JPH02106917A - Aligner - Google Patents

Aligner

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JPH02106917A
JPH02106917A JP63261224A JP26122488A JPH02106917A JP H02106917 A JPH02106917 A JP H02106917A JP 63261224 A JP63261224 A JP 63261224A JP 26122488 A JP26122488 A JP 26122488A JP H02106917 A JPH02106917 A JP H02106917A
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Abstract

PURPOSE:To optimize exposing behavior conditions in response to transmittance by calculating energy amount stored in a projection optical system on the basis of the transmittance of a mask, the illuminance of an irradiated light or the exposing condition, and so regulating the illuminance of the radiated light as to be allowable storage energy amount or less. CONSTITUTION:A main control system 20 outputs a drive command corresponding to an optimum attenuation amount to a drive system 23 of an attenuation filter 6 on the basis of a signal from an illuminance sensor 21 or a signal from a bar code reader 22. It also outputs a command for supplying suitable power corresponding to an exposure sequence to a power source 24 for driving a mercury lamp 1. The power source 24 confirms supplied power on the basis of a signal from a photoelectric sensor 25 for sequentially detecting the illuminance of the light radiated to a reticle R. The signal from the sensor 25 is also input to a shutter control system when the opening time of a shutter 4 is automatically controlled in an optical amount integration mode, information such as the opening timing of the shutter 4 is communicated, and the shutter 4i can be controlled in response to a set value from the system 20 in a timer mode.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子等の製造に用いられる露光装置に関
し、特に高い照度が得られるエネルギーfQ(放電灯、
レーザ発振器等)をもつ露光装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an exposure apparatus used in the manufacture of semiconductor devices, etc.
The invention relates to an exposure apparatus having a laser oscillator, etc.).

(従来の技術〕 従来、この種の露光装置として、マスク、又はレチクル
に形成されたパターン領域の像を、投影レンズ系を介し
て感光基板であるウエノ\上へ投影するステップアンド
リピート方式の投影型露光装置、所謂ステッパーが知ら
れている。
(Prior Art) Conventionally, this type of exposure apparatus uses a step-and-repeat projection method in which an image of a pattern area formed on a mask or reticle is projected onto a photosensitive substrate, ie, a photosensitive substrate, through a projection lens system. A mold exposure device, a so-called stepper, is known.

現在、IC1VLSIの製造現場で使われているステッ
パーは、波長436nm(g線)、又は365na+(
i線)等の光を発生する水銀放電灯(水銀ランプ)を露
光用光源としている。このステッパーは、レチクルのパ
ターンを1/1.115、l/10等に縮小してウェハ
上に投影する投影レンズを有するが、その投影レンズは
年々高分解能で、低いデイスト−ジョン量(像の歪み、
倍率誤差等)のものが要求され、使用条件や環境条件に
よる影響で生ずる結像特性の変動が無視できなくなって
きている。
Currently, the steppers used at IC1VLSI manufacturing sites have a wavelength of 436 nm (g-line) or 365 na+ (
The light source for exposure is a mercury discharge lamp (mercury lamp) that generates light such as i-line). This stepper has a projection lens that reduces the reticle pattern to 1/1.115, 1/10, etc. and projects it onto the wafer. distortion,
(magnification error, etc.), and fluctuations in imaging characteristics caused by the influence of usage conditions and environmental conditions can no longer be ignored.

そこで例えば特開昭60−78454号公報に開示され
ているように、投影レンズの結像特性を変動させる1つ
の要因として、露光用照明光が投影レンズを通ったとき
に、照明光のエネルギーの一部が投影レンズに吸収され
ることに着目し、その吸収により生じる結像特性変動、
特に倍率誤差、焦点誤差を演算により求め、それを補正
することが知られている。
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-78454, one factor that changes the imaging characteristics of a projection lens is that when the exposure illumination light passes through the projection lens, the energy of the illumination light increases. Focusing on the fact that a portion of the image is absorbed by the projection lens, the fluctuation in imaging characteristics caused by that absorption,
In particular, it is known to calculate magnification errors and focus errors and correct them.

この従来の技術では、投影レンズにレチクルを介して入
射する露光エネルギーの蓄積線を時々刻々演算で求める
ことで、等価的に結像特性の変動を予測している。そし
て算出された結像特性の変動の補正には、投影レンズ内
の密封された空気間隔内の圧力を制御する方式、あるい
は投影レンズとレチクル、又はウェハの機械的な間隔を
調整する方式が採用されている。
In this conventional technique, fluctuations in imaging characteristics are equivalently predicted by momentarily calculating the accumulation line of exposure energy that enters the projection lens via the reticle. In order to correct the fluctuations in the calculated imaging characteristics, a method is adopted that controls the pressure within the sealed air space within the projection lens, or a method that adjusts the mechanical distance between the projection lens and the reticle or wafer. has been done.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記の従来技術によれば、露光エネルギーの一部吸収に
起因した投影レンズの結像特性変動を極めて良好に、か
つ安定して補正することができる。
According to the above-mentioned prior art, it is possible to very well and stably correct fluctuations in imaging characteristics of a projection lens caused by partial absorption of exposure energy.

ところでステッパーでは、1枚のウエノλ上の複数のシ
ョット領域をステップアンドリピート方式で露光してい
くため、各ショッHJI域毎の露光時間を短縮すること
で、1枚当りの処理時間を短くし、スルーブツトを高め
ることが行なわれている。n光時間の短縮は、ショッH
I域に与えるべき適正露光量が定まっていることから、
実際上は露光用照明光の照度を上げることで達成するこ
とになる。
By the way, a stepper exposes multiple shot areas on one sheet of Ueno λ using a step-and-repeat method, so by shortening the exposure time for each shot HJI area, the processing time per sheet can be shortened. , efforts are being made to increase throughput. n Shortening of light time can be achieved by
Since the appropriate amount of exposure to be given to area I has been determined,
In practice, this is achieved by increasing the illuminance of the exposure illumination light.

しかしながら、スループットの向上をねらって高照度化
すべく、照明系やランプの改良を重ねていくと、照明系
が高照度化し過ぎてしまい、その結果投影レンズに吸収
されるエネルギー量も増大し、投影レンズの諸収差へ悪
影響を及ぼすとともに、その過大な蓄積エネルギー量に
よって結像特性の変動補正が不十分なものになるといっ
た問題が生じる。このため、照明系からの照明光の照度
は、一方的に増大させる訳にはいかず、投影レンズ固有
の条件から、ある上限が定められていた。
However, as improvements are made to lighting systems and lamps to increase illuminance in order to improve throughput, the illumination system becomes too bright, and as a result, the amount of energy absorbed by the projection lens increases, resulting in This adversely affects various aberrations of the lens, and the excessive amount of accumulated energy causes problems such as insufficient correction of fluctuations in imaging characteristics. For this reason, the illuminance of the illumination light from the illumination system cannot be increased unilaterally, and a certain upper limit has been set based on the conditions specific to the projection lens.

その上限を守る1つの手法として、ランプからレチクル
までの照明光路中で、投影レンズの瞳とほぼ共役な位置
に、光11減衰用の金属性のフィルターを配置し、一定
量だけ像面(レチクル面)照度を低下させることも提案
されている。
One way to maintain this upper limit is to place a metallic filter for attenuating the light 11 in the illumination optical path from the lamp to the reticle at a position that is almost conjugate with the pupil of the projection lens, and to It has also been proposed to reduce the illuminance.

このようなフィルターを設ける場合、フィルターの減衰
率(透過率)は、使用し得るレチクルのうち最もパター
ン密度の低いレチクルを用いて、最もスルーブツトの高
い露光シーケンス(例えばファーストプリント)でステ
ッパーを稼(肋させたときでも、投影レンズの蓄積エネ
ルギー量が上限を超えない照度となるように選ぶ必要が
あった。
When such a filter is provided, the attenuation (transmittance) of the filter is such that the stepper is operated with the highest throughput exposure sequence (e.g., first print) using the reticle with the lowest pattern density of the available reticles. It was necessary to select an illumination intensity that would not cause the amount of stored energy in the projection lens to exceed the upper limit even when the projection lens was placed in a ribbed position.

ところが、デバイス製造に用いられるレチクルは、回路
パターンによって様々の透過率を有する。
However, reticles used in device manufacturing have various transmittances depending on the circuit pattern.

ここでレチクルの透過率とは、投影レンズの有効視野内
、もしくはその視野内の予め定められた有効露光領域内
にしめるレチクルのパターン領域中の透明部面積の割合
を意味する。
Here, the transmittance of a reticle means the ratio of the area of the transparent portion in the pattern area of the reticle that falls within the effective field of view of the projection lens or within a predetermined effective exposure area within the field of view.

例えば、配線用のパターンを有するレチクルの透過率は
比較的高く、30〜60%程度であるのに対し、コンタ
クトホール用のパターンを存するレチクルの透過率は、
極めて低く3〜6%程度と1/I 0位になっている。
For example, the transmittance of a reticle with a pattern for wiring is relatively high, about 30 to 60%, whereas the transmittance of a reticle with a pattern for contact holes is
It is extremely low, at around 3 to 6%, which is 1/I 0th place.

