JPH0312975A - 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

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】 ［産業上の利用分野コ 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
最良に設泪され、さらに種々の収差の補正かなされてい
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
力かなされている。

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かある
。

このため、レーザ発振装置の発振波長モニタ手段として
、例えばエタロンのレーサ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。

従来のこの種の装置を利用したレーザ発振装置Ｎでは、
前記の干渉縞を例えば１次元のフ」ドアＩノイ上に形成
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、例えはエタロン、グレーティング１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、このレサ発振装置
の起動時や、露光装置の稼動中に定期的に露光動作か中
断する合い間のキヤリプレーシ三］ンとして行なってお
り、露光装置での露光作業期間を通して安定した波長の
照明光が得られるようにする必要がある。

［発明か解決しようとする課題］ しかし、」二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
えは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出力を生し、
その測定値に誤差を生ずる場合かある。

このため、レーザ発振波長か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してしまい、実際
のレーザ発振波長と対応し７１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しる問題
かある。

ざらに、レーザ発振波長が変動した場合には、変動した
波長に対応じたモニター出力に、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
ー出力が生し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ＩＡ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そニターを行なう為の定期
的なキャリブレーションか必要であるのて、その間は本
来の露光作業かできなくなる問題かある。

ざらに、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バルスレーサ光
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
時間か全く必要のない露光装置を得ることを目的とする
。

［課題を解決するだめの手段］ 」二記目的に鑑み本発明ては、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、該共振器からの出力レーザ
光の一部を入射して該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手段と、該検出信号に基い
て前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたレーザ発
振装置において、前記波長モニター手段に波長か安定し
た基準光を前記レーザ光の一部とほぼ同軸に入射させる
基準光源を有し、前記波長モニター手段は、前記レーザ
光の一部と前記基準光とが所定の中心線に沿って入射し
たとき、前記中心線から離れた位置に前記レーザ光の波
長に応じた第１の干渉縞を作るとともに、前記基準光の
波長に応じた第２の干渉縞を前記中心線と前記第１の干
渉縞との間に作る干二ター用エタロンと、前記第１と第
２の干渉縞の相対位置関係を光電検出する受光素子とを
備え、この相対位置関係から前記レーザ光の波長変化を
検出するように構成した。

ここで、前記波長モニター手段は、前記モニター用エタ
ロンに入射する前記レーザ光と基準光とを所定の発散度
、または収れん度に調整するレンズ素子を有し、このレ
ンズ素子により前記第１の干渉縞と第２の干渉縞とを前
記中心線を中心とした輪帯上に形成し、前記受光素子が
、該第１又は第２の干渉縞の直径部分を受光するように
配置されたものかよい。

また、レーザ共振器内の光路上に波長選択素子が配置さ
れ、該共振器から第１の繰返し周期で出力されるパルス
レーザ光の一部を入射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によって、
前記波長選択素子の選択波長を変化させるレーザ発振装
置を備え、前記出力パルスレーザ光を用いて複数の基板
を順次露光処理する露光装置においては、前記波長モニ
ター系に波長の安定した基準光を入射させるための基準
光源と、前記複数の基板を順次処理する過程で、所定時
間以上、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の繰り返し周期に切り替える第１の
制御手段と、前記パルスレーザ光の基板への露光が中断
されている間に、前記第２の繰り返し周期て発振される
パルスレーザ光の少なくとも１パルスを前記波長モニタ
ー系に入射させて、前記基準光の波長とパルスレーザ光
の波長との相対的な波長変化を検知１ノ、この検知結果
に基いて前記波長選択素子の選択波長を制御する第２の
制御手段とを備えている。

ここて、前記露光装置は、基板」二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させる機
構を有し、前記第１の制御手段は、前記パルスレーザ光
の露光か中断される所定時間をステッピングに要する時
間よりも長く設定したものか好ましい。

［作　用コ 本願請求項（１）に係るレーザ発振装置は、上記の様に
構成されているため、モニター手段に人ｎ」する波長の
安定した基準光の波長に対応じた第２の干渉縞が第１の
干渉縞の内側に形成され、これらの干渉縞の相対位置関
係か検出される。

ここで、モニター用エタロンによる干？！　縞の間隔は
、人絹光の波長とモニター用エタロンのエタロンギャッ
プとて定まるので、干渉縞の位置１間隔及びそれらの移
動量からエタロンキャップ、若しくは入射光の波長、ま
たはその変動量を測定てきる・。

