JP3039531B2

JP3039531B2 - 回路パターンの製造方法

Info

Publication number: JP3039531B2
Application number: JP10230538A
Authority: JP
Inventors: 恒三郎植村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-05-08
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JPH11135426A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光源を備えた
露光方法、或いはレーザ光を用いたウエハ、マスクのリ
ペア装置等の処理方法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回路パターンの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【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、マスク或い
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。

【０００３】ところで、波長が３６５ｎｍ（Ｈｇランプ
の１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。

【０００４】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、気圧等の影響をう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範囲以
内に抑えることが重要となる。

【０００５】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
てファブリベ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
択用のエタロンをフィードバック制度によりレーザ光の
光軸に対して傾斜させる。これより、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。

【０００６】

【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出来ない。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が不必要に感光され
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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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があった。

【００１０】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。

【００１１】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スル−プットの高い回
路パターンの製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の回路パターン
の製造方法は、レーザビームによりマスク（Ｒ）を照明
し、該マスク（Ｒ）の回路パターンの像を基板（Ｗ）上
に露光する回路パターン製造方法において、そのレーザ
ビームの品質の良否を判定するステップと、基板（Ｗ）
上の第１ショット領域（Ｓ３）の露光中にレーザビーム
の品質が否と判定されたとき、第１ショット領域（Ｓ
３）に対する露光を中断するとともにレーザビームの品
質を復帰させるための動作を行うステップと、該復帰動
作中に第１ショット領域（Ｓ３）の次に露光される第２
ショット領域（Ｓ４）の露光準備を行うステップとを含
んでいる。

【００１３】請求項２の回路パターン製造方法は、露光
準備として、第２ショット領域（Ｓ４）を露光するため
のアライメント動作を含んでいる。また請求項３の回路
パターン製造方法は、レーザビームの品質は、レーザビ
ームのエネルギー、絶対波長、スペクトル幅のうちの少
なくとも一つを含んでいる。

【００１４】請求項４の回路パターン製造方法では、第
１ショット領域（Ｓ３）に対する露光が中断されたとき
に、基板（Ｗ）が載置されたステージ（３２Ｘ，３２
Ｙ）の位置を記憶するようにしている。請求項５の回路
パターン製造方法では、第１ショット領域（Ｓ３）に対
する露光が中断されたときに、該第１ショット領域（Ｓ
３）に与えられたそれまでの露光量を記憶するようにし
ている。請求項６の回路パターン製造方法では、第１シ
ョット領域（Ｓ３）に対する露光が中断されたときに、
レーザビームの可干渉性によって生じる干渉縞を低減す
るための光学部材（Ｍ３）の動作状態を記憶するように
している。請求項７の回路パターン製造方法では、レー
ザビームの品質の復帰後に、第１ショット領域（Ｓ３）
の露光を再開するようにしている。さらに請求項８の回
路パターン製造方法では、第１ショット領域（Ｓ３）の
露光終了後に、レーザビームの復帰動作中に行なわれた
露光準備の結果を用いて第２ショット領域（Ｓ４）の露
光を開始するようにしている。

【００１５】本発明によれば、レーザビームの品質復帰
動作中に次のショット領域の露光準備を行うようにして
いるので、レーザビームの品質復帰動のための時間を無
駄にすることがなく、スループットの低下を防止するこ
とができる。

【００１６】請求項９の回路パターン製造方法は、ガス
交換を必要とするレーザ光源（１０）からのパルスビー
ムによりマスク（Ｒ）を照明し、該マスク（Ｒ）の回路
パターンの像を基板（Ｗ）上に露光する回路パターン製
造方法において、前回のガス交換時からの発振パルス数
をカウントし、該カウント値に応じてパルスビームの発
振周波数を調整するようにしている。

【００１７】また請求項１０の回路パターン製造方法
は、パルスビームの発振周波数を、そのカウント値に応
じて所定の最高周波数よりも低い周波数に調整するよう
にしている。

【００１８】本発明によれば、ガスの寿命が迫っている
ようなときでも、パルスビームの品質を保つことがで
き、マスクのパターンを精度よく基板上に転写すること
ができる。

【００１９】なお、本願発明をわかりやすく説明するた
めに図面を用いて説明したが、本願発明が一実施例を表
わす図面に限定されるものではないことはいうまでもな
い。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１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。

【００２１】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Ｆ
Ｌ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、レチク
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２６、固定ミラ
ーＭ4 、主コンデンサーレンズ２８、及び固定ミラーＭ
5 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。

