JPH02294013A - 露光装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エキシマレーザ等のガス変換、ガスチャージ
等を必要とす゛るレーザを露光光源とする半導体製造用
の露光装置に関するものである．（従来の技術〕 近年、半導体集積回路の集積度が上がるにつれて、回路
の最小パターン寸法は小さくなる傾向にあり、そのため
露光光源として、従来主流であった水銀ランプに代わり
、エキシマレーザを用いた露光装置が開発されてきてい
る．エキシマレーザ露光装置は、一般にエキシマレーザ
光源と露光装置本体とで構成され、露光装置本体として
は解像力、マスク製造性が優れている点で、現状では縮
小投影型逐次移動方式、所謂ステッパーが主流である．
このようなエキシマレーザ露光装置において、エキシマ
レーザと露光装置本体とは、電線若しくは光ファイバー
のインターフエイスケーブルで結合され、露光装置本体
内のメインコンピューターのシーケンスに従ってレーザ
を発光する方式が一般的である．インターフエイスの信
号としては、例えば露光装置本体からエキシマレーザへ
は発光トリガ、高電圧の充電開始、発振開始、発振停止
等を表わす信号、またエキシマレーザから露光装置本体
へは発振スタンバイ完了、内部シャツターボジシッン、
インターロック作動中等を表わす信号が挙げられる． エキシマレーザは、一般にフッ素等のハロゲンガス、ク
リプトン、アルゴン等の不活性ガス、及びヘリウム、・
ネオン等の希ガスの３種の混合ガスをレーザチャンバー
に封入し、チャンバー内の放電によりハロゲンガスと不
活性ガスとが反応してレーザ光（ｎｓｅｃオーダのパル
ス光）を放出する。

ところが、レーザ光放出を繰り返すうち、ハロゲンガス
がチャンバー内に発生する不純物と結合したり、チャン
バーの内側に吸着したりするため、ハロゲンガスの濃度
が低下し、レーサノパルスエネルギーが低下してしまう
．これに対し、エキシマレーザを半導体露光装置の光源
として使用する場合、パルスエネルギーが変動すると、
（１）被露光物（ウエハ等）への到達エネルギー（ｎ光
！）の制；ル精度が低下する． （２）光学系に起因する被露光物上の干渉縞を低減する
機能が低下する． （３）パルスエネルギーモニター系、アライメント系の
光電検出系の信号のＳ／Ｎ比が低下する。

等の不都合が生じる．このため、エキシマレーザはハロ
ゲンガス濃度低下により低下していくパルスエネルギー
をモニターして放電印加電圧にフィードバックし、放電
印加電圧を徐々に高めていくことにより、パルスエネル
ギーを一定に保つようにしている．ところが、放電印加
電圧には上限があるため、印加電圧が上限に達した際に
は、ハロゲンガス注入（旧：Ｈａｌｏｇｅｎ　Ｉｎｊｅ
ｃｔｉｏｎ）動作を行って、ハロゲンガス濃度を適正値
に戻し、これに伴い印加電圧を下げてパルスエネルギー
を一定に保つ必要があった． このＨｒ動作の様子を第３図に示す． 第３図（Ａ）はエキシマレーザから射出されるパルスエ
ネルギーを縦軸に取り、横軸に時間ｔを取ったものであ
り、第３図（Ｂ）は縦軸にレーザチャンバー中の電極へ
の放電印加電圧を取り、横軸に時間Ｌを取ったものであ
る．第３図（Ａ）に示すように、露光装置側で要求され
るパルスエネルギーの設定値を中心に上限値と下限値と
が定まると、エキシマレーザ光源は内部に設けられたエ
ネルギーモニター（受光素子等）を使って、各パルス毎
に設定値との大小関係を比較し、パルスエネルギーが低
下してきたら、第３図（Ｂ）に示すように放電印加電圧
を徐々に上げていく．放電印加電圧にも上限値と下限値
とが定められており、その実際の電圧範囲はエキシマレ
ーザ光源の内部構造、メーカ等によって異なる．さて、
時刻Ｌ，で放電印加電圧が上限値に達すると、エキシマ
レーザ光源の内部に設けられた制御用プロセッサーはＨ
ｌ動作が必要だと判断し、レーザチャンバー内に所定量
のハロゲンガスを注入する．注入した直後にハロゲンガ
ス濃度は元に戻るが、放電印加電圧は急激に元に戻す（
低下させる）ことはできず、ある程度の時間をかける必
要がある．その後の時刻Ｌよでも同様にＨｌ動作が行な
われる．このように放電印加電圧を徐々に低下させるの
は、Ｈｌ動作の直後は、レーザチャンバ内のガスが充分
均一に混合しているとは言えず、パルスエネルギーがば
らつく可能性が極めて大きく、このためＨＩ動作の直後
に放電印加電圧を象，激に下げると、パルス光が発振さ
れずに、パワーモニターすらできないといった不都合が
起り得るからである−． ところがハロゲンガス注入を繰り返すうち、レーザチャ
ンバー内の不純物が増加してくる．この不純物の増加に
伴ってハロゲンガス注入をしてもハロゲンガスがこれら
不純物と結合してしまい（ハロゲンガス濃度の低下）、
