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JP3082857B2 - レーザ発振装置及びレーザ発振装置を用いた露光装置、露光方法 - Google Patents

レーザ発振装置及びレーザ発振装置を用いた露光装置、露光方法

Info

Publication number
JP3082857B2
JP3082857B2 JP01146769A JP14676989A JP3082857B2 JP 3082857 B2 JP3082857 B2 JP 3082857B2 JP 01146769 A JP01146769 A JP 01146769A JP 14676989 A JP14676989 A JP 14676989A JP 3082857 B2 JP3082857 B2 JP 3082857B2
Authority
JP
Japan
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exposure
wavelength
pulse laser
light
pulse
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP01146769A
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Inventor
和生 真崎
恒三郎 植村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP01146769A priority Critical patent/JP3082857B2/ja
Publication of JPH0312975A publication Critical patent/JPH0312975A/ja
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Publication of JP3082857B2 publication Critical patent/JP3082857B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば微細加工装置や半導体製造装置等の
精密な露光装置に用いるレーザ発振装置、並びにこれを
用いた露光装置及び露光方法に関し、特にレーザ発振光
の波長安定化装置等を備えたレーザ発振装置に関するも
のである。
［従来の技術］ 精密な露光装置に用いる光学系は、特定の波長に対し
て最良に設計され、さらに種々の収差の補正がなされて
いるため、その照明系には、この特定波長の照明光を安
定して供給する照明光学系（光源）が要求される。特に
露光装置等には、その照明光のエネルギー等に着目し、
紫外域のレーザ光源を用いることが提案され、実用化の
努力がなされている。
この種の露光装置に使用されるレーザ光源として、波
長狭帯化用の素子を有するエキシマレーザが知られてい
る。レーザ共振器内に波長選択素子（狭帯化素子）を備
えたレーザ発振装置では、発振されたレーザ光の熱や、
装置の振動等の影響により波長選択素子の波長選択帯域
が変動し、この結果レーザ発振波長が変動する場合があ
る。
このため、レーザ発振装置の発振波長モニター手段と
しては、例えばエタロンのレーザ光透過特性を利用し、
レーザ発振出力光の一部を取り出して所定の発散角を持
たせてモニター用エタロンに入射させ、その透過光によ
って受光素子上により生ずる干渉縞からレーザ発振光の
波長を測定する波長モニター手段が用いられる場合があ
る。
従来この種の装置を利用したレーザ発振装置では、前
記の干渉縞を例えば１次元のフォトアレイ上に形成さ
せ、この縞の位置並びに位置の変化等を測定することに
よりレーザ発振光の波長並びにその変化等を測定してい
た。
すなわち、フォトアレイから得られた干渉縞の位置情
報等から、レーザ発振光の波長及びその変化量を検出
し、その検出結果に基いてレーザ共振器内の波長選択素
子である、例えばエタロン，グレーティング，プリズム
等に関し、その波長透過帯域を変化させる駆動手段に対
し所定の制御信号を送り、レーザ発振光の発振波長の安
定化を行なっている。
ここで、レーザ発振波長の測定等は、このレーザ発振
装置の起動時や、露光装置の稼動中に定期的に露光動作
が中断する合い間のキャリブレーションとして行なって
おり、露光装置での露光作業期間を通じて安定した波長
の照明光が得られるようにする必要がある。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の如き従来の技術においては、波長モニ
ター手段自身もレーザ光による熱変形等の影響から、例
えば干渉縞の位置や間隔等が変動してしまい、実際のレ
ーザ発振波長と対応しない異なるモニターの出力を生
じ、その測定値に誤差を生ずる場合がある。
このため、レーザ発振波長が変動していない場合にも
モニター手段の検出出力信号に変動が生じてしまい、実
際のレーザ発振波長と対応しない異なる値のモニター出
力により、レーザ発振波長の制御に誤動作を生じる問題
がある。
さらに、レーザ発振波長が変動した場合には、変動し
た波長に対応したモニター出力に、モニター手段自身の
変動に伴う出力が加わり、結果として誤差を含んだモニ
ター出力が生じてしまう問題があった。
また、このようなレーザ発振装置からの出力レーザ光
を用いて露光処理を行なう露光装置においては、露光作
業中にも出力レーザ光の波長モニターを行なう為の定期
的なキャリブレーションが必要であるので、その間は本
来の露光作業ができなくなる問題がある。
さらに、このモニターの際に一端露光作業を中止する
と、その間の時間的経過に伴う温度変化等により、正確
な発振波長の測定が行なえない問題も生じる。
本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、レーザ発振波長が設定目標値と常に一致し
て、安定した波長の出力レーザ光が得られるレーザ発振
装置を得るとともに、このレーザ発振装置がパルスレー
ザ光発振する場合等には、そのパルスレーザ光を露光装
置に使用した際に、キャリブレーション動作のための特
別な時間が全く必要のない露光装置及び方法を得ること
を目的とする。
また、露光装置を用いた作業時間を有効に活用し、ス
ループットの向上を図ることを目的とする。
また、レーザ発振装置自体のガス寿命を向上させるこ
とを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記目的に鑑み、本発明の露光装置は、パルスレーザ
光を射出するレーザ発振装置を備え、前記パルスレーザ
光を用いて基板を露光する露光装置において、前記パル
スレーザ光の一部を受光して該パルスレーザ光の波長変
化に応じた検出信号を出力する波長モニター系と、前記
基板へのパルスレーザ光の露光が所定時間以上中断して
いる間に、露光中のパルス数より少ないパルス数のパル
スレーザ光を出力させ、該パルスレーザ光を前記波長モ
ニター系に入射させる制御系とを有することを特徴とす
る。
上記露光装置において、前記基板上の複数の領域を前
記パルスレーザ光の照射位置に順次ステッピング移動さ
せる機構を有し、前記パルスレーザ光の露光が中断され
る時間を、該ステッピングに要する時間よりも長く設定
することとできる。
また、上記露光装置において、前記制御系は、露光中
の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期と露光が中
断している間の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周
期とを異ならせることとできる。
また、上記露光装置において、上記制御系は、前記波
長モニター系からの検出信号に基づいて、前記パルスレ
ーザ光の波長を補正することとできる。
また、上記露光装置において、所定の基準光を射出す
る基準光源を更に有し、前記波長モニター系は、前記レ
ーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の波長に応じ
た輪帯状の第１の干渉縞を作るとともに、前記基準光の
波長に応じた輪帯状の第２の干渉縞を作るモニター光学
素子と、前記第１と第２の干渉縞を光電検出する受光素
子とを含むものとできる。
また、上記露光装置おいて、前記制御系は、前記受光
素子からの信号に基づいて、前記第１と第２の干渉縞の
直径部分の相対的位置関係を検出し、該検出結果に基づ
いて、レーザ発振器内の光路中に設けられた波長選択素
子を制御することとできる。
また、本発明の露光方法は、光源からのパルスレーザ
光を用いて基板を露光する露光方法において、非露光中
に露光中のパルス数より少ないパルス数のパルスレーザ
光を前記光源から射出させること、前記非露光中に前記
パルスレーザ光の一部を受光して、該パルスレーザ光の
