JP2985089B2 - Exposure control apparatus, exposure apparatus and method - Google Patents

Exposure control apparatus, exposure apparatus and method

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JP2985089B2
JP2985089B2 JP1318245A JP31824589A JP2985089B2 JP 2985089 B2 JP2985089 B2 JP 2985089B2 JP 1318245 A JP1318245 A JP 1318245A JP 31824589 A JP31824589 A JP 31824589A JP 2985089 B2 JP2985089 B2 JP 2985089B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、感応物体に対する照射エネルギー量の制
御、及び照度均一化制御に係るものであり、例えば露光
光としてエキシマ等のパルスレーザを使用する露光装置
の露光量制御及び照度均一化制御に好適な露光制御装置
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to control of irradiation energy amount to a sensitive object and control of uniforming illuminance. For example, a pulse laser such as an excimer is used as exposure light. The present invention relates to an exposure control device suitable for controlling an exposure amount and illuminance uniformity of an exposure device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、パルスレーザを光源とした露光値における露光
量制御は,レーザ光が一般にパルス毎に±10%程度のば
らつきを有している上、短期的、長期的にレーザ密度の
低下現象があることから、パルス毎の光量を検出して積
算し、この積算結果が所望の値となるまで発光を続ける
という方法で行われていた。さて、レーザ密度の低下現
象はガスレーザを用いた場合に顕著であり、レーザガス
チャンバー内部に密封された活性媒質(例えば、KrF、X
eCl等)の混合ガスの劣化に伴って出力の低下が起こ
る。通常、内部ガスが劣化して出力が低下してきた場合
には、チャンバー内部にレーザ光の光軸に沿って平行に
設けられた2枚の電極間の印加電圧を増加させたり、場
合によっては部分的なガス交換を行って出力の低下を少
なくするような工夫がなされているが、実際に検出され
る積算露光量を常に略一定のパルス数で所望の露光量に
制御することは困難であった。
Conventionally, the exposure amount control based on the exposure value using a pulsed laser as the light source generally has a variation of about ± 10% for each pulse and there is a short-term and long-term decrease in the laser density. Therefore, the light amount for each pulse is detected and integrated, and the light emission is continued until the integration result reaches a desired value. The decrease in laser density is remarkable when a gas laser is used, and an active medium (eg, KrF, Xr) sealed inside a laser gas chamber is used.
The output decreases with the deterioration of the gas mixture such as eCl). Usually, when the internal gas deteriorates and the output decreases, the applied voltage between two electrodes provided in parallel along the optical axis of the laser light inside the chamber may be increased, or in some cases, In order to reduce the decrease in output by performing a typical gas exchange, it is difficult to always control the actually detected integrated exposure amount to a desired exposure amount with a substantially constant pulse number. Was.

こうした中で、例えば半導体素子製造用の露光装置
(ステッパー、アライナー等)のように、より高精度な
露光量制御が要求される装置の露光制御装置としては、
例えば特開昭60−169136号公報に開示されているものが
ある。
Under these circumstances, for example, as an exposure control apparatus for an apparatus requiring more accurate exposure amount control, such as an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element (stepper, aligner, etc.),
For example, there is one disclosed in JP-A-60-169136.

この種の装置では、感応体(レジスト付ウエハ等)へ
与える露光エネルギーを、適正露光量よりわずかに少な
い露光エネルギーを与える粗露光と、残りの必要とされ
る露光エネルギーを与える修正露光との2段階に分ける
ことによって、適正な露光エネルギーに対する積算露光
エネルギーのばらつき(誤差)を、例えば±2%程度に
制御するようにしたものである。つまり、複製のパルス
光で1ショットの露光を行う場合、最終パルスのエネル
ギー量を小さく設定することにより、積算露光量のばら
つきを露光量制御精度の許容誤差内に抑え、1ショット
の露光で適正露光量を得るようにしている。
In this type of apparatus, the exposure energy to be applied to a sensitive body (a wafer with a resist or the like) is divided into two types: a rough exposure that provides an exposure energy slightly smaller than an appropriate exposure amount, and a correction exposure that provides the remaining required exposure energy. By dividing into stages, the variation (error) of the integrated exposure energy with respect to the appropriate exposure energy is controlled to, for example, about ± 2%. In other words, when one-shot exposure is performed with the pulse light of duplication, by setting the energy amount of the final pulse small, the variation of the integrated exposure amount is kept within the allowable error of the exposure amount control accuracy, and the one-shot exposure is appropriately performed. Exposure is obtained.

ここで1ショットとは、一括露光方式の場合はマスク
或いはレチクル(以下、単にレチクルと呼ぶ)を介して
ウエハ全面に露光エネルギーが照射されることである。
一方、ステップ・アンド・リピート方式(後述)の場合
は、ウエハ上の部分的な1つの領域に露光エネルギーが
照射されることである。
Here, one shot means that the entire surface of the wafer is exposed to exposure energy through a mask or a reticle (hereinafter, simply referred to as a reticle) in the case of the batch exposure method.
On the other hand, in the case of the step-and-repeat method (described later), exposure energy is applied to one partial area on the wafer.

ところで、近年半導体素子製造のフォトリソグラフィ
ー工程では、レチクルパターンを高分解能でウエハ上に
転写する装置として、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)が多用され
るようになっている。この種のステッパーでは、1枚の
ウエハを露光するのにあたって、露光すべき領域を複数
の露光領域に分割し、1つの露光領域に対する露光が終
了した段階で次の露光領域に移動して再び露光を行うと
いう動作を繰り返し行うことによって、最終的にウエハ
全面の露光を行っている。
In recent years, in a photolithography process for manufacturing semiconductor devices, a step-and-repeat type reduction projection exposure apparatus (a so-called stepper) has been frequently used as an apparatus for transferring a reticle pattern onto a wafer with high resolution. ing. In this type of stepper, when exposing one wafer, an area to be exposed is divided into a plurality of exposure areas, and when exposure to one exposure area is completed, the stepper is moved to the next exposure area and exposed again. Is performed repeatedly, thereby finally exposing the entire surface of the wafer.

従って、単位時間当たりの半導体素子の生産量を多く
するには、露光領域間の移動時間を極力短くすると共
に、1つの露光領域に対する露光時間を短くすることが
重要である。このため、上記特開昭60−169136号公報に
開示されている装置を用いて露光を行う場合でも、なる
べく大きなエネルギーで粗露光を行って修正露光の時間
を短くすることが重要となる。
Therefore, in order to increase the production amount of semiconductor elements per unit time, it is important to shorten the movement time between exposure regions as much as possible and to shorten the exposure time for one exposure region. For this reason, even when performing exposure using the apparatus disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-169136, it is important to shorten the correction exposure time by performing rough exposure with as much energy as possible.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記の如き従来の技術においては、最
終パルスに含まれるエネルギー量のばらつきに対して何
等配慮されていないため、依然として露光量が適格に制
御されず、適切な露光を行うことができないという不都
合がある。
However, in the prior art as described above, since no consideration is given to the variation in the amount of energy contained in the final pulse, the amount of exposure is still not properly controlled, and the appropriate exposure cannot be performed. There is.

また、最終パルスの設定エネルギー量は,適正露光量
より粗露光分を差し引いた値となるため、最終パルスの
露光量を設定する手段のダイナミックレンジを大きくと
らなければならず、装置の複雑化を招く上、高い制御精
度が得られないという問題点がある。
In addition, since the set energy amount of the final pulse is a value obtained by subtracting the coarse exposure amount from the appropriate exposure amount, the dynamic range of the means for setting the exposure amount of the final pulse must be widened, and the apparatus becomes complicated. In addition, there is a problem that high control accuracy cannot be obtained.

そこで、例えば本願出願人が先に出願した特開昭63−
81882号公報に開示されているように、修正露光を複数
パルスで行うようにし、そのパルス毎のエネルギー量が
順次小さくなるように設定することで、全体として露光
エネルギーのばらつきを低減して適正露光量を得る方法
も提案されている。しかし、このような装置においても
修正露光の複数パルス化に伴って露光時間が長くなると
共に、露光量設定手段としてダイナミックレンジの広い
ものが必要になるという問題点は解消されない。
Therefore, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 81882, the correction exposure is performed by a plurality of pulses, and the energy amount for each pulse is set so as to be sequentially reduced, so that the variation in the exposure energy as a whole is reduced and the proper exposure is performed. Methods for obtaining quantities have also been proposed. However, even in such an apparatus, the problem that the exposure time becomes longer due to the plural pulses of the correction exposure and that a wide dynamic range is required as the exposure amount setting means cannot be solved.

さらに、上記のような複数パルスによる修正露光で露
光量を調整する方法においては、修正露光時の1パルス
のエネルギー量及び露光パルス数が、粗露光を完了した
時点での積算露光量に依存することになる。このため、
1パルスのエネルギー量及び露光パルス数がショット
(露光領域)毎に一定とならないという欠点がある。即
ち、露光エネルギー源がパルスレーザ光源の場合、レー
ザ光の持つ可干渉性によって露光面(レチクル若しくは
ウエハ)上には規則的な干渉パターンが発生する。さら
に、照明光学系内の傷、ゴミ、面不良等によって位相の
異なった多数の光束が発生し、それらが重なった不規則
な干渉パターン(スペックル)も発生する。これら干渉
パターンによって露光面には照度むらが生じ得るが、上
記の露光量制御方法では干渉パターンを効果的に低減す
ることができない。そこで、この照度均一性の問題につ
いて以下に説明する。
Further, in the method of adjusting the exposure amount by the correction exposure using a plurality of pulses as described above, the energy amount of one pulse and the number of exposure pulses at the time of the correction exposure depend on the integrated exposure amount at the time when the coarse exposure is completed. Will be. For this reason,
There is a disadvantage that the energy amount of one pulse and the number of exposure pulses are not constant for each shot (exposure area). That is, when the exposure energy source is a pulse laser light source, a regular interference pattern is generated on the exposure surface (reticle or wafer) due to the coherence of the laser light. Further, a large number of light beams having different phases are generated due to scratches, dust, surface defects, and the like in the illumination optical system, and an irregular interference pattern (speckle) in which the light beams overlap is also generated. Irradiation unevenness may occur on the exposure surface due to these interference patterns, but the interference pattern cannot be effectively reduced by the above-described exposure amount control method. Therefore, the problem of the illuminance uniformity will be described below.

上記2つの干渉パターン、特に規則的な干渉パターン
は、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における
パターン線幅のコントロールに重大な影響を与える。そ
こで、例えば特開昭59−226317号公報に開示された手法
と同等の手法で、規則的な干渉パターンやスペックル
(以下、まとめて干渉パターンと呼ぶ)を平滑化するこ
とも考えられている。
The above two interference patterns, especially regular interference patterns, have a significant effect on the control of the pattern line width in the photolithography process of manufacturing a semiconductor device. Therefore, for example, it is considered that a regular interference pattern or speckle (hereinafter, collectively referred to as an interference pattern) is smoothed by a method equivalent to the method disclosed in JP-A-59-226317. .

上記公報における干渉パターンの平滑化(インコヒー
レント化)は、振動ミラー(ガルバノミラー、ポリゴン
ミラー等)によりレーザ光を一定周期で一次元又は二次
元移動(ラスタースキャン)させて、空間的にコヒーレ
ンシィーを低減させていくものである。つまり、1パル
ス毎に照度均一化手段(オプチカルインテグレータ)へ
のレーザ光の入射角を変化させることで、干渉パターン
をレチクル上で移動させ、最終的に干渉パターンを平滑
化する、換言すれば照度均一性を高めるものである。
In the above-mentioned publication, the interference pattern is smoothed (incoherent) by one-dimensional or two-dimensional movement (raster scan) of a laser beam by a vibrating mirror (a galvanometer mirror, a polygon mirror, or the like) at a constant period to spatially coherency. Is to be reduced. In other words, the interference pattern is moved on the reticle by changing the incident angle of the laser beam to the illuminance uniforming means (optical integrator) for each pulse, and finally the interference pattern is smoothed, in other words, the illuminance This is to improve uniformity.

尚、このような手法の照明光学系にエキシマレーザ光
のようなパルスエネルギーを通す場合は、振動ミラーに
よる一次元又は二次元走査に同期させて複数のパルスを
照射することになる。通常、エキシマレーザの発振パル
ス幅は20nsec程度と極めて短く、振動ミラーを10Hz程度
で振動させたとしてもエキシマレーザの1パルスは、振
動ミラーの振動周期中は恰も静止しているように振る舞
う。
When passing pulse energy such as excimer laser light to the illumination optical system of such a method, a plurality of pulses are irradiated in synchronization with one-dimensional or two-dimensional scanning by a vibrating mirror. Normally, the oscillation pulse width of an excimer laser is extremely short, about 20 nsec. Even if the oscillating mirror is oscillated at about 10 Hz, one pulse of the excimer laser behaves as if it is stationary during the oscillation cycle of the oscillating mirror.

而るに、上述した特開昭59−226317号(照度均一化)
の方法と特開昭63−81882号(露光量制御)の方法とを
組み合せて、露光量の最適化と干渉パターンの平滑化と
を同時に行う場合には、特開昭59−226317号公報に示さ
れているように投影レンズの瞳面の2次光源像(レーザ
スポット)を、瞳面内においてなるべく均一に分布させ
る必要がある。これを実現するためには、露光中はレー
ザ強度を一定に保つ必要がある。
Japanese Patent Laid-Open No. 59-226317 (illumination uniformity)
Combining the method of JP-A-63-81882 (exposure amount control) and optimizing the exposure amount and smoothing the interference pattern at the same time, the method disclosed in JP-A-59-226317 is disclosed. As shown, it is necessary to distribute the secondary light source image (laser spot) on the pupil plane of the projection lens as uniformly as possible in the pupil plane. To achieve this, it is necessary to keep the laser intensity constant during exposure.

ところが、前述の特開昭63−81882号の方法では、修
正露光時に複数パルスのエネルギー量を順次変えてい
く。従って、修正露光に対応する時間領域のみ、他の時
間領域(粗露光に対応)より積算露光エネルギーが低く
なり、結果として充分に干渉パターンを平滑化できない
という問題点がある。
However, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-81882, the energy amounts of a plurality of pulses are sequentially changed during correction exposure. Therefore, only in the time region corresponding to the correction exposure, the integrated exposure energy is lower than in the other time regions (corresponding to the coarse exposure), and as a result, the interference pattern cannot be sufficiently smoothed.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、露光
量を要求される精度に応じて制御すると共に、効果的に
照度均一化を行うことができ、且つ露光時間の短縮も図
ることのできる露光制御装置を提供することを目的とす
るものである。
The present invention has been made in view of such a point, and can control the exposure amount in accordance with the required accuracy, can effectively uniform the illuminance, and can shorten the exposure time. An object of the present invention is to provide an exposure control device.