パルスエネルギーを一定に保つための最低印加電圧が上
昇する．これにより、ハロゲンガス注入の周期が短くな
り、やがてハロゲンガス注入を行ってもパルスエネルギ
ーを一定に保つことが不可能となる．第４図（Ａ）、（
Ｂ）は、その状態を表わし、第３図のグラフと対応した
ものである．第４図（Ｂ）に示すように、時刻１，，１
．・・・Ｌｈと徐々に注入周期が短くなり、時刻ｔ．以
降では放電印加電圧が上限値にあるにもかかわらず、パ
ルスエネルギーは徐々に低下していってしまう．このよ
うにハロゲンガス注入の効果が無くなった場合、若しく
は所定の条件まで低下した場合、前記３種の混合ガスを
部分的に入れ換える、即ち部分ガス交換（ＰＧＲ：Ｐａ
ｒｔｌａｌ　Ｇａｓ　Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）動作を
実行してパルスエネルギーを維持する必要があった．部
分ガス交換実行時の様子の一例を第５図に示す．第５図
に伴って部分ガス交換を行う場合のパルスエネルギー、
放電印加電圧の変化の様子を以下に説明する． 第５図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ第４図（Ａ）、（Ｂ
）に対応したもので、時刻Ｌ，、ｔ．、Ｌｓは第４図中
のものと同じでＨ！動作のタイミングを表わす．そして
時刻Ｌ，の後の時刻ＴａでＰＧＲ動作が実行される． ＰＧＲ動作では一般に、まずレーザチャンバー内のガス
を一部抜き取るため、そのままパルス発光させたとする
と第５図（Ａ）に示すようにパルスエネルギーは一旦低
下する．この際、放電印加電圧は前述のように既に上限
値近くとなっているため、印加電圧を上げてパルスエネ
ルギーを設定値に戻すことは難しい．この後、レーザチ
ャンバー内に新しい混合ガスを所定量だけ注入する．こ
の注入によワてパルスエネルギーは増大して設定値（許
容上限値）より大きくなるため、印加電圧を徐々に下げ
てパルスエネルギーを設定値に戻す．この後、再度部分
ガス交換が必要となるまで、第３図と同様にハロゲンガ
ス注入（Ｈｌ動作）を繰り返す． このＰＧＲ動作時に印加電圧を徐々に下げる理由も、先
のＨｌ動作の時と同じである．以上のＨ１動作、ＰＧＲ
動作はエキシマレーザ光源内の制御プロセッサーの指令
でほぼ自動的に行なわれていた． 〔発明が解決しようとする課題〕 一方、露光装置本体側からエキシマレーザ光源を見た場
合、前述したようにパルスエネルギーは一定であること
が望ましいが、パルス等のエネルギー制御精度並びに上
記ハロゲン注入、部分ガス交換等の要因から、完全に一
定とするのは困難である．そのため、露光装置本体側で
その機能及び仕様を満足するためのパルスエネルギー変
動の許容値を設定し、エキシマレーザ側は常にパルスエ
ネルギーが設定値に入るぺ《様々な工夫を実施している
． その１つの手法が、先の第３図〜第５図で説明したＨ！
動作、ＰＧＲ動作であるが、露光装置側にとってみると
、第５図（Ａ）中の時間ａ，ｂで示した区間でパルスエ
ネルギーが許容値を越えてしまうといった問題点があっ
た．この時間ａ，　ｂはレーザ光源の構造、メーカ等に
よっても異なるが、現状では数秒〜数分程度必要である
．さらに露光装置側にとって重大な欠点は、これら時間
ａ、ｂの区間、．すなわちＨｌ動作、ＰＧＲ動作が専ら
レーザ光源側の制御のみで発生していたことである． 従って、ステップアンドリピート方式でウエハを露光し
ていく時に、１つのシッット領域の露光中（通常数士パ
ルス以上が必要）にＨｌ動作、又はＰＧＲ動作が非同期
に行なわれると、そのショット領域以降の多くのショッ
ト、又は次のウェハ上のショット領域にいたるまで、ほ
とんどのシッットの露光に大きなダメージを与えること
になる．もちろん、エキシマレーザ光を他の目的、例え
ばレチクル（原版）とウエハとの相対位置合わせのため
に使用する場合でも、その位置合わせ期間中にＨｌ動作
、ＰＧＲ動作が発生するとアライメントエラーが起るこ
とになる． 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、エ
キシマレーザ光源等のように一部ガス交換、一部ガス注
入等を必要とするレーザ光源を使用する露光装置におい
て、露光装置としての機能低下、精度低下を極力少なく
抑えることを目的とするものである． 〔課題を解決する為の手段〕 そこで本発明では、例えばレーザ光源（１０）側の第１
制御系（ｌ２）から部分ガス交換、又はガス注入の時期
がきたことを露光装置本体側の第２制御系（４０）へ知
らせる要求信号（ＰＧＲ、ＲＥＱ）を出力するようにし
た． そして第２制御系（４０）は露光装置のシーケンス上で
レーザ光を使う動作が中断しているときに、要求信号（
ＰＧＲ　−　ＲＥＱ）をチェックし、この要求信号が出