【００２２】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３２
Ｘ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Ｍ5 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。

【００２３】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
（入射瞳若しくは出射瞳）とほぼ共役に配置されてい
る。

【００２４】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。

【００２５】さて、上記の構成において、可動ミラーＭ
１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、３０Ｙ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を使った一連の相対位置関
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Ｍ２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。

【００２６】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、それに
限られるものではない。ここで、図２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。図２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１０
４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
プリッター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１０８のコントロール回路１１６へ送
出される。

【００２７】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。

【００２８】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１００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、図１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。

【００２９】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。

【００３０】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１つが、１パル
スのレーザ光放出に対応する。

【００３１】信号ＳＴＥＰ．ＳＴ（ＳＴＥＰＰＥＲＳ
ＴＡＴＵＳ）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．ＴＲ
Ｇ．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１〜２Ｈ
ｚ）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。

【００３２】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。

【００３３】信号ＢＥＡＭＲＤＹ（ＢＥＡＭＲＥＡＤ
Ｙ）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。

【００３４】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、図３
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、図２中の部材と同じものには同一の符号を付
してある。図２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、図２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の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１
００Ａ、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。

【００３５】分光器１１４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。

【００３６】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．Ｓ
Ｔ．に応答して行われる。

【００３７】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、図２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）を行える範囲内
で、最も長くなるように定められている。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。

【００３８】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。

【００３９】さらに本実施例では、異常検知回路１２３
からの信号ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡＭＲＤＹ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。

【００４０】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。また図３において、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．
は図１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。

【００４１】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 の揺れ角（半周期）αと、その揺れ角αとの間
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。

【００４２】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、その実績
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．によって行われるが、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。

【００４３】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Ｘ
Ｙ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２８、ミラーＭ4 、レンズ系２６、２
４、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ＥＸ
Ｔ．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。

【００４４】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、
具体的には図１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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】次に、図４、図５を参照して本実施例の動
作を説明する。図４は、ビーム品質がＮＧとならない通
常の場合（信号ＢＥＡＭＲＤＹがＬｏレベル）の動作
例を示すタイムチャート図である。図４（Ａ）、
（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）は夫々信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．、
信号ＳＨＵＴ．ＳＴ．、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．、信号Ｂ
ＥＡＭＲＤＹの状態、図４（Ｂ）はエキシマレーザ光
源１０のシャッターＳＨの位置状態、図４（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。

【００４８】さて図４（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、３０
Ｙ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、この時図４（Ｄ）に示した信号ＥＸＴ．
ＴＲＧ．のトリガパルス列は、図３中のスイッチを介し
て高圧放電回路１２０に印可され、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。

【００４９】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ＳＴＥ
Ｐ．ＳＴ．を（(1)）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（(2)）、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（(3)）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（(4)）、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。

【００５０】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（(5)）。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（(6)）、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
（(7)）。

【００５１】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．Ｔ
ＲＧ．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３２Ｘ、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〜
２Ｈｚ）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、図
４の場合、いずれも正常を表しているため、期間Ｂ中の
信号ＢＥＡＭＲＤＹはＬｏレベル（ＯＫ）のままであ
る。

【００５２】図５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、図５（Ａ）〜（Ｆ）の夫々は図４
（Ａ）〜（Ｆ）と同じものを表している。図５（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１２
２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１２３が信号ＳＳ1 、ＳＳ2 、
ＳＳ3 のいずれか１つに異常を発見すると、図５（Ｆ）
のように信号ＢＥＡＭＲＤＹはＯＫ（Ｌｏレベル）か
らＮＧ（Ｈｉレベル）に反転する（(1)）。信号ＢＥＡ
ＭＲＤＹ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（(2)）、
ビーム品質の高速復帰が行われる。

【００５３】本実施例で例示したエキシマレーザ光源１
０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、図２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、図５（Ｅ）の（(2)）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。

【００５４】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ＢＥ
ＡＭＲＤＹをＬｏレベル（ＯＫ）に反転する（(3)）。
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、図５中の（(1)〜(3)）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。

【００５５】次に、図５（Ｆ）に示すように再びビーム
品質異常が発生して信号ＢＥＡＭＲＤＹがＮＧになる
（(4)）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
（(5)）。このダミー発振の途中、即ち信号ＢＥＡＭＲ
ＤＹ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（(6)）になった
ものとする。