このため、配線層露光用の透過率の高いレチクルに対し
ては、投影レンズを限界に近い状態で効率的に使えるが
、透過率の低いレチクルに対しては、投影レンズを限界
から大幅に下回った状態で非効率的に使うことになって
しまうといった問題があった。
For this reason, for reticles with high transmittance for wiring layer exposure, the projection lens can be used efficiently close to its limit, but for reticles with low transmittance, the projection lens can be used well below the limit. There was a problem in that it ended up being used inefficiently.

そこで本発明では、上記のような非効率な状態を改善し
、透過率の低いレチクル(マスク)におけるスループッ
トを向上させた露光装置を得ることを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to improve the above-mentioned inefficient state and provide an exposure apparatus that improves the throughput of a reticle (mask) with low transmittance.

さらに本発明は、レチクル(マスク)の透過率に応じて
露光動作条件の最適化を計り、デバイス製造時の装置稼
働を、より効率的にした露光装置を得ることを目的とす
る。
A further object of the present invention is to provide an exposure apparatus that optimizes exposure operating conditions according to the transmittance of a reticle (mask) and makes the apparatus more efficient to operate during device manufacturing.

[問題点を解決する為の手段] まず本発明においては、露光用照明光、又はエネルギー
線のマスク上、又は像面上での照度(単位時間あたりの
照度)を可変にする調整手段を設ける。さらに、投影光
学系(投影手段)にマスクを介して入射する照明光(エ
ネルギー線)の一部が、投影光学系に蓄積するエネルギ
ー量(1枚のウェハの露光処理の間における平均H積エ
ネルギー!、あるいは時々刻々変化する入射エネルギー
量と発散エネルギー量との代数和)を、マスクの透過率
、照明光の照度、又は露光動作条件の基づいて算出する
。そして投影光学系にN積したエネルギー量が、予め定
めておいた許容蓄積エネルギー量以下となるように、調
整手段によって照明光の照度を調整するように構成した
[Means for Solving the Problems] First, in the present invention, an adjusting means is provided to vary the illuminance (illuminance per unit time) of exposure illumination light or energy rays on a mask or on an image plane. . Furthermore, a portion of the illumination light (energy rays) that enters the projection optical system (projection means) through the mask may accumulate in the projection optical system (average H product energy during exposure processing of one wafer). ! or the algebraic sum of the amount of incident energy and the amount of emitted energy that changes from time to time) is calculated based on the transmittance of the mask, the illuminance of the illumination light, or the exposure operating conditions. The illuminance of the illumination light is adjusted by the adjustment means so that the amount of energy multiplied by N in the projection optical system is equal to or less than a predetermined allowable amount of stored energy.

[作 用] 本発明では、投影光学系に蓄積したエネルギー量が、投
影光学系の結像特性に変動を与えるという現象に基づい
て、蓄積エネルギー量に対応した値(情報)を予測演算
により求めることで、蓄積エネルギー量が常に許容値以
下になるように、露光動作を進めることができる。この
ためマスク、レチクルの透過率が高いときは蓄積エネル
ギー量の許容値を守るように動作し、レチクルの透過率
が低いときは逆に許容値の範囲内で最大の照度が得られ
るように動作可能なので、透過率の低いレチクルによる
露光処理はスループットが高まることになる。
[Function] In the present invention, based on the phenomenon that the amount of energy accumulated in the projection optical system causes fluctuations in the imaging characteristics of the projection optical system, a value (information) corresponding to the amount of accumulated energy is obtained by predictive calculation. This allows the exposure operation to proceed so that the amount of stored energy is always below the allowable value. Therefore, when the transmittance of the mask or reticle is high, it operates to maintain the allowable amount of stored energy, and when the transmittance of the reticle is low, it operates to obtain the maximum illuminance within the allowable value. Therefore, the throughput of exposure processing using a reticle with low transmittance increases.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の第1の実施例によるステッパーの構成
を示す斜視図であり、基本構成は特開昭60−7845
4号公報に開示されたものと同じである。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a stepper according to a first embodiment of the present invention, and the basic configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-7845.
This is the same as that disclosed in Publication No. 4.

水銀ランプlは、楕円鏡2の第1焦点に発光点が位置す
るように配置され、楕円鏡2で集光された照明光は、短
波長域で反射率が高いグイクロイックミラー3で反射さ
れ、ロータリーシャッタ4のところで最小径に集束され
る。シャッタ4を通った照明光はレンズ系5、光量可変
減衰フィルター6を介して、オブチカルインテグレータ
としてのフライアイレンズ7に入射する。フライアイレ
ンズ7の射出端には多数の2次光源像が結像し、各2次
光源からの光はミラー8で垂直に反射された後、コンデ
ンサーレンズ9に入射し、レチクルR上で重畳される。
The mercury lamp l is arranged so that the light emitting point is located at the first focus of the elliptical mirror 2, and the illumination light focused by the elliptical mirror 2 is reflected by the gyroic mirror 3, which has a high reflectance in the short wavelength range. and is focused to the minimum diameter at the rotary shutter 4. The illumination light that has passed through the shutter 4 passes through a lens system 5 and a variable light quantity attenuation filter 6 and enters a fly's eye lens 7 as an optical integrator. A large number of secondary light source images are formed at the exit end of the fly-eye lens 7, and the light from each secondary light source is vertically reflected by a mirror 8, then enters a condenser lens 9, and is superimposed on a reticle R. be done.

このフライアイレンズ7とコンデンサーレンズ9の作用
で、レチクルRにおける照明光の照度分布は数%以下の
極めて均一なものになる。
Due to the effects of the fly's eye lens 7 and the condenser lens 9, the illuminance distribution of the illumination light on the reticle R becomes extremely uniform at a level of several percent or less.

また、第1図では図示を省略したが、フライアイレンズ
7とコンデンサーレンズ9との間には、例えば特開昭6
1−19129号公報に開示されているようなリレー系
が設けられ、レチクルRと共役な像面が作られる。そし
てこの共役像面には、レチクルRのパターン領域PAに
合わせて照明領域を制限する可変照明視野絞り(レチク
ルブラインド)が配置される。
Although not shown in FIG. 1, there is a gap between the fly-eye lens 7 and the condenser lens 9, for example
A relay system as disclosed in Japanese Patent No. 1-19129 is provided, and an image plane conjugate with the reticle R is created. A variable illumination field stop (reticle blind) that limits the illumination area according to the pattern area PA of the reticle R is arranged on this conjugate image plane.

向、レチクルRのパターン領域PAの周辺には、レチク
ルRに関する各種情報(レチクル名、パターン領域PA
の大きさ、アライメントマークの位置等)がバーコード
BCとして形成されている。
In the direction, around the pattern area PA of the reticle R, various information regarding the reticle R (reticle name, pattern area PA
size, alignment mark position, etc.) are formed as a barcode BC.

さて、パターン領域PA内には、クロム層等の遮光体で
微細な回路パターンが形成されており、パターン中の透
明部を通った照明光は、投影レンズ系10を介してレジ
ストの塗布されたウェハWへ達する。ウェハWは、投影
レンズ10に関してレチクルRと共役になるようにウェ
ハステージ1■上に!!置される。ウェハステージ11
はx1y方向に2次元移動するとともに、レーザ干渉計
により高精度に座標位置が計測される。セカンドプリン
トの場合、ウェハW上には複数のショット領域SAがマ
トリックス状に形成されている。
Now, in the pattern area PA, a fine circuit pattern is formed with a light shielding material such as a chrome layer, and the illumination light that passes through the transparent part in the pattern is transmitted through the projection lens system 10 to the resist coating. It reaches the wafer W. The wafer W is placed on the wafer stage 1■ so that it is conjugate with the reticle R with respect to the projection lens 10! ! be placed. Wafer stage 11
moves two-dimensionally in the x1y direction, and its coordinate position is measured with high precision by a laser interferometer. In the case of second printing, a plurality of shot areas SA are formed in a matrix on the wafer W.

また、投影レンズ10には結像特性を補正するためのレ
ンズコントローラ12が設けられている。
Further, the projection lens 10 is provided with a lens controller 12 for correcting imaging characteristics.

このレンズコントローラ12ば、先の特開昭60784
54号公報、又は特開昭61−19129号公報に開示
されているように、投影レンズ10自体の倍率、焦点位
置を圧力制御で微小量補正するとともに、投影レンズl
OとウェハWとの間隔をフォーカスセンサーのオフセッ
ト調整で補正する機能を有する。
This lens controller 12 is based on Japanese Patent Application Laid-open No. 60784.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 54 or 1981-19129, the magnification and focal position of the projection lens 10 itself are slightly corrected by pressure control, and the projection lens l
It has a function of correcting the distance between O and the wafer W by adjusting the offset of the focus sensor.

主制御系20は、ステッパーの露光シーケンス、アライ
メントシーケンス等の基本動作を制御するとともに、レ
チクルRの透過率に応じて照明光の照度を最適に制御す
るための演算を行なう。
The main control system 20 controls basic operations such as the exposure sequence and alignment sequence of the stepper, and also performs calculations to optimally control the illuminance of the illumination light according to the transmittance of the reticle R.

レチクルRの透過率は、ウェハステージ11に設けられ
た照度センサー21により検出される。
The transmittance of the reticle R is detected by an illuminance sensor 21 provided on the wafer stage 11.