波長変化を検出することを特徴とする。
また、上記露光方法において、前記波長変化の検出結
果に基づいて、露光中に射出される前記パルスレーザ光
の波長を制御することとできる。
また、上記露光方法において、前記露光中の前記パル
スレーザ光の発振の繰り返し周期と、前記非露光中の前
記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期とを異ならせる
こととできる。
また、上記露光方法において、前記光源から出力され
るレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作る
とともに、前記レーザ光とは異なる基準光の波長に応じ
た輪帯状の第２の干渉縞の相対的位置関係に基づいて、
前記レーザ光の波長変化を検出することとできる。
また、上記露光方法において、前記第１と第２の干渉
縞の直径部分の相対的位置関係を検出して、前記レーザ
光の波長変化を検出することとできる。
また、本発明のレーザ発振装置は、基板を露光する露
光装置に使用され、該基板を露光するパルスレーザ光を
射出するレーザ発振装置において、前記基板露光装置の
状態に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレーザ
光の露光が所定時間以上中断している間に、露光中のパ
ルス数より少ないパルス数のパルスレーザ光を出力する
ことを特徴とする。
また、上記レーザ発振装置において、前記露光装置
は、前記基板上の複数の領域を前記パルスレーザ光の照
射位置に順次ステッピング移動させる機構を有し、前記
パルスレーザ光の露光が中断される時間を、該ステッピ
ングに要する時間よりも長く設定することとできる。
また、上記レーザ発振装置において、露光中の前記パ
ルスレーザ光の発振の繰り返し周期と露光が中断してい
る間の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期とを異
ならせることとできる。
また、上記レーザ発振装置において、前記少ないパル
ス数のパルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号を受
けて、該検出信号に基づいて、前記パルスレーザ光の波
長を補正することとできる。
本発明の別の露光装置は、パルスレーザ光を射出する
レーザ発振装置を備え、前記パルスレーザ光を用いて基
板を露光する露光装置において、前記露光装置の状態に
応じた信号を入力し、前記パルスレーザ光の発光間隔の
規則性を変更することにより、非露光動作中における前
記パルスレーザ光のパルス発光を抑える制御系を有する
ことを特徴とする。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光を
受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号
を出力する波長モニター系を有することとできる。
また、上記露光装置において、前記波長モニター系か
らの検出信号に基づいて、前記パルスレーザ光の波長を
補正することとできる。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光に
対して開閉するシャッタを有し、該シャッタを閉じて前
記パルス発光を行うこととできる。
また、上記露光装置において、前記基板をステッピン
グ移動させる基板ステージを有し、該ステッピング中に
前記シャッタを閉じることとできる。
また、上記露光装置において、所定の基準光を射出す
る基準光源を更に有し、前記波長モニター系は、前記レ
ーザ発振器から出力されるレーザ光の波長に応じた輪帯
状の第１の干渉縞を作るとともに、前記基準光の波長に
応じた輪帯状の第２の干渉縞を作るモニター光学素子
と、前記第１と第２の干渉縞を光電検出する受光素子と
を含むこととできる。
また、上記露光装置において、前記受光素子からの信
号に基づいて、前記第１と第２の干渉縞の直径部分の相
対位置関係を検出し、該検出結果に基づいて、前記レー
ザ発振器内の光路中に設けられた波長選択素子を制御す
ることとできる。
本発明の別の露光方法は、レーザ発振装置からのパル
スレーザ光を用いて基板を露光する露光方法において、
前記レーザ発振装置内の制御系に入力された、前記基板
を露光する露光装置の状態に応じて、前記パルスレーザ
光のパルス発光を抑えるように、非露光中の前記パルス
レーザ光の発光間隔の規則性を露光中とは異ならせるこ
とを特徴とする。
また、上記露光方法において、前記非露光中に前記パ
ルスレーザ光を受光して、該パルスレーザ光の波長変化
を検出することとできる。
また、上記露光方法において、前記波長変化の検出結
果に基づいて、露光中に射出される前記パルスレーザ光
の波長を制御することとできる。
また、上記露光方法において、前記光源から出力され
るレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作る
とともに、前記レーザ光とは異なる基準光の波長に応じ
た輪帯状の第２の干渉縞の相対位置関係に基づいて、前
記レーザ光の波長変化を検出することとできる。
本発明の別のレーザ発振装置は、基板を露光する露光
装置に使用され、該基板を露光するパルスレーザ光を射
出するレーザ発振装置において、前記露光装置の状態に
応じた信号を入力し、前記パルスレーザ光の発光間隔の
規則性を変更することにより、非露光動作中における前
記パルスレーザ光のパルス発光を抑える制御系を有する
ことを特徴とする。
また、上記レーザ発振装置において、前記パルスレー
ザ光を受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検
出信号を出力する波長モニター系を有することとでき
る。
本発明のさらに別の露光装置は、パルスレーザ光を射
出するレーザ発振装置を備え、前記パルスレーザ光を用
いて基板を露光する露光装置において、前記露光装置の
状態に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレーザ
光の露光が中断されるときは、前記パルスレーザ光の発
振を第１の繰り返し周期よりも長い第２の繰り返し周期
に変更する制御系を有することを特徴とする。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光を
受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号
を出力する波長モニター系を有することとできる。
本発明のさらに別の露光方法は、レーザ発振装置から
のパルスレーザ光を用いて基板を露光する露光方法にお
いて、非露光中の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し
周期を露光中の繰り返し周期よりも長くしたことを特徴
とする。
また、上記露光方法において、前記非露光中に前記パ
ルスレーザ光を受光して、該パルスレーザ光の波長変化
を検出することとできる。
また、上記露光方法において、前記レーザ発振装置内
の制御系に入力された、前記基板を露光する露光装置の
状態に応じて、前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周
期を変更することとできる。
本発明のさらに別のレーザ発振装置は、基板を露光す
る露光装置に使用され、該基板を露光するパルスレーザ
光を射出するレーザ発振装置において、前記露光装置の
状態に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレーザ
光の露光が中断されるときは、前記パルスレーザ光の発
振を第１の繰り返し周期よりも長い第２の繰り返し周期
に変更する制御系を有することを特徴とする。
また、上記発振装置において、前記パルスレーザ光を
受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号
を出力する波長モニター系を有することとできる。
［作用］ 本願に係る露光装置では、前記パルスレーザ光の一部
を受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信
号を出力する波長モニター系を備えるので、パルスレー
ザ光の波長を正確に制御して、精密で安定した露光処理
を行うことができる。また、露光装置では、前記基板へ
のパルスレーザ光の露光が所定時間以上中断している間
に、露光中のパルス数より少ないパルス数のパルスレー
ザ光を出力させ、該パルスレーザ光を前記波長モニター
系に入射させる制御系を有するので、複数の基板を順次
処理する過程で、所定時間以上基板への露光が装置のシ
ーケンス上で中断する時間（例えば、ウエハ又はレクチ
ルである基板を交換したり、基板のアライメント動作、
あるいは基板への照射位置を切り替える際等）における
