JP2001083472A - Optical modulating device, light source device and exposure source - Google Patents

Optical modulating device, light source device and exposure source

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JP2001083472A
JP2001083472A JP25805099A JP25805099A JP2001083472A JP 2001083472 A JP2001083472 A JP 2001083472A JP 25805099 A JP25805099 A JP 25805099A JP 25805099 A JP25805099 A JP 25805099A JP 2001083472 A JP2001083472 A JP 2001083472A
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JP
Japan
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light
optical
modulation
signal
modulator
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JP25805099A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Otsuki
朋子 大槻
Naoto Inaba
直人 稲葉
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008Production of exposure light, i.e. light sources

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a train of pulses while keeping an enough extinction ratio. SOLUTION: A correction signal VB to correct the main modulation signal VP as the pulse train signal to modulate the pulse train is generated by a correction signal generator 330 based on the monitoring result of the light emitted from a light modulator 310 in the period except for the period of emitting light pulses in the modulation period for the pulse train. The corrected signal of the main modulation signal VP by the correction signal VB is supplied as a modulation signal VC to the light modulator 310. As a result, the extinction ratio in the period except for the period of emitting the light pulses in the modulation period of the pulse train can be kept to an enough value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調装置、光源
装置、及び露光装置に係り、より詳しくは、入射光をパ
ルス列変調する光変調装置、該光変調装置を有する光源
装置、及び該光源装置を備えた露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light modulation device, a light source device, and an exposure device, and more particularly, to a light modulation device for modulating a pulse train of incident light, a light source device having the light modulation device, and the light source. The present invention relates to an exposure apparatus provided with an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子(集積回路)、液
晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、
種々の露光装置が用いられている。近年では、この種の
露光装置としては、フォトマスク又はレチクル上に形成
された微細回路パターンを、表面にフォトレジストが塗
布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に投影光
学系を介して縮小投影し、転写する、いわゆるステッパ
あるいはいわゆるスキャニング・ステッパ等の縮小投影
露光装置が、高いスループットを有する点から主流とな
っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device (integrated circuit), a liquid crystal display device and the like,
Various exposure apparatuses are used. In recent years, as this type of exposure apparatus, a fine circuit pattern formed on a photomask or a reticle is reduced and projected via a projection optical system onto a substrate such as a wafer or a glass plate having a surface coated with a photoresist. A reduction projection exposure apparatus such as a so-called stepper or a so-called scanning stepper for transferring and transferring data has become mainstream because of its high throughput.

【0003】こうした投影露光装置等の露光装置におけ
る1つの基本的な機能として、ウエハの各ショット領域
内の各点に対する積算露光量(積算露光エネルギ)を適
正範囲内に収めるための露光量制御機能がある。かかる
露光量制御にあたって、近年、パルス光源を使用し、パ
ルス数制御やパルスパワー制御を行うことにより精度良
く露光量制御を行う方式が注目されている。
One basic function of such an exposure apparatus such as a projection exposure apparatus is an exposure amount control function for keeping the integrated exposure amount (integrated exposure energy) for each point in each shot area of a wafer within an appropriate range. There is. In such exposure amount control, in recent years, a method of controlling the exposure amount with high accuracy by using a pulse light source and performing pulse number control and pulse power control has attracted attention.

【0004】かかるパルス光源としては、KrFエキシ
マレーザ(波長248nm)が代表的な例であり、現在
ではさらに短波長の光源としてArFエキシマレーザ
(波長193nm)を使用する露光装置の開発が進めら
れている。
A typical example of such a pulse light source is a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm). At present, an exposure apparatus using an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) as a light source having a shorter wavelength has been developed. I have.

【0005】しかしながら、上述したエキシマレーザは
大型であること、1パルスあたりのエネルギが大きいこ
とにより光学部品の損傷が生じやすいこと、有毒なフッ
素ガスを使用するためレーザのメンテナンスが煩雑でか
つ費用が高額となるなどの、露光装置の光源として不利
な点が存在する。
However, the above-mentioned excimer laser is large, the energy per pulse is large, and the optical parts are easily damaged, and the maintenance of the laser is complicated and costly because toxic fluorine gas is used. There are disadvantages, such as high cost, as a light source of the exposure apparatus.

