JPH0354815A

JPH0354815A - レーザ処理装置

Info

Publication number: JPH0354815A
Application number: JP1190861A
Authority: JP
Inventors: Tsunesaburo Uemura; 植村　恒三郎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1991-03-08

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、放電励起式のパルスレーザ光源を備えた露光
処理装置、或いはレーザ光を用いたウエハ、マスクのり
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。

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、０．０１〜０．００５ｎ
ｍ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スペクト
ル幅を０．００３〜０．００５ｎｍまで狭帯域化し、色
収差の発生を防止すると共に、絶対波長の安定化を行う
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
絶対波長は、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．ＯＯ１ｎｍ）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。

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（高解像力）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
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。

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、この種のステッパーに使われるエキシマレー
ザ光源は、放電電極間に高電圧を印加して放電させる励
起方式である。上記の波長安定化方式ではレーザ光源の
自己発振がステッパーの動作と全く非同期に行われるた
め、ステッパーの動作、例えば信号処理等を行う場合、
レーザ光源の自己発振時に発生するノイズ（ＥＭＩノイ
ズ等）がステッパーの処理信号に悪影響を与えてしまう
という問題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ステッパ
ー等の加工装置が放電トリガ型のパルスレーザ光を使用
しない動作を実行する間、波長安定化のために行うレー
ザ光源の自己発振により発生するノイズが、加工装置の
動作に悪影響を与えることのないように改良されたレー
ザ搭載加工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、例えばステッパー側の制御系（４０
）から、ステッパーがレーザ光源の発振ノイズを嫌う動
作を実行中であることを、レーザ光源側の制御系（１２
）へ知らせるステータス信号としてのゲート信号（Ｓ，
　Ｌ，　ＧＡＴＥ）を出力するようにした。

そして、レーザ光源側の制御系（１２）は自己発振のパ
ルス発光毎に、その発光直前にゲート信号（Ｓ，　Ｌ．
ＧＡＴＥ　）をチェックし、このゲート信号が出力され
ている間は自己発振を行わないようにした。

〔作　用〕

さらに本発明では、上記ゲート信号が出力されている間
、レーザ光源の自己発振を停止、又は発光タイミングを
ゲート信号がオフになるまで遅らせることにより、レー
ザ光源の発振ノイズがステッパーの動作に悪影響を与え
ないようにした。

一般に、パルスレーザ発振のための高圧放電時間は極め
て短く、数ｎＳｅＣ〜十数ｎ　ｓ　ｅ’ｃ程度である。

このため、ステッパー等の装置側の信号処理において混
入するノイズもパルス性である。

〔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）とりアミラ
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（本発明の阻止手段）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Ｍ
ｌ、固定ミラーＭ２を介してビーム成形光学系ｌ４に入
射して所定の断面形状、サイズに戒形される。ビーム或
形光学系１４からのエキシマレーザ光は駆動部ｌ６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ＢＳＢＳ．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，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。ウェハ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３　２．Ｙ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Ｆ
Ｍ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−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（入射瞳若しく
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，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ＢＳ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、或
いは振動ミラ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、それに限られるもの
ではない。

ここで、第２図を参照して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、レーザチャンパー１００を挟んでフロントミラー
１０２とりアミラー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とレーザチャンパー１００との間
に傾斜可能に設けられる。レーザチャンパー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、回折格子等から或り、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。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ｌ２からのオフセット信
号等の指令も人力する。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Ｉ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
ンパー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。

以上の構成において、波長安定化のためにはレーザチャ
ンパー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〜５　０
　０Ｈｚ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
ャンパー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ｌパルス目の波長は大きくずれていること
かある。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ＩＯ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
ーフエイス信号を設け、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エ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　ＴＲＩ
ＧＧＥＲ）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、■パルスのレーザ光放出に対応する
。