パルス発光が抑えられる。つまり、レーザ発振装置の不
要な発光を抑えてレーザ媒体の寿命（例えばガス寿命）
の低下やレーザ発振効率の低下を防止することができ
る。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光の
露光が中断される時間を、前記ステッピングに要する時
間よりも長く設定する場合、例えばステッピングに要す
る時間が前述の中断時間よりも十分短い（例えば１秒以
下）のときには、波長モニター系を利用したレーザ発振
波長の補正制御を、ステッピング動作中はその直前の状
態に維持（ロック）しておくこともできる。
また、上記露光装置において、前記制御系が、露光中
の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期と露光が中
断している間の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周
期とを異ならせる場合、パルス数の制御が容易になる。
例えば波長モニター系等の制御を行う際にパルスレーザ
光の発振を露光中の第１の繰り返し周期（例えば100〜5
00Hz程度の周波数）よりも長い第２の繰り返し周期（例
えば0.1〜10Hz程度）に切り替える。この第２の繰り返
し周期は、少なくとも前記の露光が中断する所定時間の
間に一回の発光がある周期であればよく、制御系は、レ
ーザ発振の少なくとも１パルスが波長モニター系に入射
すれば、レーザ発振波長を補正することができる。
また、上記露光装置において、上記制御系が、前記波
長モニター系から検出信号に基づいて前記パルスレーザ
光の波長を補正する場合、レーザ発振波長のずれ検出、
及び発振波長の補正制御が効率的なものとなり、複数の
基板を順次精密に露光処理することができる。
また、上記露光装置において、所定の基準光を射出す
る基準光源を更に有し、前記波長モニター系が、前記レ
ーザ発振器から出力される前記パルスレーザ光の波長に
応じた輪帯状の第１の干渉縞を作るとともに前記基準光
の波長に応じた輪帯状の第２の干渉縞を作るモニター光
学素子と、前記第１と第２の干渉縞を光電検出する受光
素子とを含むものとする場合、レーザ発振波長の絶対値
からのずれ検出、及び発振波長の補正制御を行うことが
できる。
すなわち、パルスレーザ光等によりモニター光学素子
の状態に変化が表れた場合には、第２の干渉縞の位置及
びその移動量等からモニター光学素子の状態若しくはそ
の変化量を検出する。そして、第１の干渉縞の位置及び
その移動量等からパルスレーザ光のレーザ発振波長の変
動量を算出する際に、モニター光学素子自身の変動量の
影響を補正した真のレーザ発振波長の変化に対応した信
号に基づいて、レーザ共振器内の波長選択素子の選択波
長を変化させることができる。
また、上記露光装置において、前記制御系が、前記受
光素子からの信号に基づいて、前記第１と第２の干渉縞
の直径部分の相対的位置関係を検出し、該検出結果に基
づいて、レーザ発振器内の光路中に設けられた波長選択
素子を制御する場合、モニター用光学素子の変動によっ
て入射光の中心線が機械的に位置変化（偏心）するとき
には、干渉縞全体が受光素子上で位置変化するが、干渉
縞の直径は何ら変わることがなく、この受光素子からは
常に正確な波長制御が行われる。
また、本発明の露光方法では、非露光中に露光中のパ
ルス数より少ないパルス数のパルスレーザ光を前記光源
から射出させ、前記非露光中に前記パルスレーザ光の一
部を受光して、該パルスレーザ光の波長変化を検出する
ので、寿命が長く発振波長が安定したレーザ発振装置か
らのパルスレーザ光を利用することができるとともに、
複数の基板を順次処理する過程で、所定時間以上基板へ
の露光が装置のシーケンス上で中断する間の時間を利用
して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等を適当なタ
イミングで前述とほぼ同様に行うことができる。
また、上記露光方法において、前記波長変化の検出結
果に基づいて、露光中に射出される前記パルスレーザ光
の波長を制御する場合、レーザ発振波長のずれ検出、及
び発振波長の補正制御が前述と同様に効率的なものとな
り、複数の基板を順次精密に露光処理することができ
る。
また、上記露光方法において、前記露光中の前記パル
スレーザ光の発振の繰り返し周期と、前記非露光中の前
記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期とを異ならせる
場合、パルス数の制御が前述と同様に容易になる。
また、上記露光方法において、前記光源から出力され
るレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作る
とともに、前記レーザ光とは異なる基準光の波長に応じ
た輪帯状の第２の干渉縞の相対的位置関係に基づいて、
前記レーザ光の波長変化を検出する場合、前述のように
レーザ発振波長の絶対値からのずれ検出、及び発振波長
の補正制御を行うことができる。
また、上記露光方法において、前記第１と第２の干渉
縞の直径部分の相対的位置関係を検出して前記レーザ光
の波長変化を検出する場合、前述のように常に正確な波
長制御を行うことができる。
また、本発明のレーザ発振装置は、前記露光装置の状
態に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレーザ光
の露光が所定時間以上中断している間に、露光中のパル
ス数より少ないパルス数のパルスレーザ光を出力するの
で、寿命が長く発振波長が安定したものとなり、露光装
置に使用した際には、基板への露光が装置のシーケンス
上で所定時間以上中断する時間を利用して、パルスレー
ザ光の波長測定及び制御等を適当なタイミングで行うこ
とができる。
また、上記レーザ発振装置において、前記露光装置
が、前記パルスレーザ光の露光が中断される時間を、該
ステッピングに要する時間よりも長く設定する場合、例
えばステッピングに要する時間が前述の中断時間よりも
十分短いときには、レーザ発振波長の補正制御を、ステ
ッピング動作中はその直前の状態に維持しておくことも
できる。
また、上記レーザ発振装置において、露光中の前記パ
ルスレーザ光の発振の繰り返し周期と露光が中断してい
る間の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期とを異
なる場合、パルス数の制御が容易になる。
また、上記レーザ発振装置において、前記少ないパル
ス数のパルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号を受
けて該検出信号に基づいて前記パルスレーザ光の波長を
補正する場合、発振波長の補正制御が効率的なものとな
り複数の基板を順次精密に露光処理することができる。
また、本発明の別の露光装置は、前記露光装置の状態
に応じた信号を入力し、前記パルスレーザ光の発光間隔
の規則性を変更することにより、非露光動作中における
前記パルスレーザ光のパルス発光を抑える制御系を有す
るので、組み込んだレーザ発振装置の寿命を長くし発振
波長を安定させることができるとともに、複数の基板を
順次処理する過程で、所定時間以上基板への露光が装置
のシーケンス上で中断する間の時間を利用して、パルス
レーザ光の波長測定及び制御等の所望の動作を適当なタ
イミングで行うことができる。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光を
受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号
を出力する波長モニター系を有する場合、露光の中断時
間を効率的に利用することができ、レーザ発振波長のず
れ検出が効率的なものとなる。
また、上記露光装置において、前記波長モニター系か
らの検出信号に基づいて、前記パルスレーザ光の波長を
補正する場合、発振波長の補正制御が効率的なものとな
り、複数の基板を順次精密に露光処理することができ
る。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光に
対して開閉するシャッタを有し、該シャッタを閉じて前
記パルス発光を行う場合、非露光動作中にパルスレーザ
光が基板に入射して悪影響を及ぼすことを防止できる。
また、上記露光装置において、前記基板をステッピン
グ移動させる基板ステージを有し、該ステッピング中に
前記シャッタを閉じる場合、基板のステッピング移動中
に前記パルスレーザ光が基板に入射して悪影響を及ぼす
ことを防止できる。
また、上記露光装置において、所定の基準光を射出す
る基準光源を更に有し、前記波長モニター系は、前記レ
ーザ発振器から出力されるレーザ光の波長に応じた輪帯
状の第１の干渉縞を作るとともに、前記基準光の波長に
応じた輪帯状の第２の干渉縞を作るモニター光学素子