力されているときは部分ガス交換、又はガス注入が実行
できることを表わす信号（ＳＴＥＰ　−　ＳＴ）を第１
制御系（ｌ２）へ出、力するとともに、この実行によっ
て生じるレーザ光の出力変動が所定の状態に安定するま
で露光装置のシーケンス上の中断を続行させるようにし
た。

〔作用〕

本件発明では、レーザ光源側での非同期な部分ガス交換
、又はガス注入によって引き起されるレーザ出力の変動
をさけるために、露光装置本件側での露光シーケンス（
あるいはアライメントシーケンス）上でレーザ光を使わ
ないタイミングで、部分ガス交換やガス注入の動作を開
始するように協調させた。

〔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（半透過性）とりアミ
ラー、波長狭帯化のための波長選沢素子（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、及びシャッターＳＨ等が設けられている．レーザチ
ャンバーに対するＨｌ動作、ＰＧＲ動作は制御系ｌ２に
よって行なわれるが、本実施例では制１ｎ系ｌ２内のプ
ロセッサーのみによる単独制御は行なわず、露光装置本
体との連携で協調制御するようにしてある．また制御系
１２は波長安定化のための制御、放電印加電圧の制御等
もあわせて行なう． さて、エキシマレーザ光源１０からのパルス光は可動ミ
ラーＭ，、固定ミラーＭ，を介してビーム成形光学系ｌ
４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ｌ４からのパルス光は駆動部ｌ６によっ
て所定角度内で｝工動する揺動ミラーＭ，で反射された
後、オブ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ａ（スポット光
）に変換される．フライ・アイレンズＰＬの各エレメン
トレンズの射出側にできたエヰシマビームの各スポット
光はビームスブリッタＢＳ．　、ＢＳ．を透過し、コン
デンサレンズ系２４によって、レチクルブラインド（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，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はヘー
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
なわれる。またＸステージ３２．Ｘ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．この基準マーク仮ＦＭは、可動ミラ
ーＭ．が図示の位置から退避したとき、エキシマレーザ
光源ｌＯ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Ｍｈを介して下面から受
けるように配置されている．ミラーＭ．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Ｍ．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、エキシマビームはかならず基準マーク板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で行な
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
ビームスプリンタＢＳ．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
．この先電素子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（入射瞳もしくは
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
明を行なっている． さて、上記の構成において、可動ミラーＭ１とレーザ光
源ｌＯ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ｌＯ
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、レチクルブラインド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ＢＳ１で反射されたパルス光の
一部を受光する光電素子ｌ８を用いた露光量制御動作、
あるいは振動ミラーＭ，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，３２Ｙｌ７）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．さて本実施例では、ステンパー側の主