すなわち、レーザ光によるモニター手段自身の変動量か
モニター用エタロンのギャップ変化として表われた場合
には、第２の干渉縞の位置及びその移動量等からモニタ
ー手段自身の変動量、すなわちモニター用エタロンのギ
ャップ、若しくはその変化量を検出し、第１の干渉縞の
位置及びその移動量等から算出したレーザ発振波長の変
動量を検出する際に、モニター手段自身の変動量の影響
を補正した前記エタロンギャップから真のレーザ発振波
長の変化に対応じた信号に基いて、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駆動手段を制御する
。

ここで、エタロンギャップの変化に対する干渉縞の間隔
の変化量は、より内側に位置する縞（入射光の中心線に
近い縞）の方か大きいため、第２の干渉縞を第１の干渉
縞の内側に形成することて、モニター用エタロンのキャ
ップの変化に敏感に対応できる。

本願請求項（２）に記載されたレーザ発振装置ては、波
長モニター手段の所定のレンズ素子により第１と第２の
干渉縞を輪帯状に形成する。

１ また、受光素子ではこれらの干渉縞の直径部分を受光し
その間隔を検出する。

このため、波長モニター手段の変動によって入射光の中
心線か機械的に位置変化（偏心）した場合には、干渉縞
全体か受光素子上で位置変化するが、干渉縞の直径は何
ら変わることかないので、この受光素子からは常に正確
な波長の検出が行なわれる。

本願請求項（３）に記載する露光装置は、前述のレーザ
発振装置を利用しており、このレーザ発振装置からの所
定の第１の繰り返し周期で出力されるパルスレーザ光に
より複数の基板を順次露光処理するものである。

この露光装置では、複数の基板を順次処理する過程て、
例えは基板（ウェハ又はレヂクル）を交換したり、基板
のアライメン）−動作、あるいは基板への照射位置を切
り替える際等に、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、レーサ発振光
の波長測定及び制御等を前述とほぼ同様に第２の制御手
段により　２ 行なう。

ここで、レーザ発振装置のレーザ発振効率の低下防止の
ために、不要なレーザ発光を抑えることか望ましい。こ
のため、第１の制御手段は、前記波長モニター等の制御
を行なう際にパルスレーザ光の発振を前記の第１の繰り
返し周期（例えば１００〜５００１１ｚ程度の周波数）
よりも長い第２の繰り返し周期（例えば０１〜ｌ０１ｌ
ｚ程度）に切り替える。

この第２の繰り返し周期は、エタロンの安定性の時間特
性によって決められるが、少なくとも前記の露光か中断
する所定時間の間に一回の発光がある周期であれはよく
、第２の制御手段は、レーザ発振の少なくとも１パルス
が波長モニター系に人絹ずれは、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なう。

本願請求項（４）に記載する露光装置では、前記の露光
装置において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させる機構を有しており
、例えばステッピングに要する時間が、前述の中断時間
Ｊ：りも」−分短い（例えは１秒以下）場合には、波長
モニター系による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
くものである。

［実施例］ 木発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に木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、はぼ１００％の反射率を有
するリアミラー８とわすかな透過率を有するフロン１〜
ミラー９て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、にｒ−Ｆ、Ｘｅ−Ｃｌ等の希ガス
・ハライドを充填したレーサヂャンバ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１−さぜることがて
きる。レーザヂャンハ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、ヒームス
ブリッタ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とウェハ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て投影光学系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ェハ３１
の所定の投影領域に照射する。ウェハ３１はウェハステ
ージ２０に固定されており、ウェハステージ２０はウェ
ハ３１」二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、ウェハステージ２０のステッ
ピング又はウェハ交換、レヂクル変換５ 等の動作に連動して開閉する。

ところで、フロン］・ミラー９から射出されたレーザ光
の一部は、ヒームスブリッタ１ｏて反射され、アッテネ
ータ５て所定量だけ減衰され、さらにヒームスブリッタ
１１により反則された後、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°　　ヒームスブリッタ１
１を介してエキシマレーザ光とばは′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、例えはｌ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ
やＨｅ−Ｃｄ　レーザなどの波長安定型車−千トレーザ
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、その先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用エタロン２に入
射させる。この人ＤＪ光のうち所６ 定の角ｆｘ（発散角度）て入射した光のみが、モニター
用エタロン２内におりる干渉現象によって透過する。