と、前記第１と第２の干渉縞を光電検出する受光素子と
を含む場合、レーザ発振波長の絶対値からのずれ検出、
及び発振波長の補正制御を行うことができる。
また、上記露光装置において、前記受光素子からの信
号に基づいて、前記第１と第２の干渉縞の直径部分の相
対位置関係を検出し、該検出結果に基づいて、前記レー
ザ発振器内の光路中に設けられた波長選択素子を制御す
る場合、常に正確な波長制御を行うことができる。
本発明の別の露光方法は、前記レーザ発振装置内の制
御系に入力された、前記基板を露光する露光装置の状態
に応じて、前記パルスレーザ光のパルス発光を抑えるよ
うに、非露光中の前記パルスレーザ光の発光間隔の規則
性を露光中とは異ならせるので、使用するレーザ発振装
置の寿命を長くし発振波長を安定させることができると
ともに、露光シーケンス上での露光中断時間を利用し
て、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所望の動作
を適当なタイミングで行うことができる。
また、上記露光方法において、前記非露光中に前記パ
ルスレーザ光を受光して、該パルスレーザ光の波長変化
を検出する場合、露光の中断時間を効率的に利用するこ
とができ、レーザ発振波長のずれ検出が効率的なものと
なる。
また、上記露光方法において、前記波長変化の検出結
果に基づいて、露光中に射出される前記パルスレーザ光
の波長を制御する場合、発振波長の補正制御が効率的な
ものとなり、複数の基板を順次精密に露光処理すること
ができる。
また、上記露光方法において、前記光源から出力され
るレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作る
とともに、前記レーザ光とは異なる基準光の波長に応じ
た輪帯状の第２の干渉縞の相対位置関係に基づいて、前
記レーザ光の波長変化を検出する場合、レーザ発振波長
の絶対値からのずれ検出、及び発振波長の補正制御を行
うことができる。
本発明の別のレーザ発振装置は、前記露光装置の状態
に応じた信号を入力し、前記パルスレーザ光の発光間隔
の規則性を変更することにより、非露光動作中における
前記パルスレーザ光のパルス発光を抑える制御系を有す
る場合、その寿命を向上させ発振波長を安定させること
ができるとともに、露光装置に組み込んだ際には、その
シーケンス上での露光中断時間を利用して、パルスレー
ザ光の波長測定及び制御等の所望の動作を適当なタイミ
ングで行うことができる。
また、上記レーザ発振装置において、前記パルスレー
ザ光を受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検
出信号を出力する波長モニター系を有する場合、露光の
中断時間を効率的に利用することができ、レーザ発振波
長のずれ検出が効率的なものとなる。
本発明のさらに別の露光装置は、前記露光装置の状態
に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレーザ光の
露光が中断されるときは、前記パルスレーザ光の発振を
第１の繰り返し周期よりも長い第２の繰り返し周期に変
更する制御系を有するので、組み込んだレーザ発振装置
の寿命を長くし発振波長を安定させることができるとと
もに、露光装置のシーケンス上での露光中断時間を利用
して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所望の動
作を適当なタイミングで行うことができる。
また、上記露光装置において、前記パルスレーザ光を
受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検出信号
を出力する波長モニター系を有する場合、露光の中断時
間を効率的に利用することができ、レーザ発振波長のず
れ検出が効率的なものとなる。
本発明のさらに別の露光方法は、非露光中の前記パル
スレーザ光の発振の繰り返し周期を露光中の繰り返し周
期よりも長くしたので、使用するレーザ発振装置の寿命
を長くし発振波長を安定させることができるとともに、
露光シーケンス上での露光中断時間を利用して、パルス
レーザ光の波長測定及び制御等の所望の動作を適当なタ
イミングで行うことができる。
また、上記露光方法において、前記非露光中に前記パ
ルスレーザ光を受光して、該パルスレーザ光の波長変化
を検出する場合、露光の中断時間を効率的に利用するこ
とができ、レーザ発振波長のずれ検出が効率的なものと
なる。
また、上記露光方法において、前記レーザ発振装置内
の制御系に入力された、前記基板を露光する露光装置の
状態に応じて、前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周
期を変更する場合、使用するレーザ発振装置の寿命をさ
らに長くし発振波長を安定させることができるととも
に、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所望の動作
を効率的に実施できる。
本発明のさらに別のレーザ発振装置は、前記露光装置
の状態に応じた信号を入力し、前記基板へのパルスレー
ザ光の露光が中断されるときは、前記パルスレーザ光の
発振を第１の繰り返し周期よりも長い第２の繰り返し周
期に変更する制御系を有するので、その寿命を向上させ
発振波長を安定させることができるとともに、露光装置
に組み込んだ際には、そのシーケンス上での露光中断時
間を利用して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の
所望の動作を適当なタイミングで行うことができる。
また、上記レーザ発振装置において、前記パルスレー
ザ光を受光して該パルスレーザ光の波長変化に応じた検
出信号を出力する波長モニター系を有する場合、露光の
中断時間を効率的に利用することができ、レーザ発振波
長のずれ検出が効率的なものとなる。
［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図に本発明に係るレーザ発振装置の一実施例を示
す。図において、1,1′は、ほぼ100％の反射率を有する
リアミラー８とわずかな透過率を有するフロントミラー
９で構成されるレーザ共振器内の光路上に設置されたエ
タロンであり、Kr−F,Xe−Cl等の希ガス・ハライドを充
填したレーザチャンバ14で発振されたエキシマレーザ光
のスペクトル分布のうち所定波長のレーザ光のみを透過
させることにより、発振波長の狭帯域化を行なう。エタ
ロン1,1′は、エタロン駆動手段６により、例えばエタ
ロンギャップや光軸に対する傾き角等を変化させ、その
選択波長をシフトさせることができる。レーザチャンバ
14は、放電電極に高圧パルスを印加することでパルス発
光を行ない、そのパルス間隔，及び発光時期等はパルス
制御部18により制御されている。
フロントミラー９から射出されたレーザ光は、ビーム
スプリッタ10を透過し，シャッター25の開閉に伴い、ミ
ラー22,フライアイレンズ、スペックル低減用素子等を
含む照度均一化光学系33を介して所定の回路パターンを
有するマスク30を照射する。
マスク30とウエハ31とは、狭帯化されたエキシマレー
ザ光の特定波長のもとで投影光学系21に関して共役な面
上に配設されており、狭帯化された特定波長の照射レー
ザ光によりマスク30の回路パターンをウエハ31の所定の
投影領域に照射する。ウエハ31はウエハステージ20に固
定されており、ウエハステージ20はウエハ31上の所定の
複数の投影領域をマスク30の投影像位置に対して順次ス
テッピングさせては露光を行なう。また、シャッタ25
は、ウエハステージ20のステッピング又はウェハ交換、
レクチル変換等の動作に連動して開閉する。
ところで、フロントミラー９から射出されたレーザ光
の一部は、ビームスプリッタ10で反射され、アッテネー
タ５で所定量だけ減衰され、さらにビームスプリッタ11
により反射された後、凹レンズ3,モニター用エタロン2,
凸レンズ4,受光素子７等からなるモニター光学系に光軸
に沿って入射する。
また、17は絶対波長の安定した基準光を射出する基準
光源であり、アッテネータ５′，ビームスプリッタ11を
介してエキシマレーザ光とほぼ同軸に、基準光源17から
の基準光ビームをモニター光学系に入射させる。
この実施例では、スペクトル幅の狭いHgランプの輝線
を用いるものとするが、例えばHe−NeレーザやHe−Cdレ
ーザなどの波長安定型単一モードレーザ光源等からなる
基準光源でもよい。
このモニター光学系は、その光軸上に入射した光を凹
レンズ３により適当に発散させてモニター用エタロン２
に入射させる。この入射光のうち所定の角度（発散角
度）で入射した光のみが、モニター用エタロン２内にお
ける干渉現象によって透過する。
この透過光は、凸レンズ４により収れんされて受光素
子７上に、この透過光（入射光）の波長に応じた直径
