたレーザー光
の発振波長を基に投影光学系４００の補正ユニット４１
０又はステージ６００の調整（即ち、基板５００を投影
光学系４００の光軸方向に移動する）を行なう。このと
き、レーザー光の発振波長が変化することで投影光学系
４００に発生する収差を補正するように補正ユニット４
１０の図示しない光学部品の駆動、所定のレンズ間の圧
力コントロール、所定のレンズ間隔の補正、又は、ステ
ージ６００の投影光学系４００の光軸方向への駆動を行
なうが、それは常時行なってもよいし、予め設定してお
いたレーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅の許容
変動量を超えた場合に駆動させてもよい。 【００５７】露光において、レーザー装置１００から発
せられたレーザー光は、照明光学系２００によりレチク
ル３００を、例えば、ケーラー照明する。レチクル３０
０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光
学系４００により基板５００に結像される。露光装置１
が使用するレーザー装置１００は、上述したように、レ
ーザー光の発振波長及び波長スペクトル幅の変化を間接
的に検出して所望の解像性能を発揮することができる
（即ち、安定して所望の発振波長及び波長スペクトル幅
のレーザー光を発する）ので、高いスループットで経済
性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子
（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供すること
ができる。 【００５８】なお、上述の実施例においては、各時点で
のレーザー光の発振波長や波長スペクトルは、あらかじ
め、数式１及び２で示した関数ｆ（ｐ、Ｔ）及びｇ
（ｐ、Ｔ）を決定部１２８に記憶しておき、それらの関
数と計測されたガス圧力及びガス温度の値を用いて算出
し決定されていた。しかし、本発明は、これには限定さ
れず、様々なガス特性（ガス温度や圧力等）におけるレ
ーザーの発振波長のデータと波長スペクトルのデータの
両方もしくはいずれかを図３のような方法で求め、あら
かじめ、そのデータを参照表として決定部１２８に記憶
させておき、その参照表と計測されたガス圧力及びガス
温度の値を用いて、計算は行なわずに、各時点でのレー
ザー光の発振波長や波長スペクトルを決定してもよい。
また、前述の数式１及び２で示した関数ｆ（ｐ、Ｔ）及
びｇ（ｐ、Ｔ）を用いて、あらかじめ、様々なガス特性
（ガス温度や圧力等）におけるレーザーの発振波長のデ
ータと波長スペクトルのデータの両方もしくはいずれか
を得ておいて、そのデータを参照表として決定部１２８
に記憶させておき、その参照表と計測されたガス圧力及
びガス温度の値を用いて、計算は行なわずに、各時点で
のレーザー光の発振波長や波長スペクトルを決定しても
よい。さらに、それらの方法を組み合わせて行なうこと
によって、各時点でのレーザー光の発振波長や波長スペ
クトルを求めることとしてもよいのは言うまでもない。 【００５９】次に、図７及び図８を参照して、上述の露
光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明す
る。図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロー
チャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に
説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回
路設計を行なう。ステップ２（レチクル製作）では、設
計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ス
テップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用
いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）
は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いてリソグ
ラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成す
る。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステ
ップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ
化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボ
ンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の
工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作
製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テス
トなどの検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバ
イスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。 【００６０】図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳
細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
は、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶ
Ｄ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ
１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによ
って形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、
ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処
理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６
（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パタ
ーンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、
露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチン
グ）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済ん
で不要となったレジストを取り除く。これらのステップ
を繰り返し行なうことによってウェハ上に多重に回路パ
ターンが形成される。本実施例の製造方法によれば、従
来よりも高品位のデバイスを製造することができる。 【００６１】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様
々な変形や変更が可能である。 【００６２】 【発明の効果】本発明のレーザー装置によれば、レーザ
ー光の発振波長及び波長スペクトル幅を間接的に検出
し、かかる検出結果に基づいた調整を行なうことで所定
の解像性能を発揮することができる。従って、かかるレ
ーザー装置を有する露光装置及び方法は、スループット
の高い露光を行なって高品位なデバイスを提供すること
ができる。最後に、本発明の好適な実施態様を示す。 １．チャンバ内に封入されたガスを励起させることによ
りレーザー光を発するレーザー装置において、前記チャ
ンバ内の前記ガスのガス特性を検出する手段と、該検出
手段の検出結果に基づいて前記レーザー光の発振波長及
び／又は波長スペクトル幅を決定する手段とを有するこ
とを特徴とするレーザー装置。 ２．前記検出手段は、前記チャンバ内の前記ガスの圧力
を検出する圧力センサであることを特徴とする上記１の
レーザー装置。 ３．前記検出手段は、前記チャンバ内の前記ガスの温度
を検出する温度センサであることを特徴とする上記１の
レーザー装置。 ４．前記レーザー光の発振波長及び／又は波長スペクト
ル幅が所定の許容範囲であるか判断し、当該レーザー光
の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を前記許容範囲
内にするための補正情報を生成する制御部を更に有する
ことを特徴とする上記１のレーザー装置。 ５．前記レーザー光は、１５７ｎｍ近傍もしくはそれ以
下の波長の光を発振することを特徴とする上記１のレー
ザー装置。 ６．前記決定手段は、前記ガス特性と前記レーザー光の
発振波長及び／又は波長スペクトル幅との関係を表す式
に基づいて、該レーザー光の発振波長及び／又は波長ス
ペクトル幅を決定することを特徴とする上記１のレーザ
ー装置。 ７．前記決定手段は、前記ガス特性と前記レーザー光の
発振波長及び／又は波長スペクトル幅との関係を表す表
に基づいて、該レーザー光の発振波長及び／又は波長ス
ペクトル幅を決定することを特徴とする上記１のレーザ
ー装置。 ８．レーザー光を用いてレチクルに形成されたパターン
を被処理体に露光する露光装置において、チャンバ内に
封入されたガスを励起させることにより前記レーザー光
を発するレーザー装置と、該ガスのガス特性を検出する
検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記露光
を補正する補正手段とを有することを特徴とする露光装
置。 ９．前記検出手段の検出結果に基づいて前記レーザー光
の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定する決定
手段を更に有することを特徴とする上記８の露光装置。 １０．前記決定手段は、前記レーザー装置の内部に配置
されることを特徴とする上記９の露光装置。 １１．前記決定手段は、前記レーザー装置の外部に配置
されることを特徴とする上記９の露光装置。 １２．チャンバ内に封入されたガスを励起されることに
より発生させたレーザー光を用いてレチクルに形成され
たパターンを被処理体に露光する露光方法において、前
記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出するステップ
と、該検出ステップの検出結果に基づいて前記露光の継
続又は中止を判断するステップとを有することを特徴と
する露光方法。 １３．前記検出ステップは、前記ガス特性から前記レー
ザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定す