Ｓ　Ｔ　Ｅ　Ｐ．　　Ｓ　Ｔ．　　（ＳＴＥＰＰＥＲ　
ＳＴＡＴＵＳ）ステッパ−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−本体からの
ＥＸＴ．ＴＲＧ．信号に同期してレーザ光をｌパルスず
つ放出する。本信号がＨｉの時は、レーザ光源ＩＯはシ
ャッターＳＨを閉じ、適当な低い周波数（例えば１〜２
Ｈｚ）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”ＳＨＵＴ．　ＳＴ．　（ＳＨＵＴＴＥＲ　ＳＴＡＴ
ＵＳ）エキシマレーザ光源ＩＯ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−＋Ｌ
ｏ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Ｓ．　　Ｌ．　ＧＡＴＥ（ＳＥＬＦ　ＬＯＣ’Ｋ　
ＧＡＴＥ）ステッパー本体からエキシマレーザ光源１０
ヘ出力される自己発振禁止を要求するゲート信号（本発
明のステータス信号）であり、ステッパー側の制御系４
０はレーザ光源１０の自己発振に応じて生ずるノイズの
影響を受け易い動作を実行している間、本信号をＯＮ（
本実施例ではＬＯレベル）にする。

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■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、■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、ｌ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（若しくはレーザ光源ＩＯの放電電圧の調整
）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。

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、このスリソトマークを透過
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、２４、ビームスプ
リッタ−Ｂ　Ｓ　２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ｌ
Ｏ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、３
２Ｙが例えば０．ＯＩＩ．ｔｍ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
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−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。

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。

さて、レチクルＲのパターンを転写すべきウエハＷ上の
ショット領域内又はその周辺には、既にウエハＷ上に形
成されたパターンと、これから転写すべきレチクルＲ上
のパターンとのアライメントを行うためのアライメント
マークが形成されている。このウエハＷ上のアライメン
トマークは、例えば４μｍ角の正方形を８μｍピッチで
複数個直線上に配置した回折格子マークである。この回
折格子マークは、オフ・アクシス方式のウエハアライメ
ント系３４で検出されるが、この検出動作ではエキシマ
レーザ光源１０を用いずに別の照明光源が使われる。

この種のマーク検出系としては、例えば特開昭５９−１
７７６６８号公報に開示されているように、ウエハアラ
イメント系３４の対物レンズを介してウエハＷ上にＨｅ
−Ｎｅレーザ等のビームをスリット状に集光して照射す
る。スリット状ビームのサイズは回折格子マークの全体
のサイズに合わせて、幅約４μｍ１長さ約５０μｍ程度
に設定される。

このスリット状ビームに対してウエハＷ上の回折格子マ
ーク（ステージ３２Ｘ，３２Ｙ）を移動させると、マー
クとスリット状ビームとが重なった瞬間に回折光が発生
する。そこで、この回折光を対物レンズを介して空間フ
ィルタリングし、±１次、±２次光程度を抽出して光電
検出する。光電検出された信号は、アナログーデジタル
変換器でデジタル値にされ、メモリに記憶されるが、こ
の時メモリの番地はＸＹステージ３２Ｘ，３２Ｙの干渉
計からのアップダウンパルスを適当に分周してカウント
するカウンターの計数値で指定される。

従って、メモリ内にはスリット状ビームのウエハＷ上で
の走査位置毎に変化する信号レベルが、ＸＹステージ３
２Ｘ，３２Ｙの座標位置に対応して読み込まれ、例えば
回折格子マークを含む数十μｍの範囲での信号波形が記
憶される。マーク位置検出は、その信号波形の中からマ
ーク回折光に対応したピーク点を求め、そこを座標値と
して決定することで達戊される。このような−マーク検
出は、ウエハＷ上の３〜１６ショット分のマークの夫々
について実行される。

尚、ウエハアライメント系３４は基準マーク板ＦＭ上に
形成された回折格子マークを検出してスリット状ビーム
の投射中心位置をＸＹステージの位置座標として捕らえ
、レチクルＲのパターン領域の投影像中心点との相対位
置関係を計測するためにも使われる。

以上のようなウエハアライメント系３４の動作中は、エ
キシマレーザ光源ｌＯのシャッターＳＨが閉じられ、低
い周波数で自己発振を行うため、アライメント信号の取
り込み中の自己発振ノイズがアライメント精度を低下さ
せるという不都合がある。