で、明線からなる輪帯状の干渉縞（フリンジ）12を形成
する。
ここで受光素子７は、フリンジの直径方向に伸びた１
次元イメージセンサ，又は１次元フォトアレイであっ
て、二以上の光を同時に検知できる構成になっており、
レーザ発振光と基準光との各々の波長に応じた直径のフ
リンジ12,12′を受光して、その位置及び間隔（直径）
等を検出する。
13は、波長モニター手段の処理装置であり、受光素子
７からの検出信号に基づいて、レーザ発振光の波長変化
を演算し、所定の設定値（前記の特定波長）から変動し
ている場合には、その変動量が減少するように駆動手段
６を介してエタロン1,1′の傾斜角等を制御する。
この演算手段を、さらに第３図を用いて説明する。
受光素子７からの検知出力信号（ｎビットの画素のシ
リアル画像信号）41は、A/D変換されてメモリ43に格納
される。
メモリ43に格納されたデータは、処理装置13から直接
にアクセス可能であり、このデータを用いて演算を行な
う。
受光素子７からは、各画素の出力に同期してTRG信号4
7が出力されており、A/D変換器の変換開始信号48,及び
メモリ43のアドレス作成（カウンタ44内で作成）に用い
ている。
また、処理装置13からセットされるプログラマブルな
タイマー45が設けられており、このタイマー45によりク
ロック及びレーザトリガーの信号を作りだしている。
クロック信号は、受光素子７の自己スキャン速度を設
定している信号であり、任意の速度が設定可能である。
本装置では、一回のスキャンに要する時間が20.48（ｍs
ec）になるように設定している。
また、レーザトリガー信号は、レーザ発振装置の外部
トリガー信号として用いられ、パルス制御部18に送られ
る。本装置では、露光装置の露光処理に必要な200（H
z）に設定している。
つまり、発光間隔は５（ｍsec）であり、この周期で
は、受光素子７上の一回のスキャンの間に少なくとも四
回の発光があることになる。
本装置で用いる受光素子７は、レーザの発振周波数に
制限を与えないため電荷蓄積型を用いており、複数回の
レーザ発光による出力の和を一回のスキャンで読み出す
構成にしているが、正確なフリンジ（干渉縞）信号を得
るためには全ての画素の出力が同一発光回数によるもの
でなければならない。そのため、受光素子７に対するス
キャンの開始信号であるスタート信号は、レーザトリガ
ー信号を分周回路46により所定発光回数毎に分周するこ
とにより作りだしている。
第４図に、分周回数六回の場合のレーザトリガー信号
とスキャン（クロック信号）のタイムチャートを示す。
次に、第２図を参照して、本実施例で用いたモニタ光
学系により光の波長変化をフリンジ位置により計測する
原理を説明する。
この図において、光軸中心から一次のフリンジまでの
距離（半径）ｈは次式で与えられる。
ｈ＝ｇ（λ,d）＝ｆ・cos-1（ｍλ/2d） …（１）式 f:光学系の焦点距離 λ：入射光の波長 d:エタロン２のギャップ m:自然数 従って、h,dが測定できると、間接的にλが測定でき
る。
ここで、もしｄが一定の値d0であれば、（１）式はλ
のみの関数 ｈ＝gd0（λ） …（２）式 となり、ｈのみを測定することによりλを測定できる。
しかし、長時間に渡りパルスレーザ光がモニター光学
系へ入射することにより、モニターエタロン2,凹レンズ
3,凸レンズ４及び取付け金具等はパルスレーザ光のエネ
ルギーの一部を例えば熱として吸収し、また、温度，湿
度及び大気圧等の変化により光学特性を変化させる。例
えば、エタロンギャップｄが変化すると、ｈは（１）式
に示されるように２変数関数となる。
ここで、本発明の構成に示すように基準光（波長
λst）とパルスレーザ光（波長λex）を同時に入射させ
たとする。
エタロンギャップｄは、前述した理由により変化する
が、基準光に注目すると波長λstが既知であるため、こ
の基準光に対応するフリンジhstを測定することによ
り、変化したｄの演算が可能である。
つまり、ｄは（１）式においてフリンジhstの測定毎
に定まる定数であると考えられ、パルスレーザ光に対応
するフリンジhexを測定する際に、ここで定まるｄを用
いることにより、モニターエタロン２等の特性変動に影
響されずに、レーザ発振波長λstを常に正確に測定でき
る。
さらに、本実施例では、フリンジ12,12′の形状及び
フリンジに対する受光素子７の相対的位置関係を第５図
（Ａ）の様に設定した。
ここでは、予想されるパルスレーザ光の波長変動とモ
ニター手段の光学素子等との光学特性変化の範囲内で、
モニター光学系の光軸からみて少なくとも両光の一次フ
リンジ（最も内側のもの）までの配列が変化しないよう
にモニター光学系の焦点f,エタロンギャップｄ及び基準
光の波長λを選択している。
この条件を満たす一例として、本実施例での基準光源
は、パルスレーザ光より波長の長い基準光を得るため、
Hgランプを用いている。
このため、基準光に対応する一次のフリンジ12′がパ
ルスレーザ光のフリンジ12の内側に形成されている。
ところで、モニター系での波長測定の観点から考察す
ると、基準光のフリンジ12′がフリンジ12の外側でも基
本的には問題はない。
しかし、同じ波長変化（若しくはエタロンギャップ変
化）に対し、光軸から見て外側より内側のフリンジのシ
フト量（直径の変化量）が大きいこと、さらに、受光素
子７からの検出信号でスキャンのスタート画素付近（PC
D上での両端付近のいずれか）にはノイズが発生し易
く、この付近でのフリンジ位置検出が正確に測定できな
い可能性があることから、本実施例では基準光に対応す
るフリンジ12′をフリンジ12より内側にほぼ同心状に形
成している。
以上の様に設定された本実施例のモニター光学系で
は、常に最も内側が基準光による一次フリンジ12′とな
り、その外側がパルスレーザ光による一次フリンジ12と
なって一対一の対応を示している。
つまり、受光素子７からの検知出力信号の処理におい
て、エタロンギャップｄの検出処理の際は、最も内側の
フリンジ12′の直径で決まる二つのフリンジ位置のみを
対象にすればよく、レーザ光の波長を測定する際には、
その外側のフリンジ12の直径で決まる二つのフリンジ位
置のみを対象にする。
この様なフリンジ12,12′に対し、受光素子７を、モ
ニター光学系の光軸（入射光の光軸とほぼ同軸）中心を
通り、この光軸に対し垂直に、かつ、両入射光の一次フ
リンジ12,12′の直径部分が検出可能な位置に配設して
いる。
ここで、フリンジの直径部分の検出を行なうこととし
たのは、例えば受光素子７の位置ズレや、種々の光学素
子のドリフト等の影響により、フリンジ全体がシフトす
る恐れがあるためである。
この場合に、例えばフリンジの半径や縞部のみを検出
する構成とすると、このようなドリフトにより測定誤差
が生じるが、フリンジの直径を測定していれば、フリン
ジ全体がシフトするのみで、その直径は変化しないから
である。
これらの影響（シフト等）が、モニター系を構成する
全部，もしくは部分的に無視できる場合には、第５図
（Ｂ）（Ｃ）のような受光素子７の配置構成が可能であ
り、この場合には、より短い（画素数の少ない）受光素
子を用いてモニター系を構成できる。
ここで、第５図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の受光素子の
各構成と誤差条件との関係を第１表に示す。この第１表
で、Ｙは各ずれが生じても問題がないことを表わし、Ｎ
はそのずれが許容されないことを表わす。
第５図（Ｂ）は２つのフリンジ12,12′の半径のみを
モニターするように受光素子７を配置したものであり、
第５図（Ｃ）は基準光のフリンジ12′は直径をモニター
できるようにし、エキシマレーザ光のフリンジ12は半径
分をモニターするように受光素子７を配置したものであ
る。
以上のように構成されたモニター光学系から、両入射
光の一次フリンジの直径を検出し、以下に記述するステ
ップによりパルスレーザ光の絶対波長からの変化量及び
補正制御量が演算により求められる。
初期設定 モニター光学系に入射する基準光の波長をλST,一次
フリンジの直径を1ST,その自然数ｍをmSTとすると
（１）式より、 となり、エタロンギャップｄは で表わされる。
ここで、予想される直径1STの変化範囲内で、直径1ST
を微少ステップデ細分化して引数としたギャップ量ｄ
（1ST）を予めメモリ内に保存しておく。
ステップ１ 検出されたフリンジ信号を演算処理し、最も内側のフ
リンジ12′を基準光の一次フリンジとみなしその直径を
1ST、その外側のフリンジ12をパルスレーザ光の一次フ
リンジとみなしてその直径を1exとする。
ステップ２ ステップ１で得られた直径1STを引数としてテーブル
ｄから、それに対応したギャップ量（1ST）を求める。
ステップ３ レーザ発振光の目標波長をλp,目標波長における一次
フリンジの直径を1p,一次フリンジに対応した自然数ｍ
をmexとすると、（１）式より1pは次式で求められる。