制御装置４０とレーザ光源側の制御系ｌ２との間に、新
たに４本のインターウェイ入信号を設け、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． ＰＧＲ　　　ＲＥ　　　　　　ＰＧＲ　　　ＲＥ　　　
ＵＥＳＴエキシマレーザ光源側から露光袋置本体への信
号であり、部分ガス交ＦＡ（ＰＧＲ動作）又はハロゲン
ガス注入（Ｈｌ動作）を実行する必要が迫ったことを、
信号レベルを変化させる（本実施例では、Ｌｏ→Ｈｉ）
ことにより露光装置本体へ知らせるためのものである．
また、部分ガス交換又はハロゲンガス注入の掻作が終了
したことを、信号レベルをＨｉ−＊Ｌｏに変えることに
より露光装置本体へ知らせる機能も有する． ス交換又はハロゲンガス注入の実行要求が無い間に本信
号がＬｏ−＋Ｈｉに変化すると、エキシマレーザ光源は
レーザ光放出口にあるシャッターＳ　Ｈを閉じ、適当な
低い周波数で自己発振してパルスエネルギー、絶対波長
等のロックを行う。また、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．がＨ１
の時に本信号がＬｏ→Ｈｉに変化すると、エキシマレー
ザ光源はシャッターＳＨを閉じ、部分ガス交換又はハロ
ゲンガス注入を実行する． 露光装置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は露光装置本体からのＥＸＴ．ＴＲＣ；，
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Ｈｌの時のエキシマレーザの動作モードは、次の２
通りがある．エキシマレーザ光源が信号ＰＧＲ．ＲＥＱ
，をＬｏにしている間、即ち露光装置本体に対する部分
ガエキシマレーザ光源から露光装置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Ｈｌ、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． Ｘ　　　　ＲＧ　　　　　　ＥＲＮＬＴＲ上昼昼．ＬＥ
ＬＬ 露光装置本体からエキシマレーザ光源へのレーザ光放出
のトリガー信号であり、レーザ光源側は本信号のエッジ
検出によりレーザ光を放出する．トリガー信号１つが、
ｌパルスのレーザ光放出に対応する． 以上、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
行なわれる． そこで次に本実施例の制御動作について説明するが、そ
の前にステンパーにおけるエキシマレーザ光を使った露
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つのシ四ット領域は、スペックル低減と
露光量制御精度との関係で、数＋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Ｍ，
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、干渉縞のピッチ方向に微動させ、１シタットの露
光完了後にウエハ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
押える方式で行なわれる。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播動
ミラーＭ，の振れ角（半周期）αとその振れ角αの間で
必要なレーザパルス光の数ＮＦとは、実験等によって一
義的に決まっている． 一方、ｌショットの適正露光１１Ｅｖ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−Ｎ，（Ｋは揺動ミラーＭ，の
振れ角αの半周期毎に１ずつ増える自然数）との兼ね合
いで、１パルス毎の平均パルスエネルギーＥ，を凍光フ
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ｌ８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否かをモニターする。

あるいは、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−Ｎ，，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の積算値を、その時点での目
標積算値と比較し、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で＠調していく方法でもよい． このように、スペックル低減のために必要なパルス数Ｋ
−Ｎ，が予め決められていることから、１シッットの露
光中、バルスＫ−ＮＰ　　（Ｋ＝１、２、３、・・・の