照度センサー21の受光面は、使用される最大の大きさ
のパターン領域PAの投影像(最大有効露光領域)と同
等、もしくはそれ以上の大きさ、あるいは投影視野(例
えば23m径の円)を包含する大きさに定められる。
The light receiving surface of the illuminance sensor 21 has a size equal to or larger than the projected image (maximum effective exposure area) of the largest pattern area PA used, or includes a projected field of view (for example, a circle with a diameter of 23 m). The size is determined by

また、レチクルRの透過率に関する情報をバーコードB
Cに入れておく場合は、レチクルRのローディング時に
バーコードBCを読み取るバーコードリーダ22が透過
率情報の入力手段になる。
In addition, information regarding the transmittance of reticle R is stored in barcode B.
In the case of storing the reticle R in the reticle C, the barcode reader 22 that reads the barcode BC when loading the reticle R becomes a means for inputting the transmittance information.

さて、主制御系20は、照度センサー21からの信号、
あるいはバーコードリーダ22からの信号に基づいて、
減衰フィルター6の駆動系23に、最適な減衰量に対応
した駆動指令を出力する。また主制御系20は水銀ラン
プ1を駆動するための電力供給源24へ、露光シーケン
スに対応した適正な11力供給を行なうような指令も出
力する。この電力供給源24は、レチクルRを照明する
光の照度(強度)を逐次検出する光電センサー25から
の信号に基づいて、供給電力の確認を行なう。
Now, the main control system 20 receives a signal from the illuminance sensor 21,
Or based on the signal from the barcode reader 22,
A drive command corresponding to the optimum amount of attenuation is output to the drive system 23 of the attenuation filter 6. The main control system 20 also outputs a command to the power supply source 24 for driving the mercury lamp 1 to supply an appropriate power corresponding to the exposure sequence. This power supply source 24 checks the power supply based on a signal from a photoelectric sensor 25 that sequentially detects the illuminance (intensity) of light illuminating the reticle R.

また充電センサー25からの信号は、シャンター4の開
時間を光量積分(インテグレータ)モードで自動側で1
する場合、シャンク−制御系(不図示)にも入力される
。シャッター制御系は、主制御系20との間でシャッタ
ー4の開放タイミング、開成タイミングの情報をやり取
りするとともに、主制御系20からの設定値に応じてシ
ャッター4をタイマーモード(定時間方式)で制御する
こともできる。
In addition, the signal from the charging sensor 25 is set to 1 when the opening time of the shunter 4 is set to 1 on the automatic side in light intensity integration (integrator) mode.
If so, it is also input to the shank control system (not shown). The shutter control system exchanges information on the opening timing and opening timing of the shutter 4 with the main control system 20, and also sets the shutter 4 in timer mode (fixed time method) according to the set value from the main control system 20. It can also be controlled.

コンソール26はオペレータとステッパーとのマン・マ
シンインターフェイスであり、各種パラメータやコマン
ドの入出力を行なう。
The console 26 is a man-machine interface between the operator and the stepper, and inputs and outputs various parameters and commands.

尚、第1図に示したレンズコントローラ12は、主;ν
j御系20との間、及びシャッター制御系との間で各種
指令や情報のやり取りを行なっている。
The lens controller 12 shown in FIG.
Various commands and information are exchanged with the control system 20 and with the shutter control system.

そして、このレンズコントローラ12は、ステッパーが
稼動している間は、露光処理中か否かを問わず常時投影
レンズ10の結像特性の補正制御を行なう、また電力供
給源24は、例えば特開昭60−144938号公報に
開示されているように、ランプlへの供給電力を露光時
にのみ一時的に公称値から増大させるフラッシュ露光方
式、あるいは公称電力で駆動するノーマル露光方式で動
作可能な構成になっている。
While the stepper is in operation, this lens controller 12 always performs correction control of the imaging characteristics of the projection lens 10, regardless of whether exposure processing is in progress. As disclosed in Japanese Patent No. 60-144938, a configuration that can operate with a flash exposure method in which the power supplied to the lamp l is temporarily increased from the nominal value only during exposure, or a normal exposure method in which the lamp is driven with the nominal power. It has become.

第2図は第1図のうち、減衰フィルター6、駆動系23
、ランプl、電力供給源24、及び主制御系20内の照
度制御演算部の構成の一例を模式%式% 電力供給源24は、直流入力電圧Viにシリアルに接続
された電力制御素子24A、ランプ1に流れる電流値を
検出する電流検出回路24B、ランプlに印加された電
圧値を検出する電圧検出回路24C、ランプ1に供給さ
れる電力を電流値と電圧値の積により求める電力演算回
路24D、ランプ1の供給電力に応じた計測値Vmと外
部から設定される基準値Vrとの偏差を求め、この偏差
が零になるように電力制御素子24Aをフィードバック
制御する誤差増幅回路24Bとを基本構成として備えて
いる。そして本実施例ではさらに、光電センサー25の
信号を増幅するアンプ24G1アンプ25Gの出力信号
S1と主制御系20から出力された信号S、との差を求
める減算回路24H1切り替えスイッチ24Jを設ける
Figure 2 shows the attenuation filter 6 and drive system 23 in Figure 1.
, the lamp l, the power supply source 24, and an example of the configuration of the illuminance control calculation section in the main control system 20 are shown in a schematic diagram. A current detection circuit 24B that detects the current value flowing through the lamp 1, a voltage detection circuit 24C that detects the voltage value applied to the lamp 1, and a power calculation circuit that calculates the power supplied to the lamp 1 by multiplying the current value and the voltage value. 24D, an error amplification circuit 24B that calculates a deviation between a measured value Vm corresponding to the power supplied to the lamp 1 and a reference value Vr set from the outside, and performs feedback control of the power control element 24A so that this deviation becomes zero; It is provided as a basic configuration. Further, in this embodiment, a subtraction circuit 24H1 changeover switch 24J is provided to obtain the difference between the output signal S1 of the amplifier 24G1 which amplifies the signal of the photoelectric sensor 25, and the signal S1 output from the main control system 20.

主制御系20には、信号S1の大きさ、レチクルRの透
過率ηに関する情報、露光動作条件の各種パラメータを
記憶するデータ記憶部20A、照度制御のための演算部
20B、ランプ1の点灯状態をフラッシュ露光方式、又
はノーマル露光方式にするためのタイミングやフランシ
ュアツブ率を設定するフラッシュ・ノーマル制御部20
C1及び照度安定化のための安定化部20Dが設けられ
ている。さらに、減衰フィルター6は円板状のプレート
に4つの74ルター6a、H16c16dが配置され、
照明光を離散的に4段階に切り替えて減光することがで
きる。ここでフィルター68は単なる透明部で、フィル
ター6b、6c、6dの順で光減衰率が大きくなってい
る。フィルター6のプレートは、駆動系23の制御によ
りモータ6eで回転駆動される。
The main control system 20 includes a data storage unit 20A that stores information regarding the magnitude of the signal S1, the transmittance η of the reticle R, various parameters of exposure operating conditions, a calculation unit 20B for illuminance control, and a lighting state of the lamp 1. A flash/normal control unit 20 that sets the timing and franchise embedding rate for setting the camera to a flash exposure method or a normal exposure method.
A stabilizing section 20D for stabilizing C1 and illuminance is provided. Furthermore, the attenuation filter 6 has four 74 routers 6a and H16c16d arranged on a disc-shaped plate,
It is possible to dim the illumination light by discretely switching it in four stages. Here, the filter 68 is simply a transparent part, and the light attenuation rate increases in the order of filters 6b, 6c, and 6d. The plate of the filter 6 is rotationally driven by a motor 6e under the control of a drive system 23.

このフィルタープレート6の各フィルター6a。Each filter 6a of this filter plate 6.

6b、6c、6dは、照明光学系中で投影レンズlOの
瞳(入射瞳)とほぼ共役な位置、すなわちフライアイレ
ンズ7の射出端の位置、もしくはそれとほぼ共役な位置
に配設される。
6b, 6c, and 6d are arranged in the illumination optical system at a position substantially conjugate with the pupil (entrance pupil) of the projection lens 1O, that is, at a position at the exit end of the fly's eye lens 7, or at a position substantially conjugate thereto.

次に本実施例の動作を説明するが、本実施例のステッパ
ーでは第1図に示したレンズコントローラ12により常
時、結像特性の補正を行なっているものとして説明する
Next, the operation of this embodiment will be described, assuming that in the stepper of this embodiment, the imaging characteristics are constantly corrected by the lens controller 12 shown in FIG.

〔土工]」j」■L到二■ まずオペレータは、lショット毎の適正露光量に対応し
た値Dos、1枚のウェハW上の露光ショツト数Ns、
シタット領域SAの大きさによって決まるウェハステー
ジ11の1シツツト毎のステッピング時間Tstp 、
 1枚のウェハの露光が完了してから次のウェハがステ
ージll上に載置されるまでの平均的なウェハ交換時間
Tc、及びステージ11に載置されたウェハWをグロー
バルアライメントするために、ウェハ上のアライメント
マークを検出して、ウェハW上の最初のショット領域を
レチクルRに合わせるまでに要する平均的なアライメン
ト時間Ta1g等を、コンソール26から入力する。尚
、アライメント時間Ta1gは、ファーストプリントの
際は零である。また各時間Tstp 、 T c、 T
a1gは、ステッパーに設けられた計時カウンターを使
って過去に実測したデータに基づいてオートセットする
ようにしてもよい。
[Earthwork] "j" ■L to 2■ First, the operator calculates the value Dos corresponding to the appropriate exposure amount for each shot, the number of exposure shots on one wafer W Ns,
Stepping time Tstp for each sit of the wafer stage 11 determined by the size of the sit area SA,
The average wafer exchange time Tc from the completion of exposure of one wafer until the next wafer is placed on stage 11, and for global alignment of the wafer W placed on stage 11, The average alignment time Ta1g required to detect the alignment mark on the wafer and align the first shot area on the wafer W with the reticle R is input from the console 26. Note that the alignment time Ta1g is zero at the time of first printing. Also, each time Tstp, Tc, T
a1g may be automatically set based on data actually measured in the past using a time counter provided in the stepper.