〔課題を解決する為の手段〕[Means for solving the problem]

かかる問題点を解決するため本発明においては、可干
渉性のパルス光を射出するパルス光源1と、パルス光を
第1物体(レチクルR)に照射する照明光学系とを備
え、複数のパルス光の照射によって第1物体に形成され
たパターンを所定の露光量(適正露光量S)で第2物体
(ウエハW)に転写する装置にあって、第2物体への露
光量を所定の露光量に制御する露光制御装置において、 第1物体に照射される各パルス光の光量を、所定の調
整度で一律に調整する第1光量調整手段(減光部3)
と; パルス光の照射によって第1物体若しくは第2物体上
に生じる干渉パターンをパルス光の照射毎に移動させて
平滑化するために必要なパルス数Nspと、複数のパルス
光の照射によって第2物体へ与えられる積算光量を所定
の設定精度で制御するために必要なパルス数Neと、所定
の露光量とに基づいて、第1光量調整手段の調整度とパ
ルス光の平均光量値(・B)とを予め決定する第1演
算手段と; 平均光量値のもとで前記パルス光を照射した時に前記
第2物体へ与えられるべき目標積算光量を所定単位パル
ス毎に決定する第2演算手段と; 前記第2物体へ与えられた実際の積算光量を検出する
光量計測手段(受光素子9、光量モニター部18)と; 先行して照射されたパルス光によって前記第2物体へ
与えられた実際の積算光量と、それに対応した前記目標
積算光量との差分Dを算出する第3演算手段と; 該算出された差分に基づいて、次に照射すべきパルス
光の光量を前記平均光量値から補正して調整する第2光
量調整手段(第2光量制御部15)と; を備えることとした。
In order to solve such a problem, the present invention includes a pulse light source 1 that emits coherent pulse light, and an illumination optical system that irradiates the first object (reticle R) with the pulse light. For transferring a pattern formed on a first object by a predetermined amount of exposure (appropriate amount of exposure S) to a second object (wafer W) by irradiating the second object with a predetermined amount of exposure. A first light amount adjusting means (light reducing unit 3) for uniformly adjusting the light amount of each pulse light irradiated to the first object at a predetermined adjustment degree.
The number of pulses Nsp required to move and smooth the interference pattern generated on the first object or the second object by the irradiation of the pulse light with each irradiation of the pulse light, and the second by the irradiation of the plurality of pulse lights. Based on the number of pulses Ne required to control the integrated light amount given to the object with a predetermined setting accuracy and a predetermined exposure amount, the degree of adjustment of the first light amount adjusting means and the average light amount of the pulse light (· B And a second calculating means for determining, for each predetermined unit pulse, a target integrated light quantity to be given to the second object when irradiating the pulse light under an average light quantity value. Light quantity measuring means (light receiving element 9 and light quantity monitoring unit 18) for detecting the actual integrated light quantity given to the second object; and the actual light quantity given to the second object by the previously irradiated pulse light. Integrated light quantity and it A third calculating means for calculating a difference D from the corresponding target integrated light quantity; and a second adjusting means for correcting the light quantity of pulse light to be irradiated next from the average light quantity value based on the calculated difference. And a light amount adjusting means (second light amount control unit 15).

また、パルスエネルギーを射出するエネルギー源と、
該パルスエネルギーを第1物体に照射する照明系とを備
え、複数のパルスエネルギーの照射によって前記第1物
体に形成されたパターンを所定の露光量で感応性の第2
物体に転写する装置にあって、前記第2物体への露光量
を前記所定の露光量に制御する露光制御装置において、 第1物体に照射される各パルスエネルギーのエネルギ
ー量を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギー
量調整手段と; 複数のパルスエネルギーの照射によって前記第2物体
へ与えられる積算エネルギーを所定の設定精度で制御す
るために必要なパルス数と、所定の露光量とに基づい
て、前記第1エネルギー量調整手段の調整度と前記パル
スエネルギーの平均エネルギー値とを予め決定する第1
演算手段と; 平均エネルギー値のもとで前記パルスエネルギーを照
射した時に第2物体へ与えられるべき目標積算エネルギ
ー量を所定単位パルス毎に決定する第2演算手段と;第
2物体へ与えられた実際の積算エネルギー量を検出する
エネルギー量計測手段と; 先行して照射されたパルスエネルギーによって前記第
2物体へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに
対応した目標積算エネルギー量との差分を算出する第3
演算手段と; 算出された差分に基づいて、次に照射すべきパルスエ
ネルギーのエネルギー量を前記平均エネルギー値を補正
して調整する第2エネルギー量調整手段と; を備えることとした。
Also, an energy source that emits pulse energy,
An illumination system for irradiating the first object with the pulse energy; and irradiating a pattern formed on the first object by irradiation of the plurality of pulse energies with a second light-sensitive pattern at a predetermined exposure dose.
An exposure control device for transferring an exposure amount to the second object to the predetermined exposure amount, wherein the energy amount of each pulse energy applied to the first object is adjusted by a predetermined adjustment degree. A first energy amount adjusting means for uniformly adjusting the number of pulses required to control the integrated energy given to the second object by irradiation of a plurality of pulse energies with a predetermined setting accuracy, a predetermined exposure amount, The first energy amount adjusting means and the average energy value of the pulse energy are determined in advance based on
Calculation means; and second calculation means for determining, for each predetermined unit pulse, a target integrated energy amount to be given to the second object when the pulse energy is irradiated under the average energy value; given to the second object. Energy amount measuring means for detecting an actual integrated energy amount; calculating a difference between the actual integrated energy amount given to the second object by the previously irradiated pulse energy and the target integrated energy amount corresponding thereto. Third
Calculating means; and second energy amount adjusting means for adjusting the energy amount of the pulse energy to be irradiated next by correcting the average energy value based on the calculated difference.

また、パルスエネルギーを射出するエネルギー源と、
該パルスエネルギーを第1物体に照射する照射系とを備
え、複数のパルスエネルギーの照射によって前記第1物
体に形成されたパターンを所定の露光量で感応性の第2
物体に転写する露光装置において、 第1物体に照射される各パルスエネルギーのエネルギ
ー量を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギー
量調整手段と; パルスエネルギーを照射した時に第2物体へ与えられる
べき目標積算エネルギー量を所定単位パルス毎に決定す
る第2演算手段と; 第2物体へ与えられる実際の積算エネルギー量に関す
る情報を検出するエネルギー量計測手段と; 先行して照射されたパルスエネルギーによって第2物
体へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに対応
した目標積算エネルギー量とに基づいて、次に照射すべ
きパルスエネルギーのエネルギー量を調整する第2エネ
ルギー量調整手段と; を備えることとした。
Also, an energy source that emits pulse energy,
An irradiation system for irradiating the first object with the pulse energy, and irradiating a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulse energies with a second light-sensitive pattern at a predetermined exposure dose.
An exposure apparatus for transferring an object to an object, a first energy amount adjusting means for uniformly adjusting an energy amount of each pulse energy applied to the first object at a predetermined adjustment degree; Second calculating means for determining a target integrated energy amount to be provided for each predetermined unit pulse; energy amount measuring means for detecting information on an actual integrated energy amount applied to the second object; a pulse previously irradiated Second energy amount adjusting means for adjusting the energy amount of the pulse energy to be irradiated next based on the actual integrated energy amount given to the second object by the energy and the target integrated energy amount corresponding thereto. I decided to prepare.

また、パルスエネルギーを射出するエネルギー源と、
該パルスエネルギーを物体に照射する照明系とを備え、
複数のパルスエネルギーの照射によって前記物体に照射
されるエネルギー量を制御するエネルギー制御装置にお
いて、 物体に照射される各パルスエネルギーのエネルギー量
を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギー量調
整手段と; 物体上に照射される各パルスエネルギー量を所定単位
パルス毎に調整可能な第2エネルギー量調整手段とを備
えることとした。
Also, an energy source that emits pulse energy,
An illumination system for irradiating the object with the pulse energy,
An energy control device for controlling an amount of energy applied to the object by irradiation of a plurality of pulse energies, wherein a first energy amount adjustment for uniformly adjusting an energy amount of each pulse energy applied to the object at a predetermined adjustment degree. Means; and second energy amount adjusting means capable of adjusting each pulse energy amount irradiated onto the object for each predetermined unit pulse.

また、エネルギー源からのパルスエネルギーを第1物
体に照射し、複数のパルスエネルギーの照射によって前
記第1物体に形成されたパターンを所定の露光量で感応
性の第2物体に転写する露光方法において、 複数のパルスエネルギーに対して、所定の調整度でパ
ルスエネルギーを一律に調整すること; パルスエネルギーを照射した時に前記第2物体へ与え
られるべき目標積算エネルギー量を算出すること; 第2物体へ与えられる実際の積算エネルギー量に関す
る情報を検出すること; 積算エネルギー量と目標積算エネルギー量とに基づい
て、パルスエネルギーのエネルギー量を所定単位パルス
毎に調整することとを備えた。
An exposure method for irradiating a first object with pulse energy from an energy source and transferring a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulse energies to a sensitive second object at a predetermined exposure dose. Adjusting the pulse energy uniformly with a predetermined degree of adjustment for a plurality of pulse energies; calculating a target integrated energy amount to be given to the second object when irradiating the pulse energy; Detecting information on the provided actual integrated energy amount; and adjusting the energy amount of the pulse energy for each predetermined unit pulse based on the integrated energy amount and the target integrated energy amount.

〔作 用〕(Operation)

本発明では、全てのパルス光の光量を一律に調整する
第1光量調整手段と、パルス毎にその光量を調整する第
2光量調整手段とを設け、1ショットの露光に必要なパ
ルス光の全てにわたって露光エネルギーが所定の平均光
量値と略一致するように制御すると共に、ショット毎の
パルス数を一定とする構成をとっている。このため、露
光量の最適化を行うと共に、干渉パターンをパルス光の
照射に同期させて移動させることによって、最終的に干
渉パターンを略完全に平滑化(照度均一化)することが
できる。
In the present invention, the first light amount adjusting means for uniformly adjusting the light amounts of all the pulse lights and the second light amount adjusting means for adjusting the light amounts for each pulse are provided, and all of the pulse lights necessary for one-shot exposure are provided. , The exposure energy is controlled to be substantially equal to a predetermined average light amount value, and the number of pulses for each shot is kept constant. For this reason, by optimizing the exposure amount and moving the interference pattern in synchronization with the irradiation of the pulse light, the interference pattern can be finally almost completely smoothed (uniform illuminance).

また、本発明では従来のように最後の数パルスまたは
1パルスの光量を低下させて修正露光を行うことをしな
いので、ショット毎の露光時間が最短且つ一定となり得
る。
In the present invention, since the correction exposure is not performed by reducing the light amount of the last several pulses or one pulse as in the related art, the exposure time for each shot can be shortest and constant.

さらに、パルス毎に光量を実測して、その光量を微調
整するようにしていることから、従来のように目標露光
量にかなり接近した段階で光量調整を行う場合と比較
し、光量を実測する光量計測手段、及び次のパルスの光
量を調整する第2光量調整手段のダイナミックレンジが
小さくて済み、露光量の制御精度を向上させることがで
きる。
Further, since the light amount is actually measured for each pulse and the light amount is finely adjusted, the light amount is actually measured in comparison with the conventional case where the light amount is adjusted at a stage very close to the target exposure amount. The dynamic range of the light amount measuring means and the second light amount adjusting means for adjusting the light amount of the next pulse can be small, and the control accuracy of the exposure amount can be improved.

また、感光性の第2物体への露光条件(例えば、レジ
ストの感度特性に応じた1ショット当たりの適正露光
量)が大きく変化する場合であっても、第1光量調整手
段により全てのパルス光の光量を一律に調整できるた
め、第2光量調整手段のダイナミックレンジを大きくす
ることなく、簡単に露光条件の変化に対応することがで
きる。
Further, even when the exposure condition for the photosensitive second object (for example, an appropriate exposure amount per one shot in accordance with the sensitivity characteristic of the resist) greatly changes, all the pulse light Can be adjusted uniformly, so that it is possible to easily respond to changes in exposure conditions without increasing the dynamic range of the second light amount adjusting means.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は、本発明の実施例による露光制御装置の概略
的な構成を示す平面図であって、ここではレチクルRの
パターンをウエハWへ投影露光するステッパーに応用し
た構成を示す。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an exposure control apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, a configuration applied to a stepper for projecting and exposing a pattern of a reticle R onto a wafer W is shown.

第1図において、外部トリガパルスを出力するトリガ
制御部13は、エキシマレーザ光等のパルス光を射出する
パルスレーザ光源1の発振(パルス数、発振間隔等)を
制御する。また、本発明の第2光量調整手段としての第
2光量制御部15は、パルスレーザ光源1の高圧放電電圧
を制御するものであって、本実施例では後述する主制御
系10からの指令信号に基づいて放電電圧を制御して、パ
ルス毎にその露光エネルギーの微調整を行うものとす
る。
In FIG. 1, a trigger controller 13 that outputs an external trigger pulse controls the oscillation (number of pulses, oscillation interval, and the like) of the pulse laser light source 1 that emits pulse light such as excimer laser light. Further, the second light quantity control unit 15 as the second light quantity adjusting means of the present invention controls the high discharge voltage of the pulse laser light source 1, and in the present embodiment, a command signal from the main control system 10 described later. , And finely adjust the exposure energy for each pulse.

パルスレーザ光源1は、レーザチューブを挟んで両端
に配置される2枚の共振ミラーの間の一部にエタロン、
分散素子等で構成される狭帯化波長安定化機構を有し、
安定共振器を持つレーザ光源として構成されている。パ
ルスレーザ光源1においてレーザ光の光軸に沿って平行
に設けられた2枚の電極間に高電圧の放電を起こすこと
によって、レジスト層を感光するような波長のDeepUV
光、例えばKrFエキシマレーザ光(波長248nm)が発振さ
れることになる。パルスレーザ光源1から射出されるレ
ーザビームLB0は、2枚の電極の配置形状に応じた矩形
断面、即ちビーム断面の縦横比が1/2〜1/5程度の長方形
となっている。そこで、レーザビームLB0は2組(凹
凸)のシリンドリカルレンズを組み合わせたビームエク
スパンダー2(ビーム断面形状変換光学系)に入射し、
エクスパンダー2はビームLB0の短手方向の幅を拡大し
て、ビーム断面が略正方形に変換されたビームLB1とし
て射出する。
The pulsed laser light source 1 includes an etalon at a part between two resonance mirrors disposed at both ends of the laser tube,
It has a narrow band wavelength stabilizing mechanism composed of dispersive elements and the like,
It is configured as a laser light source having a stable resonator. By generating a high-voltage discharge between two electrodes provided in parallel along the optical axis of the laser light in the pulse laser light source 1, DeepUV having a wavelength that makes the resist layer photosensitive is provided.
Light, for example, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is oscillated. The laser beam LB 0 emitted from the pulse laser source 1, a rectangular cross section corresponding to the arrangement shape of the two electrodes, i.e., the aspect ratio of the beam cross section has a 1 / 2-1 / 5 of about rectangular. Therefore, the laser beam LB 0 is incident on a beam expander 2 (beam cross-sectional shape conversion optical system) in which two sets (irregularities) of cylindrical lenses are combined,
Expander 2 to expand the width of the lateral direction of the beam LB 0, the beam cross section is emitted as a beam LB 1 that has been converted into a substantially square shape.