いずれか１つ）に達する前に、第５図（Ａ）に示した時
間ａが始まると、その時点からパルス光の平均エネルギ
ーＥ，が増大するため、十分なスペックルコントラスト
の低減が行なわれる前に通正露光量に達してしまうとい
った不都合が生じる．特にＰＧＲ動作の際は、第５図（
Ａ）の時間ｂのように、パルスエネルギーの変動量が大
きくなるため、スペックル低減、露光量制御にとっては
著しく不都合となる． 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
リットマークに結合させ、このスリットマークを透過し
たエキシマ光をミラーＭＳ、コンデンサーレンズ２８、
ミラーＭａ、レンズ系２６、２４、ビームスプリッタＢ
Ｓ！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
．０１ｐｍ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！！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．ただし、エキシマレーザ光のエネルギ
ーは、ｌバルス毎に士数％〜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ｌＯ内のパワーディ
テクターからの光電信号を各パルス発光毎に取り込み、
充電素子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、規格化のためのディテクター
はステッパー本体内に設けてもよく、具体的には第１図
中のステージ上のミラ＝Ｍ．の近傍のビームスプリツタ
で分岐されたパルス光を受光するように設けられる．以
上の動作によって、レチクルＲのスリットマーク（もし
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
でとられたときの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． このようなアライメント動作の間、特に光電素子２２か
らの光電信号を取り込んでいる最中に、ＰＧＲ動作等が
開始されると、取り込んだ信号波形のＳ／Ｎ比が低下す
ることになり、アライメント精度が低下するといった不
都合がある．次に、第２図を参照して、本実施例の勅作
を説明する．第２図（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は
それぞれ信号ＳＴＥＰ，ＳＴ，信号ＳＨＵＴ，ＳＴ，信
号ＥＸＴ，ＴＲＧ，信号ＰＧＲ．ＲＥＱ，の状態、第２
図（Ｂ）はエキシマレーザ光源ｌＯ内のシャッターＳＨ
の位置状態を示す．第２図（Ｆ）、（Ｇ）はそれぞれパ
ルスエネルギーの時間変化と放電印加電圧の時間変化を
表わす．さて、第２図（Ａ）において、信号ＳＴＥＰ，
ＳＴ，がＬｏのときの期間のは、通常のウエハ露光の実
行を示し、Ｈｉのときの朋間■は、ステッパ−本体がエ
キシマレーザ光源に対して数秒、若しくはそれ以上の間
、発光トリガーを送出しない動作、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、ウェハアライメント系３４によるウェハ
アライメント等の動作を実行している状態を示す。期間
［株］では、１枚のウエハ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２図（Ｄ）に示した信号ＥＸＴ．ＴＲＣ；．のトリ
ガーパルス列の各集合Ｓが１ショットの露光に対応して
いる。

さて、ステッパーは１枚のウエハに対する露光（朋間■
）を終了すると、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．■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
は、シャッターＳ　Ｈを閉じ始め（■）、シャッターが
完全に閉じた時点で信号ＳＨＵＴ，ＳＴ．をＬｏにした
（■）後、数七以下の低い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．ステンパー本体は、この間に
前述の発光トリガーを送出しない動作（Ｍ間■）を行っ
た後、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は、自己発振
を停止させた後、シャッターＳＨを開き始め（■）、シ
ャッター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ンパー
本体？、次のウエハに対する露光動作を開始すべく、信
号ＥＸＴ．ＴＲＧ．　としてトリガバルス列の集合Ｓ．
　、Ｓ．・・・を出力する．尚バルス列Ｓ，、Ｓ■の間