以上の各露光動作条件のデータは、データ記憶部20A
にデータDexρとして記憶される。
The data of each exposure operation condition mentioned above is stored in the data storage section 20A.
is stored as data Dexρ.

次に主制御系20は、安定化部20Dから信号Ssを出
力してスイッチ24Jを図示の状態から切り替えて、電
圧Vdを零にし、フラッシュ・ノーマル制i11部20
Cからノーマル露光時の公称電力に対応した電圧Vpを
加算回路24Fに出力させる。加算回路24Fは基準値
Vrとして、■「=Vpを出力するので、ランプ1は公
称入力電力に応じた強度で点灯する。また主制御系20
は、駆動系23を介して、例えば減衰率が零のフィルタ
ー6aを選択するように制御する。
Next, the main control system 20 outputs a signal Ss from the stabilizing section 20D, switches the switch 24J from the state shown in the figure, makes the voltage Vd zero, and sets the flash/normal system i11 section 20 to zero.
A voltage Vp corresponding to the nominal power during normal exposure is output from C to the adding circuit 24F. Since the adder circuit 24F outputs ■=Vp as the reference value Vr, the lamp 1 is lit with an intensity corresponding to the nominal input power.
is controlled via the drive system 23 so that, for example, the filter 6a with an attenuation rate of zero is selected.

次にレチクルRが存在しない状態、もしくは素ガラスを
レチクルの代りに設置した状態で、主制御系20はシャ
ッター4を開く、このとき投影レンズ10の直下に、照
度センサー21が位置するようにウェハステージ11を
位置決めしておく。
Next, the main control system 20 opens the shutter 4 in a state where the reticle R is not present or a plain glass is installed in place of the reticle. Position the stage 11 in advance.

またレチクルブラインドは全開、又は最大育効露光領域
に合わせて開けておく。そして主制御系20は、このと
きの照度センサー21の出力をP。
In addition, the reticle blind is fully opened or opened to match the maximum effective exposure area. Then, the main control system 20 sets the output of the illumination sensor 21 at this time to P.

として記憶する。be memorized as

次に、第1図に示すように露光用のレチクルRを位置決
めし、同様にシャッター4を開放して照度センサー21
からの出力をPrとして記憶する。
Next, as shown in FIG. 1, position the exposure reticle R, open the shutter 4 in the same way, and
The output from is stored as Pr.

そして主制御B系20はレチクルRの透過率ηをPr 
/ P oの演算によって求め、それをデータ記憶部2
OAへ格納する。透過率ηはO〈η〈1の範囲である。
Then, the main control B system 20 sets the transmittance η of the reticle R to Pr
/ P o and stores it in the data storage unit 2.
Store in OA. The transmittance η is in the range O<η<1.

尚、この動作の間、光電センサー25で受光した照明光
の照度(正確には単位時間あたりのレチクル上照明光量
)Ifを求めておき、この照明光量Ifと適正露光量の
値Dosとに基づいてlショットの平均露光時間Tex
pを算出してデータ記憶部20Aへ格納する。平均露光
時間TexpはTexp ’;Do s/ I fで算
出される。
Note that during this operation, the illuminance If of the illumination light received by the photoelectric sensor 25 (more precisely, the amount of illumination light on the reticle per unit time) is determined, and based on this illumination light amount If and the value Dos of the appropriate exposure amount. Average exposure time for one shot
p is calculated and stored in the data storage section 20A. The average exposure time Texp is calculated by Texp';Dos/If.

次に主制御系20の演算部20Bは、単位時間当りに投
影レンズlOへ入射(又は通過)する平均的な入射エネ
ルギー量(平均蓄積エネルギーりEを算出する。そして
本実施例では、複数枚のウェハを連続して処理すること
を前提として、1枚のウェハの処理時間にしめる照明光
の通過時間合計の割合、すなわち露光時間効率τを用い
て、以下の式(1)に基づいて入射エネルギーIEを算
出する。
Next, the calculation unit 20B of the main control system 20 calculates the average amount of incident energy (average accumulated energy E) that enters (or passes through) the projection lens IO per unit time. Assuming that wafers are processed continuously, the incident energy is calculated based on the following equation (1) using the ratio of the total passing time of the illumination light to the processing time of one wafer, that is, the exposure time efficiency τ. Calculate IE.

E=η・If・τ+ΔE   ・・・・・・(1)ここ
で単位時間当りのエネルギー量ΔEは、露光動作中にウ
ェハWで反射された照明光の一部が投影レンズ10に入
射することによって生ずる誤差分である。このエネルギ
ー量ΔEは、かなり小さい場合が多いので無視してもか
まわないが、反射率の高いウェハ、例えば表面にアルミ
層をもつウェハでは無視できないこともある。
E=η・If・τ+ΔE (1) Here, the energy amount ΔE per unit time is determined by the fact that part of the illumination light reflected by the wafer W enters the projection lens 10 during the exposure operation. This is the error caused by This energy amount ΔE is often quite small and can be ignored, but it may not be ignored in the case of a wafer with a high reflectance, for example, a wafer with an aluminum layer on the surface.

さらに本実施例では、例えば特開昭62−183522
号公報に開示された手法によって、ウェハの反射率に関
する値Kwを求めであるものとする。そこでウェハ面上
での単位時間当りの照明光線をK・If(Kは定数)と
すると、単位時間当りの平均エネルギー量ΔEは式(2
)で求められる。
Furthermore, in this embodiment, for example,
It is assumed that the value Kw related to the reflectance of the wafer is determined by the method disclosed in the above publication. Therefore, if the illumination light beam per unit time on the wafer surface is K·If (K is a constant), the average energy amount ΔE per unit time is calculated by the formula (2)
).

ΔE=η ・K−1f−Kw・ τ  ・・・・・・ 
(2)従って式(1)と(2)をまとめると式(3)が
得られる。
ΔE=η・K−1f−Kw・τ ・・・・・・
(2) Therefore, by combining equations (1) and (2), equation (3) is obtained.

E−η・τ・If・ (1+に−Kw)・・・・・・(
3)一方、露光時間効率τは、初めに設定された露光動
作条件の各パラメータNs、Tc、TaJg、Tstp
 、 T13Xl)から式(4)によって求める。
E−η・τ・If・ (−Kw to 1+)・・・・・・(
3) On the other hand, the exposure time efficiency τ is determined by each parameter Ns, Tc, TaJg, Tstp of the exposure operating conditions set at the beginning.
, T13Xl) using equation (4).

N s −Texp N s −(Texp+Tstp) + Ta1g  
+ Tc・・・・・・ (4) この式(4)で分母は1枚のウェハの処理に要するトー
タルの時間であり、分子は1枚のウェハにおけるトータ
ルの露光時間である。
N s −Texp N s −(Texp+Tstp) + Ta1g
+Tc... (4) In this equation (4), the denominator is the total time required to process one wafer, and the numerator is the total exposure time for one wafer.

尚、式(4)において、照明光の照度(照明光jiff
)を調整した後においては、露光時間Texpが変化す
ることになるので、式(4)は次の式(5)で扱うとよ
い。
In addition, in equation (4), the illuminance of the illumination light (illumination light jiff
), the exposure time Texp will change, so equation (4) should be handled by the following equation (5).

Ns  0Texp+Tss この式(5)で時間Tssは、 Tss=N 5−Tstp +Ta1g +Tc −(
6)であり、一定値と考えてよい。
Ns 0Texp+Tss In this equation (5), the time Tss is: Tss=N 5−Tstp +Ta1g +Tc −(
6) and can be considered a constant value.

演算部20Bは上記式(3)、(5)に各パラメータの
値を代入して、平均入射エネルギー量Eを算出する。
The calculation unit 20B calculates the average amount of incident energy E by substituting the values of each parameter into the above equations (3) and (5).

次にfJ31E部20Bは、投影レンズ10に対して予
め設定された許容平均入射エネルギー量Emと、算出さ
れたエネルギー量Eとの大小関係(EmE)を求める。
Next, the fJ31E unit 20B determines the magnitude relationship (EmE) between the allowable average incident energy amount Em preset for the projection lens 10 and the calculated energy amount E.

ここで許容エネルギー1jl E mとは、この値を瞬
間的にでも起えると、ただちに投影レンズIOに悪影響
を与えるというものではなく、瞬間的なエネルギー量の
許容値よりはかなり低めに設定される。この許容エネル
ギー量E mは予め実験等により求め、データ記憶部2
OAに記憶されている。
Here, the allowable energy 1jl E m does not mean that if this value occurs even momentarily, it will immediately have a negative effect on the projection lens IO, but it is set considerably lower than the allowable value for the instantaneous amount of energy. . This allowable energy amount E m is determined in advance through experiments, etc., and
It is stored in OA.