従って、ステップ２で得られたｄ（1ST）を用いるこ
とにより、1pが求まる。
ステップ４ パルスレーザ光の波長をλexとすると、（１）式よ
り、 となり、現時点でのレーザ発振波長が測定できる。
ここで（１）式より1p＞1exの場合には、レーザ発振
波長が長波長方向へシフトしていることが明らかである
ので（第６図参照）、この方向性をレーザ発振装置のエ
タロン駆動装置６へフィードバック（短波長側へ変動さ
せる）することにより、レーザ発振波長の補正を行なう
ことが可能である。
以上のステップにより、高精度のレーザ発振波長測定
とその波長安定化の制御が可能となり、ほぼ単一の絶対
波長に安定化された出力パルスレーザ光が得られる。
また、試算式中のλｐ（目標波長）を変化させること
により、任意の波長のパルスレーザ光を得ることも可能
である。
上記の実施例では、基準光とレーザ光とを同時に検出
できることを特徴としているが、基準光の光路上に設け
られたシャッター15を開閉することにより、時間分割で
基準光とレーザ光とを別々に検出することも可能であ
り、おもに低周波パルス発光の場合に有効である。
ここで、受光素子７におけるＮ画素目に注目してレー
ザ発振装置のパルス発光，受光素子７の蓄積電荷量，受
光覆素子７のスキャン時期，及びシャッター15の開閉の
タイム・チャートを第７図（Ｂ）に示す。また、時間分
割を行なわない場合のタイム・チャートを第７図（Ａ）
に示す。
第７図（Ａ）では、レーザのパルス発光周波数は200H
zであり、前述の様に受光素子７は６回分のパルス発光
信号を検出している。
また、第７図（Ｂ）では、レーザのパルス発光周波数
は20Hzであり、１回分のパルス発光信号を検出してい
る。
これらの図中において、はパルス発光のタイミン
グ、はＮ画素目におけるパルス発光分の出力（受光素
子７での蓄積電荷量）、は同じくHgランプの出力（受
光素子７で蓄積電荷量）、は受光素子７でのスキャン
のタイミング、はシャッター15の開閉状態を表わす。
第７図（Ｂ）のような時間分割方式を用いると、次の
ような利点がある。すなわち、エキシマレーザ光と基準
光のフリンジがほぼ重なって検出される場合にも検出が
可能である。この場合には、更に短い受光素子が使用で
きる利点があり、さらに、１回の演算処理時間が短縮で
きる。
第７図（Ｂ）では、レーザのパルス発光周波数が20Hz
の場合を示したので、パルスレーザ光の検出と、基準光
の検出とを交互に行なうようになっている。しかし、更
に低周波数のパルス光を用いる場合には、通常は基準光
を検出し、パルス発光がある時のみパルスレーザ光の検
出をすることにより対応できる。
この方法は、例えば半導体製造装置の光源として用い
る場合、非露光中（スタンバイモード）の低周波発光時
に応用できる。
この実施例にかかる露光装置では、ウエハステージ20
でのステッピング動作に対する指令信号及び露光光用の
シャッタ25の開閉指令信号は、第１図、第３図に示すよ
うに波長モニター手段の処理装置13に送られる。
処理装置13では、これらの指令信号に基いてタイマー
45でのプログラムを随時変更し、レチクル変換、ウエハ
交換、アライメント動作等の非露光期間内でのレーザト
リガー信号の周期を露光時の周期よりも長く変更し、更
にシャッター15の開閉を制御して第７図（Ｂ）と同様の
タイミングで波長モニター及びその制御を行なう。
一般にステッパーの場合、ステッピング動作は１秒以
内で完了してしまうため、ことさら波長制御のループを
働かせなくてもよい。
しかし、ウェハ交換、アライメント動作等のように、
１秒以上に渡ってエキシマレーザの発振が中断されるこ
とがあると、その間に波長シフトやモニター系の変動が
あると、次に露光動作に入った瞬間は、レーザ光の絶対
波長がずれていることもある。
そこで、ステッピング時間よりも長い間、例えばモニ
ター光学系の変動が問題となてくる時間以上レーザ発振
を中断するシーケンス上の期間においては、シャッター
25を閉じて、レーザ発振を1Hz程度の低周波にする。
通常、露光動作時は100〜200Hzでレーザ発振される。
そして、モニター光学系によって基準光をモニターし
て、モニターエタロン２の変動を検出しつつ、1Hzのパ
ルスレーザがモニター光学系に入射したときには、上述
の各種演算によって、ただちにエキシマレーザ光の絶対
波長のシフトを検出して、波長制御を行なえばよい。
もちろん、ステッピング時間が元来長い場合、もしく
は、１（秒）程度のステッピング時間中に波長変動が生
じてしまう場合は、シャッター25を閉じて、ステッピン
グ中に少なくとも１パルスのレーザ発振を行ない、波長
制御を行なうこともできる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本願発明に係る露光装置によれ
ば、波長モニター系によって安定した発振波長のレーザ
光を利用することができるので、例えば波長変動による
焦点ずれ等の影響がなく、精密な露光作業を正確に行え
る利点がある。また、非露光動作中におけるレーザのパ
ルス発光を抑えることになり、レーザ発振装置自体のガ
ス寿命が向上する利点がある。また、露光装置のシーケ
ンス上で必然的に生じる非露光時間を利用してレーザ発
振波長モニター及びその制御を行うため、この装置を用
いた作業時間を有効に活用し、スループットの向上が図
れる利点がある。
また、本発明に係る露光方法によれば、非露光中に露
光中のパルス数より少ないパルス数のパルスレーザ光を
前記光源から射出させ、前記非露光中に前記パルスレー
ザ光の一部を受光して、該パルスレーザ光の波長変化を
検出するので、安定した発振波長のレーザ光を利用する
ことができ、非露光動作中におけるレーザのパルス発光
を抑えてレーザ発振装置自体のガス寿命が向上するとと
もに、複数の基板を順次処理する過程で、所定時間以上
基板への露光が装置のシーケンス上で中断する間の時間
を利用して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等を適
当なタイミングで前述とほぼ同様に行うことができる。
また、本願発明に係るレーザ発振装置によれば、前記
基板へのパルスレーザ光の露光が所定時間以上中断され
ている場合に、露光中のパルス数より少ないパルス数の
パルスレーザ光を出力するので、レーザ発振装置自体の
寿命（例えばガス寿命）が長く発振波長が安定したもの
となり、露光装置に使用した際には、基板への露光が装
置のシーケンス上で所定時間以上中断する時間を利用し
て、パルスレーザ光の波長測定及び制御等を適当なタイ
ミングで行うことができる。
なお、本発明のレーザ発振装置において、レーザ共振
器内の光路上に配設された波長選択素子と、該波長選択
素子の選択波長を変化させる駆動手段とを備えたレーザ
発振装置において、所定の基準光を射出する基準光源
と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光の波長に
応じた輪帯状の第１の干渉縞を作るとともに、前記基準
光の波長に応じた輪帯状の第２の干渉縞を作るモニター
用光学素子と、前記第１と第２の干渉縞を光電検出する
受光素子と、前記受光素子からの信号に基づいて、前記
第１と第２の干渉縞の直径部分の相対位置関係を検出
し、該検出結果に基づいて前記駆動手段を制御する制御
系とを有するものとできる。
この場合、モニター用光学素子自身の変動を検知し、
その変動量相当分を補正したモニター出力が得られるの
で、レーザ発振波長に正確に対応した波長検出が行わ
れ、かつ真のレーザ発振波長の変動量に正確に対応した
波長制御を行うことができる。このため、モニター用光
学素子の変動による誤動作が防止され、さらに誤差の少
ない正確な制御が行えるので、発振波長が安定したレー
ザ光が得られる利点がある。この際、干渉縞を輪帯状に
形成し、その直径部分を検出する構成としたため、モニ
ター用光学素子における光軸ずれ等の変動にも正確に対
処でき、これらの場合にも安定した波長のレーザ光が得
られる利点がある。加えて、レーザ発振装置の駆動中
（レーザ発振中）においても、同時に発振波長モニター
が行えるため、従来のようにキャリブレーションの必要
がなく、この装置を用いた作業のスループットが向上す
る利点もある。
また、本願発明に係る別の露光装置によれば、前記露
光装置の状態に応じた信号を入力し、前記パルスレーザ
光の発光間隔の規則性を変更することにより、非露光動
作中における前記パルスレーザ光のパルス発光を抑える
制御系を有するので、組み込んだレーザ発振装置の寿命
を長くし発振波長を安定させることができるとともに、
複数の基板を順次処理する過程で、所定時間以上基板へ
の露光が装置のシーケンス上で中断する間の時間を利用
して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所望の動
作を適当なタイミングで行うことができる。