同様に、エキシマレーザを用いないアライメント系とし
て、第１図中のレチクルアライメント系３０Ｘ，３０Ｙ
があり、これもレチクルＲ上のアライメントマークの光
電信号を処理する回路を備えているため、自己発振ノイ
ズによる影響を受けることもある。

次に、第３図、第４図を参照して本実施例の動作を説明
する。第３図は、ステッパー本体側からエキシマレーザ
光源へのゲート信号（Ｓ，　Ｌ，　ＧＡＴＥ）を用いな
い場合の動作例を示すタイムチャート図である。第３図
（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）は夫々信号ＳＴＥＰ．
　ＳＴ．、信号ＳＨＵＴ．　ＳＴ．、信号ＥＸＴ．　Ｔ
ＲＧ．、信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥの状態、第３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３図（Ｅ）はエキシマレーザ光源１０の制御系１
２による自己発振パルスのトリガ状態、第３図（Ｇ）は
ステッパー本体がウエハアライメント系、レチクルアラ
イメント系等のノイズを嫌う動作を実行するタイミング
を示す。

さて第３図（Ａ）において、信号ＳＴＥＰ．　ＳＴ．が
ＬＯの時の期間Ａは、通常のウエハ露光の実行を示し、
Ｈｉの時の期間Ｂは、ステッパー本体がエキシマレーザ
光源ＩＯ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、ｌ
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３図
（Ｄ）に示した信号ＥＸＴ．　ＴＲＧ．のトリガパルス
列の各集合Ｓが１ショットの露光に対応し、集合ＳとＳ
の間はＸＹステージによるステッピング（通常１秒以下
）に対応している。

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、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にした（■）後、数Ｈｚ以下の低い周波数（周期
Ｔｓ）で自己発振（ダミー発振）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。即ちステッパー本体側でエキシマレーザ
光を使用しないシーケンス上の時間が、このダミー発振
の各パルス時間間隔以上になる時、レーザ光源ＩＯはシ
ャッターＳＨを閉じて自己発振モードに入る。

ここで、ステッパー本体側が第３図（Ｇ）のようにノイ
ズを嫌う動作、例えば前述のウエハアライメント動作（
１回のステージスキャン、データ取り込み時間が２０ｍ
ｓ−１００ｍｓ程度）を、レーザ光源１０の自己発振と
全く非同期でウエハＷ上の複数のマークの夫々について
行うと、■のタイミングのようにレーザ自己発振パルス
間で、たまたまその動作が終了してしまうこともあるが
、■のタイミングのようにレーザ自己発振パルスのタイ
ミングと重なってしまって、ノイズの悪影響を受けるこ
とになる。

第４図は、ステッパー本体からエキシマレーザ光源への
ゲート信号（Ｓ，　Ｌ．ＧＡＴＥ）を使用した場合の動
作例を示す図であり、第３図と異なる部分のみを示す。

第４図（Ａ）はエキシマレーザ光源の自己発振パルスの
状態、第４図（Ｂ）は信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥの状態
、第４図（Ｃ）はステッパー本体がノイズを嫌う動作を
実行するタイミングを示す。第４図（Ｂ）、（Ｃ）に示
すようにステッパー本体は、ノイズを嫌う動作の実行中
は信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥをＯＮ（ＬＯＷ）にする。

そして、エキシマレーザ光源側の制御系１２は信号Ｓ．
　Ｌ．　ＧＡＴＥがＯＮとならない間は、第３図の時と
同様に間隔ＴＮ毎に１パルス発振を行いつつ、各パルス
毎の発振直前に信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥをチェックし
、ＯＦＦ（ＨＩＧＨ）であればパルス発振を行い（■）
、ＯＮ（ＬＯＷ）であれば発振するのを止めて（■）、
信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＩＥをモニターし続けて、これ
がＯＦＦ　になり次第パルス発振を行う（■）。