その結果演算部20Bは、Em−E<0のとき、照明光
の照度を低下させるものと判定する。
As a result, the calculation unit 20B determines that the illuminance of the illumination light is to be reduced when Em-E<0.

そこでfI算郡部20B、照度低下に必要な照明光の濾
衰率を求める。
Therefore, the fI calculation unit 20B calculates the filtration rate of the illumination light necessary for reducing the illuminance.

そのため演算部20Bは、弐(3)、(5)をまとめて
変形した式(7)の演算を行なう。
Therefore, the calculation unit 20B performs the calculation of equation (7), which is a combination of (3) and (5).

E Ifm η・ (1+に−Kw) Ns  −Texp ところがn光時間TexpはTexp−Dos/1rで
あるから、式(7)は式(8)に変形される。
E Ifm η· (−Kw to 1+) Ns −Texp However, since n light time Texp is Texp−Dos/1r, equation (7) is transformed into equation (8).

Ifm η・ (1+K・Kw) Ns  9 Dos さらに式(8)を照明光Nffについてまとめてみると
式(9)に変形される。
Ifm η・(1+K・Kw) Ns 9 Dos When formula (8) is further summarized for illumination light Nff, it is transformed into formula (9).

・・・ (9) そこで演算部20Bは式(9)の已にEmを代入すると
ともに、他の定数η、K、Kw、Ns。
(9) Therefore, the calculation unit 20B substitutes Em into equation (9), and also sets other constants η, K, Kw, and Ns.

Dos、Tssを代入して、許容エネルギー量Emに対
応した許容照明光量1fmを算出する。
By substituting Dos and Tss, the allowable illumination light amount 1fm corresponding to the allowable energy amount Em is calculated.

ここで先に求めた照明光量I「とIfmとの比を求めれ
ば、I f / I r mが求めるべき減衰率である
。そして演算部20Bは、この算出された減衰率よりも
大きな減衰率をもつフィルター6を選ぶ。
Here, if we calculate the ratio between the illumination light intensity I' calculated earlier and Ifm, If/I r m is the attenuation rate that should be calculated. Select filter 6 with .

3つのフィルター6 b s 6 c、6dのフィルタ
ー6aに対する減衰率は予めデータ記憶部20Aに格納
されている。従って、算出されたI f71fmよりは
小さくなく、かつできるだけr f/1fmに近い減衰
フィルターが選ばれる。
The attenuation factors of the three filters 6 b s 6 c and 6 d for the filter 6 a are stored in advance in the data storage unit 20A. Therefore, an attenuation filter that is not smaller than the calculated I f71fm and as close to r f/1fm as possible is selected.

これによって演算部20Bは、選ばれたフィルターを表
わす信号Stを駆動系23に出力する。
As a result, the calculation unit 20B outputs a signal St representing the selected filter to the drive system 23.

次に主制御系20は、選ばれた減衰フィルターのもとで
得られるレチクル上での単位時間当りの照明光11fc
を算出する0選ばれたフィルターのフィルター6aに対
する減衰率をαCとすると、I r c=ac−I f
    ・・・・・・(10)である。
Next, the main control system 20 controls the illumination light 11fc per unit time on the reticle obtained under the selected attenuation filter.
Calculate 0 If the attenuation rate of the selected filter for filter 6a is αC, then I r c = ac - I f
...(10).

この照明光量1fcが実際の露光動作におけるレチクル
上での照度となるから、演算部20Bは露光動作条件の
パラメータのうち、露光時間Texpを、Texp =
Do s/ I f cの演算により修正し、データ記
憶部2OAに格納する。ただし、露光量制御がインテグ
レータ・モードのときは、シャッター4の開時間(n光
時間Texp)が照明光量Ifcに対応して自動的に補
正されるので、露光時間T expの修正演算は不要で
あるが、タイマー・モードのときは、修正された露光時
間T expだけシャッター4の開放が行なわれる。ま
たより完全を期するなら、タイマー・モードの時は減衰
後の照度を実際に測定して減光線を確認してから、露光
動作に移っても良い。以上によって、露光動作条件の各
パラメータが決まるので、主制御系20は露光シーケン
スに従って順次ウェハWを露光していく、尚、第2図中
で、露光に必要なパラメータが修正されたときは、その
修正データはDchgとして演算部20Bから出力され
る。
Since this illumination light amount 1fc becomes the illuminance on the reticle in the actual exposure operation, the calculation unit 20B calculates the exposure time Texp among the parameters of the exposure operation conditions, Texp =
It is corrected by the Dos/Ifc calculation and stored in the data storage unit 2OA. However, when the exposure amount control is in integrator mode, the opening time of the shutter 4 (n light time Texp) is automatically corrected according to the illumination light amount Ifc, so there is no need to correct the exposure time Texp. However, in the timer mode, the shutter 4 is opened for the corrected exposure time Texp. For completeness, when in timer mode, it is also possible to actually measure the illuminance after attenuation and confirm the attenuation line before proceeding with the exposure operation. As each parameter of the exposure operation conditions is determined as described above, the main control system 20 sequentially exposes the wafer W according to the exposure sequence.In addition, in FIG. 2, when the parameters necessary for exposure are modified, The corrected data is output from the calculation unit 20B as Dchg.

以上、本動作ではレチクルRの透過率ηを実測する際に
、フラッシュ・ノーマル制御部20Cはノーマル露光に
対応した電圧Vpを出力するものとした。しかしながら
実際の露光動作をフラッシュ露光で行なうときは、ラン
プ1の公称入力電力の約2倍程度の電力に対応した電圧
Vpが出力されるように演算部20Bは信号S3をフラ
ッシュ・ノーマル制御部20Cに出力する。また透過率
lの情報をバーコードリーダ22から入力する場合、あ
るいはコンソール26からオペレータによって入力する
場合は、照度センサー21を用いた実測が不要であるこ
とは言うまでもない、さらに、レチクルの透過率ηが小
さいために、フラッシュ露光モードで、かつフィルター
プレート6が減衰率零のフィルター68にセットされる
場合もある。
As described above, in this operation, when actually measuring the transmittance η of the reticle R, the flash/normal control section 20C outputs the voltage Vp corresponding to normal exposure. However, when the actual exposure operation is performed by flash exposure, the calculation unit 20B transmits the signal S3 to the flash/normal control unit 20C so that a voltage Vp corresponding to approximately twice the nominal input power of the lamp 1 is output. Output to. Furthermore, when information on the transmittance l is input from the barcode reader 22 or when the operator inputs it from the console 26, it goes without saying that actual measurement using the illuminance sensor 21 is not necessary. is small, there are cases where the filter plate 6 is set to the filter 68 with a zero attenuation rate in the flash exposure mode.

この場合、レチクルR上での照明光量は、照明系が出力
し得る最大の照度に対応しており、その状態においても
許容エネルギーf!lE mを超えることがないときは
、そのまま露光することになる。
In this case, the amount of illumination light on the reticle R corresponds to the maximum illuminance that the illumination system can output, and even in that state, the allowable energy f! If it does not exceed 1E m, exposure is performed as is.

尚、本実施例では4段階の減光率をもつフィルターを用
いたが、少な(とも2段階に照度切り替えできるフィル
ターを用いたステッパーでは、同様の効果が得られる。
In this embodiment, a filter with a four-stage light attenuation rate was used, but a similar effect can be obtained with a stepper using a filter that can switch the illuminance to two stages.

〔の   モー ′ 第1の動作モードでは、フラッシュ露光とノーマル露光
との切り替えによるランプ1の発光強度の2段階切り替
えと、フィルター6による減衰率の4段階の切り替えと
を組み合わせて、離散的な照度調整が可能であった。こ
のため、許容平均入射エネルギー量Emに対して実露光
時の平均入射エネルギー量Eはほとんどの場合低く押え
られることになる。そこで平均入射エネルギー量Eを極
力Emに近づけた露光動作を第3図を参照して以下に説
明する。
In the first operation mode, the light intensity of the lamp 1 is switched in two stages by switching between flash exposure and normal exposure, and the attenuation rate is switched in four stages by the filter 6. Adjustment was possible. Therefore, in most cases, the average incident energy amount E during actual exposure is kept low compared to the allowable average incident energy amount Em. Therefore, an exposure operation in which the average amount of incident energy E is brought as close to Em as possible will be described below with reference to FIG.

基本的な動作は、第1の動作モードと同じであり、式(
3)、(5)、(9)を用いて、許容エネルギー量Em
に対応した照明光量1fmを求める。
The basic operation is the same as the first operation mode, and the formula (
3), (5), and (9), allowable energy amount Em
Find the illumination light amount 1fm corresponding to .

第3図に示すように、例えばフィルター6a(減衰率零
)のもとてノーマル露光モードにしたときの照明光線を
If、、フラッシュ露光モードにしたときの照明光線を
If、とすると、算出された許容照明光量1fmがIf
、よりも大きいときは、それ以上照度を上げることはで
きない。
As shown in FIG. 3, for example, if the illumination light beam when the filter 6a (attenuation rate is zero) is set to normal exposure mode is If, and the illumination light beam when set to flash exposure mode is If, then the calculation is made. The allowable illumination light amount 1fm is If
, the illuminance cannot be increased any further.

方、許容照明光11fmがIf、とIf、の間にあると
きは、フィルターを6aにしたままランプ1の発光強度
を調整することができる。
On the other hand, when the allowable illumination light 11fm is between If and If, the light emission intensity of the lamp 1 can be adjusted while the filter is set to 6a.