この透過光は、凸レンズ４により収れんさ停て受光素子
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＋２，１２”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、その変動量か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
接にアクセス可能てあり、このデータを用いて７寅算を
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
４７か出力されており、Ａ／Ｄ変換器の変換開始信号４
８．及びメ干り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からゼットされるプログラマブルな
タイマー４５か設りられており、このタイマー４５によ
りクロック及びレーサトリカーの信号を作りたしでいる
。

クロック信号は、受光素子７の自己スギャン速度を設定
している信号であり、任意の速度か設定可能である。本
装置では、−回のスキャンに要する時間か２０．　４８
　（ｍｓｅｃ　）になるように設定している。

また、レーザトリカー信号は、レーザ発振装置の外部ト
リカー信号として用いられ、パルス制御部１８に送られ
る。本装置ては、露光装置の露光処理に必要な２００　
（Ｈｚ）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ノｔ　くと
も四回の発光かあることになる。

本装置て用いる受光素子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か同一発光回数によるものて
な番プればならない。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
信号を分周回路４６により所定発光回数毎に分周するこ
とにより作りたしている。

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　９ ヂャートを示す。

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開側する原
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。

従って、ｈ、ｄか測定てきると、間接的にλが測定でき
る。

ここで、もしｄｈ）一定の値ｄ。であれは、（］）式は
えのみの関数 ｈ＝ｇｃｌ。（＾）・・・（２）式 となり、１〕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かモニター光学系
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及び取イ」り金具０ 等はパルスレーザ光のエネルギーの一部を例えは熱とし
て吸収し、また、温度、　？Ｗ度及び大気圧等の変化に
より光学り性を変化させる。例えは、エタロンギャップ
ｄか変化すると、１］は（１）式に示されるように２変
数関数となる。

ここて、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ｎＪさせ
たとする。

エタロンキャップ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λ、か既知であるため、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の演算か可能である。

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ｈ。８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λ。を常に正（イｆ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
フリンジに刻する受光素子７の和文４的位置関係を第５
図（八）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
ンシ（最も内側のもの）までの配列か変化しないように
モニター光学系の焦点ｆ１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。

この条件を満たず一例として、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４（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　かパ
ルスレーザ光のフリンジ１２の内側に形成されている。

ところて、干二ター系ての波長測定の観点から考察する
と、基準光のフリンジ１２°かフリンジ１２の外側ても
基本的には問題は）４い。

しかし、同し波長変化（若しくはエタロンＡヤブ変化）
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）か大きいこと、さらに、受光素子７
からの検出信号でスキャンのスター１〜画素付近（ＰＣ
Ｄ上での両端付近のいずれか）にはノイズか発生し易く
、この付近でのフリンジ位置検出か正確に測定できない
可能性かあることから、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干二ター光学系ては、
猟に最も内側か基準光による一次フリンシ１２°　とな
り、その外側がパルスレーザ光による一次フリンシ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
、エタロンキャップｄの検出処理の際は、最も内側のフ
リンジ１２″の直径で決まるつのフリンジ位置のみを対
象にずれはよく、レ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。

３ この様２ｔフリンジ１２．１２′に対し、受光素子７を
、モニター光学系の光ＩＱｂ　（入用光の光軸とほぼ同
軸）中心を通り、この先軸に対し垂直に、かつ、両人用
光の一次フリンシ１２．１２’の直径部分か検出可能な
位置に配設している。

ここて、フリンジの直径部分の検出を行なうこととした
のは、例えは受光素子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、フリンジ全体かシフトする
恐れかあるためである。

この場合に、例えはフリンジの半径や編部のみを検出す
る構成とすると、このような］・リフトにより測定誤差
か生しるが、フリンジの直径を測定していれは、フリン
ジ全体かシフｌ〜するのみて、その直径は変化しないか
らである。

これらの影響（シフｌ−等）が、モニター系を構成する
全部、もしくは部分的に無視てきる場合には、第５図（
１１）　　（Ｃ）のような受光素子７の配置構成か可能
であり、この場合には、より短い（画素数の少ない）受
光素子を用いて干二ター系を構成できる。

２／１ ここて第５図（八）　、　（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は各ずわか生じても問題がないことを表わ
し、Ｎはそのずれか許容されないことを表わす。