次に、エキシマレーザの自己発振周波数の定め方につい
て説明する。以下の説明において、ＴＮ：エキシマレー
ザが信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥがＯＦＦの間に周期的に
自己発振する間隔（秒）ｆＮ：エキシマレーザの通常（Ｓ．　Ｌ，　ＧＡＴＥが
ＯＦＦの間）の自己発振周波数（ｆＮ＝１／ＴＮ）ＴＭ：エキシマレーザが絶対波長、スペクトル幅、パル
スエネルギー等の安定化を行うために必要な最長の自己
発振間隔（秒）ｆＭ：エキシマレーザが絶対波長、スペクトル幅、パル
スエネルギー等の安定化を行うために必要な最低の自己
発振周波数（　ｆ　ｙ＝　１　／　Ｔ　Ｍ）ＴＧＭ：ス
テッパー本体が信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥをＯＮにする
最長時間（ここではＴ。ＭくＴＭであるものとする）とする。時間ＴＧＭはステッパー本体のウエハアライメ
ント系の構成（ノイズを嫌う系の構成）、シーケンス等
により定まる値であり、また時間Ｔ９及び周波数ｆＭは
エキシマレーザ光源の構造により定まる値である。特に
時間ＴＭは、少なくともその時間内ではレーザ光の品質
（絶対波長、パルスエネルギー等）が規格値から外れる
ことがないと予想される値である。従って、ＴＮ　＝ＴＭ−Ｔ．Ｍ　−−−−−Ｎ）ｆＮ＝１／ＴＮ
　　・・・・・（２）によりｆＮが定まる。

そこで各数値の実例を示すと、次の様になる。

エキシマレーザ光源により定まる時間Ｔ，Ａがｌ．２　
ｓｅｃ，即ち周波数ｆＭが０．８３Ｈｚ，そしてステッ
パー本体により定まる時間Ｔ。Ｍを、前述のウエハアラ
イメントにおける１回のマーク信号取込動作にかかる最
長時間として０　．　２　ｓｅｃかかるものとする。（
１）式より、ＴＮ＝ＴＭ　　ＴａＭ＝１．２　　０．２＝１ｓｅｃと
求まり、通常自己発振周波数ｆＮを、ｆ　Ｎ　＝　１　
／　Ｔ　Ｎ　＝　Ｉ　Ｈ　ｚに設定すれば良い。

以上の説明では、エキシマレーザの通常自己発振周波数
をｆＮ、即ち時間ＴＮ毎に１パルスを定期的に発振する
場合を述べたが、１パルスの代わりに適当な高い周波数
（例えば、１００〜２００Ｈｚ）の複数のパルス列であ
っても構わない。その場合の動作例を第５図に示す。動
作は第４図の場合と全く同様である。

以上、本実施例ではウエハアライメント系３４のマーク
信号取込動作が発振ノイズの影響を受けるとしたが、そ
の他センサーとしてパルス状の信号を作り出す光学式エ
ンコーダ、マグネスケール等も同様の影響を受けること
があり、これらセンサーが作動する間は信号Ｓ．　Ｌ．
　ＧＡＴＥをＯＮにすると良い。その他、この種のステ
ッパーには多種、多様の高感度センサーが組み込まれて
おり、これらのセンサーやその処理回路に発振ノイズが
混入して誤検出や精度低下を招く時は、それについても
全く同様の手法で自己発振タイミングを本来のものから
補正すれば良い。

尚、ステッパー側の制御系４０か、ら出力される信号Ｓ
．　Ｌ．　ＧＡＴＥは、ステッパーの動作シーケンスを
管理するプロセッサーからソフトウエア的な判断で作り
出しても良いし、ステッパー内の各ユニットから独立に
作り出して、それらの論理和（ＯＲ）をハードウエアで
求めて１本の信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥとしても良い。