エクスパンダー2からの射出ビームLB1は、本発明の
第1光量調整手段である減光部3に入射し、減光部3は
そのビーム光量(エネルギー)を0%(完全透過)から
100%(完全遮光)の間で連続的若しくは段階的に減衰
させる。尚、後述するように減光部3の減光率(又は透
過率)は、レチクルR又はウエハW上に生じる干渉パタ
ーンを平滑化するために必要なパルス数Nspと、ウエハ
Wへ与えられる積算光量を所望の露光量制御精度で制御
するために必要なパルス数Neとから定められる実際の露
光に必要なパルス数Nexp、及び適正露光量から決定され
るものである。
Emerging beam LB 1 from the expander 2 from incident on the first light reduction unit 3 is a light amount adjusting means of the present invention, the dimming section 3 the beam light intensity (energy) 0% (completely transparent)
Attenuate continuously or stepwise between 100% (complete shading). As will be described later, the dimming rate (or transmittance) of the dimming unit 3 is determined by the number of pulses Nsp required to smooth an interference pattern generated on the reticle R or the wafer W and the integration given to the wafer W. The number of pulses Nexp required for actual exposure, which is determined from the number of pulses Ne required to control the amount of light with desired exposure amount control accuracy, and an appropriate exposure amount.

ここで、例えば減光部3の減光率が離散的な6段階に
設定されるものとすると、その減光率は露光開始前にパ
ルス数Nexp及び適正露光量に基づいて選択され、少なく
とも1つのショットの露光中に別の値に変更されること
はない。換言すれば、減光部3はウエハWへの露光条件
(例えば、レジストの感度特性に応じた1ショット当た
りの適正露光量)に変化がない限り、常に全てのパルス
光の光量を所定の減光率で一律に減衰させるものであっ
て、応答速度(減光率の切替速度)が比較的低い光量調
整機構で構わないことになる。
Here, for example, assuming that the dimming rate of the dimming unit 3 is set to six discrete steps, the dimming rate is selected based on the pulse number Nexp and the appropriate exposure amount before the start of exposure, and at least 1 It is not changed to another value during the exposure of one shot. In other words, the dimming unit 3 always reduces the light amounts of all the pulse lights by a predetermined amount as long as the exposure condition for the wafer W (for example, an appropriate exposure amount per shot according to the sensitivity characteristic of the resist) does not change. The light amount is uniformly attenuated by the light rate, and a light amount adjusting mechanism having a relatively low response speed (light-changing rate switching speed) may be used.

本実施例における減光部3は、例えばターレット板に
6種の減衰率(透過率)の異なるメッシュフィルターを
取付け、このターレット板を回転させる方式が採用され
る。第2図、回転ターレット板16と6種類のメッシュフ
ィルター16a〜16fとの構造の一例を示すもので、フィル
ター16aは単なる開口(透明)部であり、減衰率0%
(即ち、透過率100%)に定められている。各フィルタ
ー16a〜16fは回転ターレット板16の回転軸を中心とする
円に沿った6ケ所に、約60゜おきに配置され、いずれか
1つのフィルターがエキスバンダー2からの略正方形な
ビームLB1の光路中に位置するように構成されている。
The light reducing unit 3 in the present embodiment employs a method in which six types of mesh filters having different attenuation rates (transmittances) are attached to a turret plate and the turret plate is rotated. FIG. 2 shows an example of the structure of a rotating turret plate 16 and six types of mesh filters 16a to 16f. The filter 16a is a mere opening (transparent) part, and the attenuation rate is 0%.
(That is, 100% transmittance). Each of the filters 16a to 16f is disposed at about six positions along a circle centered on the rotation axis of the rotary turret plate 16 at an interval of about 60 °, and one of the filters is a substantially square beam LB 1 from the expander 2. Are arranged in the optical path.

第3図は、第2図に示した回転ターレット板16の回転
量と透過率との関係を示するものである。ここでは、フ
ィルター16aがビームLB1の光路中に位置する時の回転量
を零とし、第2図において紙面内で反時計回りに回転タ
ーレット板16を回転させたものとして示している。第3
図では、回転ターレット板16を約16゜(π/3)ずつ回転
させると、所定の割合でビームLB1が減光される。尚、
回転量が2π(360゜又は0゜)の時はフィルター16aが
選ばれるため、透過率は100%になる。
FIG. 3 shows the relationship between the amount of rotation of the rotating turret plate 16 shown in FIG. 2 and the transmittance. Here, it is shown as a filter 16a is a rotation amount zero when positioned in the optical path of the beam LB 1, it rotates the rotary turret plate 16 counterclockwise in the drawing sheet of FIG. 2. Third
In the figure, when the rotary turret plate 16 by about 16 ° (π / 3), the beam LB 1 is dimmed at a predetermined rate. still,
When the rotation amount is 2π (360 ° or 0 °), the filter 16a is selected, and the transmittance becomes 100%.

ここで、回転ターレット板16に取り付ける減光素子と
しては、メッシュフィルター以外のものとして、異なる
透過率を持った誘電体ミラーでも構わない。また、2組
の回転ターレット板16を一定の間隔をおいて相対回転可
能に設け、例えば第1回転ターレット板の減光素子の透
過率を100%,90%,80%,70%,60%,50%とし、第2回転
ターレット板の減光素子の透過率を100%,40%,30%,20
%,10%,5%に設定すれば、両者の組合せで、計36通り
の透過率が実現できる。
Here, as the dimming element attached to the rotating turret plate 16, a dielectric mirror having a different transmittance may be used other than the mesh filter. Further, two sets of rotating turret plates 16 are provided so as to be relatively rotatable at a fixed interval, and for example, the transmittance of the dimming element of the first rotating turret plate is set to 100%, 90%, 80%, 70%, 60%. , 50%, and the transmittance of the dimming element of the second rotating turret plate is 100%, 40%, 30%, 20%.
If set to%, 10%, and 5%, a total of 36 transmittances can be realized by a combination of the two.

また、減光部3として所定の短形アパーチャーとズー
ムレンズ系とを組み合わせて、ズーム比やアパーチャー
径を変えることで連続的に減光を行う方式、2枚のガラ
ス板(石英等)を所定間隔で略平行に保持した、所謂エ
タロンを回転させる方式、2枚の位相格子若しくは明暗
格子を相対的に移動させる方式、或いは露光光として直
線偏光のレーザ光を用いる場合には偏光板を回転させる
方式等を採用しても構わない。
In addition, a method in which a predetermined short aperture and a zoom lens system are combined as the light reduction unit 3 to continuously reduce light by changing the zoom ratio and the aperture diameter, and two glass plates (quartz or the like) are used. A method of rotating a so-called etalon, which is held substantially in parallel at intervals, a method of relatively moving two phase gratings or light and dark gratings, or rotating a polarizing plate when linearly polarized laser light is used as exposure light. A system or the like may be adopted.

第1図の説明に戻って、減光部3において所定の減衰
を受けた略平行なビームLB1′は、干渉パターンを平滑
化する干渉パターン低減部4に入射する。干渉パターン
低減部4は、アクチュエータ(ピエゾ素子等)によって
一次元(又は二次元)に振動する振動ミラー(ガルバノ
ミラー、ポリゴンミラー等)を有し、1パルス毎にフラ
イアイレンズ6ヘのビームLB1′の入射角を変化させる
こととで、干渉パターンをレチクル上で一次元(又は二
次元)移動させて最終的に平滑化する、換言すれば照度
均一性を高めるのものである。
Returning to the description of FIG. 1, the substantially parallel beam LB 1 ′ which has undergone a predetermined attenuation in the light reduction unit 3 enters an interference pattern reduction unit 4 which smoothes an interference pattern. The interference pattern reduction unit 4 has a vibrating mirror (galvano mirror, polygon mirror, or the like) that vibrates one-dimensionally (or two-dimensionally) by an actuator (piezo element or the like), and the beam LB to the fly-eye lens 6 for each pulse. By changing the angle of incidence of 1 ', the interference pattern is moved one-dimensionally (or two-dimensionally) on the reticle to finally smooth it, in other words, to improve the illuminance uniformity.

さて、干渉パターン低減部4を通過したビームLB1
は、微小な角度で一次元(又は二次元)に振れる振動ビ
ームとなった後、ミラー5で折り返されてオプチカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ6に入射する。
従って、フライアイレンズ6に入射するビームLB1
は、そのフライアイレンズ6に入射面における入射角が
時々刻々変化する。ここで、フライアイレンズ6は複数
本のロッド状のエレメントレンズを束ねたもので、その
射出端にはエレメントレンズの数だけ2次光源像(ここ
ではビームLB1′の部分光束の夫々の集光スポット)が
形成されることになる。
Now, the beam LB 1 ′ that has passed through the interference pattern reduction unit 4
Is turned into a vibrating beam that swings one-dimensionally (or two-dimensionally) at a minute angle, is then turned back by a mirror 5 and enters a fly-eye lens 6 as an optical integrator.
Therefore, the beam LB 1 ′ incident on the fly-eye lens 6
The incident angle of the fly-eye lens 6 on the incident surface changes every moment. Here, the fly-eye lens 6 is formed by bundling a plurality of rod-shaped element lenses, and the exit end thereof has the same number of secondary light source images (here, the collection of the partial light beams of the beam LB 1 ′) as the number of element lenses. (Light spot).

第4図は、フライアイレンズ6の入射ビームと2次光
源像(スポット光)との関係を示し、特開昭59−226317
号公報に開示された原理に従う模式的な説明図である。
フライアイレンズ6の各ロッドレンズ6aは、両端に凸球
面が形成された石英ガラスの四角柱である。光軸AXと平
行にビームLBb(平行光束)がフライアイレンズに入射
すると、フライアイレンズ6の各ロッドレンズ6aの射出
端、又は射出端から所定量だけ空気中に出た位置には、
スポット光SPbが集光する。このスポット光SPbは第4図
では1つのロッドレンズのみについて表したが、実際に
はビームLBbが照射されるロッドレンズの全ての射出側
に形成されることになる。しかも、ビームLBbに対して
各スポット光SPbは、ロッドレンズの射出面の略中心に
集光される。一方、光軸AXに対して右方に傾いた平行な
ビームLBcがフライアイレンズ6に入射すると、各ロッ
ドレンズ6aの射出面の左側にスポット光SPcとして集光
される。同様に、光軸AXに対して左方に傾いた平行なビ
ームLBaは、ロッドレンズ6aの射出面の右側にスポット
光SPaとして集光される。
FIG. 4 shows the relationship between the incident beam of the fly-eye lens 6 and the secondary light source image (spot light).
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram according to the principle disclosed in Japanese Patent Application Publication No. H10-115,004.
Each rod lens 6a of the fly-eye lens 6 is a quadrangular prism made of quartz glass having convex spherical surfaces formed at both ends. When the beam LBb (parallel light beam) is incident on the fly-eye lens in parallel with the optical axis AX, the exit end of each rod lens 6a of the fly-eye lens 6 or the position where a predetermined amount has exited from the exit end into the air,
The spot light SPb is collected. Although this spot light SPb is shown for only one rod lens in FIG. 4, it is actually formed on all the emission sides of the rod lens irradiated with the beam LBb. Moreover, each spot light SPb is focused on the beam LBb substantially at the center of the exit surface of the rod lens. On the other hand, when the parallel beam LBc inclined rightward with respect to the optical axis AX enters the fly-eye lens 6, it is collected as a spot light SPc on the left side of the exit surface of each rod lens 6a. Similarly, the parallel beam LBa inclined leftward with respect to the optical axis AX is focused as spot light SPa on the right side of the exit surface of the rod lens 6a.

従って、干渉パターン低減部4による平行ビームL
B1′の一次元の振動によって、フライアイレンズ6の射
出側に生じる複数のスポット光の全てが、フライアイレ
ンズ6(光軸AX)に対して一方向に同時に往復移動する
ことになる。
Therefore, the parallel beam L by the interference pattern reduction unit 4
Due to the one-dimensional vibration of B 1 ′, all of the plurality of spot lights generated on the exit side of the fly-eye lens 6 reciprocate simultaneously in one direction with respect to the fly-eye lens 6 (optical axis AX).

こうして、フライアイレンズ6の射出側にできた各ス
ポット光を成す複数のビームLB2は、第1図に示される
ようにビームスプリッター7で大部分が透過して、コン
デンサーレンズCLに入射した後、レチクルR上でそれぞ
れ重ね合わされる。これによって、レチクルRは略一様
な照度分布で照明され、レチクルRのパターンは投影レ
ンズPLによってステージ(不図示)上に載置されたウエ
ハWのレジスト層に所定の露光量で転写される。この
際、少なくとも像(ウエハ)側テレセントリックの投影
レンズPLの瞳(入射瞳)Epには、フライアイレンズ6の
射出端にできる複数のスポット光が再結像され、所謂ケ
ーラー照明系が構成される。
In this way, a plurality of beams LB 2 forming each spot light formed on the exit side of the fly-eye lens 6 are transmitted through the beam splitter 7 as shown in FIG. 1, and are incident on the condenser lens CL. , On the reticle R. As a result, the reticle R is illuminated with a substantially uniform illuminance distribution, and the pattern of the reticle R is transferred by the projection lens PL onto the resist layer of the wafer W mounted on a stage (not shown) at a predetermined exposure amount. . At this time, a plurality of spot lights formed at the exit end of the fly-eye lens 6 are re-imaged at least on the pupil (entrance pupil) Ep of the image (wafer) side telecentric projection lens PL, and a so-called Koehler illumination system is configured. You.

以上のように、干渉パターン低減部4はフライアイレ
ンズ6に入射するビームを振動させることにより、レチ
クル面又はウエハ面に生じる干渉縞(二次元の干渉パタ
ーン)を微小量移動させ、露光完了時においては、結果
的にレジスト層に転写された明暗縞を平滑化し,干渉縞
のビジビリティを低減させるものである。尚、本実施例
では干渉パターンを平滑化するにあたって、フライアイ
レンズ6に入射するレーザ光を振動させているが、この
他に例えば回転拡散板をパルス光の発光に同期して回転
させる構成としても良い。
As described above, the interference pattern reduction unit 4 vibrates the beam incident on the fly-eye lens 6 to move the interference fringes (two-dimensional interference pattern) generated on the reticle surface or the wafer surface by a very small amount. In (2), light and dark fringes transferred to the resist layer are consequently smoothed to reduce the visibility of interference fringes. In this embodiment, when smoothing the interference pattern, the laser light incident on the fly-eye lens 6 is vibrated. In addition to this, for example, a configuration in which the rotating diffuser is rotated in synchronization with the emission of the pulse light is used. Is also good.