この照明光111f、、又は1ftの実測値は、光電セ
ンサー25により検出され、データ記憶部20Aに記憶
されているので、演算部20Bは、加算回路24Fに印
加される電圧Vpの補正演算を行なう、フラッシュ・モ
ードのときの電圧VpがVP+ であるとすると、第3
図に示すように、許容照明光ill f mを得るため
の電圧Vpは、次の式(11)により求められる。
The actual measured value of this illumination light 111f, or 1 ft, is detected by the photoelectric sensor 25 and stored in the data storage unit 20A, so the calculation unit 20B performs a correction calculation for the voltage Vp applied to the addition circuit 24F. , if the voltage Vp in flash mode is VP+, then the third
As shown in the figure, the voltage Vp for obtaining the allowable illumination light ill f m is determined by the following equation (11).

V p =Vp+  AVP+=VGl+ ’  (I
fll/ Tf+)・・・・・・ (11) ノーマル・モードのときも同様で式(12)により求め
る。
V p =Vp+ AVP+=VGl+' (I
fll/Tf+) (11) In the normal mode, it is similarly calculated using equation (12).

V P ”Vpt+ΔVpt−Vρz ・ (Ifm/
 Ih)そして演算部20Bは、フラッシュ・ノーマル
制?1部20Cへ算出した新たな電圧Vpに応じた信号
S、を出力する。これによって、実露光時は許容照明光
111fmとほぼ等しい照度が得られるように、ランプ
lはフラッシュモード(シャッター4の開放中のみ公称
定格電力よりも大きな電力により点灯)で駆動される。
V P ”Vpt+ΔVpt-Vρz ・ (Ifm/
Ih) And the calculation unit 20B is a flash normal system? A signal S corresponding to the calculated new voltage Vp is output to the first section 20C. As a result, the lamp 1 is driven in a flash mode (lit with a power greater than the nominal rated power only while the shutter 4 is open) so that an illuminance approximately equal to the allowable illumination light 111fm is obtained during actual exposure.

次に、フィルター6による減衰が零の状態で算出された
許容照明光量1fmが、ノーマル露光時の照明光ff1
l f、よりも低い場合を、第4図を参照して説明する
0通常の水銀ランプは、定格入力電力よりも小さな電力
で駆動すると、放電が不安定になったり、放電が停止し
てしまう、このため、定格電力よりも下げてランプ1を
駆動することはさける必要がある。そこでこの場合は、
フィルター6による減衰と組み合わせて制御する。
Next, the allowable illumination light amount 1fm calculated when the attenuation by the filter 6 is zero is equal to the illumination light ff1 during normal exposure.
The case where l f is lower than 0 is explained with reference to Figure 4.0 When a normal mercury lamp is driven with a power lower than the rated input power, the discharge becomes unstable or the discharge stops. Therefore, it is necessary to avoid driving the lamp 1 with lower power than the rated power. So in this case,
Control is performed in combination with attenuation by filter 6.

まず第4図に示すように、フィルター6の切り替えによ
って変化する照明光量の供給電力調整による制御範囲を
確認する0例えばフィルター6aの減衰率を零(透過率
βは1.0 ) 、フィルター6bの減衰率を20%(
β−0,8) 、フィルター6Cの減衰率を40%(β
−〇、6)そしてフィルター6dの減衰率を60%(β
= 0.4 )とすると、許容照明光量1 r mは、
フィルターの透過率βが0.6、又は0.4のときに、
制御範囲内に入いることがわかる。そこで演算部20B
は減衰率が40%(β= 0.6 )のフィルター60
を選んでセットする。同時に演算部20Bは制御範囲の
上限β・I「6、又は下限β・If2を求める0次に演
算部20Bは次の式(13)の関係から、目標照明光量
1frを求める。
First, as shown in FIG. 4, check the control range by adjusting the supply power of the illumination light amount that changes by switching the filter 6. For example, set the attenuation rate of the filter 6a to zero (transmittance β is 1.0), and set the attenuation rate of the filter 6a to zero (transmittance β is 1.0). Reduce the attenuation rate to 20% (
β-0,8), the attenuation rate of filter 6C is set to 40% (β-0,8)
-〇, 6) and the attenuation rate of filter 6d is set to 60% (β
= 0.4), the allowable illumination light amount 1 r m is
When the transmittance β of the filter is 0.6 or 0.4,
It can be seen that it is within the control range. Therefore, the calculation section 20B
is a filter 60 with an attenuation rate of 40% (β = 0.6)
Select and set. At the same time, the calculation unit 20B calculates the upper limit β·I'6 or the lower limit β·If2 of the control range.The calculation unit 20B calculates the target illumination light amount 1fr from the relationship of the following equation (13).

lfm    Ifr         [fm   
 Tfr・・・・・・ (13) この目標照明光量1 r rは、フィルター6による減
衰が零だった場合に、レチクル上で得られるべき照度に
対応している。この式(13)からも明らかなように、
適正な減衰率(透過率β)が定まれば、IfrはIrr
=Irm/βにより一義的に求められる。またIrrは
かならず+rz<I f r<l f、に設定される。
lfm Ifr [fm
Tfr (13) This target illumination light amount 1 r r corresponds to the illuminance that should be obtained on the reticle when the attenuation by the filter 6 is zero. As is clear from this equation (13),
If an appropriate attenuation factor (transmittance β) is determined, Ifr becomes Irr
=Irm/β. Further, Irr is always set to +rz<I f r<l f.

後は、先の式(11)、又は(12)のIrmにIfr
を代入して、以下の演算によりランプ供給電力に対応し
た電圧Vpを求める。
After that, ifr is added to Irm in equation (11) or (12),
By substituting , the voltage Vp corresponding to the lamp supply power is determined by the following calculation.

以上、第2の動作モードでは、投影レンズを許容平均入
射エネルギー11Emで決まる限度いっばいのところで
使うことができるため、露光シーケンス上の効率が最も
よくなるといった利点がある。
As described above, in the second operation mode, since the projection lens can be used at the very limit determined by the allowable average incident energy 11Em, there is an advantage that the efficiency in terms of exposure sequence is maximized.

〔3・  の   モー ′ この動作モードは、主制御系20内の安定化部20Dを
用いてランプlの発光強度を一定値に安定させるもので
ある。一般に水銀ランプの発光強度は入力電力に応じて
変化するが、そのリニアリティはあまりよくない、そこ
で露光中のレチクル上照度を光電センサー25で検出し
、ランプ1の発光強度の変化分を補正する電圧Vdをア
ンプ24G、il算回路24H1及び安定化部200に
よって作り出し、この電圧Vdを加算回路24Fにより
電圧Vpに加えてランプ1の発光強度を安定化する。こ
の場合、ノーマル露光モードのときはスイッチ24Jを
第2図に示した位置に固定しておくが、フラッシュ露光
モードのときはシャッター4の開放中のみスイッチ24
Jを第2図の位置にし、他の非露光期間中はスイッチ2
4Jをアースに落すように信号S、によって切り替える
[3. Mode' This operation mode uses the stabilizing section 20D in the main control system 20 to stabilize the light emission intensity of the lamp l to a constant value. Generally, the emission intensity of a mercury lamp changes depending on the input power, but its linearity is not very good.Therefore, the illuminance on the reticle during exposure is detected by the photoelectric sensor 25, and a voltage is applied to compensate for the change in the emission intensity of the lamp 1. Vd is generated by the amplifier 24G, the il calculating circuit 24H1, and the stabilizing section 200, and this voltage Vd is added to the voltage Vp by the adding circuit 24F to stabilize the light emission intensity of the lamp 1. In this case, in the normal exposure mode, the switch 24J is fixed at the position shown in FIG. 2, but in the flash exposure mode, the switch 24J is fixed only when the shutter 4 is open.
J to the position shown in Figure 2, and switch 2 during other non-exposure periods.
4J is switched to earth by the signal S.

さて、例えば先に説明した方法で、許容照明光量1fm
が定められたとすると、演算部20Bはアンプ24Gが
許容照明光量!rmのときに出力すべき信号S1の大き
さを算出し、その値を信号S4として安定化部20Dへ
送る。安定化部20Dはフィルター6による減衰が行な
われる場合は、その減衰率(透過率β)に応じて減算回
路24Hの増幅率を補正するとともに、信号S4で入力
した値を信号S、として減算回路24Hに印加する。
Now, for example, using the method explained earlier, the allowable illumination light amount is 1 fm.
is determined, the calculation unit 20B calculates that the amplifier 24G has the allowable illumination light amount! The magnitude of the signal S1 to be output when rm is calculated, and the value is sent to the stabilizing section 20D as the signal S4. When attenuation is performed by the filter 6, the stabilizing unit 20D corrects the amplification factor of the subtracting circuit 24H according to the attenuation factor (transmittance β), and also uses the value inputted as the signal S4 as the signal S in the subtracting circuit. Apply to 24H.

減算回路24Hは、光電センサー25が照明光を受光し
ている間は次の式(14)により電圧Vdを算出する。
The subtraction circuit 24H calculates the voltage Vd using the following equation (14) while the photoelectric sensor 25 is receiving illumination light.

va−(5431)/β  ・・・・・・(14)従っ
て1シツツトの露光動作中、ランプlの供給電力を決定
する基準値V「は式(15)で表わされる。
va-(5431)/β (14) Therefore, the reference value V' which determines the power supplied to the lamp l during one shot exposure operation is expressed by equation (15).