はＸＹステージ３２Ｘ，３２Ｙのステッピングである． さて、このようなステンバー本体の動作シーケンスとは
非同朋に、エキシマレーザ光源は部分ガス交換、若しく
はハロゲンガス注入を実行する必要性が生じる．ここで
は部分ガス交ｌｆｉ（ＰＧＲ動作）を行う場合について
示す。ステソパー本体はウエハ上の各ショット領域の露
光を開始する前に、信号ＰＧＲ，ＲＥＱ，の状態をチェ
ックし、それがＬｏならば第２図（Ｄ）のパルス列Ｓ，
Ｓｔ、Ｓ２のように露光を行う。一方、トリガバルス列
Ｓ２の送出中、すなわち２枚目のウエハの２番目のショ
ットの露光中に、エキシマレーザ光源は放電印加電圧が
上限値に近づいたこと（■）を検知して、部分ガス交換
の実行要求として信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．をＬＯからＨｉ
に変える（■）。この信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．をＬＯから
Ｈｉにするタイミングは、例えば１つのショット領域を
露光するのに必要な予想し得る最長の露光時間（もしく
はエキシマビームを用いた光電検出の際の光電信号取り
込み時間）にマージンを加えた時点Ｔｍだけ、部分ガス
交換又はハロゲンガス注入の最終開始必要時朋Ｔａより
前に設定すれば良い． さて、ここでは２番目のシゴット領域を露光中（トリガ
バルス列Ｓ，の送出中）に信号ＰＧＲ．ＲＥＱ，が変化
しているため、ステンパー本体は２番目のシッットの露
光終了後、次の３番目のショット領域へＸＹステージ３
２Ｘ、３２Ｙをステンビングさせてから、信号ＰＧＲ．
ＲＥＱ．をチェックして、信号ＰＧＲ，ＲＥＱ．がＨｉ
となっていることを認識する（＠）．これにより、ステ
ンパー本体のシーケンスは３番目のショットＧＭ域への
露光開始を中断し、信号ＳＴＥＰ，ＳＴ，をＬｏからＨ
１に変える（■）．エキシマレーザ光源は信号ＰＧＲ．
ＲＥＱ，がＨｌの間に信号ＳＴＥＰ，ＳＴ．がＬｏから
Ｈｉとなった時は、それを部分ガス交換又はハロゲンガ
ス注入開始指令とｖＡ識し、シャッターＳＨを閉じて（
＠）、信号ＳＨＵＴ，ＳＴ．をＨｉからＬｏへ変えた（
■）後、適切な周波数（例えば■の場合よりは高い周波
数）で自己発振しながら部分ガス交換を実行する（０）
． その後、エキシマレーザ光源はパルスエネルギーをモニ
ターしながら、それが許容値内に戻ったら（■）、自己
発振を停止して信号ＰＧＲ，ＲＥＱ．をＨｉからＬＯに
変える（■）．これを認識したステッパー本体は、エキ
シマレーザ光源に対する露光再開の指令として、信号Ｓ
ＴＥＰ．ＳＴ．をＨｉからＬｏに変える（■）．エキシ
マレーザ光源は、これを認識したら、シャッターＳＨを
開き（■）、信号ＳＨＵＴ．ＳＴ．をＨ　ｉにする（［
相］）．ステッパー本体はこれを認識した後、信号ＥＸ
Ｔ．ＴＲＧ，としてトリガバルス列Ｓ３、Ｓ４・・・を
送出して、３番め以降のシッット領域の露光を開始する
（＠）． 以と、本シーケンスではＰＧＲ動作について説明したが
、Ｈｌ動作についても全《同様に実行される．さらに、
アライメント動作においてエキシマレーザ光を用いる場
合も、パルス光の光電検出動作に入る直前にステンパー
本体側で信号ＰＧＲ，ＲＥＱ．の状態をモニターし、そ
れがＬｏであればそのまま光電検出動作に入り、Ｈｉで
あればエキシマレーザ光源側はＰＧＲ動作又はＨｌ動作
を開始し、ステッパー側は待期状態、あるいはエキシマ
レーザ光を用いない他の動作（ウエハ交ｔｌｌ＋、ウエ
ハアライメント等）を優先的に実行するようにする． ところで第２図（Ｄ）の■、［相］では、シャッターＳ
Ｈが閉じている状態で、低い周波数のもとてパルス光を
発振させているが、これは１つには、エキシマレーザ光
源ｌＯの内部の分光器に発振パルス光の狭帯化後の波長
変化を検出させる必要があるからである．もう１つは、
ＰＧＲ勤作、Ｈｌ動作に伴って放電印加電圧を調整する
ため、あるいは次のシ日ットＳ．に対するパルスエネル
ギー設定のために、エキシマレーザ光源１０内に設けら
れたパワーモニター（充電素子）にパルス光を受光させ
る必要があるからである． また、本実施例の信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．は、ステッパー
への露光中断又は再開を意味するので、エキシマレーザ
光源１０の絶対波長制御や、スペクトル半値幅制御（狭
帯化）が部分ガス交換やハロゲンガス注入時に、ステッ
パーにとって不都合な挙動を示すことを分光器等で検知
するようにし、不都合なときは、信号ＰＧＲ，ＲＥＱ，
をＨｉにすればその不都合を回！することが可能である
．また、本実施例の信号ＰＧＲ，ＲＥＱ．による実行要
求発生（Ｌｏ→Ｈｉ）に対し、ステッパー本体で実行中