また、本願発明に係る別の露光方法によれば、露光方
法は、前記レーザ発振装置内の制御系に入力された、前
記基板を露光する露光装置の状態に応じて、前記パルス
レーザ光のパルス発光を抑えるように、非露光中の前記
パルスレーザ光の発光間隔の規則性を露光中とは異なら
せるので、使用するレーザ発振装置の寿命を長くし発振
波長を安定させることができるとともに、露光シーケン
ス上での露光中断時間を利用して、パルスレーザ光の波
長測定及び制御等の所望の動作を適当なタイミングで行
うことができる。
また、本願発明に係る別のレーザ発振装置によれば、
前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記パルス
レーザ光の発光間隔の規則性を変更することにより、非
露光動作中における前記パルスレーザ光のパルス発光を
抑える制御系を有する場合、その寿命を向上させ発振波
長を安定させることができるとともに、露光装置に組み
込んだ際には、そのシーケンス上での露光中断時間を利
用して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所望の
動作を適当なタイミングで行うことができる。
また、本願発明に係るさらに別の露光装置によれば、
前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記基板へ
のパルスレーザ光の露光が中断されるときは、前記パル
スレーザ光の発振を第１の繰り返し周期よりも長い第２
の繰り返し周期に変更する制御系を有するので、組み込
んだレーザ発振装置の寿命を長くし発振波長を安定させ
ることができるとともに、露光装置のシーケンス上での
露光中断時間を利用して、パルスレーザ光の波長測定及
び制御等の所望の動作を適当なタイミングで行うことが
できる。
また、本願発明に係るさらに別の露光方法によれば、
非露光中の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期を
露光中の繰り返し周期よりも長くしたので、使用するレ
ーザ発振装置の寿命を長くし発振波長を安定させること
ができるとともに、露光シーケンス上での露光中断時間
を利用して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等の所
望の動作を適当なタイミングで行うことができる。
また、本願発明に係るさらに別のレーザ発振装置によ
れば、前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記
基板へのパルスレーザ光の露光が中断されるときは、前
記パルスレーザ光の発振を第１の繰り返し周期よりも長
い第２の繰り返し周期に変更する制御系を有するので、
レーザ発振装置自体の寿命（例えばガス寿命）を向上さ
せ発振波長を安定させることができるとともに、露光装
置に組み込んだ際には、そのシーケンス上での露光中断
時間を利用して、パルスレーザ光の波長測定及び制御等
の所望の動作を適当なタイミングで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例にかかるレーザ発振装置を
用いた露光装置を示す構成図、 第２図は、第１図の実施例におけるモニター光学系の一
部の構成を示す説明図、 第３図は、同じくモニター演算部等の構成を示す説明
図、 第４図は、同じくレーザ発振のパルス発光とモニター部
での受光素子におけるスキャンとのタイミングを示す説
明図、 第５図は、モニター部におけるフリンジと受光素子との
相対的位置関係を示す概念図であり、（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）は夫々異なる位置関係を示す。 第６図は、レーザ発振光の波長シフトと、その波長シフ
トに対応するフリンジのシフトの関係を示す説明図であ
り、（Ａ）は長波長側に（Ｂ）短波長側に夫々シフトし
た状態を示す。 第７図（Ｂ）は、レーザ発振装置のパルス発光，受光素
子７の蓄積電荷量，受光素子７のスキャン時期，及びシ
ャッター15の開閉のタイム・チャートを示す説明図、第
７図（Ａ）は、時間分割を行なわない場合のタイム・チ
ャートを示す説明図であり、はパルス発光のタイミン
グ、はＮ画素目におけるパルス発光分の出力（受光素
子７での蓄積電荷量）、は同じくHgランプの出力、
は受光素子７でのスキャンのタイミング、はシャッタ
ー15の開閉状態を表わす。 ［主要部分の符号の説明］ 1,1′：エタロン、2:モニター用エタロン、3:凹レン
ズ、4:凸レンズ、5:アッテネータ、6:エタロン駆動部、
7:受光素子、8:レーザミラー、9:出力レーザ（ハーフ）
ミラー、10,11:ハーフミラー、12,12:フリンジ（干渉
縞）、13:処理装置、14:レーザチェンバ、15:基準光用
シャター、17:基準光源、20:ウエハステージ、25:露光
光用シャッター。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−22086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−242378（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−82527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−241925（ＪＰ，Ａ)

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パルスレーザ光を射出するレーザ発振装置
    を備え、前記パルスレーザ光を用いて基板を露光する露
    光装置において、 前記パルスレーザ光の一部を受光して該パルスレーザ光
    の波長変化に応じた検出信号を出力する波長モニター系
    と； 前記基板へのパルスレーザ光の露光が所定時間以上中断
    している間に、露光中のパルス数より少ないパルス数の
    パルスレーザ光を出力させ、該パルスレーザ光を前記波
    長モニター系に入射させる制御系とを有することを特徴
    とする露光装置。
  2. 【請求項２】前記露光装置は、前記基板上の複数の領域
    を前記パルスレーザ光の照射位置に順次ステッピング移
    動させる機構を有し、前記パルスレーザ光の露光が中断
    される時間を、該ステッピングに要する時間よりも長く
    設定したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
  3. 【請求項３】前記制御系は、露光中の前記パルスレーザ
    光の発振の繰り返し周期と露光が中断している間の前記
    パルスレーザ光の発振の繰り返し周期とを異ならせるこ
    とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光装置。
  4. 【請求項４】前記制御系は、前記波長モニター系からの
    検出信号に基づいて、前記パルスレーザ光の波長を補正
    することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
    １項記載の露光装置。
  5. 【請求項５】所定の基準光を射出する基準光源を更に有
    し、 前記波長モニター系は、前記レーザ発振器から出力され
    るパルスレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞
    を作るとともに、前記基準光の波長に応じた輪帯状の第
    ２の干渉縞を作るモニター光学素子と、前記第１と第２
    の干渉縞を光電検出する受光素子とを含むことを特徴と
    する請求項１から請求項４のいずれか１項記載の露光装
    置。
  6. 【請求項６】前記制御系は、前記受光素子からの信号に
    基づいて、前記第１と第２の干渉縞の直径部分の相対的
    位置関係を検出し、該検出結果に基づいて、レーザ発振
    器内の光路中に設けられた波長選択素子を制御すること
    を特徴とする請求項５記載の露光装置。
  7. 【請求項７】光源からのパルスレーザ光を用いて基板を
    露光する露光方法において、 非露光中に露光中のパルス数より少ないパルス数のパル
    スレーザ光を前記光源から射出させること； 前記非露光中に前記パルスレーザ光の一部を受光して、
    該パルスレーザ光の波長変化を検出することを特徴とす
    る露光方法。
  8. 【請求項８】前記波長変化の検出結果に基づいて、露光
    中に射出される前記パルスレーザ光の波長を制御するこ
    とを特徴とする請求項７記載の露光方法。
  9. 【請求項９】前記露光中の前記パルスレーザ光の発振の
    繰り返し周期と、前記非露光中の前記パルスレーザ光の
    発振の繰り返し周期とを異ならせることを特徴とする請