Vr=Vp+Vd=Vp+(36−S+ )/β・・・
・・・(15) このため、例えばランプ1の発光強度が照明光11 f
mに対応した値から増大すると、電圧Vdは負方向に変
化し、基準値V「を低下させる。これによってランプl
の発光強度は低下し、常に一定の発光強度を維持するよ
うにフィードバック制御が行なわれる。
Vr=Vp+Vd=Vp+(36-S+)/β...
(15) Therefore, for example, the emission intensity of the lamp 1 is the illumination light 11 f
When increasing from the value corresponding to m, the voltage Vd changes in the negative direction, lowering the reference value V'.
The light emission intensity decreases, and feedback control is performed to always maintain a constant light emission intensity.

以上、本発明の第1の実施例においては、照度減衰用の
フィルター6として、離散的なものを用いたが、連続可
変のものでもよいことは言うまでもない、連続可変方式
の場合、照明光路中で開口径を可変にするものは、投影
レンズlOの瞳面にできる光源像(フライアイレンズ7
の射出端の光源像)の大きさを変化させ、ウェハ面上で
の照明光の開口数(N、A、)を変化させることがある
のであまり好ましくない、従って、照明光束の径(特に
瞳面での径)を変えずに減光するフィルターがよい、ま
たフィルターの材質としては、金属板又はセラミック板
にランダムな配置で微小孔を形成したもの、あるいは金
属性のメツシュを用いると、ランプlからの強力な照明
光の照射による高温化に耐え得るので好都合である。ま
たフィルターは1枚、ないし複数枚を組み合わせる構成
にし、その組み合わせ枚数を自動的に切り替えるように
してもよい。
As described above, in the first embodiment of the present invention, a discrete filter 6 is used as the illuminance attenuation filter 6, but it goes without saying that a continuously variable filter 6 may also be used. The one that makes the aperture diameter variable is the light source image (fly's eye lens 7) formed on the pupil plane of the projection lens IO.
This is not preferable because it may change the size of the light source image at the exit end of the wafer, and the numerical aperture (N, A, It is best to use a filter that reduces the light without changing the diameter (diameter on the surface).Also, if you use a metal plate or ceramic plate with randomly arranged micropores, or a metal mesh, it will be better to use a filter that reduces the light intensity. This is advantageous because it can withstand high temperatures caused by the irradiation of strong illumination light from 1. Alternatively, one filter or a plurality of filters may be combined, and the number of combinations may be automatically switched.

また本実施例で説明した露光時間効率τについては、ス
テッパーのウェハ処理のシーケンスによって最適な演算
を行なう必要がある。とくに、ウェハW上の各ショット
領域SA毎にマークを検出して位置合わせを行なうグイ
・パイ・グイ(又はサイト・パイ・サイト)方式の場合
、lショット毎のアライメント時間をT a 1 g 
t %グローバルアライメントの時間をT a I g
 +とすると、先の式(6)は式(6a)のようになる
Furthermore, the exposure time efficiency τ described in this embodiment needs to be optimally calculated depending on the wafer processing sequence of the stepper. In particular, in the case of the Gui-Pai-Gui (or site-pie-sight) method in which marks are detected and aligned for each shot area SA on the wafer W, the alignment time for each shot is T a 1 g
t % global alignment time T a I g
+, the above equation (6) becomes equation (6a).

Tss=Ns(Tstp +Ta1gg) +Ta1g
++Tc・・・・・・ (6a) 次に本発明の第2の実施例を第5図を参照して説明する
。第1の実施例と異なる点は、許容平均入射エネルギー
量Emに達するか否かを、レンズコントローラ12で算
出されている特性変動予測値から判断する点である。第
5図に示した方法は、特開昭63−58349号公報に
開示された方法と同じである。
Tss=Ns(Tstp +Ta1gg) +Ta1g
++Tc... (6a) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that whether or not the allowable average incident energy amount Em is reached is determined from the characteristic variation predicted value calculated by the lens controller 12. The method shown in FIG. 5 is the same as the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-58349.

さて第5図において、時間1..1.・・・・・・11
)は一定時間Δt (2mSec〜5Sec)毎のサン
プリング時刻を表わし、レンズコントローラ12は時間
Δtの間に投影レンズ10へ入射したエネルギー量ΔQ
を式(“16)によって求める。
Now, in FIG. 5, time 1. .. 1.・・・・・・11
) represents a sampling time every fixed time Δt (2 mSec to 5 Sec), and the lens controller 12 calculates the amount of energy ΔQ incident on the projection lens 10 during the time Δt.
is obtained by equation (16).

ΔQ=rt−1f・Δt・ (1+に−Kw)  ・D
u・・・・・・(16) ここでDuは、Δを内におけるシャンター4の開時間合
計の比率である。そしであるサンプリング時刻Lnでの
予測値Ynを用いて、次のΔを後の時刻も、lでの予測
値Y□、を求める。ここで投影レンズ個有の特性変動の
減衰率(Δ【の間に変動値が初期値から変化する率)を
CL (0<Ct<1)とすると、レンズコントローラ
12は式(17)を演算する。
ΔQ=rt-1f・Δt・(-Kw to 1+)・D
u (16) Here, Du is the ratio of the total open time of the shunter 4 within Δ. Then, using the predicted value Yn at the sampling time Ln, the predicted value Y□ at l at the next time after Δ is determined. Here, if the attenuation rate of the characteristic fluctuation unique to the projection lens (the rate at which the fluctuation value changes from the initial value during Δ) is CL (0<Ct<1), the lens controller 12 calculates equation (17). do.

Ya−+ = Ct (Y n+ΔQ) ・・・・・・
(17)以下、レンズコントローラ12はΔもの経過の
たびに式(17)を演算してい(ことで、入射エネルギ
ー量のリアルタイムな変化特性を求める。
Ya−+ = Ct (Y n+ΔQ) ・・・・・・
(17) Thereafter, the lens controller 12 calculates equation (17) every time Δ passes (thereby obtaining real-time change characteristics of the amount of incident energy).

そしてこの変化特性に従って倍率や焦点の変動を補正し
ていく、そこで例えば時刻t、からむ、までは、61間
の入射エネルギー量ΔQがΔQ1とすると、主制御系2
0は各サンプリング時刻毎に予測値Ynをモニターし、
許容平均入射エネルギー量Emに対応して定められた許
容値Ymを超えるか否かを判断する。第5図で主制御系
20は時刻り、の時点で許容値Ymを超えると判断し、
時刻L6以降はレチクル上の単位時間当りの照明光11
1fを減光フィルター6、又はランプ制御により低下さ
せる。もちろんこれに伴って露光時間Texpも少し長
(なる、従って次のサンプリング時刻も、からは新たな
入射エネルギー量としてΔQ(ΔQt<ΔQ、)が使わ
れる。
Then, according to this change characteristic, the fluctuations in magnification and focus are corrected. So, for example, up to time t, if the amount of incident energy ΔQ between 61 and 61 is ΔQ1, then the main control system 2
0 monitors the predicted value Yn at each sampling time,
It is determined whether or not the allowable average incident energy amount Em exceeds a permissible value Ym determined corresponding to the permissible average incident energy amount Em. In FIG. 5, the main control system 20 determines that the permissible value Ym is exceeded at the time .
After time L6, illumination light 11 per unit time on the reticle
1f is lowered by a neutral density filter 6 or lamp control. Of course, along with this, the exposure time Texp is also slightly longer (and therefore, from the next sampling time, ΔQ (ΔQt<ΔQ) is used as the new amount of incident energy.

この結果、予測値の変化は、特性Caから特性cbのよ
うに変更され、許容値Ym以下に押えられる。尚、第5
図で時刻t1゜以陣は露光が行なわれないため、予測値
Y0、Yllは単調に減少していく。
As a result, the predicted value changes from the characteristic Ca to the characteristic cb, and is kept below the allowable value Ym. Furthermore, the fifth
In the figure, since no exposure is performed after time t1, the predicted values Y0 and Yll monotonically decrease.

以上、本実施例によれば、はぼリアルタイムで算出され
る入射(蓄積)エネルギー量の予測値に基づいて、投影
レンズのエネルギー量に関する限界値を判断するので、
1枚のウェハの露光処理中においても、限界まで投影レ
ンズを用いることができる。尚、第1の実施例で求めた
許容平均入射エネルギー量Emと本実施例で求めた許容
値Ymとの兼ね合いで照度調整の限界値、あるいは照度
調整線を決定してもよい。
As described above, according to this embodiment, the limit value regarding the amount of energy of the projection lens is determined based on the predicted value of the amount of incident (accumulated) energy calculated in almost real time.
Even during exposure processing of one wafer, the projection lens can be used to its limit. Note that the illuminance adjustment limit value or illuminance adjustment line may be determined based on the balance between the allowable average incident energy amount Em determined in the first embodiment and the allowable value Ym determined in this embodiment.

また、1枚のウェハの露光動作中に照度を変える場合は
、式(16)の演算において、trが変化することにな
るので、61間の新たな入射量ΔQを求めるために、光
電センサー25からの信号SlをΔtの間だけ積算する
積分回路を設け、その積分値を式(16)のIf・Δ乞
・Duの代りに用いればよい。
Furthermore, if the illuminance is changed during the exposure operation of one wafer, tr will change in the calculation of equation (16). It is sufficient to provide an integrating circuit that integrates the signal Sl from Δt only for a period of Δt, and use the integrated value in place of If, Δ, and Du in equation (16).