るステップを有することを特徴とする上記１２の露光方
法。 １４．前記判断ステップは、前記検出ステップの検出結
果が所定の許容範囲内にあるか比較するステップを有す
ることを特徴とする上記１２の露光方法。 １５．前記判断ステップにおいて前記露光が中止された
場合、前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を変更する
ステップを更に有することを特徴とする上記１２の露光
方法。 １６．前記変更ステップは、前記チャンバ内の前記ガス
の圧力及び／又は温度を変更する上記１５の露光方法。 １７．チャンバ内に封入されたガスを励起させることに
より発生させたレーザー光を用いてレチクルに形成され
たパターンを被処理体に露光する露光方法において、前
記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出するステップ
と、該検出ステップで検出した前記ガス特性から前記レ
ーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定
するステップと、該決定ステップで決定した前記発振波
長に基づいて前記露光の補正をするステップとを有する
ことを特徴とする露光方法。 １８．前記補正ステップは、前記レチクルのパターンを
前記被処理体に投影する投影光学系の光学特性を補正す
ることを特徴とする上記１７の露光方法。 １９．前記補正ステップは、前記レチクルと前記被処理
体との光軸方向の距離を変化させることを特徴とする上
記１７の露光方法。 ２０．チャンバ内に封入されたガスのガス特性から、当
該ガスを励起させることによって発生するレーザー光の
発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定するための
データベース。 ２１．前記ガス特性は、前記ガスの圧力及び温度である
ことを特徴とする上記２０のデータベース。 ２２．上記８乃至１１のうちいずれかの露光装置を用い
て被処理体を露光するステップと、該露光された被処理
体に所定のプロセスを行なうステップとを有するデバイ
ス製造方法。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一側面としての露光装置の概略構成図
である。 【図２】本発明の一側面としてのレーザー装置の概略構
成図である。 【図３】図２に示すレーザー装置のチャンバ内のガス圧
力及びガス温度を変化させた場合のレーザー光の発振波
長及び波長スペクトル幅を実験的に求める方法を説明す
るためのフローチャートである。 【図４】図２に示すレーザー装置のガス特性とレーザー
光の発振波長との関係を示すグラフである。 【図５】図２に示すレーザー装置のガス特性とレーザー
光の波長スペクトル幅との関係を示すグラフである。 【図６】図２に示すレーザー装置が発振するレーザー光
の発振波長又は波長スペクトル幅が所定の許容範囲から
外れた場合の処理を説明するためのフローチャートであ
る。 【図７】本発明の露光装置を有するデバイス製造方法を
説明するためのフローチャートである。 【図８】図７に示すステップ４の詳細なフローチャート
である。 【符号の説明】 １ 露光装置 １００ レーザー装置 １０２ 制御部 １０４ 高圧電源 １０６ 圧縮回路 １０８ チャンバ １１２ アパーチャ １１４ ラインセレクトモジュール １１６ 部分透過ミラー １１８ ビームスプリッタ １２０ シャッタ １２２ 光モニタ部 １２４ 圧力センサ １２６ 温度サンサ １２８ 決定部 １３０ ガスコントローラ ２００ 照明光学系 ３００ レチクル ４００ 投影光学系 ４１０ 補正ユニット ５００ 基板 ６００ ステージ ７００ 制御部

【手続補正書】 【提出日】平成１５年３月２８日（２００３．３．２
８） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】特許請求の範囲 【補正方法】変更 【補正内容】 【特許請求の範囲】 【請求項１】 チャンバ内に封入されたガスを励起させ
ることによりレーザー光を発するレーザー装置におい
て、 前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出する手段
と、 該検出手段の検出結果に基づいて前記レーザー光の発振
波長及び／又は波長スペクトル幅を決定する手段とを有
することを特徴とするレーザー装置。 【請求項２】 前記検出手段は、前記チャンバ内の前記
ガスの圧力を検出する圧力センサであることを特徴とす
る請求項１記載のレーザー装置。 【請求項３】 前記検出手段は、前記チャンバ内の前記
ガスの温度を検出する温度センサであることを特徴とす
る請求項１記載のレーザー装置。 【請求項４】 前記レーザー光の発振波長及び／又は波
長スペクトル幅が所定の許容範囲であるか判断し、 当該レーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅
を前記許容範囲内にするための補正情報を生成する制御
部を更に有することを特徴とする請求項１記載のレーザ
ー装置。 【請求項５】 前記レーザー光は、１５７ｎｍ近傍もし
くはそれ以下の波長の光を発振することを特徴とする請
求項１記載のレーザー装置。 【請求項６】 前記決定手段は、前記ガス特性と前記レ
ーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅との関
