JPH11135424A

JPH11135424A - 露光装置および露光方法

Info

Publication number: JPH11135424A
Application number: JP10225689A
Authority: JP
Inventors: Tsunesaburo Uemura; 恒三郎植村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 1999-05-21
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JP3099815B2

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置の性能を損なうことなく、レーザ光
源の保守を行う。【解決手段】ガス交換やガス注入等のレーザ光源（１
０、１２）の動作と、露光本体部（M1〜M6,PL,32X,32Y,
34,FMなど）の処理動作とを協調させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ等
のガス交換、ガスチャージ等の保守を必要とするレーザ
を露光光源とする露光装置及び露光方法に関するもので
ある。

【０００２】

【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ェ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
ターフェ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、内部シャッ
ターポジション、インターロック作動中等を表わす信号
が挙げられる。

【０００３】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、レーザのパルスエ
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（露光量）の制御精度が低下する。
（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。

【０００４】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（HI:Halogen Injection）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。

【０００５】このＨＩ動作の様子を図３に示す。図３
（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、図
３（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ｔを取ったものである。図３
（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、図３（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ｔ1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ＨＩ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ｔ2でも同様にＨＩ動作が行われる。

【０００６】このように放電印加電圧を徐々に低下させ
るのは、ＨＩ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急激に下げると、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。

【０００７】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。

【０００８】図４（Ａ）、（Ｂ）は、その状態を表わ
し、図３のグラフと対応したものである。図４（Ｂ）に
示すように、時刻ｔ1、ｔ2・・・ｔ6と徐々に注入周期
が短くなり、時刻ｔ6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:Partial 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図５に示す。図５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。

【０００９】図５（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図４
（Ａ）、（Ｂ）に対応したもので、時刻ｔ3、ｔ4、ｔ5
は図４中のものと同じでＨＩ動作のタイミングを表わ
す。そして時刻ｔ5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
たとすると図５（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。この注入によっ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、図３と同様にハロゲ
ンガス注入（ＨＩ動作）を繰り返す。

【００１０】このＰＧＲ動作時に印加電圧を徐々に下げ
る理由も、先のＨＩ動作の時と同じである。以上のＨＩ
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われていた。

【００１１】

【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
るべく様々な工夫を実施している。

【００１２】その１つの手法が、先の図３〜図５で説明
したＨＩ動作、ＰＧＲ動作であるが、露光装置側にとっ
てみると、図５（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超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、ＨＩ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。

【００１３】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つのショット領域の露光中
（通常数十パルス以上が必要）にＨＩ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、又は次のウエハ上のショット領域にい
たるまで、ほとんどのショットの露光に大きなダメージ
を与えることになる。

【００１４】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ＨＩ
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、一部ガス注入等の保守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。

【００１５】

【課題を解決する為の手段】そこで本発明では、ガス交
換やガス注入などのレーザ光源（１０，１２）の動作と
露光本体部（Ｍ1〜Ｍ6、ＰＬ、３２Ｘ、３２Ｙ、３４、
ＦＭなど）の処理動作とを協調させるようにした。たと
えば、露光本体部でレーザ光を使わないタイミングで、
ガス交換やガス注入などのレーザ光源の保守を行うこと
により露光装置としての性能を損なうことなく、レーザ
光源の保守を行うことができる。

【００１６】

【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（半透過性）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、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
ＨＩ動作、ＰＧＲ動作は制御系１２によって行なわれる
が、本実施例では制御系１２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。

【００１７】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からのパルス光は駆動
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
（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（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３０
Ｘ、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。

【００１８】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
光等が行なわれる。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とき、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、エキシマビームはかならず基準マーク板
ＦＭの下面に入射する。

【００１９】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。

【００２０】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３
０Ｘ、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、あるいは
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。

【００２１】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。

【００２２】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ＰＧＲ．ＲＥＱ．（ＰＧＲＲＥＱＵＥＳＴ）］
エキシマレーザ光源側から露光装置本体への信号であ
り、部分ガス交換（ＰＧＲ動作）又はハロゲンガス注入
（ＨＩ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、Ｌ0→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操作が終了したこと
を、信号レベルをＨｉ→Ｌ0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。［信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．（ＳＴＥＰＰＥＲＳＴＡＴＵ
Ｓ）］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、Ｌ0の時、エキ
シマレーザ光源１０は露光装置本体からの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．Ｒ
ＥＱ．をＬ0にしている間、即ち露光装置本体に対する
部分ガス交換又はハロゲンガス注入の実行要求がない間
に本信号がＬ0→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ＳＨ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Ｈ
ｉの時に本信号がＬ0→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。［信号ＳＨＵＴ．ＳＴ．（ＳＨＵＴＴＥＲＳＴＡＴＵ
Ｓ）］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Ｈｉ、閉でＬ0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→Ｌ0に変化
し、開く時は完全に開いてからＬ0→Ｈｉに変化させ
る。［信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．（ＥＸＴＥＲＮＡＬＴＲＩＧ
ＧＥＲ）］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、１パルスのレーザ光放出に対応する。