次に、ビームスプリッター7で分割されたビームLB2
の一部は、集光光学系8により受光素子9の受光面上に
集光される。受光素子9は、ビームLB2の各パルス毎の
光量(光強度)に応じた光電信号を正確に出力するもの
で、紫外域において十分な感度を有するPINフォトダイ
オード等で構成される。受光素子9から出力される光電
信号は光量モニター部18に入力し、光量モニター部18に
おいて各パルス発光毎の光量を順次積算していくことに
なる。従って、受光素子9と光量モニター部18とが本発
明における光量計測手段を構成し、このように計測され
た実測値(実測した積算光量に対応した値であれば良
く、光量値自体である必要はない。以下同様)は、主制
御系10に送られる。この実測値(積算光量値)は、主制
御系10において露光量制御、即ちパルスレーザ光源1に
対する1パルス毎の印加電圧制御、及びトリガ制御部13
から発振されるトリガパルスの1ショット毎の発振制御
の基礎データとなっている。尚、受光素子9は予めパワ
ーメータ等によりレーザ光の実際の光量と受光素子9の
感度との関係が求められ、メモリー11に記憶されてい
る。
Next, the beam LB 2 split by the beam splitter 7
Is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 9 by the light condensing optical system 8. The light receiving element 9, and outputs a photoelectric signal corresponding to the amount (light intensity) of each of the beam LB 2 pulses correctly, composed of a PIN photodiode or the like having a sufficient sensitivity in the ultraviolet region. The photoelectric signal output from the light receiving element 9 is input to the light amount monitor unit 18, and the light amount monitor unit 18 sequentially integrates the light amount for each pulse emission. Therefore, the light receiving element 9 and the light amount monitoring unit 18 constitute a light amount measuring unit in the present invention, and the actually measured value (a value corresponding to the actually measured integrated light amount may be used. Is not sent to the main control system 10). This measured value (integrated light amount value) is controlled by the main control system 10 to control the exposure amount, that is, to control the voltage applied to the pulse laser light source 1 for each pulse, and to control the trigger controller 13
This is the basic data of the oscillation control for each shot of the trigger pulse oscillated from. The relationship between the actual light amount of the laser beam and the sensitivity of the light receiving element 9 is obtained in advance by a power meter or the like for the light receiving element 9 and stored in the memory 11.

さて、主制御系10はメモリー11と入出力装置12とを有
し、上述した光量モニター部18の実測値に基づいてトリ
ガ制御部13に制御指令を出力する他、第1光量制御部1
4,第2光量制御部15及び干渉パターン制御部17の各々に
所定の指令信号を送って、ステッパー全体の動作を統括
制御する。入出力装置12は、オペレーターとステッパー
本体とのマン・マシーン・インターフェイスであり、露
光に必要な各種パラメータをオペレータから受け付ける
と共に、ステッパーの動作状態をオペレータに知らせ
る。
The main control system 10 has a memory 11 and an input / output device 12, and outputs a control command to the trigger control unit 13 based on the actual measurement value of the light amount monitor unit 18 described above.
(4) A predetermined command signal is sent to each of the second light amount control unit 15 and the interference pattern control unit 17 to totally control the operation of the entire stepper. The input / output device 12 is a man-machine interface between the operator and the stepper main body, receives various parameters required for exposure from the operator, and notifies the operator of the operation state of the stepper.

また、メモリー11には入出力装置12から入力された露
光動作、及び各種演算等に必要なパラメータ(定数)や
テーブル、或いは上記受光素子9の感度特性等が記憶さ
れている。特に本実施例では、干渉パターン低減部4に
よりビームLB1′が半周期だけ振動する間に、良好な干
渉パターンの平滑化に最低限必要なパルス数(後述のNv
ib)を決定するための情報が記憶されている。ここで、
ビームの半周期とは、第4図においてスポット光をSPa
→SPb→SPcの順(又は逆)に移動させるのに、ビームを
LBa→LBb→LBcの順(又は逆)に揺動角α゜だけ傾ける
ことに対応している。尚、実際の振動ミラーの傾き量
は、倍角定理からα゜/2になる。
The memory 11 stores parameters (constants) and tables required for the exposure operation and various calculations input from the input / output device 12, or the sensitivity characteristics of the light receiving element 9 and the like. In particular, in the present embodiment, while the beam LB 1 ′ is oscillated by a half cycle by the interference pattern reduction unit 4, the minimum number of pulses (Nv
ib) is stored. here,
The half cycle of the beam is defined as the spot light SPa in FIG.
To move in the order of SPb → SPc (or vice versa), move the beam
This corresponds to tilting by the swing angle α ゜ in the order of LBa → LBb → LBc (or the reverse). Note that the actual tilt amount of the oscillating mirror is α ゜ / 2 from the double angle theorem.

また、主制御系10においてはメモリー11に予め記憶さ
れている干渉パターンを平滑化するために必要なパルス
数Nspと、1ショットの露光において所望の露光量制御
精度を達成するのに必要なパルスNeと、レジストの感度
特性に応じた1ショット当たりの適正露光量Sに関する
データとに基づいて、本発明の第1演算手段(不図示)
が減光部3の減光率βと後述する1パルス当たりの平均
光量値(・β)とを算出する。
In the main control system 10, the number of pulses Nsp required to smooth the interference pattern stored in advance in the memory 11 and the number of pulses required to achieve the desired exposure amount control accuracy in one-shot exposure are set. First calculating means (not shown) of the present invention based on Ne and data on an appropriate exposure amount S per shot according to the sensitivity characteristic of the resist.
Calculates the dimming rate β of the dimming unit 3 and the average light amount per pulse (· β) described later.

さらに、主制御系10はこの平均光量値で各パルスを照
射した時に、ウエハWに与えられるべき目標積算光量を
第2演算手段(不図示)によって算出した後、この目標
積算光量と前述した光量モニター部18から送られてきた
実測値との差分Dを第3演算手段(不図示)によって算
出する。そして、この差分Dに基づいて、本発明の第2
光量調整手段である第2光量制御部15に対して、パルス
レーザ光源1の印加電圧制御による光量調整のための指
令を出力する。言い換えれば、主制御系10は上記差分D
に基づいて、次に照射すべきパルス光の光量を平均光量
値(・β)から補正して求め、この補正値に基づいて
第2光量制御部15はパルスレーザ光源1の印加電圧を制
御する、即ち上記補正値に対応した分だけ印加電圧を修
正してパルスレーザ光源1に与えることになる。ここ
に、パルスレーザ光源1への印加電圧とその射出パルス
の光量(パルスエネルギー)との関係の一例を第5図に
示しておく。
Further, the main control system 10 calculates a target integrated light amount to be given to the wafer W by the second calculating means (not shown) when each pulse is irradiated with the average light amount value. The difference D from the actually measured value sent from the monitor unit 18 is calculated by a third calculating means (not shown). Then, based on the difference D, the second
A command for adjusting the light amount by controlling the applied voltage of the pulse laser light source 1 is output to the second light amount control unit 15 as the light amount adjusting means. In other words, the main control system 10 determines the difference D
The second light quantity control unit 15 controls the applied voltage of the pulse laser light source 1 based on the corrected light quantity of the pulsed light source 1 based on the average light quantity value (· β). That is, the applied voltage is corrected by the amount corresponding to the above-mentioned correction value and applied to the pulse laser light source 1. FIG. 5 shows an example of the relationship between the voltage applied to the pulse laser light source 1 and the light amount (pulse energy) of the emission pulse.

また、主制御系10はパルスレーザ光源1のパルス発光
と干渉パターン低減部4によるビームの振れ角とが同期
するように、干渉パターン制御部17に駆動信号を出力す
る。尚、この同期はビームの振れ角を高精度にモニター
する検出器の出力に追従して、パルスレーザ光源1にパ
ルス発光のトリガをかけるように、トリガ制御部13へ発
振開始及び停止の信号を出力するようにしても良い。
Further, the main control system 10 outputs a drive signal to the interference pattern control unit 17 so that the pulse emission of the pulse laser light source 1 and the deflection angle of the beam by the interference pattern reduction unit 4 are synchronized. Note that this synchronization follows the output of a detector that monitors the beam deflection angle with high precision, and sends an oscillation start and stop signal to the trigger control unit 13 so as to trigger a pulse emission of the pulse laser light source 1. You may make it output.

ここで、本発明の第2光量調整手段は本実施例のよう
なパルスレーザ光源1への印加電圧を制御する方式に限
定されるものでなく、例えば連続的な透過率(減光率)
が得られるものであっても構わない。具体的には、減光
部3の一例として先に挙げたアパーチャーとズームレン
ズ系を組合せたもの、エタロン、2枚の位相格子或いは
明暗格子、回転偏光板(直線偏光レーザの場合)等を用
いても良い。
Here, the second light amount adjusting means of the present invention is not limited to the method of controlling the voltage applied to the pulse laser light source 1 as in the present embodiment, but may be, for example, a continuous transmittance (light reduction ratio).
May be obtained. Specifically, as an example of the light reduction unit 3, a combination of the aperture and the zoom lens system described above, an etalon, two phase gratings or bright and dark gratings, a rotating polarizing plate (in the case of a linearly polarized laser), or the like is used. May be.

そこで、例えば第2光量調整手段として第8図(A)
に示すような2枚の明暗格子20a,20bと格子駆動部20cと
から成る高速減光部を用いる場合について述べる。2枚
の明暗格子20a,20bは、紫外光に対して透過率の良い材
質のガラス板(石英)上に、クロム等の蒸着により紫外
光に対して不透明な部分(遮光部)を適当な間隔でスリ
ット状に構成したもので、適当な間隔で平行に並べられ
ている。そして、一方の明暗格子20aはレーザビームLB
に対して固定されており、他方の明暗格子20bには格子
駆動部20cが結合され、主制御系10からの指令により格
子のピッチ方向に微動するように構成すれば良い。
Therefore, for example, FIG.
A description will be given of a case where a high-speed dimming unit including two light / dark gratings 20a and 20b and a grating driving unit 20c as shown in FIG. The two light and dark gratings 20a and 20b are formed on a glass plate (quartz) made of a material having a high transmittance with respect to ultraviolet light, by chromium or the like being vapor-deposited to provide an opaque portion (light-shielding portion) with ultraviolet light at an appropriate interval. And are arranged in parallel at appropriate intervals. And one of the light and dark gratings 20a is a laser beam LB.
And the other light-dark grid 20b is connected to a grid driving unit 20c, which can be finely moved in the pitch direction of the grid by a command from the main control system 10.

第8図(B)、(C)は2枚の明暗格子の部分拡大図
であって、格子のピッチをGp、不透明部(遮光部)の幅
をGwとしている。第8図(B)においては2枚の明暗格
子は全くずれておらず、光透過部と遮光部とが一致して
いる場合であり、レーザビームLBに対する減光率はGw/G
pとなる。第8図(C)では明暗格子20a(固定)と明暗
格子20b(可動)とがΔdだけずれている場合であり、
レーザビームLBに対する減光率は{(Gw+Δd)/Gp}
となる。但し、ずれ量ΔdはGw>Δdの範囲である。
FIGS. 8B and 8C are partially enlarged views of two light and dark grids, in which the pitch of the grid is Gp and the width of the opaque portion (light shielding portion) is Gw. FIG. 8 (B) shows a case where the two light and dark gratings are not displaced at all, and the light transmitting part and the light shielding part coincide with each other, and the extinction ratio for the laser beam LB is Gw / G
becomes p. FIG. 8 (C) shows a case where the light and dark grid 20a (fixed) and the light and dark grid 20b (movable) are shifted by Δd.
The dimming rate for the laser beam LB is {(Gw + Δd) / Gp}
Becomes However, the deviation amount Δd is in the range of Gw> Δd.

ここで、格子ピッチGpを10μm、遮光部の幅Gwを2.5
μmとすると、上記構成により、レーザビームLBに対し
て射出ビームLB′は75%から50%まで減光可能となる。
この際、明暗格子20a,20bの最大相対移動量(最大ずれ
量Δdmax)は幅Gwで規定されるため、明暗格子20bを最
大2.5μm移動させれば良い。従って、格子駆動部20cと
して圧電素子(ピエゾ素子等)を用いることができ、一
般的なエキシマレーザ等での繰り返し周波数100Hz〜500
Hzに対して、パルス発光に完全に追随して減光率の設定
が可能となり、高速減光が実現できる。
Here, the grating pitch Gp is 10 μm, and the width Gw of the light shielding portion is 2.5
When the thickness is set to μm, the above configuration enables the emission beam LB ′ to be reduced from 75% to 50% with respect to the laser beam LB.
At this time, since the maximum relative movement amount (maximum deviation amount Δdmax) of the light and dark grids 20a and 20b is defined by the width Gw, the light and dark grid 20b may be moved by a maximum of 2.5 μm. Therefore, a piezoelectric element (such as a piezo element) can be used as the grating driving unit 20c, and the repetition frequency of a general excimer laser or the like is 100 Hz to 500 Hz.
With respect to Hz, the extinction ratio can be set completely following pulse emission, and high-speed extinction can be realized.

尚、上記構成の高速減光部を用いる場合には、後方の
フライアイレンズ6への入射ビームを遮光しないよう
に、2枚の明暗格子20a,20bを挟んで1対のフォトカプ
ラを配置する。例えば、ビームLB、LB′の光路外におい
て明暗格子の入射側に半導体レーザ、LED等の発光素子
を配置し、且つこの発光素子と対向するように射出側に
光電検出器(シリコンフォトダイオード等)を設ける。
そして、この検出器の出力(高速減光部の透過光量に応
じた光電信号)を用いて、格子駆動部20cをサーボ制御
するように構成すれば、より精度良く2枚の明暗格子20
a,20bの相対移動量、即ち高速減光部の透過率を調整す
ることが可能となる。
In the case where the high-speed dimming unit having the above configuration is used, a pair of photocouplers is arranged with the two light / dark gratings 20a and 20b interposed therebetween so as not to block the incident beam to the rear fly-eye lens 6. . For example, a light emitting element such as a semiconductor laser or an LED is arranged outside the optical path of the beams LB and LB 'on the incident side of the light and dark grid, and a photoelectric detector (such as a silicon photodiode) is provided on the emitting side so as to face the light emitting element. Is provided.
If the grating drive unit 20c is servo-controlled using the output of the detector (a photoelectric signal corresponding to the amount of transmitted light of the high-speed darkening unit), the two light-dark gratings 20 can be more accurately controlled.
It is possible to adjust the relative movement amount of a and 20b, that is, the transmittance of the high-speed darkening unit.

この際、発光素子の出力の安定性にもよるが、上述し
た如く明暗格子20bの移動量が最大でも2.5μm程度であ
るため、発光素子の出力(光強度)がばらつくと、高速
減光部の透過率の測定精度、及びその設定精度も低下す
ることになる。そこで、実際には光電検出器により発光
素子から射出されるビームの一部を受光してその光量を
検出するようにし、この値を用いて上記検出器の出力
(透過光量)を除算することによって、正確な高速減光
部の透過率(実測値)を測定することが望ましい。尚、
特にフォトカプラを用いずとも、単に高速減光部の前後
(入射側と射出側)に2つの光電検出値を配置し、この
2つの検出器の出力を用いて除算を行うようにしても、
同様に高速減光部の透過率を正確に測定することができ
る。
At this time, although it depends on the stability of the output of the light emitting element, as described above, the moving amount of the light / dark grating 20b is at most about 2.5 μm. , The measurement accuracy of the transmittance and the setting accuracy thereof also decrease. Therefore, in practice, a part of the beam emitted from the light emitting element is received by the photoelectric detector and its light amount is detected, and the output (transmitted light amount) of the detector is divided by using this value. It is desirable to accurately measure the transmittance (actually measured value) of the high-speed darkening portion. still,
Even if a photocoupler is not used, two photoelectric detection values may be simply arranged before and after the high-speed darkening portion (incident side and emitting side), and division may be performed using the outputs of the two detectors.
Similarly, the transmittance of the high-speed darkening portion can be accurately measured.