第６図は、各ユニットからの信号をハードウエアによっ
てｌ本にまとめる場合の構或の一例を示し、本発明のス
テータス検知回路に相当する。第６図において、ユニッ
トＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、前述のウエハアライメント系３４
の信号処理部、レチクルアライメント系の信号処理部等
のように発振ノイズの影響を受ける，ものである。各ユ
ニットはノイズの影響を受けては困る必要最小限の動作
期間中のみＬｏレベルとなる信号（ステータス信号）を
オア回路ＧＴに出力する。オア回路ＧＴは、これらのユ
ニットのうち、いずれか１つでもＬｏレベルの信号を出
力している時は、信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥをＯＮ（Ｌ
ｏレベル）にする。

尚、第６図でユニットＤからは２つのステータス信号が
出力されているが、同一ユニット内で個別に動作するセ
ンサーや処理回路が複数ある場合は、夫々に対応したス
テータス信号を作り出してオア回路ＧＴに送れば良い。

次に、信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥがＯＮとなる時間が、
例えば数秒程度に長くなる場合（ＴＧＭ＞ＴＭ）の対応
を、本発明の第２実施例として示す。

通常、ステッパー側とエキシマレーザ光源の間に設けら
れるインターフェイス信号のうち、エキシマレーザ光源
からステッパーへ退出信号として、レーザ光の絶対波長
、スペクトル幅、パルスエネルギー等が許容値に入って
いるか否かを示す信号線が設けられている。この信号線
は、絶対波長、スペクトル幅、パルスエネルギー等、各
々個別の状態を表す信号線を作り出し、代表してこれら
のＮＧ側論理の論理和を取ってｌ本の信号線にまとめた
もの、或いは各々の状態を表す信号線と代表信号線の両
方を持たせたもののいずれでも構わない。本実施例では
、代表信号線として信号ＢＲＡＭＲＤ．　（ＢＥＡＭ　
ＲＥＡＤＹ）のみを持つものとして説明する。

即ち信号ＢＥＡＭ　ＲＤ．は発振されるレーザ光の絶対
波長、スペクトル幅、パルスエネルギー等の品質の全て
が許容値内に入っている間はＬｏレベル（○Ｋ）、いず
れかが許容値を外れている間はＨｉレベル（ＮＧ）とな
る２値信号である。この代表信号線はエキシマレーザ光
源１０の制御系１２で作り出され、ステッパーの制御系
４０へ送られる。

次に、本実施例の動作例を第７図を参照して述べる。エ
キシマレーザ光源１０は信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥが全
＜ＯＮとならない間は、間隔ＴＮ毎に１パルス発振して
おり、各パルス毎の発振直前に信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴ
Ｅをチェックし、ＯＦＦ（ＨＩＧＨ）であればパルス発
振を行う（■）。１パルス発振の後、時間ＴＮが経過す
ると、次のパルス発振の可否を知るために、エキシマレ
ーザ光源の制御系ｌ２は再度信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥ
をチェックし、ＯＮ（ＬＯＷ）となっていれば発振を止
め（■）、信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥをモニターし続け
る。ところが、最後の発振パルスから時間ＴＭが経過し
ても信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥがＯＦＦ（ＨＩ　ＧＨ）
にならない場合は、エキシマレーザ光源側は信号ＢＥＡ
Ｍ　ＲＤ．をＮＧ（ＨＩＧＨ）として引続き信号Ｓ．　
Ｌ．　ＧＡＴＥをモニターする（■）。信号Ｓ．　Ｌ．
　ＧＡＴＥがＯＦＦ（ＨＩＧＨ）になったら、エキシマ
レーザ光源ｌＯは適当な高い周波数（例えば、１００〜
２００ＨＺ）で自己発振して絶対波長、スペクトル幅、
ハルスエネルギー等のビーム品質を高速に許容値内に戻
す（■）。または許容値から外れていない場合は、その
確認を行った（■）後、信号ＢＥＡＭＲＤ．をＯＫ（Ｌ
ＯＷ）にする（■）。ここで、時間Ｔ８を経過した後の
復帰においては適当な高い周波数（例えば、１００〜２
００Ｈｚ）のパルス発振を用いると述べたが、■パルス
で確実にビーム品質が正常に戻る場合や、ビーム品質の
正常復帰に時間がかかっても支障なき場合等は、通常の
自己発振間隔ＴＮで発振してビーム品質を正常に戻して
も良い。