【００２３】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、その前にステッパーにおけるエキ
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。

【００２４】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
に必要な揺動ミラーＭ3 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Ｎｐとは、実験
等によって一義的に決まっている。

【００２５】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
ｐ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・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で微調していく方法でも良
い。

【００２６】このように、スペックル低減のために必要
なパルス数Ｋ・Ｎｐが予め決められていることから、１
ショットの露光中、パルスＫ・Ｎｐ（Ｋ＝１、２、３、
・・・のいずれか１つ）に達する前に、図５（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Ｅｐ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適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、図
５（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
て著しく不都合となる。

【００２７】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、３２
Ｙ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。

【００２８】ただし、エキ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 の近傍のビームスプリッタで分岐
されたパルス光を受光するようにしても良い。

【００２９】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。

【００３０】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、Ｐ
ＧＲ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、図２を参照して、本実
施例の動作を説明する。図２（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、
（Ｅ）はそれぞれ信号ＳＴＥＰ．ＳＴ、ＳＨＵＴ．Ｓ
Ｔ、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．の状
態、図２（Ｂ）はエキシマレーザ光源１０内のシャッタ
ーＳＨの位置状態を示す。図２（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、図２（Ａ）において、信号ＳＴＥ
Ｐ．ＳＴ．がＬ0のときの期間Aは、通常のウエハ露光の
実行を示し、Ｈｉのときの期間Bは、ステッパー本体が
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A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
時図２（Ｄ）に示した信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．のトリガー
パルス列の各集合Ｓが１ショット露光に対応している。

【００３１】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．(1)
のようにＬ0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ＳＨを閉じ始め（(2)）、
シャッターが完全に閉じた時点で信号ＳＨＵＴ．ＳＴ．
をＬ0にした（(3)）後、数Hz以下の低い周波数で自己発
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。ステッパー本
体は、この間に前述の発光トリガーを送出しない動作
（期間B）を行った後、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＨｉか
らＬ0に変える（(5)）。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（(6)）、シャッターが完全に開いた時点で信号
ＳＨＵＴ．ＳＴ．をＬ0→Ｈｉに変える（(7)）。これを
認識したステッパー本体は、次のウエハに対する露光動
作を開始すべく、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．としてトリガパ
ルス列の集合Ｓ1、Ｓ2・・・を出力する。尚パルス列Ｓ
1、Ｓ2の間はＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙのステッピン
グである。

【００３２】さて、このようなステッパー本体の動作シ
ーケンスとは非同期に、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換（ＰＧＲ動作）を行う場合
について示す。ステッ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Ｌ0ならば図２（Ｄ）のパルス
列Ｓ、Ｓ1、Ｓ2のように露光を行う。一方、トリガパル
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（(8)）を検知して、部分ガ
ス交換の実行要求として信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．をＬ0か
らＨｉに変える（(9)）。この信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．を
Ｌ0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間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期
Ｔａより前に設定すれば良い。

【００３３】さて、ここでは２番目のショット領域を露
光中（トリガパルス列Ｓ2の送出中）に信号ＰＧＲ．Ｒ
ＥＱ．が変化しているため、ステッパー本体は２番目の
ショットの露光終了後、次の３番目のショット領域へＸ
Ｙステージ３２Ｘ、３２Ｙをステッピングさせてから、
信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．をチェックして、信号ＰＧＲ．Ｒ
ＥＱ．がＨｉとなっていることを認識する（(10)）。こ
れにより、ステッパー本体のシーケンスは３番目のショ
ット領域への露光開始を中断し、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．
をＬ0からＨｉに変える（(11)）。エキシマレーザ光源
は信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．がＨｉの間に信号ＳＴＥＰ．Ｓ
Ｔ．がＬ0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認識し、シャッターＳ
Ｈを閉じて（(12)）、信号ＳＨＵＴ．ＳＴをＨｉからＬ
0へ変えた（(13)）後、適切な周波数（例えば(4)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（(14)）。

【００３４】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
（(15)）、自己発振を停止して信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．を
ＨｉからＬ0に変える（(16)）。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ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＨｉからＬ0に変え
る（(17)）。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（(18)）、信号ＳＨＵＴ．Ｓ
Ｔ．をＨｉにする（(19)）。ステッパー本体はこれを認
識した後、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．としてトリガパルス列
Ｓ3、Ｓ4・・・を送出して、３番目以降のショット領域
の露光を開始する（(20)）。