以上、第2光量調整手段として2枚の明暗格子を用い
る場合について述べたが、他の方式(位相格子等)にお
いても駆動手段(アクチュエータ)としてピエゾ素子等
を用いれば高速駆動が可能となって、十分にパルスレー
ザ光源1の発振に追従して正確に光量調整(減光率設
定)を行うことができる。
The case where two light-dark gratings are used as the second light amount adjusting means has been described above. However, in other methods (such as a phase grating), high-speed driving is possible by using a piezo element or the like as a driving means (actuator). Thus, the light amount adjustment (light reduction ratio setting) can be performed accurately following the oscillation of the pulse laser light source 1 sufficiently.

また、減光部3は第1図にて示した位置のみでなく、
パルス光源1とエクスパンダー2の間、又はパルス光源
1内の共振器ミラーの間に入れても同様の効果が得られ
る。さらに、上述した干渉パターン低減部4によりビー
ムを微小角振動させる方式を採らない場合は、干渉パタ
ーン低減部4とフライアイレンズ6の間に入れても良
い。しかし、いずれにしても減光部3は、フライアイレ
ンズ6にレーザ光が入射する前の段階に入れておく必要
がある。なんとなれば、メッシュフィルター等の減光素
子は、ビーム断面での照度均一性の劣化を招くことが多
いため、これをフライアイレンズ6によって解消する必
要があるからである。尚、第2光量調整手段として高速
減光部(2枚の明暗格子等)を用いる場合には、減光部
3と同様にその高速減光部をフライアイレンズ6の前の
いずれかの光路中に配置すれば良い。
The dimming unit 3 is not limited to the position shown in FIG.
The same effect can be obtained by inserting the light source between the pulse light source 1 and the expander 2 or between the cavity mirrors in the pulse light source 1. Further, when the method of causing the beam to vibrate at a small angle by the interference pattern reduction unit 4 described above is not employed, the beam may be inserted between the interference pattern reduction unit 4 and the fly-eye lens 6. However, in any case, the dimming unit 3 needs to be placed in a stage before the laser light is incident on the fly-eye lens 6. This is because a dimming element such as a mesh filter often causes deterioration of illuminance uniformity in a beam cross section, and it is necessary to eliminate the deterioration by the fly-eye lens 6. In the case where a high-speed dimming unit (two light / dark gratings or the like) is used as the second light amount adjusting means, the high-speed dimming unit is connected to any one of the optical paths in front of the fly-eye lens 6 similarly to the dimming unit 3. Just place it inside.

次に、干渉パターンの平滑化(照度均一化)を行うた
めに最低限必要なパルス数Nspについて述べるが、干渉
パターンの平滑化については、例えば特開平1−257327
号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明す
る。上記公報では、オプチカルインテグレータ、特にフ
ライアイレンズを備えた照明光学系を採用する場合、レ
チクル(又はウエハ)上に形成される干渉パターンをあ
る範囲内で移動させつつ、複数のパルス光を照射するこ
とで平滑化を行う際には、干渉パターンを1ピッチ分移
動させる間に照射すべき最小のパルス数が予めある一定
値に制限され、その最小パルス数以上の数のパルス光を
照射しなければならないという原理を利用している。
Next, the minimum number of pulses Nsp required for smoothing the interference pattern (uniform illuminance) will be described. For the smoothing of the interference pattern, see, for example, JP-A-1-257327.
Since it is disclosed in the official gazette, it will be briefly described here. In the above publication, when an optical integrator, particularly an illumination optical system having a fly-eye lens is employed, a plurality of pulsed lights are irradiated while moving an interference pattern formed on a reticle (or a wafer) within a certain range. Therefore, when performing the smoothing, the minimum number of pulses to be irradiated during the movement of the interference pattern by one pitch is limited to a predetermined value in advance, and the pulse light of the number equal to or more than the minimum number of pulses must be irradiated. It uses the principle that it must be.

さて、第4図にも示したように干渉パターンは、フラ
イアイレンズ6の各ロッドレンズによって作られたスポ
ット光が互いに干渉し合うことで生じる。この時、互い
に隣り合った2つのロッドレンズのスポット光のみが干
渉する場合、或いはロッドレンズの配列方向の3つのス
ポット光が互いに干渉し合う場合等でも良いが、最大で
もロッドレンズの配列方向の数だけのスポット光が互い
に干渉し合う場合について考えれば良い。
Now, as shown in FIG. 4, the interference pattern is generated when the spot lights generated by the rod lenses of the fly-eye lens 6 interfere with each other. At this time, a case where only the spot lights of two rod lenses adjacent to each other interfere with each other, or a case where three spot lights in the arrangement direction of the rod lenses interfere with each other may be used. What is necessary is just to consider a case where a number of spot lights interfere with each other.

従って、理論上はフライアイレンズを構成するロッド
レンズの配列方向の数のうち、互いに干渉し合うスポッ
ト光をもつ数等に応じて、良好な干渉パターンの平滑化
に最低限必要なパルス数Nsp、さらには干渉パターンの
1ピッチ移動に必要な振動ミラーによるビーム揺動の半
周期中に照射すべき最小パルス数Nvib(NvibはNvib≧Ns
pなる任意の整数)も決定されることになる。
Therefore, the number of pulses Nsp necessary for smoothing an excellent interference pattern is theoretically determined according to the number of spot lights that interfere with each other among the numbers in the arrangement direction of the rod lenses constituting the fly-eye lens. And the minimum number of pulses Nvib to be applied during a half cycle of the beam swing by the vibrating mirror required for one pitch movement of the interference pattern (Nvib is Nvib ≧ Ns
p, an arbitrary integer).

例えば、互いに隣り合った2つのスポット光のみが干
渉する場合、干渉パターンの強度分布は数学上、理論的
には単純な正弦波状になる。この干渉パターンを平滑化
するためには、2つのスポット光の位相差をπだけずら
す(干渉パターンの1/2周期の移動)前後で1パルスず
つ、計2パルスを照射すれば良いことになる。また、一
般にn個のスポット光が互いに干渉し合う場合は、理論
的には、干渉パターンを1/n周期ずつ移動させつつ、1
パルスを照射して、計nパルスで平滑化が可能である。
For example, when only two adjacent spot lights interfere with each other, the intensity distribution of the interference pattern is mathematically and theoretically a simple sine wave. In order to smooth this interference pattern, it is sufficient to irradiate two pulses, one pulse before and after shifting the phase difference between the two spot lights by π (movement of a half cycle of the interference pattern). . In general, when n spot lights interfere with each other, theoretically, the interference pattern is shifted by 1 / n period while being 1 / n.
Irradiation with pulses enables smoothing with a total of n pulses.

ここで、レチクル上に1パルス発光時に生じる干渉パ
ターンの一方向(例えばY方向)の強度分布について考
えてみると、一般的にはY方向に所定のピッチYpで明る
い縞と暗い縞が交互に並ぶ。但し、フライアイレンズの
2段化等の構成によっては、フライアイレンズのロッド
レンズの配列ピッチ、レーザ光波長等で決まるピッチYp
の基本成分以外に、さらに細いピッチで強度変化する弱
い干渉縞が重畳して現われることもある。従って、実際
には上記条件で完全に平滑化が達成されることは少な
く、干渉パターンの平滑化に必要な最小パルス数Nspの
最適値は実験等によって決める必要がある。
Here, considering the intensity distribution in one direction (for example, the Y direction) of the interference pattern generated on the reticle when one pulse is emitted, generally, bright stripes and dark stripes alternate with a predetermined pitch Yp in the Y direction. line up. However, the pitch Yp determined by the arrangement pitch of the rod lenses of the fly-eye lens, the wavelength of the laser beam, and the like depends on the configuration of the fly-eye lens, such as a two-stage structure.
In addition to the basic component, weak interference fringes whose intensity changes at a finer pitch may appear in a superimposed manner. Therefore, in practice, complete smoothing is rarely achieved under the above conditions, and the optimum value of the minimum pulse number Nsp required for smoothing the interference pattern needs to be determined by experiments or the like.

本実施例では、実験により求めた最小パルス数Nspに
基づいて、n・ΔY≧Ypなる関係を満すように振動ミラ
ー(不図示)の角度変化と発光パルス間隔(周波数)と
を設定する。そして、干渉パターンを複数パルスの発光
毎にレジスト層上で順次Y方向に微小量ΔY(ΔY<Y
p)だけずらしていくことで、露光完了時に干渉パター
ンの平滑化(照度均一化)を行ない、精度上影響のない
程度に微小量のリップル分を含む略一定の照度分布を得
るようにするものである。
In the present embodiment, the angle change of the vibrating mirror (not shown) and the light emission pulse interval (frequency) are set based on the minimum pulse number Nsp obtained by experiments so as to satisfy the relationship of n · ΔY ≧ Yp. Then, an interference pattern is sequentially formed on the resist layer in the Y direction by a minute amount ΔY (ΔY <Y
By shifting by p), the interference pattern is smoothed (illumination uniformity) at the time of completion of exposure, and an approximately constant illuminance distribution including a minute amount of ripple is obtained so as not to affect accuracy. It is.

そこで、照度均一化に必要な条件を考えると、以下の
2つの条件が挙げられる。
Then, considering the conditions required for uniformity of illuminance, the following two conditions are given.

(1)ミラー振動の半周期(ビーム揺動角が0゜からα
゜まで変化する期間)内に、略均一にある数Nsp以上の
パルス発光が行なわれること。
(1) Half cycle of mirror oscillation (beam swing angle is from 0 ° to α
Within a period that changes to N), pulse light emission of a certain number Nsp or more is performed substantially uniformly.

ここで、パルス数Nspは干渉パターンのビジビリティ
(visibility)によって決まるもので、ビジビリティが
大きいほどNspも大きな値になる。また、パルス数がNsp
は予め試し焼き等の実験によって決定され、異なる光学
系を備えた装置間では、その数値も異なってくる。従っ
て、Nspよりも小さい数のパルス発光をビーム揺動角変
化(0゜→α゜)の半周期内で略均等に振り分けた場
合、照度均一化(像面での照明むら)の点で所望の精度
内に納まらないことになる。
Here, the pulse number Nsp is determined by the visibility of the interference pattern, and the larger the visibility, the larger the value of Nsp. Also, if the pulse number is Nsp
Is determined in advance by an experiment such as trial printing, and the numerical value differs between apparatuses having different optical systems. Therefore, when the pulse light emission of a number smaller than Nsp is almost uniformly distributed within a half cycle of the beam swing angle change (0 ° → α ゜), it is desirable in terms of uniform illuminance (illumination unevenness on the image plane). Within the precision of

(2)振動ミラーの所定角度における1パルス当たりの
平均的な露光エネルギーは、ビーム揺動範囲(0゜→α
゜)内のどの角度に対しても略一定であること。
(2) The average exposure energy per pulse at a predetermined angle of the vibrating mirror is within the beam swing range (0 ° → α).
゜) It should be substantially constant for any angle in (1).

第2の条件は、実際に1ショットの露光に必要な総パ
ルス数Nexpがビーム揺動の半周期中のパルス数Nvibの整
数倍であること、及び第1発目のパルス光をミラー振動
(0゜〜α゜/2)の最大角(例えば第4図のビームLBa
が得られる角0゜)で発光させることで達成される。ま
た、パルス数Nexpがミラー振動(0゜〜α゜/2)の1周
期中のパルス数の整数倍である場合は、第1発目のパル
ス光をミラー振動(0゜〜α゜/2)の任意の角度で発光
させ始めて良い。
The second condition is that the total number of pulses Nexp actually required for one-shot exposure is an integral multiple of the number of pulses Nvib in a half cycle of the beam oscillation, and that the first pulse light is subjected to mirror oscillation ( 0 ° to α ゜ / 2) (eg, beam LBa in FIG. 4)
Is achieved by emitting light at an angle of 0 °). When the pulse number Nexp is an integral multiple of the number of pulses in one cycle of the mirror oscillation (0 ° to α ゜ / 2), the first pulse light is transmitted to the mirror oscillation (0 ゜ to α ゜ / 2). The light emission may be started at an arbitrary angle in (3).

以上のことから、上述した2つの条件(1)、(2)
を同時に満すように、1パルス当たりの平均露光エネル
ギーを調整して、最適なパルス数を決定してやれば、照
度均一化と露光量制御とを極めて効率的に両立させるこ
とができる。また、露光エネルギーのみならず、振動ミ
ラーの振動周期(揺動速度)も変化させてやれば、必要
以上に露光パルスを増加させることがなくなり、スルー
プット上有利である。
From the above, the above two conditions (1) and (2)
, The average exposure energy per pulse is adjusted to determine the optimal number of pulses, so that uniformity of illuminance and control of the amount of exposure can both be extremely efficiently achieved. Further, if not only the exposure energy but also the oscillation period (oscillation speed) of the oscillation mirror is changed, the number of exposure pulses is not increased more than necessary, which is advantageous in throughput.

さて、第2光量調整手段の調整度(即ち、本実施例の
第2光量制御部15にあってはパルスレーザ光源1に対す
る印加電圧、高速減光部(2枚の明暗格子等)にあって
はその減光率又は透過率)は、パルスレーザ光源1から
発振されるパルス毎の露光エネルギーのばらつきを考慮
して、第2光量調整手段の露光エネルギー制御範囲の最
大値よりもやや小さい値に設定され、1ショットの露光
において上記設定値のもとで第1発目のパルス光を射出
した後、主制御系10により第2発目以降のパルス毎に算
出される制御値に順次制御される。
By the way, the degree of adjustment of the second light amount adjusting means (that is, in the second light amount control unit 15 of the present embodiment, the voltage applied to the pulse laser light source 1 and the high-speed dimming unit (two light / dark gratings, etc.) Is the dimming rate or transmittance) to a value slightly smaller than the maximum value of the exposure energy control range of the second light amount adjusting means in consideration of the variation of the exposure energy for each pulse oscillated from the pulse laser light source 1. After the first pulse light is emitted under the above set value in one shot exposure, the main control system 10 sequentially controls the control value to be calculated for each of the second and subsequent pulses. You.

そこで、第2光量調整手段の露光エネルギー制御範囲
について述べる。1パルス当たりの平均露光エネルギー
を(減光部3の減光率が1のもとで)、この露光エネ
ルギーのパルス間のばらつきをΔとし、1ショットの
露光でN回パルス発光させたものとすると、目標積算光
量・N(適正露光量S)に対する実際の積算光量I
(実測値)のばらつきは、以下の(1)式で表される。
Therefore, an exposure energy control range of the second light amount adjusting means will be described. The average exposure energy per pulse (under the dimming rate of the dimming unit 3 is 1), the variation between the pulses of the exposure energy is Δ, and the pulse emission is performed N times in one shot exposure. Then, the actual integrated light amount I with respect to the target integrated light amount · N (appropriate exposure amount S)
The variation of the (actually measured value) is expressed by the following equation (1).