以上本発明の第1、第2の実施例においては、水銀ラン
プを用いたステッパーについて説明したが、紫外域の強
力なレーザビームを発生するエキシマレーザ源を光源と
したステッパーでも全く同様の効果が得られる。
In the first and second embodiments of the present invention, a stepper that uses a mercury lamp has been described above, but a stepper that uses an excimer laser source that generates a powerful laser beam in the ultraviolet region as a light source can also have the same effect. can get.

エキシマレーザの場合は、パルス発振であるため、各パ
ルス毎の光N(例えばピーク値)やパルス間隔(発振周
期)を調整すればよい、また、フィルター6の減衰率を
正確に知る必要があるときは、レチクルRがない状態で
ウェハステージ11上の照度センサー21を用いると、
極めて簡単に減衰率を求められる。さらに、各実施例で
は、レチクルのパターンの粗宙、透明部の有無等に起因
した透過率を論じたが、エマルジョンマスク等ではパタ
ーンそのもののコントラストが中間調であるため、照度
センサー21はパターンコントラスト(4度)を測定す
ることになる。このエマルジョンマスクの場合にも、本
発明を同様に適用することができる。
In the case of an excimer laser, since it is a pulse oscillation, it is only necessary to adjust the light N (for example, peak value) and pulse interval (oscillation period) for each pulse, and it is necessary to accurately know the attenuation rate of the filter 6. When the illuminance sensor 21 on the wafer stage 11 is used without the reticle R,
The attenuation rate can be found extremely easily. Furthermore, in each embodiment, the transmittance caused by the roughness of the reticle pattern, the presence or absence of transparent parts, etc. was discussed, but since the contrast of the pattern itself is intermediate in an emulsion mask etc., the illuminance sensor 21 (4 degrees) will be measured. The present invention can be similarly applied to this emulsion mask.

ところで各実施例では、ステッパーを例にしたが、投影
光学系を用いたミラープロジェクションアライナ−1等
倍投影レンズによる一括露光装置でも同様の効果が得ら
れる。さらに、本発明はX線露光装置に対しても同様の
考え方で、マスクの熱影響の対策を行なうことができる
。第6図は典型的なX線露光装置の構成を示し、X線源
IAからのX線IBはマスクMのパターン領域PAを介
してプロキシミティ・ギャンブで配置されたウェハWへ
達する。マスクMは一般的には、シリコン基板の中央を
くりぬいたフレームMfと、フレームMlの下面に張設
されたポリイミド等の薄膜(1〜5μm厚)Msから成
り、パターン領域PAは薄膜Ms上に金属等のX線吸収
体を蒸着して形成される。この場合、X線源IAがSO
R等のように強力なX線IBを発生すると、パターン領
域PAの金属層はX線の吸収により温度変化を起す。こ
のためパターン領域PAが熱膨張を起し、マスクMのパ
ターン面の平面性が失なわれる。そこでX線IBの照度
を低下させるためのフィルター6Aを設けるか、X線′
rAIAを制御する系を設け、熱膨張の影響が生しない
程度にマスクMへ照射されるX線の照度を押える。マス
クMの熱膨張は、パターン領域PA内の金属層の面積に
対応しているので、ウェハステージ18上にX線センサ
ー21Aを設けてマスクMOX線に対する透過率(又は
濃度)を計測し、許容値以上になるときはフィルター6
Aを挿入すればよい。
Incidentally, in each of the embodiments, a stepper is used as an example, but similar effects can be obtained with a batch exposure apparatus using a mirror projection aligner using a projection optical system and a 1-1 magnification projection lens. Further, the present invention can also take measures against the thermal influence of a mask using the same concept for X-ray exposure equipment. FIG. 6 shows the configuration of a typical X-ray exposure apparatus, in which X-rays IB from an X-ray source IA reach a wafer W arranged in a proximity gamble through a pattern area PA of a mask M. The mask M generally consists of a frame Mf hollowed out in the center of a silicon substrate, and a thin film (1 to 5 μm thick) Ms such as polyimide stretched over the lower surface of the frame Ml, and the pattern area PA is formed on the thin film Ms. It is formed by vapor depositing an X-ray absorber such as metal. In this case, the X-ray source IA is SO
When strong X-rays IB such as R are generated, the temperature of the metal layer in the pattern area PA changes due to absorption of the X-rays. Therefore, the pattern area PA undergoes thermal expansion, and the pattern surface of the mask M loses its flatness. Therefore, either a filter 6A is provided to reduce the illuminance of the X-ray IB, or
A system for controlling the rAIA is provided to suppress the illuminance of the X-rays irradiated to the mask M to such an extent that the influence of thermal expansion does not occur. Since the thermal expansion of the mask M corresponds to the area of the metal layer in the pattern area PA, an X-ray sensor 21A is provided on the wafer stage 18 to measure the transmittance (or concentration) of the mask MOX rays and determine the tolerance. If it exceeds the value, filter 6
Just insert A.

〔発明の効果] 以上本発明によれば、投影光学系もしくはマスクに照明
光(エネルギー線)のエネルギーが蓄積することによっ
て生じる影響を、マスクの透過率や吸収率の差異にかか
わらず、はぼ一定に近づけることができ、極めて歩留り
よく半導体製造ができ、しかも露光シーケンス上の効率
を格段に高めることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the influence caused by the accumulation of energy of illumination light (energy rays) in the projection optical system or the mask can be substantially eliminated, regardless of the difference in the transmittance or absorption rate of the mask. It is possible to approach a constant value, to manufacture semiconductors with extremely high yield, and to greatly improve the efficiency of the exposure sequence.

〔主要部分の符号の説明〕[Explanation of symbols of main parts]

l・・・ランプ 4・・・シャッター 6・・・減光フィルター 10・・・投影レンズ 12・・・レンズコントローラ 20・・・主制御系 2I・・・照度センサー 23・・・駆動系 24・・・電力供給源 25・・・光電センサー R・・・レチクル W・・・ウェハ 出別人  株式会社 ニコン l...Lamp 4...Shutter 6...Darkness filter 10... Projection lens 12... Lens controller 20... Main control system 2I... illuminance sensor 23... Drive system 24...Power supply source 25...Photoelectric sensor R...Reticle W...Wafer Debetsu person Nikon Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マスク上の所定領域を照明光で照射し、該所定領
域内に形成されたパターンの像を投影光学系を介して感
応基板へ露光する装置において、前記照明光のうち前記
マスクを介して前記投影光学系へ入射する照明光のエネ
ルギー量に応じた第1の情報を入力するための入力手段
と; 前記パターンの像の前記感応基板への露光時間と非露光
時間とに基づいて露光時間効率に関する第2の情報を予
め算出するとともに、該第2の情報と前記第1の情報と
に基づいて前記投影光学系に蓄積され得るエネルギー量
に関する第3の情報を予め算出する演算手段と; 予め設定された前記投影光学系の許容蓄積エネルギー量
に関する第4の情報と前記第3の情報とを比較し、その
比較結果に基づいて前記照明光の照度を調整する照度調
整手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
(1) In an apparatus that irradiates a predetermined area on a mask with illumination light and exposes an image of a pattern formed in the predetermined area onto a sensitive substrate via a projection optical system, part of the illumination light passes through the mask. input means for inputting first information corresponding to the energy amount of the illumination light incident on the projection optical system; calculation means for calculating in advance second information regarding time efficiency, and calculating in advance third information regarding the amount of energy that can be stored in the projection optical system based on the second information and the first information; ; illuminance adjustment means that compares fourth information regarding the allowable storage energy amount of the projection optical system set in advance with the third information, and adjusts the illuminance of the illumination light based on the comparison result; An exposure device characterized by:
(2)マスク上の所定領域にエネルギー線を照射するエ
ネルギー源と、前記エネルギー線の一部を吸収する特性
を有し、前記マスクの所定領域内に形成されたパターン
を感応基板へ投影する投影手段とを備えた露光装置にお
いて、所定の露光動作条件と前記エネルギー線の照度に
応じた値とに基づいて、前記投影手段に蓄積され得るエ
ネルギー量に対応した第1の値を算出し、予め設定され
た許容蓄積エネルギー量に対応した第2の値との大小関
係を算出する演算手段と; 該演算結果に基づいて、前記エネルギー源、もしくは前
記露光動作条件が許す範囲内で、前記第1の値が前記第
2の値以下で最大となるように前記エネルギー線の照度
を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする露光装
置。
(2) An energy source that irradiates a predetermined area on a mask with energy rays, and a projection that has a property of absorbing a portion of the energy rays and projects a pattern formed within the predetermined area of the mask onto a sensitive substrate. In the exposure apparatus equipped with means, a first value corresponding to the amount of energy that can be stored in the projection means is calculated based on predetermined exposure operating conditions and a value corresponding to the illuminance of the energy ray, and calculation means for calculating a magnitude relationship between a second value corresponding to a set allowable storage energy amount; and based on the calculation result, the first value is calculated within a range permitted by the energy source or the exposure operation conditions; an exposure apparatus comprising: adjusting means for adjusting the illuminance of the energy ray so that the value of is maximized below the second value.
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