【００５６】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ＢＥ
ＡＭＲＤＹをモニターし、信号ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡＭＲＤＹをモニター
し続ける。一方、レーザ光源側は信号ＢＥＡＭＲＤＹ
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ＢＥＡＭＲＤＹを
Ｌｏレベル（ＯＫ）にする（(7)）。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。

【００５７】ところが、信号ＢＥＡＭＲＤＹをモニタ
ーし続けていたステッパーの制御系４０は、信号ＢＥＡ
ＭＲＤＹがＬｏレベル（ＯＫ）に変わり次第、信号Ｓ
ＴＥＰ．ＳＴ．をＬｏレベル（ＥＸＰＯＳＵＲＥ）に変
える（(8)）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（(9)）、完全に開いた時点で信号ＳＨＵ
Ｔ．ＳＴ．をＬｏレベルからＨｉレベル（開）に変化さ
せ（(10)）、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．Ｔ
ＲＧ．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（(11)）。

【００５８】以上、図５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ＢＥＡＭＲＤＹをモニター
してから信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．のＬｏレベルに切替えを
行うようにすれば良い。

【００５９】次に本発明の第２の実施例を図６を参照し
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図１、図２、
図３と同じである。図６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る途中
で、ビーム品質異常が生じた場合の各信号の状態を表
し、図６（Ａ）〜（Ｆ）の夫々は図４又は図５の（Ａ）
〜（Ｆ）と同じものである。

【００６０】ショット領域Ｓ1 、Ｓ2 までは信号ＳＴＥ
Ｐ．ＳＴ．がＬｏレベル、信号ＢＥＡＭＲＤＹがＬｏ
レベル（ＯＫ）であるため、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．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以上が発
生すると、異常検知回路１２３は信号ＢＥＡＭＲＤＹ
を直ちにＮＧに変える（(1)）。ステッパーの制御系４
０は信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．として１パルスを出力する直
前に信号ＢＥＡＭＲＤＹ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ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＨｉレベル（ＮＯＴＥＸ
Ｐ．）に変える（(2)）。

【００６１】レーザ光源側はこれを受けてシャッターＳ
Ｈを閉じ始め（(3)）、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（(4)）。

【００６２】一方発振回路１２２は、図７に示したよう
に信号ＢＥＡＭＲＤＹ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。

【００６３】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（(4)）から高圧放電回路１２０に印可され、ビーム
品質復帰動作に入る（(5)）。この際、発振回路１２２
の発振周波数は、信号ＢＥＡＭＲＤＹが既にＮＧ（Ｈ
ｉ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。

【００６４】品質復帰動作中、ステッパー側は信号ＢＥ
ＡＭＲＤＹをモニターし、復帰動作が完了して信号Ｂ
ＥＡＭＲＤＹがＯＫ（Ｌｏレベル）に変化する（(6)）
と、直ちに信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＬｏレベル（ＥＸＰ
ＯＳＵＲＥ）に戻す（(7)）。これに対応してレーザ光
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（(8)）。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（(9)）。ステッパー側では信号Ｓ
ＨＵＴ．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（(1
0)）。

【００６５】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。

【００６６】次に、本発明の第３の実施例による動作例
を図８、図９を参照して説明する。図８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 、Ｓ
4 、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。図９は、図６のタイミングチャートと同
じ信号の変化状態を表したものであり、同図中タイミン
グ（(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)）は図６の場合と
同じ意味を表す。

【００６７】さて、第２の実施例（図６）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、図９
（Ｅ）のように発振回路１２２は高い周波数で自己発振
する（(5)）。ところがこの間、ステッパー側がその状
態（ＸＹステージ３２Ｘ、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（(6)）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。

【００６８】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ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡＭＲ
ＤＹがＮＧ中）にタイムオーバーが検知される（(12)）
と、ステッパー側はＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙ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。
図９（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。

【００６９】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（(5)）
で、信号ＢＥＡＭＲＤＹのＮＧからＯＫへの復帰
（(6)）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．Ｓ
Ｔ．はＨｉレベル（ＮＯＴＥＸＰ．）のままである。
従って発振回路１２２は、信号ＢＥＡＭＲＤＹがＯＫ
になった時点（(6)）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。

【００７０】こうして期間Ｔａが終了する（(13)）と、
ステッパー側は信号ＢＥＡＭＲＤＹ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。図９（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Ｂ
ＥＡＭＲＤＹのＬｏレベルを確認して信号ＳＴＥＰ．
ＳＴ．をＬｏレベル（ＥＸＰＯＳＵＲＥ）に変える
（(7)）。その後は図６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Ｘ
Ｙステージを位置決めすれば良い。