【００３５】以上、本シーケンスではＰＧＲ動作につい
て説明したが、ＨＩ動作についても全く同様に実行され
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
にステッパー本体側で信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．の状態をモ
ニターし、それがＬ0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ＨＩ動作を開始し、ステッパー側は待機状態、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
換、ウエハアライメント等）を優先的に実行するように
する。

【００３６】ところで図２（Ｄ）の(4)、(14)では、シ
ャッターＳＨが閉じている状態で、低い周波数のもとで
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１０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動作、ＨＩ動作に伴って放電印加電圧
を調整するため、あるいは次のショットＳ1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（光電素子）にパルス光
を受光させる必要があるからである。

【００３７】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Ｐ
ＧＲ．ＲＥＱ．をＨｉにすればその不都合を回避するこ
とが可能である。また、本実施例の信号ＰＧＲ．ＲＥ
Ｑ．による実行要求発生（Ｌ0→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に対して実行するか否かを
判断するようにしてもよい。

【００３８】尚、シャッターＳＨは露光装置本体側に設
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ＳＨを閉じて部分ガス交
換又はハロゲンガス注入を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（ＥＸ
Ｔ．ＴＲＧ．）により発光するようにしても構わない。

【００３９】ところで、図２に示したシーケンスでは、
ステッパー側がタイミング(10)で信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．
がＨｉかＬ0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、図２（Ｅ）、（Ｆ）のように信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．
がタイミング(9)でＨｉに立ち上がってから一定時間Ｔ
ｍが経過してからＰＧＲ（又はＨＩ）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、ＨＩ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。

【００４０】そこでステッパー本体側にタイマー等を設
け、あるショットの露光動作中、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Ｈｉ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Ｔ
ｍ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ＰＧＲ、ＨＩ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、Ｐ
ＧＲ、ＨＩ動作に入る。ＰＧＲ、ＨＩ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。

【００４１】また、ステッパ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、図２（Ａ）の信号ＳＴＥ
Ｐ．ＳＴ．をＨｉレベルにしてもよい。すなわちショッ
トステータス信号は、あるショットの露光中はＬ0にな
り、ショットとショットと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ＰＧ
Ｒ．ＲＥＱ．がショット露光中にＨｉ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ＳＴＥ
Ｐ．ＳＴ．がＨｉになり、ＰＧＲ、ＨＩ動作が開始され
る。

【００４２】さて、ＰＧＲ動作、ＨＩ動作のとき、パル
スエネルギーは図５（Ａ）、又は図２（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。一般に、ＰＧＲ動作の
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、１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急激に低下させ
ることが難しい。

【００４３】そこで、図２（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、ステッ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、図２（Ｆ）
中の時間Ｔｐ内のパルスエネルギー変動特性とほぼ一致
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。

【００４４】このようにすれば、信号ＰＧＲ．ＲＥＱ．
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
ＳＨ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。

【００４５】ところで、図２（Ｆ）、（Ｇ）では時間Ｔ
ｍを１ショットの最長露光時間を基準に見積もったが、
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、ＨＩ
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。

【００４６】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期を判定してもよい。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。

【００４７】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。

【００４８】

【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は非同期に部分ガス
交換、又はガス注入（補充）を実行できるとともに、露
光装置自体の性能が損なわれることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による露光装置とレーザ光源の
構成を示す構成図である。

【図２】図１に示した構成よる動作の一例を説明するチ
ャート図である。

【図３】ハロゲンガス注入実行時の動作を説明するチャ
ート図である。

【図４】レーザチャンバ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である。

【図５】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。

【符号の説明】

１０エキシマレーザ光源１２制御系１８、２２光電素子２８主コンデンサーレンズ３０Ｘ、３０Ｙレチクルアライメント系３２Ｘ、３２ＹＸＹ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Ｍ3 振動ミラーＰＬ投影レンズＦＭ基準マーク板

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月９日

【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】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスの保守動作を必要とするレーザ光源
と；該レーザ光源から射出されたレーザ光を用いてマス
クのパターンの像で感応基板を露光するための露光本体
部と；前記レーザ光源からの保守動作に関する情報と前
記露光本体部での動作状態とに基づいて、前記レーザ光
源にガスの保守動作を指令する制御系と；を備えたこと
を特徴とする露光装置。
【請求項２】保守を必要とするレーザ光源からのレーザ
光を用いて露光本体部で被処理体を露光する露光方法で
あって、前記レーザ光源からの保守に関する情報をチェックし；
該チェック結果と前記露光本体部での動作状態とに基づ
いて前記レーザ光源に保守を指令し；該レーザ光源の保
守終了後に、前記レーザ光源からのレーザ光を用いて前
記被処理体の露光を行うことを特徴とする露光方法。