上記(1)式から明らかなように第2光量調整手段の
制御比率は、{1±(Δ/)/(1−Δ/)}
となる。従って、この制御比率の最大値{1/(1−Δ
/)}が露光エネルギー制御範囲の最大値を越えない
ようにするためには、露光前に設定される第2光量調整
手段の平均的な制御値を、上記制御範囲の最大値の(1
−Δ/)倍以下にしておけば良い。
As is apparent from the above equation (1), the control ratio of the second light amount adjusting means is {1 ± (Δ /) / (1−Δ /)}.
Becomes Therefore, the maximum value of this control ratio {1 / (1−Δ
/)} Does not exceed the maximum value of the exposure energy control range, the average control value of the second light amount adjusting means set before the exposure is changed to (1) of the maximum value of the control range.
-Δ /) times or less.

ここで、本実施例では第2光量調整手段として、パル
スレーザ光源1の印加電圧を制御する第2光量制御部15
を用いている。従って、第2光量制御部15は平均露光エ
ネルギーがパルスレーザ光源1の最大出力の(1−Δ
/)倍以下となるように、第5図に示した関係に基
づいてパルスレーザ光源1への印加電圧(電極間放電電
圧)を設定すれば良い。例えばエキシマレーザの場合、
通常(Δ/)=10%程度であるから、パルスレーザ
光源1の最大出力を10mJ/cm2とすると、露光エネルギー
が9mJ/cm2以下となるように印加電圧を設定すれば良
い。実際には、レーザ密度の低下現象(混合ガスの劣化
に伴う出力の低下)や光学部品の寿命等も考慮して、露
光エネルギーが例えば5mJ/cm2以下となるように印加
電圧を設定することが望ましい。
Here, in the present embodiment, as a second light amount adjusting means, a second light amount control unit 15 for controlling an applied voltage of the pulse laser light source 1 is used.
Is used. Therefore, the second light quantity control unit 15 determines that the average exposure energy is the maximum output of the pulse laser light source 1 (1−Δ
The voltage applied to the pulse laser light source 1 (discharge voltage between the electrodes) may be set based on the relationship shown in FIG. For example, in the case of an excimer laser,
Because it is usually (delta /) = about 10%, and the maximum output of the pulse laser light source 1 and 10 mJ / cm 2, the exposure energy may be set to the applied voltage so that the 9 mJ / cm 2 or less. In practice, the applied voltage should be set so that the exposure energy is, for example, 5 mJ / cm 2 or less, in consideration of the phenomenon of laser density decrease (output decrease due to deterioration of the mixed gas) and the life of optical components. Is desirable.

一方、第2光量調整手段として高速減光部を用いる場
合、その減光率は予め90%(Δ/=10%の時)程度
に設定され、この設定値を基準として第2発目以降のパ
ルス毎に算出される減光率に順次設定される。この際、
パルスレーザ光源1の印加電圧はパルス光のレーザ密度
の低下を防止して、1パルス当たりの露光エネルギーを
略一定に保つためにのみ制御されることになる。
On the other hand, when a high-speed dimming section is used as the second light quantity adjusting means, the dimming rate is set in advance to about 90% (when Δ / = 10%), and the second and subsequent shots are set based on this set value. The extinction ratio is set sequentially for each pulse. On this occasion,
The applied voltage of the pulse laser light source 1 is controlled only to prevent a decrease in the laser density of the pulse light and to keep the exposure energy per pulse substantially constant.

尚、本実施例ではウエハWへの露光条件に応じて減光
部3の減光率を変化させるため、第2発目以降のパルス
光の露光エネルギーはパルス間のばらつきによる積算光
量の誤差を補正するためだけに微調整されることにな
る。従って、パルスレーザ光源1での電極間放電電圧、
若しくは高速減光部の減光率を大きく変化させる必要が
なく、第2光量調整手段のダイナミックレンジが小さく
て済むことになる。
In this embodiment, since the extinction ratio of the extinction unit 3 is changed in accordance with the exposure condition on the wafer W, the exposure energy of the second and subsequent pulsed light is determined by the error of the integrated light amount due to variation between pulses. Fine adjustment will be made only for correction. Therefore, the discharge voltage between the electrodes in the pulse laser light source 1,
Alternatively, it is not necessary to largely change the extinction ratio of the high-speed extinction section, and the dynamic range of the second light amount adjusting means can be small.

次に、1ショットの露光において所望の露光量制御精
度A(A=I/・N)を達成するのに必要なパルス数Ne
について簡単に説明する。本実施例における露光量制御
は、1パルス毎にその露光エネルギーを調整しながら、
実際の積算光量Iと目標積算光量・Nとを略一致させ
るものであるため、最終的な積算光量の誤差は最終パル
ス光の露光エネルギーのばらつきとなる。従って、露光
量制御精度を達成するには、最終パルス光の露光エネル
ギーのばらつきを露光量制御精度の許容誤差内に入れな
ければならない。つまり、露光エネルギーを小さな値
に設定しなければならず、1ショットの露光に必要なパ
ルス数N(N=S/)はある程度大きな数でなければな
らない。これより、上記(1)式において(Δ/)
は零と見做せるから、各辺を・Nで割って整理する
と、露光量制御精度Aは、 と表される。ここで(2)式において露光量制御精度A
が最大許容誤差となる時、即ち となる時、露光量制御精度を達成するのに必要なパルス
数Nが最も少なくなる。これより、上記パルス数Neは以
下の(4)式で表される。
Next, the number of pulses Ne required to achieve a desired exposure amount control accuracy A (A = I / N) in one shot exposure
Will be described briefly. In the exposure amount control in this embodiment, while adjusting the exposure energy for each pulse,
Since the actual integrated light amount I and the target integrated light amount / N are made to substantially match, the error of the final integrated light amount is a variation in the exposure energy of the final pulse light. Therefore, in order to achieve the exposure control accuracy, the variation in the exposure energy of the final pulse light must be within the tolerance of the exposure control accuracy. That is, the exposure energy must be set to a small value, and the number of pulses N (N = S /) required for one-shot exposure must be a relatively large number. From this, in the above equation (1), (Δ /)
Since N can be regarded as zero, dividing each side by .N and rearranging it, the exposure amount control accuracy A becomes It is expressed as Here, in equation (2), the exposure amount control accuracy A
Is the maximum permissible error, ie , The number N of pulses required to achieve the exposure amount control accuracy becomes the smallest. Thus, the pulse number Ne is expressed by the following equation (4).

従って、少なくとも上記(4)式で表されるパルス数
Ne以上の数のパルス光で露光を行えば、最終的な積算光
量Iは目標積算光量・Nに対して、±A(例えば1%
の場合、A=0.01)の制御精度が保証されることにな
る。
Therefore, at least the number of pulses represented by the above equation (4)
If exposure is performed with pulse light of a number equal to or greater than Ne, the final integrated light amount I is ± A (for example, 1%
In the case of A, the control accuracy of A = 0.01) is guaranteed.

次に、1ショットの露光パルス数Nexpを決定する方法
について述べる。一般に、露光パルス数Nexpは、Nexp=
iNT(S/)となる。尚、iNT(ω)は実数値ωの小数点
以下を切り上げて整数値に変換することを示している。
Next, a method of determining the number Nexp of exposure pulses for one shot will be described. Generally, the number of exposure pulses Nexp is Nexp =
iNT (S /). Note that iNT (ω) indicates that the real value ω is rounded up to the nearest whole number and converted to an integer value.

さて、パルスレーザ光源1から発振されるパルス光
は、減光部3により所定の減光率β(0≦β≦1)で一
律に減衰されてレチクルRに照射されることになる。こ
のため、露光パルス数Nexpは下記の条件式(5)を満た
すことが要求される。
Now, the pulse light oscillated from the pulse laser light source 1 is uniformly attenuated by the dimming unit 3 at a predetermined dimming rate β (0 ≦ β ≦ 1) and is irradiated on the reticle R. For this reason, the number Nexp of exposure pulses is required to satisfy the following conditional expression (5).

また、先に述べたように露光量制御精度Aを達成する
ためには、以下の(6)式も満たす必要がある。
As described above, in order to achieve the exposure amount control accuracy A, it is necessary to satisfy the following expression (6).

Nexp≧Ne ……(6) さらに、干渉パターンを平滑化するためには、露光パ
ルス数Nexpは振動ミラーの半周期中のパルス数Nvibの整
数倍でなければならない。このため、露光パルス数Nexp
は以下の(7)式で表される。
Nexp ≧ Ne (6) Further, in order to smooth the interference pattern, the number Nexp of exposure pulses must be an integral multiple of the number Nvib of pulses in a half cycle of the vibrating mirror. Therefore, the number of exposure pulses Nexp
Is represented by the following equation (7).

Nexp=m・Nvib≧m・Nsp(m:m≧1なる整数) ……(7) 従って、減光部3の減光率βは(4)〜(6)式か
ら、 と表される。
Nexp = m · Nvib ≧ m · Nsp (m: m ≧ 1) (7) Therefore, the extinction ratio β of the extinction unit 3 is obtained from the equations (4) to (6). It is expressed as

また、整数mは(4)、(6)、(7)式より、以下
の(9)式で表される。
Further, the integer m is expressed by the following expression (9) from the expressions (4), (6), and (7).

さらに減光率βは1以下であるため、(5)、(7)
式より、以下のように表される。
Further, since the dimming rate β is 1 or less, (5) and (7)
From the formula, it is expressed as follows.

以上のことから、本実施例においてはまず始めに
(8)式を満たすように減光部3の減光率を定める、即
ち回転ターレット板16のフィルターを選択し、この選択
したフィルターの減光率のもとで(5)式から算出され
るパルス数Nexpが、(6)及び(7)式を満足するか否
かをチェックする。満足しない場合は、(8)式を満た
すさらに減光率が小さいフィルターを選択して、露光パ
ルス数Nexpが(6)、(7)式を満たすようにする。こ
のように露光パルス数Nexpが決まれば、(9)及び(1
0)式を同時に満たすようにm、Nvibを定めてやれば良
い。
From the above, in the present embodiment, first, the dimming rate of the dimming unit 3 is determined so as to satisfy Expression (8), that is, the filter of the rotating turret plate 16 is selected, and the dimming of the selected filter is performed. It is checked whether the pulse number Nexp calculated from the equation (5) under the rate satisfies the equations (6) and (7). If not satisfied, a filter satisfying the expression (8) and having a smaller dimming rate is selected so that the number Nexp of exposure pulses satisfies the expressions (6) and (7). When the number of exposure pulses Nexp is determined in this way, (9) and (1)
It suffices to determine m and Nvib so as to simultaneously satisfy the expression (0).

一例として、平均露光エネルギーのパルス間のばらつ
きΔ/を10%(Δ/=0.1)、露光量制御精度
Aを1%(A=0.01)とすると、(4)式からパルス数
Neは12パルスとなる。一方、減光部3の減光率βが1と
なる場合の平均露光エネルギーを2mJ/cm2、適正露光
量Sを80mJ/cm2,干渉パターンの平滑化に必要なパルス
数Nspを50パルスとすると、(5)式から露光パルス数N
expは40パルスとなるが、このパルス数Nexpは(7)式
を満たさないことになる。そこで、減光部3の減光率を
1より小さく設定し、この減光率、即ち平均露光エネル
ギー・βのもとで(5)式から算出される露光パルス
数Nexpが(7)式を満たすようにする。
As an example, assuming that the variation Δ / between pulses of the average exposure energy is 10% (Δ / = 0.1) and the exposure amount control accuracy A is 1% (A = 0.01), the number of pulses is obtained from the equation (4).
Ne has 12 pulses. On the other hand, when the dimming rate β of the dimming unit 3 is 1, the average exposure energy is 2 mJ / cm 2 , the appropriate exposure amount S is 80 mJ / cm 2 , and the number of pulses Nsp required for smoothing the interference pattern is 50 pulses. From equation (5), the number of exposure pulses N
Although exp is 40 pulses, this pulse number Nexp does not satisfy the expression (7). Therefore, the extinction ratio of the extinction section 3 is set to be smaller than 1, and the extinction ratio, that is, the number of exposure pulses Nexp calculated from the expression (5) under the average exposure energy · β, Try to meet.

ここで、減光部3の減光率の設定が連続的に可能であ
る場合、Ne=12,Nsp=50パルスであることから、
(9)、(10)式に基づいてm,Nvibを設定する。この
時、(m,Nvib)の組合せは、例えば(1,50)、(1,6
0)、(2,100)等のように種々考えられるが、スループ
ットを考慮して露光パルス数Nexp(Nexp=m・Nvib)を
最小にするため、ここではm=1、Nvib=50に設定し
て、露光パルス数Nexpを50パルスとする。Nexp=50とし
て露光を行えば、最小のパルス数Nexpで露光量の最適化
及び干渉パターンの平滑化を行うことができる。この結
果、(5)式から減光部3の減光率βは0.80に設定され
ることになる。また、Δ/=±10%からΔは±0.
2mJ/cm2となって、平均光量値・βのばらつきΔ・
βは±0.160mJ/cm2となる。従って、最終パルス光の平
均光量値のばらつき、即ち最終的な積算露光量の誤差は
±0.160mJ/cm2程度であると見做せるから、十分に露光
量制御精度(1%)が達成されることが分かる。
Here, when the dimming rate of the dimming unit 3 can be continuously set, since Ne = 12 and Nsp = 50 pulses,
M and Nvib are set based on equations (9) and (10). At this time, the combination of (m, Nvib) is, for example, (1,50), (1,6)
0), (2,100), etc., but in order to minimize the number of exposure pulses Nexp (Nexp = mNvib) in consideration of the throughput, here, m = 1 and Nvib = 50 are set. The number of exposure pulses Nexp is set to 50 pulses. If exposure is performed with Nexp = 50, optimization of the exposure amount and smoothing of the interference pattern can be performed with the minimum number of pulses Nexp. As a result, the dimming rate β of the dimming unit 3 is set to 0.80 according to the equation (5). Also, Δ is ± 0% from Δ / = ± 10%.
2 mJ / cm 2 and the average light amount
β is ± 0.160 mJ / cm 2 . Accordingly, since the variation of the average light amount of the final pulse light, that is, the error of the final integrated exposure amount can be considered to be about ± 0.160 mJ / cm 2 , the exposure amount control accuracy (1%) is sufficiently achieved. You can see that

一方、減光部3の減光率の設定が非連続の場合(減光
部3が回転ターレット板等である場合)は、(8)式を
満足する回転ターレット板16のメッシュフィルターを選
択し、このフィルターの減光率(例えばβ=0.5とす
る)のもとで(5)式から算出されるパルス数Nexpが、
(7)式を満足するか否かをチェックする。ここではNe
xpを最小とするため、(8)式を満たすフィルターのう
ち、減光率が一番大きいものから選択していくようにす
る。β=0.50(即ち、・β=1mJ/cm2)の場合にはNex
p=80パルスとなって、(6)及び(7)式を満足する
ことになる。このようにパルス数Nexpを決定すれば、後
はNexp=80であることから(9)、(10)式を同時に満
たすm、Nvibを定めるだけで良く、ここではm=1,Nvib
=80となる。
On the other hand, when the setting of the dimming rate of the dimming unit 3 is discontinuous (when the dimming unit 3 is a rotary turret plate or the like), a mesh filter of the rotary turret plate 16 satisfying the expression (8) is selected. The number of pulses Nexp calculated from the equation (5) under the dimming rate of this filter (for example, β = 0.5)
(7) Check whether the expression is satisfied. Here Ne
In order to minimize xp, among the filters satisfying the expression (8), the filter having the largest dimming rate is selected. Nex when β = 0.50 (ie, β = 1mJ / cm 2 )
p = 80 pulses, which satisfies the equations (6) and (7). If the number of pulses Nexp is determined in this way, since Nexp = 80, it is only necessary to determine m and Nvib that simultaneously satisfy the expressions (9) and (10). Here, m = 1 and Nvib
= 80.