係を表す式に基づいて、該レーザー光の発振波長及び／
又は波長スペクトル幅を決定することを特徴とする請求
項１記載のレーザー装置。 【請求項７】 前記決定手段は、前記ガス特性と前記レ
ーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅との関
係を表す表に基づいて、該レーザー光の発振波長及び／
又は波長スペクトル幅を決定することを特徴とする請求
項１記載のレーザー装置。 【請求項８】 レーザー光を用いてレチクルに形成され
たパターンを被処理体に露光する露光装置において、 チャンバ内に封入されたガスを励起させることにより前
記レーザー光を発するレーザー装置と、 該ガスのガス特性を検出する検出手段と、 該検出手段の検出結果に基づいて前記露光を補正する補
正手段とを有することを特徴とする露光装置。 【請求項９】 前記検出手段の検出結果に基づいて前記
レーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決
定する決定手段を更に有することを特徴とする請求項８
記載の露光装置。 【請求項１０】 前記決定手段は、前記レーザー装置の
内部に配置されることを特徴とする請求項９記載の露光
装置。 【請求項１１】 前記決定手段は、前記レーザー装置の
外部に配置されることを特徴とする請求項９記載の露光
装置。 【請求項１２】 チャンバ内に封入されたガスを励起さ
れることにより発生させたレーザー光を用いてレチクル
に形成されたパターンを被処理体に露光する露光方法に
おいて、 前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出するステッ
プと、 該検出ステップの検出結果に基づいて前記露光の継続又
は中止を判断するステップとを有することを特徴とする
露光方法。 【請求項１３】 前記検出ステップは、前記ガス特性か
ら前記レーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル
幅を決定するステップを有することを特徴とする請求項
１２記載の露光方法。 【請求項１４】 前記判断ステップは、前記検出ステッ
プの検出結果が所定の許容範囲内にあるか比較するステ
ップを有することを特徴とする請求項１２記載の露光方
法。 【請求項１５】 前記判断ステップにおいて前記露光が
中止された場合、前記チャンバ内の前記ガスのガス特性
を変更するステップを更に有することを特徴とする請求
項１２記載の露光方法。 【請求項１６】 前記変更ステップは、前記チャンバ内
の前記ガスの圧力及び／又は温度を変更する請求項１５
記載の露光方法。 【請求項１７】 チャンバ内に封入されたガスを励起さ
せることにより発生させたレーザー光を用いてレチクル
に形成されたパターンを被処理体に露光する露光方法に
おいて、 前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出するステッ
プと、 該検出ステップで検出した前記ガス特性から前記レーザ
ー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定する
ステップと、 該決定ステップで決定した前記発振波長に基づいて前記
露光の補正をするステップとを有することを特徴とする
露光方法。 【請求項１８】 前記補正ステップは、前記レチクルの
パターンを前記被処理体に投影する投影光学系の光学特
性を補正することを特徴とする請求項１７記載の露光方
法。 【請求項１９】 前記補正ステップは、前記レチクルと
前記被処理体との光軸方向の距離を変化させることを特
徴とする請求項１７記載の露光方法。 【請求項２０】 チャンバ内に封入されたガスのガス特
性から、当該ガスを励起させることによって発生するレ
ーザー光の発振波長及び／又は波長スペクトル幅を決定
するためのデータベース。 【請求項２１】 前記ガス特性は、前記ガスの圧力及び
温度であることを特徴とする請求項２０記載のデータベ
ース。 【請求項２２】 請求項８乃至１１のうちいずれか記載
の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、該
露光された被処理体に所定のプロセスを行なうステップ
とを有するデバイス製造方法。 【手続補正２】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】００６２ 【補正方法】変更 【補正内容】 【００６２】 【発明の効果】本発明のレーザー装置によれば、レーザ
ー光の発振波長及び波長スペクトル幅を間接的に検出
し、かかる検出結果に基づいた調整を行なうことで所定
の解像性能を発揮することができる。従って、かかるレ
ーザー装置を有する露光装置及び方法は、スループット
の高い露光を行なって高品位なデバイスを提供すること
ができる。最後に、本発明の好適な実施態様を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 チャンバ内に封入されたガスを励起させ
   ることによりレーザー光を発するレーザー装置におい
   て、 前記チャンバ内の前記ガスのガス特性を検出する手段
   と、 該検出手段の検出結果に基づいて前記レーザー光の発振
   波長及び／又は波長スペクトル幅を決定する手段とを有
   することを特徴とするレーザー装置。