のシーケンスが、部分ガス交換又はハロゲンガス注入に
よるパルスエネルギー変動に対して許容可能である場合
は、そのシーケンスを中断してシャッターＳＨを閉じる
ことなしに、部分ガス交換又はハロゲンガス注入を実行
させても良い．また、部分ガス交換要求とハロゲンガス
注入要求とを別の信号線として、露光装置本体のシーケ
ンスが各々の実行要求に対し、シャッターＳＨを閉じて
各々の要求記対して実行するか否かを判断するようにし
ても良い． 尚、シャッターＳＨは露光装１本体側に設けても構わな
い．また、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．による実行要求発生に
対し、シャッターＳ｝Ｉを閉じて部分ガス交換又はハロ
ゲンガス注入番行う際のレーザ発生のトリガーは、本実
施例ではエキシマレーザ光源側の自己発振としているが
、露光装置本体からのトリガー信号（ＥＸＴ，ＴＩ？Ｇ
．）により発光するようにじても構わない． ところで、第２図に示したシーケンスでは、ステッパー
側がタイミング［相］で信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．がＨｉか
Ｌｏかをチェックするようになっていた．しかしながら
長時間露光を必要とする被露光体の場合等では、第２図
（Ｅ）、ＣＦ）のように信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．がタイミ
ング■でＨｌに立ち上がってから一定時間Ｔｍが経遇し
てからＰＧＲ（又はＨｌ）動作が開始されるため、時間
Ｔｍをかなり長く設定しなければならない．時間Ｔｍを
長くすることは、ＰＧＲ，Ｈｌ動作が開始されるまでに
、レーザ光のパルスエネルギーが設定値から低下してい
くことを意味する． そこでステッパー本体側にタイマー等を設け、あるシリ
ットの露光動作中、例えばパルス光とパルス光の発光タ
イミングの間で、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．の状態をチェッ
クし、それがＨｌレベルになっていたらタイマーを起動
させて時間Ｔｍを計時する．そして時間Ｔｍの終了時に
、まだ露光動作が続いているか否かをチェック・し、露
光動作が中断しているときは、先の実施例と同様にＰＧ
Ｒ，Ｈ！動作を実行する．時間Ｔｍの終了時に露光動作
が続いているときは、そのときまでの積算露光量やパル
スエネルギー（平均値）等を記憶した状態で、露光動作
（パルス光の照射）を強制的に中断し、ＰＧＲ，Ｈｌ動
作に入る，ＰＧＲ，Ｈｌ動作完了後、記憶してある積算
露光量から引き続き適正露光量が得られるまで露光を再
開する．このように、本発明では、露光動作が露光装置
のシーケンス上で中断している状態として、パルス光と
パルス光の発振の間の極めて短い時間のことも含めてい
る． また、ステンバー側にショット露光状態を表わす信号（
ショットステータス）を出力する機能を設け、このショ
ットステータス信号とＰＧＲ．ＲＥＱ．信号とのアンド
（理論積）で、第２図（Ａ）の信号ＳＴＥＰ，ＳＴ，を
Ｈｉレヘルにしてもよい．すなわちシッットステータス
信号は、あるシッントの露光中はＬｏレベルになり、シ
ヲットとショットの間のステッピング中あるいはウエハ
交換中等、エキシマレーザを使わないタイミングでＨｉ
レベルになるようにする．従って、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ
．がショット露光中にＨ１レベルになると、そのショッ
トの露光が完了した時点で直ちに信号ＳＴＥＰ，ＳＴ，
がＨｉになり、ＰＧＲ，Ｈｌ動作が開始される． さて、ＰＧＲ動作、Ｈｌ動作のとき、パルスエネルギー
は第５図（Ａ）、又は第２図（Ｆ）に示すように瞬間的
に許容上限値を超えて、かなり大きくなる傾向にある．
この傾向を利用して、さらに露光再開までの時間を短縮
する方法も考えられる． −Ｍに、ＰＧＲ勤作のとき、パワーモニターによってパ
ルスエネルギーが高すぎると判断されると、放電印加電
圧は、微小ステップずつ徐々に低下させるようにしてい
る．このため、ｌパルスの発光で許容上限値以上か否か
を検知し、２パルス目以降からは予想によって放電印加
電圧を象、激に低下させることが難しい． そこで、第２図（Ｆ）、（Ｇ）のようにエキシマレーザ
光源側でのＰＧＲ動作はそのままにしておき、ステンパ
ー側にさらに可変減光フィルターを設け、このフィルタ
ーの減衰率の時間的な変化を、第２図（Ｆ）中の時間Ｔ
Ｆ内のパルスエネルギー変動特性とほぼ一敗させるよう
に制御するのである． この可変減光フィルターは、ＰＧＲ動作中でパルスエネ
ルギーがピークになった時点から徐々に減衰率を低下（