尚、上記のことから明らかなように、減光部3の減光
率の設定が非連続である場合、必ずしもその減光率を計
算から求めた最適値に設定できないので、連続設定可能
な場合と比較してパルス数Nexpが大きくなって、スルー
プット上不利となり得る。このため、減光部3としては
減光率の設定が連続的に可能なもの、若しくは非連続的
なものであっても減衰率(透過率)を細かく設定できる
もの(例えば、2枚の回転ターレット板を組合せたも
の)等を用いることが望ましい。
As is apparent from the above, when the setting of the dimming rate of the dimming unit 3 is discontinuous, the dimming rate cannot always be set to the optimum value obtained from the calculation. , The number of pulses Nexp becomes large, which may be disadvantageous in throughput. For this reason, the dimming unit 3 can continuously set the dimming rate, or can set the attenuation rate (transmittance) finely even if it is discontinuous (for example, two rotations). It is desirable to use a combination of a turret plate).

次に、第6図のフローチャート図を用いて本実施例に
よる装置の動作を説明する。まず最初のステップ100に
おいて、ウエハに塗布されたレジスタに見合った最適
(目標)総露光量Sと、予めメモリー11に格納されてい
る干渉パターンの平滑化に必要なパルス数Nsp、及び露
光量制御精度を達成するために必要なパルス数Neとの各
データに基づいて、先に述べたように主制御系10に備え
られた第1演算手段により減光部3の減光率β(平均光
量値・β)を算出する。
Next, the operation of the apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in the first step 100, the optimum (target) total exposure amount S corresponding to the register applied to the wafer, the pulse number Nsp necessary for smoothing the interference pattern stored in the memory 11 in advance, and the exposure amount control Based on the data of the number of pulses Ne required to achieve the accuracy, the first arithmetic means provided in the main control system 10 as described above uses the first arithmetic means to reduce the extinction rate β (the average Value β) is calculated.

続いて、ステップ101において回転ターレット板16を
回転させて減光部3の減光率をβに設定し、ステップ10
2でパルスカウンターn及び光量モニター部18の積算光
量に対応する値Saを、それぞれNexp及び零に設定する。
Subsequently, in step 101, the rotary turret plate 16 is rotated to set the dimming rate of the dimming unit 3 to β, and in step 10
In step 2, a value Sa corresponding to the integrated light amount of the pulse counter n and the light amount monitor unit 18 is set to Nexp and zero, respectively.

次のステップ103において、主制御系10はパルスカウ
ンターnが零であるか否かを判断し、零でなければ、次
のステップ104に進む。そして、トリガ制御部13からト
リガパルスをパルスレーザ光源1に送って1バルスを発
光させると共に、受光素子9によって発振されたパルス
光の実際の光量に対応する値Paを検出する。続くステッ
プ105では、光量モニター部18における積算光量の設定
をSa+Paとすると共に、パルスカウンターの設定を(Ne
xp−1)とする。
In the next step 103, the main control system 10 determines whether or not the pulse counter n is zero, and if not, proceeds to the next step 104. Then, a trigger pulse is sent from the trigger control unit 13 to the pulse laser light source 1 to emit one pulse, and a value Pa corresponding to the actual light amount of the pulse light oscillated by the light receiving element 9 is detected. In the following step 105, the integrated light amount setting in the light amount monitor unit 18 is set to Sa + Pa, and the pulse counter setting is set to (Ne
xp-1).

次に、ステップ106では(5)式に従って第2演算手
段で先のステップ100で決定した平均光量値・βによ
って与えられるべき目標積算光量を求めると共に、第3
演算手段で目標積算光量と実測した積算光量との差分D
を求める。
Next, at step 106, the second integrated means obtains the target integrated light quantity to be given by the average light quantity value β determined at the previous step 100 according to the equation (5), and obtains the third integrated light quantity.
Difference D between target integrated light quantity and actual measured integrated light quantity by arithmetic means
Ask for.

D=(Nexp−n)・・β−Sa ……(11) そして、ステップ107において上記差分Dに基づい
て、次に照射すべきパルス光の光量′を、(12)式に
よってステップ100で決定した平均光量値・βから補
正して求める。
D = (Nexp−n) · β-Sa (11) Then, based on the difference D in step 107, the light quantity 'of the pulse light to be irradiated next is determined in step 100 by the equation (12). It is obtained by correcting from the average light amount value β obtained.

次のステップ108において、第2光量制御部15は上記
光量′に対応した印加電圧をパルスレーザ光源1に設
定した後、ステップ103へ戻る。このステップ103におい
て前述した動作と同様にパルスカウンターnが零である
か否かを判断する。零でなければ、ステップ104に進
み、ステップ104〜108において上述と同様の動作を行っ
た後、再びステップ103に戻り、パルスカウンターnが
零となるまでステップ103〜108を繰り返し実行し、パル
スカウンターnが零となった時点で露光動作を終了す
る。
In the next step 108, the second light quantity control unit 15 sets the applied voltage corresponding to the light quantity 'to the pulse laser light source 1, and then returns to step 103. In this step 103, it is determined whether or not the pulse counter n is zero, as in the operation described above. If it is not zero, the process proceeds to step 104, performs the same operation as described above in steps 104 to 108, returns to step 103 again, and repeatedly executes steps 103 to 108 until the pulse counter n becomes zero. The exposure operation ends when n becomes zero.

ここで、第2光量調整手段として高速減光部を用いる
場合、ステップ100で決定される平均光量値・βが高
速減光部の初期減光率のもとでの値であるとすると、ス
テップ107において次に照射すべきパルス光を発振する
際の高速減光部の減光率γnは、以下の(13)式によっ
て決定される。但し、パルスレーザ光源1から発振され
るパルス光の平均的な露光エネルギーをPとする。
Here, when a high-speed dimming unit is used as the second light-amount adjusting unit, if the average light amount value β determined in step 100 is a value under the initial dimming rate of the high-speed dimming unit, In 107, the extinction ratio γn of the high-speed extinction unit when the pulse light to be irradiated next is oscillated is determined by the following equation (13). Here, the average exposure energy of the pulse light oscillated from the pulse laser light source 1 is P.

従って、次のステップ108において高速減光部の減光
率をγnに設定し、以下本実施例と同様の動作で、パル
スカウンターnが零となるまでステップ103〜108を繰り
返し実行すれば良い。
Therefore, the extinction rate of the high-speed extinction unit is set to γn in the next step 108, and steps 103 to 108 may be repeatedly executed by the same operation as that of the present embodiment until the pulse counter n becomes zero.

次に、第7図を用いて本実施例による装置における露
光量制御の状態を説明する。第7図は、1つのショット
を露光する際のパルス数と積算露光量との関係を示すグ
ラフであって、ここでは8パルスで露光が終了する場合
を示している。尚、説明を簡単にするため、減光部3の
減光率βは1に設定されているものとする。
Next, the state of exposure amount control in the apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of pulses and the integrated exposure amount when exposing one shot, and here, a case where the exposure is completed by eight pulses is shown. For simplicity of explanation, it is assumed that the dimming rate β of the dimming unit 3 is set to 1.

第7図において、二点鎖線で示した直線はステップ10
0で決定した平均光量値・βのパルス光によって与え
られるべき積算露光量の目標値を示している。従って、
本発明では上記目標値に沿って露光量制御が行われるよ
うに、第2発目以降のパルス毎にその光量が調整され
る。
In FIG. 7, a straight line indicated by a two-dot chain line
A target value of the integrated exposure amount to be given by the pulse light of the average light amount value / β determined at 0 is shown. Therefore,
In the present invention, the light amount is adjusted for each of the second and subsequent pulses so that the exposure amount control is performed according to the target value.

さて、第1発目のパルス光がという露光量を目標
として発光され、発光後の実際に検出された露光量が
′であったとすると、第2発目のパルス光は目標露光
量2′との差(2′)=なる
光量に設定されて発光が行われことになる。この際、第
2光量制御部15は上記光量に対応した印加電圧をパ
ルスレーザ光源1へ与えれば良い。同様に、第2発目の
パルス光量の実測値が′であったとすると、第3発
目のパルス光は(3′−′)=なる
光量に設定されて発光が行われる。
Now, the first pulse light is emitted with a target of an exposure amount of 1 , and the actually detected exposure amount after the emission is
'When were, pulsed light of the second shot th target exposure amount 2 1 and 1' 1 the difference between - would be light emission performed is set to (2 1 1 ') = 2 becomes the light amount. At this time, the second light amount control unit 15 only needs to apply an applied voltage corresponding to the light amount 2 to the pulse laser light source 1. Similarly, 'When a was the third shot th pulsed light (3 1 - 1' - measured value of the second shot th pulse light amount 2 2 ') = is set to 3 comprising light amount emission line Will be

従って、以上の動作を繰り返して行うことにより、二
点鎖線の目標ラインからのずれが少ない状態で8パルス
目で露光が完了する。この際、最終的な露光量制御精度
(適正露光量に対する実測値のばらつき)は、第8発目
のパルス光の光量誤差(ばらつき)となることは明らか
である。
Therefore, by repeating the above operation, the exposure is completed at the eighth pulse in a state where the displacement of the two-dot chain line from the target line is small. At this time, it is clear that the final exposure amount control accuracy (variation of the actually measured value with respect to the appropriate exposure amount) is a light amount error (variation) of the eighth pulse light.

以上の通り本発明の一実施例では、1ショットを複数
のパルス光で露光するのにあたり、第(i+1)発目ま
での積算露光量の目標値と過去(第i発目まで)の積算
露光量との差に基づいて、次に照射すべき第(i+1)
発目のパルス光の光量を設定していた。しかしながら、
パルス毎のばらつき方に何等かの傾向がある場合には、
単位パルス毎の目標値と単位パルス毎の実測値の比を過
去の複数パルスに対して平均化し、目標値をこの比の平
均値で除算したもので新たな目標値を設定しても良い。
As described above, in one embodiment of the present invention, when exposing one shot with a plurality of pulsed lights, the target value of the integrated exposure amount up to the (i + 1) -th shot and the integrated exposure in the past (up to the i-th shot) Based on the difference with the quantity, the (i + 1)
The light quantity of the first pulse light was set. However,
If there is any tendency in the variation from pulse to pulse,
A new target value may be set by averaging the ratio between the target value for each unit pulse and the actually measured value for each unit pulse over a plurality of past pulses, and dividing the target value by the average value of this ratio.

また、上記の実施例では露光量照明光源から発振され
るパルスエネルギーが可干渉性のレーザ光である場合に
ついて述べたが、露光装置の光源が非干渉性のパルス光
を射出する場合や、例えば電子線等の光以外のパルスエ
ネルギーを射出する場合には、干渉パターンの低減(平
滑化)ということについては全く考慮する必要がない。
従って、複数のパルス光の照射によってウエハWへ与え
られる実際の積算露光量のばらつきを、目標とする適正
露光量に対して所望の露光量制御精度で制御するために
最低限必要なパルス数(本実施例のパルス数Neに対応)
を、1パルス当たりのパルスエネルギーの変動範囲と露
光量制御精度とから定め、このパルス数と最適露光量と
に基づいてパルス毎にそのパルスエネルギーの目標値を
設定すれば良い。即ち、最終的な積算露光量の適正露光
量に対する誤差は、最終パルス光の光量誤差によって決
定されるわけであるから、最終パルスのばらつきが露光
量制御精度の許容誤差内に入るように(4)式に従って
パルス数を定め、(5)式に従って1パルス当たりの平
均的なエネルギー量を設定すれば良い。
Further, in the above embodiment, the case where the pulse energy oscillated from the exposure amount illumination light source is a coherent laser beam has been described.However, the case where the light source of the exposure apparatus emits incoherent pulse light, for example, When emitting pulse energy other than light such as an electron beam, there is no need to consider reduction (smoothing) of an interference pattern at all.
Therefore, the minimum number of pulses (the number of pulses necessary to control the variation of the actual integrated exposure amount given to the wafer W by the irradiation of the plurality of pulse lights with the desired exposure amount control accuracy with respect to the target appropriate exposure amount). (Corresponds to the pulse number Ne in this embodiment)
May be determined from the fluctuation range of the pulse energy per pulse and the exposure amount control accuracy, and the target value of the pulse energy may be set for each pulse based on the number of pulses and the optimum exposure amount. That is, since the error of the final integrated exposure amount with respect to the proper exposure amount is determined by the light amount error of the final pulse light, the variation of the final pulse falls within the allowable error of the exposure amount control accuracy (4). )), The number of pulses is determined, and an average energy amount per pulse is set according to the expression (5).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、本発明においては1ショットの露光中
に射出されるパルス数が常に予め設定された一定の値と
なっていると共に、1ショットの露光に必要なパルス毎
にその光量(エネルギー量)を実測して微調整すること
で露光量制御を行っている。このため、干渉パターンを
パルス光の照射に同期させて移動させることで、最終的
な干渉パターンを略完全に平滑化(照度均一化)する上
で好都合であり、しかも露光量の最適化及び干渉パター
ンの平滑化を行いながらも必要最低限のパルス数で1シ
ョットの露光が行われるので生産性の向上を図ることが
できる。また、従来に比較してより高精度に露光量制御
を行うことができ、しかもパルス毎の光量を実測するた
めの光量計測手段、及び次のパルス光の光量を微調整す
るための手段(第2光量調整手段)のダイナミックレン
ジが小さくて済むといった効果がある。さらに、感光性
の第2物体への露光条件が変化する場合であっても、全
てのパルス光の光量を一律に減衰させる手段(第1光量
調整手段)を設けているため、第2光量調整手段のダイ
ナミックレンジを大きくすることなく、簡単に露光条件
の変化に対応することができる。
As described above, in the present invention, the number of pulses ejected during one-shot exposure is always a predetermined constant value, and the light amount (energy amount) for each pulse required for one-shot exposure ) Is actually measured and finely adjusted to control the exposure amount. For this reason, by moving the interference pattern in synchronization with the irradiation of the pulse light, it is convenient to almost completely smooth the final interference pattern (uniform illuminance). Since one-shot exposure is performed with the minimum necessary number of pulses while performing pattern smoothing, productivity can be improved. In addition, the exposure amount control can be performed with higher accuracy as compared with the related art, and the light amount measuring means for actually measuring the light amount for each pulse and the means for finely adjusting the light amount of the next pulse light (first There is an effect that the dynamic range of (2 light amount adjusting means) can be small. Further, even when the exposure condition for the photosensitive second object changes, a means (first light amount adjusting means) for uniformly attenuating the light amounts of all the pulse lights is provided, so that the second light amount adjusting means is provided. It is possible to easily respond to changes in exposure conditions without increasing the dynamic range of the means.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例による露光制御装置を備えた
ステッパーの概略的な構成を示す平面図、第2図は減光
部(第1光量調整手段)に適用するのに好適な回転ター
レット板の一例を示す構成図、第3図は第2図に示した
回転ターレット板により減光を行う場合の減光素子の回
転量と透過率との関係を示す図、第4図はオプチカルイ
ンテグレーター(フライアイレンズ)へ入射するビーム
とその2次光源像(スポット光)との関係を模式的に示
す図、第5図はパルスレーザ光源における印加電圧とそ
の出力(パルスエネルギー)との関係の一例を示す図、
第6図は第1図に示した本発明の一実施例による露光制
御装置の動作を示すフローチャート図、第7図は第1図
に示した実施例による露光量制御の様子を示すグラフ、
第8図(A)〜(C)は第2光量調整手段としての高速
減光部の一例の説明に供する図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1……パルスレーザ光源、3……減光部、4……干渉パ
ターン低減部、6……フライアイレンズ、10……主制御
系、13……トリガー制御部、14……第1光量制御部、15
……第2光量制御部、16……回転ターレット板、17……
干渉パターン制御部、18……光量モニター部、R……レ
チクル、PL……投影レンズ、Ep……入射瞳、W……ウエ
ハ、
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a stepper provided with an exposure control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a rotation suitable for application to a dimming unit (first light amount adjusting means). FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of a turret plate, FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a rotation amount of a dimming element and transmittance when dimming is performed by the rotating turret plate illustrated in FIG. 2, and FIG. FIG. 5 schematically shows a relationship between a beam incident on an integrator (fly-eye lens) and its secondary light source image (spot light). FIG. 5 shows a relationship between an applied voltage and its output (pulse energy) in a pulse laser light source. Diagram showing an example of
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the exposure control apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, FIG. 7 is a graph showing the state of exposure control according to the embodiment shown in FIG.
FIGS. 8A to 8C are views for explaining an example of a high-speed darkening section as a second light amount adjusting means. [Description of Signs of Main Parts] 1... Pulse laser light source, 3... Dimming unit, 4... Interference pattern reducing unit, 6... Fly-eye lens, 10. , 14... First light quantity control unit, 15
... Second light quantity control unit, 16 rotating turret plate, 17
Interference pattern control unit, 18: Light amount monitor unit, R: Reticle, PL: Projection lens, Ep: Entrance pupil, W: Wafer,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−238681(JP,A) 特開 平10−92744(JP,A) 特開 平2−135723(JP,A) 特開 平1−274021(JP,A) 特開 平1−274022(JP,A) 特開 平1−257327(JP,A) 特開 昭63−316430(JP,A) 特開 昭63−190332(JP,A) 特開 昭61−14720(JP,A) 特開 昭60−169136(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 H01L 21/027 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-11-238681 (JP, A) JP-A-10-92744 (JP, A) JP-A-2-135723 (JP, A) JP-A-1- 274021 (JP, A) JP-A-1-274022 (JP, A) JP-A-1-257327 (JP, A) JP-A-63-316430 (JP, A) JP-A-63-190332 (JP, A) JP-A-61-14720 (JP, A) JP-A-60-169136 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G03F 7/ 20-7/24 G03F 9/00 -9/02 H01L 21/027