本実施例のように信号ＢＥＡＭ　ＲＤ．を設けておくと
、信号Ｓ．　Ｌ．　ＧＡＴＥが予め見込んでいた最長時
間Ｔ。Ｍよりも長い間ＯＮになる場合であっても、高速
にビーム品質を元に戻せる。このため、発振ノイズによ
って影響を受けるユニットの動作時間が予め一義的に特
定できない場合、例えば第６図に示した方式等と組み合
わせた場合に極めて有効である。

エキシマレーザ光源の構戊によっても異なるが、波長安
定化等では時間ＴＭよりも長い間、第２図中の分光器１
１４にエキシマレーザ光の入射がないと、波長安定化の
サーボロックが外れることがある。この場合、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、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（ビーム品質異常時）は、サーボロ
ックがかかるまで多数パルスを必要とするため、第７図
（Ａ）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望ましい。こ
の結果、装置（ステッパー）待ち時間の短縮が達成され
、スループット低下が最小限に抑えられる。

以上、本発明の実施例ではウエハアライメント系３４、
レチクルアライメント系３０Ｘ，３０Ｙのみを示したが
、その他本発明はレチクルＲ上のマークとウエハＷ上の
マークとをレーザビームのスポット光（スリット光）で
一次元走査し、各マークからパルス状に発生する散乱光
、回折光を光電検出した時の信号をパルス化してデジタ
ル的に処理するＴＴＲ　（スルーザレチクル）アライメ
ント方式を備えたステッパーでも全く同様に利用できる
。またシャッターＳＨはレーザ光路中のどこにあっても
良く、ステッパー側に設けても良い。

さらに露光装置以外でも、高品質のパルスレーザ光を用
いる加工装置（マスク、ウエハのリペア装置等）や計測
装置（測距儀等）にも同様に応用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、露光装置等の加工処理装
置側と非同期に、パルスレーザ光源をトリガする場合で
も、パルスレーザのビーム品質を一定に保つための自己
発振を、処理装置の電気的なノイズの影響を受け易いユ
ニット（センサー処理回路等）の動作と重ならないよう
にしたため、処理装置側の性能を損なうことなく、高精
度な状態で維持できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１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或を示す斜視図、第３図は各種信
号の状態を示すタイムチャート図、第４図、第５図は第
１実施例の動作を説明するタイムチャート図、第６図は
第１実施例の変形例を示すブロック図、第７図は本発明
の第２実施例における動作を示すタイムチャート図であ
る。〔主要部分の符号の説明〕１０・・・レーザ光源、■２・・・レーザ制御系、３０
Ｘ，３０Ｙ・・・レチクルアライメント系、３２Ｘ，３
２Ｙ・・・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、Ｒ・・・レチクル
、Ｗ・・・ウエハ、ＳＨ・・・シャッター、Ｓ．　Ｌ．
　ＧＡＴＥ・・・セルフ・ロック・ゲート信号、１００
　レーザチャンパ−１０４・・・エタロン、１１４・・
・分光器。

Claims

【特許請求の範囲】　パルス発振型のレーザ光源と、パルス発振のためにト
リガ信号に応答して放電電圧を前記レーザ光源に印加す
る放電励起手段と、前記パルスレーザ光を入射して被加
工基板を露光、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、前記レーザ光による露光、若しくは加工処理の動作が予
め定められた時間以上中断する時、前記レーザ光が前記
被加工基板へ達するのを阻止する阻止手段と；該阻止手段が作動中に、前記放電励起手段へトリガ信号
を送出して前記レーザ光源をダミー発振させるトリガ発
生回路と；前記加工装置内の各種信号検出回路及び処理回路のうち
、前記放電電圧の励起によって電気的な悪影響を受ける
回路が動作中であることを表すステータス信号を出力す
るステータス検知回路と；前記阻止手段が作動中で、且
つ前記ステータス信号が発生している間は、前記トリガ
信号の前記放電励起手段への送出を禁止する制御回路と
；を備えたことを特徴とするレーザ処理装置。