すなわち透過率を上昇）させていき、フィルター入射前
の元々のパルスエネルギーが許容値内になったとき減衰
率が零（そのフィルターの最大透過率）になるように自
動制御する．このようにすれば、信号ＰＧＲ．ＲＢＱ，
がＨｉの状態であっても、多少早めに露光の再開ができ
る．そのためには、シャッターＳＨの開閉タイミング（
ＳＨＵＴ．ＳＴ．）をそれに合わせて変える必要がある
ことは言うまでもない．パルスエネルギーの大きな変動
に対して可変減光フィルターを使う場合、シャッターＳ
Ｈは、可変減光フィルターの後に設けるようにし、可変
減光フィルターを通ったパルス光のエネルギーをモニタ
ーしながら、減衰率の制御をするとともに、シャッター
ＳＨの開放を実行させるようにしてもよい． ところで、第２図（Ｆ）、（Ｇ）では時間Ｔｍを１ショ
ットの最長露光時間を基準に見積ったが、さらに数ショ
ット分の露光時間を見込んだ長さにして、１枚のウエハ
上の残りの未露光ショット数との兼ね合いで、１枚のウ
エハの露光処理完了までＰＧＲ動作、Ｈ！動作を待つか
、１枚のウエハの処理中でＰＧＲ動作等に入るかを判断
するようにしてもよい． さらに、ＰＧＲ動作が必要な場合は、放電印加電圧も上
限近くに達しているが、上限値のままでも、ある程度の
パルス数の間は、パルスエネルギーが許容下限値以上を
持続することができるので、その分を見込んで露光動作
等の中断時朋を判定してもよい． 尚、本実施例ではレチクル（又はマスク）のパターンを
ウエハのレジスト層へ焼き付ける露光装置を例示したが
、この種のレーザ光源を用いた加工装置（レーザアニー
ル、レーザリペア等）であっても全く同様の問題が生じ
るので、本発明の同一の構成によって同様の効果を得る
ことができる．以上、本実施例では投影レンズを用いた
ステッパーについて説明したが、本発明は他のいかなる
型式、方式の露光装置でも全く同様に適用できるもので
ある．さらに、レーザ光源としては希ガスハライドを用
いるエキシマとしたが、レーザチャンバ内の部分ガス交
換、ガス注入、ガス循環等を必要とする他のレーザ光源
を用いても同様の効果が得られる． 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、レーザ光源は露光装置本
体のシーケンスと非同期に部分ガス交換、又はガス注入
（補充）を実行できるとともに、露光装置としての性能
を損なうことを回避できるという効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実ｊ一例による露光装置とレーザ光源
の構成を示す構成図、第２図は第１図に示した構成によ
る動作の一例を説明するチャート図、第３図はハロゲン
ガス注入実行時の動作を説明するチャート図、第４図は
レーザチャンバー内の不純物が増加した際のハロゲンガ
ス注入時の動作を説明するチャート図、第５図は部分ガ
ス交換実行時の動作を説明するチャート図である．〔主
要部分の符号の説明〕 １０・・・エキシマレーザ光源、 １２・・・制御系、 ｌ８、２２・・・光電素子 ２Ｂ・・・主コンデンサーレンズ 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・・・制御装置 Ｒ・・・レチク・ル Ｗ・・・ウエハ ＳＨ・・・シャッター Ｍ，・・・揺動ミラー ＰＬ・・・投影レンズ ＦＭ・・・基準マーク板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）部分ガス交換、あるいはガス注入を必要とするレ
   ーザ光源からのレーザ光を用いて、被露光体を露光する
   装置において、 前記レーザ光源の部分ガス交換、又はガス注入の時期を
   検知して要求信号を出力する第１制御系と； 前記被露光体に対する露光動作が露光装置のシーケンス
   上で中断しているときに前記要求信号の有無を検知し、
   該要求信号が出力されているときは前記部分ガス交換、
   又はガス注入を実行させるとともに、該実行によって生
   じる前記レーザ光の出力変動が所定の状態に安定するま
   で前記露光装置のシーケンスの中断を続行させる第２制
   御系とを備えたことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記第１制御系は、前記レーザ光源を単独に制御
   可能であり、該レーザ光源はレーザ光の射出口近傍に開
   閉シャッターを有し、 前記第１制御系は該シャッターの開閉状態を表わすシャ
   ッター状態信号を前記第２制御系へ出力することを特徴
   とする請求項第１項に記載の装置。
3. （３）前記要求信号は、前記レーザ光源内の放電電極へ
   の印加電圧が所定のレベルよりも大きくなったときに出
   力することを特徴とする請求項第１項に記載の装置。