    求項７又は請求項８記載の露光方法。
  10. 【請求項１０】前記光源から出力されるレーザ光の波長
    に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作るとともに、前記レ
    ーザ光とは異なる基準光の波長に応じた輪帯状の第２の
    干渉縞の相対的位置関係に基づいて、前記レーザ光の波
    長変化を検出することを特徴とする請求項７から請求項
    ９のいずれか１項記載の露光方法。
  11. 【請求項１１】前記第１と第２の干渉縞の直径部分の相
    対的位置関係を検出して、前記レーザ光の波長変化を検
    出することを特徴とする請求項10記載の露光方法。
  12. 【請求項１２】基板を露光する露光装置に使用され、該
    基板を露光するパルスレーザ光を射出するレーザ発振装
    置において、 前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記基板へ
    のパルスレーザ光の露光が所定時間以上中断している間
    に、露光中のパルス数より少ないパルス数のパルスレー
    ザ光を出力することを特徴とするレーザ発振装置。
  13. 【請求項１３】前記露光装置は、前記基板上の複数の領
    域を前記パルスレーザ光の照射位置に順次ステッピング
    移動させる機構を有し、前記パルスレーザ光の露光が中
    断される時間を、該ステッピングに要する時間よりも長
    く設定したことを特徴とする請求項12記載のレーザ発振
    装置。
  14. 【請求項１４】露光中の前記パルスレーザ光の発振の繰
    り返し周期と露光が中断している間の前記パルスレーザ
    光の発振の繰り返し周期とを異ならせることを特徴とす
    る請求項12又は請求項13記載のレーザ発振装置。
  15. 【請求項１５】前記少ないパルス数のパルスレーザ光の
    波長変化に応じた検出信号を受けて、該検出信号に基づ
    いて、前記パルスレーザ光の波長を補正することを特徴
    とする請求項12から請求項14のいずれか１項記載のレー
    ザ発振装置。
  16. 【請求項１６】パルスレーザ光を射出するレーザ発振装
    置を備え、前記パルスレーザ光を用いて基板を露光する
    露光装置において、 前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記パルス
    レーザ光の発光間隔の規則性を変更することにより、非
    露光動作中における前記パルスレーザ光のパルス発光を
    抑える制御系を有することを特徴とする露光装置。
  17. 【請求項１７】前記パルスレーザ光を受光して該パルス
    レーザ光の波長変化に応じた検出信号を出力する波長モ
    ニター系を有することを特徴とする請求項16記載の露光
    装置。
  18. 【請求項１８】前記波長モニター系からの検出信号に基
    づいて、前記パルスレーザ光の波長を補正することを特
    徴とする請求項17記載の露光装置。
  19. 【請求項１９】前記パルスレーザ光に対して開閉するシ
    ャッタを有し、該シャッタを閉じて前記パルス発光を行
    うことを特徴とする請求項16から請求項18のいずれか１
    項記載の露光装置。
  20. 【請求項２０】前記基板をステッピング移動させる基板
    ステージを有し、該ステッピング中に前記シャッタを閉
    じることを特徴とする請求項19記載の露光装置。
  21. 【請求項２１】所定の基準光を射出する基準光源を更に
    有し、 前記波長モニター系は、前記レーザ発振器から出力され
    るレーザ光の波長に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作る
    とともに、前記基準光の波長に応じた輪帯状の第２の干
    渉縞を作るモニター光学素子と、前記第１と第２の干渉
    縞を光電検出する受光素子とを含むことを特徴とする請
    求項16から請求項20のいずれか１項記載の露光装置。
  22. 【請求項２２】前記受光素子からの信号に基づいて、前
    記第１と第２の干渉縞の直径部分の相対位置関係を検出
    し、該検出結果に基づいて、前記レーザ発振器内の光路
    中に設けられた波長選択素子を制御することを特徴とす
    る請求項21記載の露光装置。
  23. 【請求項２３】レーザ発振装置からのパルスレーザ光を
    用いて基板を露光する露光方法において、 前記レーザ発振装置内の制御系に入力された、前記基板
    を露光する露光装置の状態に応じて、前記パルスレーザ
    光のパルス発光を抑えるように、非露光中の前記パルス
    レーザ光の発光間隔の規則性を露光中とは異ならせるこ
    とを特徴とする露光方法。
  24. 【請求項２４】前記非露光中に前記パルスレーザ光を受
    光して、該パルスレーザ光の波長変化を検出することを
    特徴とする請求項23記載の露光方法。
  25. 【請求項２５】前記波長変化の検出結果に基づいて、露
    光中に射出される前記パルスレーザ光の波長を制御する
    ことを特徴とする請求項24記載の露光方法。
  26. 【請求項２６】前記光源から出力されるレーザ光の波長
    に応じた輪帯状の第１の干渉縞を作るとともに、前記レ
    ーザ光とは異なる基準光の波長に応じた輪帯状の第２の
    干渉縞の相対位置関係に基づいて、前記レーザ光の波長
    変化を検出することを特徴とする請求項23項から請求項
    25のいずれか１項記載の露光方法。
  27. 【請求項２７】基板を露光する露光装置に使用され、該
    基板を露光するパルスレーザ光を射出するレーザ発振装
    置において、 前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記パルス
    レーザ光の発光間隔の規則性を変更することにより、非
    露光動作中における前記パルスレーザ光のパルス発光を
    抑える制御系を有することを特徴とするレーザ発振装
    置。
  28. 【請求項２８】前記パルスレーザ光を受光して該パルス
    レーザ光の波長変化に応じた検出信号を出力する波長モ
    ニター系を有することを特徴とする請求項27項記載のレ
    ーザ発振装置。
  29. 【請求項２９】パルスレーザ光を射出するレーザ発振装
    置を備え、前記パルスレーザ光を用いて基板を露光する
    露光装置において、 前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記基板へ
    のパルスレーザ光の露光が中断されるときは、前記パル
    スレーザ光の発振を第１の繰り返し周期よりも長い第２
    の繰り返し周期に変更する制御系を有することを特徴と
    する露光装置。
  30. 【請求項３０】前記パルスレーザ光を受光して該パルス
    レーザ光の波長変化に応じた検出信号を出力する波長モ
    ニター系を有することを特徴とする請求項29記載の露光
    装置。
  31. 【請求項３１】レーザ発振装置からのパルスレーザ光を
    用いて基板を露光する露光方法において、 非露光中の前記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期を
    露光中の繰り返し周期よりも長くしたことを特徴とする
    露光方法。
  32. 【請求項３２】前記非露光中に前記パルスレーザ光を受
    光して、該パルスレーザ光の波長変化を検出することを
    特徴とする請求項31記載の露光方法。
  33. 【請求項３３】前記レーザ発振装置内の制御系に入力さ
    れた、前記基板を露光する露光装置の状態に応じて、前
    記パルスレーザ光の発振の繰り返し周期を変更すること
    を特徴とする請求項31又は請求項32記載の露光方法。
  34. 【請求項３４】基板を露光する露光装置に使用され、該
    基板を露光するパルスレーザ光を射出するレーザ発振装
    置において、 前記露光装置の状態に応じた信号を入力し、前記基板へ
    のパルスレーザ光の露光が中断されるときは、前記パル
    スレーザ光の発振を第１の繰り返し周期よりも長い第２
    の繰り返し周期に変更する制御系を有することを特徴と
    するレーザ発振装置。
  35. 【請求項３５】前記パルスレーザ光を受光して該パルス
    レーザ光の波長変化に応じた検出信号を出力する波長モ
    ニター系を有することを特徴とする請求項34記載のレー
    ザ発振装置。
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