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】可干渉性のパルス光を射出するパルス光源
と、 該パルス光を第1物体に照射する照明光学系とを備え、
複数のパルス光の照射によって前記第1物体に形成され
たパターンを所定の露光量で感光性の第2物体に転写す
る装置にあって、前記第2物体への露光量を前記所定の
露光量に制御する露光制御装置において、 前記第1物体に照射される各パルス光の光量を、所定の
調整度で一律に調整する第1光量調整手段と; 前記パルス光の照射によって前記第1物体若しくは第2
物体上に生じる干渉パターンを前記パルス光の照射毎に
移動させて平滑化するために必要なパルス数と、前記複
数のパルス光の照射によって前記第2物体へ与えられる
積算光量を所定の設定精度で制御するために必要なパル
ス数と、前記所定の露光量とに基づいて、前記第1光量
調整手段の調整度と前記パルス光の平均光量値とを予め
決定する第1演算手段と; 該平均光量値のもとで前記パルス光を照射した時に前記
第2物体へ与えられるべき目標積算光量を所定単位パル
ス毎に決定する第2演算手段と; 前記第2物体へ与えられた実際の積算光量を検出する光
量計測手段と; 先行して照射されたパルス光によって前記第2物体へ与
えられた実際の積算光量と、それに対応した前記目標積
算光量との差分を算出する第3演算手段と; 該算出された差分に基づいて、次に照射すべきパルス光
の光量を前記平均光量値から補正して調整する第2光量
調整手段と; を備えたことを特徴とする露光制御装置。
A pulse light source for emitting coherent pulse light; and an illumination optical system for irradiating the pulse light to a first object.
An apparatus for transferring a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulsed lights to a photosensitive second object at a predetermined exposure amount, wherein the exposure amount on the second object is changed to the predetermined exposure amount. A first light amount adjusting means for uniformly adjusting the light amount of each pulse light irradiated on the first object at a predetermined adjustment degree; and the first object or the first object by the irradiation of the pulse light. Second
The predetermined number of pulses required to move and smooth the interference pattern generated on the object every time the pulse light is irradiated and the integrated light amount given to the second object by the irradiation of the plurality of pulse lights are set to a predetermined accuracy. A first calculating means for determining in advance the degree of adjustment of the first light quantity adjusting means and the average light quantity value of the pulsed light based on the number of pulses required to control the light quantity and the predetermined exposure amount; Second calculating means for determining, for each predetermined unit pulse, a target integrated light amount to be given to the second object when irradiating the pulse light with an average light amount value; actual integration given to the second object Light quantity measuring means for detecting light quantity; third calculating means for calculating a difference between the actual integrated light quantity given to the second object by the previously irradiated pulse light and the target integrated light quantity corresponding thereto. The calculation And a second light amount adjusting means for adjusting the light amount of the pulse light to be irradiated next based on the average light amount value based on the difference.
【請求項2】前記第2光量調整手段は、前記所定単位パ
ルス毎に前記パルス光源の所定の発振条件を制御するこ
とによって、前記パルス光の光量を調整することを特徴
とする請求項第1頃記載の露光制御装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said second light amount adjusting means adjusts the light amount of said pulse light by controlling a predetermined oscillation condition of said pulse light source for each said predetermined unit pulse. Exposure control device described at the time.
【請求項3】前記第1光量調整手段は、前記第2物体へ
の露光条件が変化した時のみ、前記パルス光の光量の調
整度を連続的若しくは段階的に切り替えることを特徴と
する請求項第1頃又は第2項記載の露光制御装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the first light amount adjusting means switches the degree of adjustment of the light amount of the pulse light continuously or stepwise only when an exposure condition for the second object changes. 3. The exposure control device according to claim 1 or 2.
【請求項4】パルスエネルギーを射出するエネルギー源
と、該パルスエネルギーを第1物体に照射する照明系と
を備え、複数のパルスエネルギーの照射によって前記第
1物体に形成されたパターンを所定の露光量で感応性の
第2物体に転写する装置にあって、前記第2物体への露
光量を前記所定の露光量に制御する露光制御装置におい
て、 前記第1物体に照射される各パルスエネルギーのエネル
ギー量を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギ
ー量調整手段と; 前記複数のパルスエネルギーの照射によって前記第2物
体へ与えられる積算エネルギーを所定の設定精度で制御
するために必要なパルス数と、前記所定の露光量とに基
づいて、前記第1エネルギー量調整手段の調整度と前記
パルスエネルギーの平均エネルギー値とを予め決定する
第1演算手段と; 該平均エネルギー値のもとで前記パルスエネルギーを照
射した時に前記第2物体へ与えられるべき目標積算エネ
ルギー量を所定単位パルス毎に決定する第2演算手段
と; 前記第2物体へ与えられた実際の積算エネルギー量を検
出するエネルギー量計測手段と; 先行して照射されたパルスエネルギーによって前記第2
物体へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに対
応した前記目標積算エネルギー量との差分を算出する第
3演算手段と; 該算出された差分に基づいて、次に照射すべきパルスエ
ネルギーのエネルギー量を前記平均エネルギー値を補正
して調整する第2エネルギー量調整手段と; を備えたことを特徴とする露光制御装置。
4. An energy source for emitting pulse energy, and an illumination system for irradiating the pulse energy to a first object, wherein a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulse energies is exposed to a predetermined light. An exposure control device for controlling the amount of exposure to the second object to the predetermined amount of exposure, wherein the pulse energy of each pulse energy applied to the first object is First energy amount adjusting means for uniformly adjusting the energy amount at a predetermined adjustment degree; necessary for controlling the integrated energy given to the second object by irradiation of the plurality of pulse energies with a predetermined setting accuracy. Based on the number of pulses and the predetermined exposure amount, the degree of adjustment of the first energy amount adjusting means and the average energy value of the pulse energy are determined in advance. A second calculating means for determining, for each predetermined unit pulse, a target integrated energy amount to be given to the second object when the pulse energy is irradiated under the average energy value; Energy amount measuring means for detecting an actual integrated energy amount given to the two objects; and the second energy is measured by the previously applied pulse energy.
Third calculating means for calculating a difference between the actual integrated energy amount given to the object and the target integrated energy amount corresponding thereto; based on the calculated difference, the energy of the pulse energy to be irradiated next And a second energy amount adjusting means for adjusting the amount by correcting the average energy value.
【請求項5】パルスエネルギーを射出するエネルギー源
と、該パルスエネルギーを第1物体に照射する照射系と
を備え、複数のパルスエネルギーの照射によって前記第
1物体に形成されたパターンを所定の露光量で感応性の
第2物体に転写する露光装置において、 前記第1物体に照射される各パルスエネルギーのエネル
ギー量を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギ
ー量調整手段と; 前記パルスエネルギーを照射した時に前記第2物体へ与
えられるべき目標積算エネルギー量を所定単位パルス毎
に決定する第2演算手段と; 前記第2物体へ与えられる実際の積算エネルギー量に関
する情報を検出するエネルギー量計測手段と; 先行して照射されたパルスエネルギーによって前記第2
物体へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに対
応した前記目標積算エネルギー量とに基づいて、次に照
射すべきパルスエネルギーのエネルギー量を調整する第
2エネルギー量調整手段と; を備えたことを特徴とする露光制御装置。
5. An energy source for emitting pulse energy, and an irradiation system for irradiating the pulse energy to a first object, wherein a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulse energies is exposed to a predetermined light. An exposure apparatus for transferring an amount of energy of each pulse energy applied to the first object to a second object responsive to an amount, the first energy amount adjusting unit uniformly adjusting an energy amount of each pulse energy with a predetermined adjustment degree; Second calculating means for determining, for each predetermined unit pulse, a target integrated energy amount to be given to the second object when energy is irradiated; an energy amount for detecting information on an actual integrated energy amount given to the second object Measuring means; and said second energy by a previously applied pulse energy.
Second energy amount adjusting means for adjusting the energy amount of the pulse energy to be irradiated next based on the actual integrated energy amount given to the object and the target integrated energy amount corresponding thereto. Exposure control device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】パルスエネルギーを射出するエネルギー源
と、該パルスエネルギーを物体に照射する照明系とを備
え、複数のパルスエネルギーの照射によって前記物体に
照射されるエネルギー量を制御するエネルギー制御装置
において、 前記物体に照射される各パルスエネルギーのエネルギー
量を、所定の調整度で一律に調整する第1エネルギー量
調整手段と; 前記物体上に照射される各パルスエネルギー量を所定単
位パルス毎に調整可能な第2エネルギー量調整手段とを
備えたことを特徴とするエネルギー制御装置。
6. An energy control apparatus comprising: an energy source for emitting pulse energy; and an illumination system for irradiating the object with the pulse energy, wherein the energy control device controls the amount of energy applied to the object by irradiating the plurality of pulse energies. A first energy amount adjusting means for uniformly adjusting the energy amount of each pulse energy applied to the object at a predetermined adjustment degree; and adjusting the pulse energy amount applied to the object for each predetermined unit pulse. An energy control device, comprising: a possible second energy amount adjusting means.
【請求項7】前記第2エネルギー量調整手段は、前記エ
ネルギー源の所定の発振条件を制御することで、前記パ
ルスエネルギー量を前記所定単位毎に調整することを特
徴とする請求項第6項に記載のエネルギー制御装置。
7. The apparatus according to claim 6, wherein said second energy amount adjusting means adjusts said pulse energy amount for each of said predetermined units by controlling a predetermined oscillation condition of said energy source. An energy control device according to claim 1.
【請求項8】前記エネルギー源は与えられる放電電圧に
よって出力が変化するパルスレーザ光源であり、前記第
2エネルギー量調整手段は該放電電圧を制御して前記パ
ルスエネルギー量を前記所定単位毎に調整することを特
徴とする請求項第7項に記載のエネルギー制御装置。
8. The energy source is a pulse laser light source whose output varies according to a given discharge voltage, and the second energy amount adjusting means controls the discharge voltage to adjust the pulse energy amount for each of the predetermined units. The energy control device according to claim 7, wherein the energy control is performed.
【請求項9】エネルギー源からのパルスエネルギーを第
1物体に照射し、複数のパルスエネルギーの照射によっ
て前記第1物体に形成されたパターンを所定の露光量で
感応性の第2物体に転写する露光方法において、 前記複数のパルスエネルギーに対して、所定の調整度で
パルスエネルギーを一律に調整すること; 前記パルスエネルギーを照射した時に前記第2物体へ与
えられるべき目標積算エネルギー量を算出すること; 前記第2物体へ与えられる実際の積算エネルギー量に関
する情報を検出すること; 前記積算エネルギー量と目標積算エネルギー量とに基づ
いて、パルスエネルギーのエネルギー量を所定単位パル
ス毎に調整することと; を備えたことを特徴とする露光方法。
9. A first object is irradiated with pulse energy from an energy source, and a pattern formed on the first object by irradiation of a plurality of pulse energies is transferred to a sensitive second object with a predetermined exposure amount. In the exposure method, for the plurality of pulse energies, uniformly adjusting the pulse energy at a predetermined adjustment degree; calculating a target integrated energy amount to be given to the second object when the pulse energy is irradiated. Detecting information on the actual integrated energy amount given to the second object; adjusting the energy amount of the pulse energy for each predetermined unit pulse based on the integrated energy amount and the target integrated energy amount; An exposure method, comprising:
【請求項10】前記第2エネルギー量調整手段は、前記
エネルギー源の所定の発振条件を制御することで、前記
パルスエネルギー量を前記所定単位毎に調整することを
特徴とする請求項第9項に記載のエネルギー制御装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein the second energy amount adjusting means adjusts the pulse energy amount for each of the predetermined units by controlling a predetermined oscillation condition of the energy source. An energy control device according to claim 1.
【請求項11】前記エネルギー源は与えられる放電電圧
によって出力が変化するパルスレーザ光源であり、前記
第2エネルギー量調整手段は該放電電圧を制御して前記
パルスエネルギー量を前記所定単位毎に調整することを
特徴とする請求項第10項に記載のエネルギー制御装置。
11. The energy source is a pulse laser light source whose output changes according to a given discharge voltage, and the second energy amount adjusting means controls the discharge voltage to adjust the pulse energy amount for each of the predetermined units. 11. The energy control device according to claim 10, wherein
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