第１表 Ｙ、あり　Ｎ：なし 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を配置したものてあり
、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干二ター光学系から、両人用光
の一次の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
補正制御量か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λＳ　Ｔ　＋
−次フリンジの直径を］　ＳＴ、その自然数ｍを＋１１
ｓ７とすると（１）式より、 となり、エタロンギャップｄは て表わされる。

ここて、予想される直径ＩＳＴの変化範囲内て、直径１
ｓＴを微少ステップデ細分化して引数としたキャップｆ
ｔｄ（Ｉｓア）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シとみｉｔ　Ｌその直
径をＩＳＴ、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Ｉｅｘとする。

ステップ２ ステップ１て得られた直径ＩＳＴを引数としてテーブル
ｄから、それに対応じたギャップ量（１ｓ’ｒ）を求め
る。

ステップ３ レーザ発振光の目標波長をλ２．目標波長におＣプる一
次フリンシの直径を１ｐ、−次フリンジに対応じた自然
数ｍをｍ、、Ｘとすると、（１）式より１１．は次式で
求められる。

従って、ステップ２て得られたｄ（＋ｓ’ｒ）を用いる
ことにより、１．か求まる。

ステップ４ パルスレーザ光の波長をλ、とすると、（１）式となり
、現時点でのレーザ発振波長か測定できる。

ここて、（１）式よりｌｐ〉１．Ｘの場合には、レーザ
発振波長か長波長方向ヘ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ヘフイートハツク（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
なうことか可能である。

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か可能となり、はぼ単一の絶対波
長に安定化された出力パルスレーザ光か得られる。

また試算式中のλ１　（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。

」二記の実施例では、基準光とレーザ光とを同時に検出
てきることを特徴としているが、基準光の　８ 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におりる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
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・ヂャートを第７図（Ｂ）に示す。また、時間分割
を行なわない場合のタイム・ヂャー１〜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２００
　Ｈｚ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てあり、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
ての蓄積電荷量）、■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てのスキャンの
タイミング、■はシャッター１５の開閉状態を表わす。

第７図（Ｉｆ）のような時間分割方式を用いると、次の
ような利点かある。ずなわら、エキシマレーザと基準光
のフリンジかほぼ重なって検出される場合にも検出か可
能である。この場合には、更に短い受光素子か使用でき
る利点かあり、さらに、１回の演算処理時間か短縮でき
る。

第７図（Ｂ）では、レーザのパルス発光周波数か２０Ｈ
ｚ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Ｊ：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
〆（（光を検出し、パルス発光か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てきる。

この方法は、例えは半導体製造装置の光諒として用いる
場合、非露光中（スタンバイモー１〜）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、ウェハステージ２０
てのステラピ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ｙ里装置１３に送られる。

ＩＡ理装置１３ては、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
ェハ交換、アライメン］・動作等の非露光期間内てのレ
ーサ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（ロ）
と同様のタイミングて波長干二ター及びその制御を行な
う。

１］Ｑニステツハーの場合、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、フライメン１〜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
とかあると、その間に波長シフトや千二ター系の変動か
あると、次に露光動作に入った瞬間は、レーザ光の絶対
波長か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１ ばモニター光学系の変動か問題となってくる時間以上レ
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を閉して、レーザ発振をＩＨｚ程度の低周
波にする。

通常、露光動作時は１００〜２００１１ｚてレーザ発振
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、１
１１Ｚのパルスレーザかモニター光学系に入用したとき
には、上述の各種演算ににって、たたちにエキシマレー
ザ光の絶対波長のシフトを検出して、波長制御を行なえ
はよい。

もちろん、ステッピング時間か元来長い場合、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
してしまう場合は、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、本願請求項（１）に記載した発明
にがかるレーザ発振装置は、モニター手段　２ 自身の変動を検知し、その変動量相当分を補正したモニ
ター出力か得られるのて、レーザ発振波長に正確に対応
じた波長検出か行なわれ、かつ真のレーザ発振波長の変
動量に正確に対応じた波長制御をおこなうため、波長モ
ニター手段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か行なえるのて、発振波長か安定し
たレーザ光か得られる利点かある。

さらに、基準光の波長に対応じた干渉縞をレーザ光の波
長に対応じた干渉縞の内側に形成するこことしたため、
モニター手段の変動に、正確にかつ敏感に対応てき、レ
ーザ光の発振波長の安定度か向上している。

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なえるため、従来
のようにキャリブレーションの必要かなく、この装置を
用いた作業のスルーブツトか向上する利点もある。