【００７１】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ＢＥＡＭＲＤＹ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。

【００７２】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６２−８４５１６号公報で知られてい
る。

【００７３】ＥＧＡ法と本実施例の動作を組み合わせる
場合、図９（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３２
Ｘ、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。

【００７４】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ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡＭＲＤＹ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。

【００７５】さらに本実施例では、ビーム品質の異常の
程度を信号ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡ
ＭＲＤＹがＮＧになった時、レーザ光源側の分光器１１
４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た時
は、信号ＢＥＡＭＲＤＹがＮＧになった後で、信号Ｓ
ＨＵＴ．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。

【００７６】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の実施例について図１０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。図１０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
の夫々から図３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ＢＥＡＭＲＤＹをＨｉレベル
に変化させる異常検知回路１２３を含んでいる。

【００７７】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１
２２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ＢＥ
ＡＭＲＤＹ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１００Ｈｚ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。

【００７８】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１
２２にセットすれば良い。

【００７９】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０．００
３〜０．００５ｎｍ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。

【００８０】そこで図１１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１４
２を適当にドライブすることで、２枚の石英板１０４
Ａ、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１
１４内に設けられた高分解能のスペクトル幅センサー等
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。

【００８１】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。

【００８２】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ＢＥＡＭＲＤＹ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ＢＥＡ
ＭＲＤＹ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１
２０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ＢＥＡＭＲＤＹ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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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ＢＥＡＭＲＤ
Ｙ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。

【００８６】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ＢＥ
ＡＭＲＤＹ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、３２Ｙ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３
２Ｘ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。

【００８７】

【発明の効果】以上本発明によれば、ビーム品質の異常
に対応できるため、回路パターン製造中の基板を不良に
することがなく歩留まりを向上することができる。ま
た、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。

【００８８】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。

【００８９】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】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】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。

【図６】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。

【図７】第２の実施例に好適な回路を示すブロック図。

【図８】ウエハ上のショット領域の配列を示す平面図。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】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。

【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、３２Ｘ、３２Ｙ・・・ＸＹ
ステージ、３４・・・ウエハアライメント系、４０・・
・ステッパー制御系、１００・・・レーザチャンバー、
１０４・・・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.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 H01S 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームによりマスクを照明し、該マ
スクの回路パターンの像を基板上に露光する回路パター
ン製造方法において、前記レーザビームの品質の良否を判定するステップと、前記基板上の第１ショット領域の露光中に前記レーザビ
ームの品質が否と判定されたとき、前記第１ショット領
域に対する露光を中断するとともに前記レーザビームの
品質を復帰させるための動作を行うステップと、該復帰動作中に、前記第１ショット領域の次に露光され
る第２ショット領域の露光準備を行うステップと、を含むことを特徴とする回路パターンの製造方法。
【請求項２】前記露光準備は、前記第２ショット領域を
露光するためのアライメント動作を含むことを特徴とす
る請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記レーザビームの品質は、前記レーザビ
ームのエネルギー、絶対波長、スペクトル幅のうちの少
なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１または２
に記載の方法。
【請求項４】前記第１ショット領域に対する露光が中断
されたときに、前記基板が載置されたステージの位置を
記憶することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記第１ショット領域に対する露光が中断
されたときに、該第１ショット領域に与えられたそれま
での露光量を記憶することを特徴とする請求項１に記載
の方法。
【請求項６】前記第１ショット領域に対する露光が中断
されたときに、前記レーザビームの可干渉性によって生
じる干渉縞を低減するための光学部材の動作状態を記憶
することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記レーザビームの品質の復帰後に、前記
第１ショット領域の露光を再開することを特徴とする請
求項１、４、５、６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】前記第１ショット領域の露光終了後に、前
記露光準備の結果を用いて前記第２のショット領域の露
光を開始することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】ガス交換を必要とするレーザ光源からのパ
ルスビームによりマスクを照明し、該マスクの回路パタ
ーンの像を基板上に露光する回路パターン製造方法にお
いて、前回のガス交換時からの発振パルス数をカウントし、該カウント値に応じて前記パルスビームの発振周波数を
調整することを特徴とする回路パターン製造方法。
【請求項１０】前記カウント値に応じて所定の最高周波
数よりも低い周波数に、前記パルスビームの発振周波数
を調整することを特徴とする請求項９に記載の方法。