【0006】このため、レーザ光源としては半導体レー
ザ等の長波長の光(赤外光、可視光)を発生するものを
用い、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して短波
長の紫外光に変換し、こうして得られた紫外光を露光光
として使用する方法が、例えば特開平8−334803
号公報等に提案されている。
For this reason, a laser light source that emits long-wavelength light (infrared light, visible light) such as a semiconductor laser is used as a laser light source, and the laser light is converted into short-wavelength ultraviolet light by using the nonlinear optical effect of a nonlinear optical crystal. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803 discloses a method of converting and using ultraviolet light thus obtained as exposure light.
Has been proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上の非線型光学効果
を利用する光源において基準光源からパルス出力を得る
には、半導体レーザ等から射出された光を、電気光学効
果(EO効果)を用いた導波路型光干渉器を用いてパル
ス変調する方式が一般的に用いられている。しかし、現
状の光変調器を使用したのでは、増幅器におけるパルス
幅効率が低いものしか得られなかった。
In order to obtain a pulse output from the reference light source in the light source utilizing the nonlinear optical effect, light emitted from a semiconductor laser or the like is used by using an electro-optical effect (EO effect). A method of performing pulse modulation using a waveguide type optical interferometer is generally used. However, the use of the current optical modulator has only resulted in an amplifier having low pulse width efficiency.

【0008】その原因は、現状の光変調器では光パルス
間における消光比が十分ではないことにある。すなわ
ち、当初に十分な消光比に光変調器を設定した場合であ
っても、消光比が温度変化等により経時的に変動し、パ
ルス数制御等による露光量制御の精度を低下させること
があるためである。
The reason is that the extinction ratio between light pulses is not sufficient in the current optical modulator. That is, even when the optical modulator is set to a sufficient extinction ratio at the beginning, the extinction ratio may fluctuate with time due to a temperature change or the like, and may reduce the accuracy of the exposure amount control by the pulse number control or the like. That's why.

【0009】本発明は、上記の事情のもとでなされたも
のであり、その第1の目的は、十分な消光比を維持する
ことができる光変調装置を提供することにある。
The present invention has been made under the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide an optical modulation device capable of maintaining a sufficient extinction ratio.

【0010】また、本発明の第2の目的は、射出光の光
量を精度良く制御することができる光源装置を提供する
ことにある。
It is a second object of the present invention to provide a light source device capable of controlling the amount of emitted light with high accuracy.

【0011】また、本発明の第3の目的は、露光量制御
を精度良く行うことにより、露光精度を向上することが
できる露光装置を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of improving the exposure accuracy by controlling the exposure amount with high accuracy.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の光変調装
置は、入射光をパルス列変調して射出する光変調装置で
あって、透過率が第1変調信号の値に応じてほぼ0から
1以下の所定値までの範囲で変化する第1光変調器(3
10)と;前記第1光変調器へ向けて第1主変調信号を
発生する第1パルス発生器(320)と;前記パルス列
変調の期間内における、各光パルス射出期間以外の期間
における前記光変調器からの射出光のモニタ結果に基づ
いて、前記光パルス射出期間以外の期間における前記光
変調器からの射出光をゼロとするために前記第1主変調
信号を補正する第1補正信号を発生する補正信号発生器
(330)とを備える光変調装置である。
A first light modulation device according to the present invention is a light modulation device that modulates a pulse train of incident light and emits the light, and has a transmittance substantially equal to 0 according to the value of the first modulation signal. The first optical modulator (3
10); a first pulse generator (320) for generating a first main modulation signal toward the first optical modulator; and the light in a period other than each light pulse emission period in the pulse train modulation period. A first correction signal for correcting the first main modulation signal in order to make emission light from the optical modulator zero during a period other than the light pulse emission period based on a monitoring result of emission light from the modulator. And a correction signal generator (330) for generating the light.

【0013】これによれば、パルス列変調の期間内にお
ける、各光パルス射出期間以外の期間に第1光変調器か
ら射出される光のモニタ結果に基づいて、補正信号発生
器が、パルス列変調のためのパルス列信号である第1主
変調信号を補正する第1補正信号を発生する。そして、
第1主変調信号が第1補正信号によって補正された信号
を第1変調信号として第1光変調器に供給するので、パ
ルス列変調の期間内における、各光パルス射出期間以外
の期間の消光比を十分な値に維持することができる。
According to this, the correction signal generator causes the correction signal generator to perform the pulse train modulation based on the monitoring result of the light emitted from the first optical modulator during a period other than each light pulse emission period within the pulse train modulation period. A first correction signal for correcting the first main modulation signal, which is a pulse train signal for the first time, is generated. And
Since the signal obtained by correcting the first main modulation signal by the first correction signal is supplied to the first optical modulator as a first modulation signal, the extinction ratio in a period other than each light pulse emission period in the pulse train modulation period is determined. It can be maintained at a sufficient value.