本願請求項（２）に記載した発明にかかるレーザ発振装
置ては、干渉縞を輪帯上に形成し、その直径部分を検出
する構成としたため、モニター手段におりる光軸ずれ等
の変動にも正（イｒに対処でき、これらの場合にも安定
した波長のレーザ光か得られる利点がある。

本願請求項（３）に記載した発明にかかる露光装置では
、上記のレーザ発振装置を利用しているため、安定した
波長レーザ光を利用できるので、例えは波長変動による
焦点すれ等の影響がなく、精密な露光作業を正確に行な
える利、のかある。

また、非露光動作中におけるレーザのパルス発光を抑え
るため、レーザ発振装置自体のガス寿命か向上する利点
がある。

本願請求項（４）に記載した発明にかかる露光装置では
、露光装置のシーケンス上で必然的に生しる非露光時間
を利用してレーザ発振波長モニタ及びその制御性なうた
め、この装置を用いた作業時間を有効に活用し、スルー
ブッ１−の向上か図れる利点かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にが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、同しくそニター演算部等の構成を示−→−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一部
での受光素子におりるスキャンとのタイミングを示す説
明図、 第５図は、モニタ一部にお番プるフリンジと受光素子−
どの相対的位置関係を示す概念図であり、（八）　　（
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てあ
り、（八）は長波長側にＣＢ）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・５ チャートを示す説明図、第７図（Δ）は、時間分割を行
なわない場合のタイム・チャートを示ず説明図てあり、
■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ての蓄積電荷量）、■は
同しくＨｇランプの出力、■は受光素子７てのスキャン
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−
１１２１２フリンジ（干渉縞）、１３　処理装置、１４
レーサヂエンバ、１５　基準光用シャター１７　基準光
源、２０　ウェハステージ、２５露光光用シヤツタ 　６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、該共振器からの出力レーザ光の一部を入射して該レ
   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
   ター手段と、該検出信号に基いて前記駆動手段を制御す
   る制御手段とを備えたレーザ発振装置において、 前記波長モニター手段に波長が安定した基準光を前記レ
   ーザ光の一部とほぼ同軸に入射させる基準光源を有し、 前記波長モニター手段は、前記レーザ光の一部と前記基
   準光とが所定の中心線に沿って入射したとき、前記中心
   線から離れた位置に前記レーザ光の波長に応じた第１の
   干渉縞を作るとともに、前記基準光の波長に応じた第２
   の干渉縞を前記中心線と前記第１の干渉縞との間に作る
   モニター用エタロンと、前記第１と第２の干渉縞の相対
   位置関係を光電検出する受光素子とを備え、この相対位
   置関係から前記レーザ光の波長変化を検出することを特
   徴とするレーザ発振装置。
2. （２）前記波長モニター手段は、前記モニター用エタロ
   ンに入射する前記レーザ光と基準光とを所定の発散度、
   または収れん度に調整するレンズ素子を有し、このレン
   ズ素子により前記第１の干渉縞と第２の干渉縞とを前記
   中心線を中心とした輪帯状に形成し、 前記受光素子が、該第１又は第２の干渉縞の直径部分を
   受光するように配置された事を特徴とする請求項（１）
   記載のレーザ発振装置。
3. （３）レーザ共振器内の光路上に波長選択素子が配置さ
   れ、該共振器から第１の繰返し周期で出力されるパルス
   レーザ光の一部を入射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によって、
   前記波長選択素子の選択波長を変化させるレーザ発振装
   置を備え、前記出力パルスレーザ光を用いて複数の基板
   を順次露光処理する露光装置において、 前記波長モニター系に波長の安定した基準光を入射させ
   るための基準光源と、 前記複数の基板を順次処理する過程で、所定時間以上、
   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の繰り返し周期に切り替える第１の制御手段
   と、 前記パルスレーザ光の基板への露光が中断されている間
   に、前記第２の繰り返し周期で発振されるパルスレーザ
   光の少なくとも１パルスが前記波長モニター系に入射し
   たとき、前記基準光の波長とパルスレーザ光の波長との
   相対的な波長変化を検知し、該検知結果に基いて前記波
   長選択素子の選択波長を補正する制御を行なう第２の制
   御手段とを備えたことを特徴とするレーザ発振装置を用
   いた露光装置。
4. （４）前記露光装置は、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させる機構を
   有し、 前記第１の制御手段は、前記パルスレーザ光の露光が中
   断される所定時間を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（３）記載の露光装
   置。