【0014】本発明の第1の光変調装置では、前記補正
信号発生器が、前記パルス列変調期間以外の期間におけ
る前記第1光変調器からの射出光の強度を所定強度に補
正する第2補正信号を更に発生する構成とすることがで
きる。かかる場合には、光変調器の下流側に光ファイバ
増幅器がある場合に、パルス列変調開始直後における光
ファイバ増幅器の増幅率を、パルス列変調開始してしば
らくしたとき以降の増幅率に近付けることができる。こ
のため、光ファイバ増幅器から射出される光パルス列の
各光パルスのパルスパワーを均一化することができる。
In the first light modulation device of the present invention, the correction signal generator corrects the intensity of the light emitted from the first light modulator to a predetermined intensity during a period other than the pulse train modulation period. It may be configured to further generate a signal. In such a case, when there is an optical fiber amplifier on the downstream side of the optical modulator, the amplification factor of the optical fiber amplifier immediately after the start of pulse train modulation can be made closer to the gain after a while after the start of pulse train modulation. . Therefore, the pulse power of each light pulse of the light pulse train emitted from the optical fiber amplifier can be made uniform.

【0015】この場合、前記所定強度が、前記パルス列
変調の期間内における前記光変調器からの射出光の平均
強度であることが好ましい。これは、光ファイバ増幅器
による増幅対象平均光量が常時一定となり、光ファイバ
増幅器の利得を一定にすることができるからである。
In this case, it is preferable that the predetermined intensity is an average intensity of light emitted from the optical modulator during the period of the pulse train modulation. This is because the average light quantity to be amplified by the optical fiber amplifier is always constant, and the gain of the optical fiber amplifier can be constant.

【0016】また、本発明の第1の光変調装置では、前
記第1変調信号が電気信号であり、前記第1光変調器が
電気光学変調器である構成とすることができる。かかる
場合には、制御や加工が容易な電気信号により、光変調
を実行することができる。
Further, in the first light modulation device of the present invention, the first modulation signal may be an electric signal, and the first light modulator may be an electro-optic modulator. In such a case, light modulation can be performed by an electric signal that is easy to control and process.

【0017】ここで、前記第1変調信号が電圧信号であ
り、前記第1光変調器が、前記入射光を第1の光及び第
2の光に分割する第1光分波器と;前記第1の光を導波
する第1光導波路(312)と;前記第2の光を導波
し、印加された電圧値に応じて屈折率が変化する第2光
導波路(313)と;前記第2光導波路の少なくとも一
部に前記第1変調信号による電圧を印加するための第1
電極と(315a,315b);前記第1導波路を介し
た前記第1の光と、前記第2導波路を介した前記第2の
光とを合波する第1合波器とを備える構成とすることが
できる。かかる場合には、第1電極に印加する電圧を調
整し、第1光導波路と第2光導波路との光路長の差を調
整することにより、第1光変調器の射出光を変調するこ
とができる。
Here, the first modulation signal is a voltage signal, and the first optical modulator splits the incident light into a first light and a second light, and a first optical demultiplexer; A first optical waveguide (312) that guides the first light; a second optical waveguide (313) that guides the second light and changes a refractive index according to an applied voltage value; A first for applying a voltage based on the first modulation signal to at least a part of the second optical waveguide;
A configuration including an electrode and (315a, 315b); a first multiplexer for multiplexing the first light via the first waveguide and the second light via the second waveguide. It can be. In such a case, by adjusting the voltage applied to the first electrode and adjusting the difference in optical path length between the first optical waveguide and the second optical waveguide, it is possible to modulate the light emitted from the first optical modulator. it can.

【0018】この場合、前記補正信号発生器が、前記第
1光変調器からの射出光を同期検波する同期検波器(3
31,332,333)と;前記同期検波器による前記
光パルス射出期間以外の期間における前記第1光変調器
からの射出光の検波結果に基づいて、前記光パルス射出
期間以外の期間における前記第1光変調器からの射出光
をゼロとするために前記第1主変調信号に加える第1バ
イアス信号を発生する第1バイアス発生器(334,3
35,336,337)とを備える構成とすることがで
きる。かかる場合には、同期検波器で正確に検出された
射出光強度に基づいて、第1バイアス発生器が第1バイ
アス信号を補正して第1主変調信号を補正するので、精
度の良い消光を行うことができる。
In this case, the correction signal generator includes a synchronous detector (3) for synchronously detecting the light emitted from the first optical modulator.
31, 332, 333); based on the detection result of the light emitted from the first optical modulator in a period other than the light pulse emission period by the synchronous detector, the second detector in a period other than the light pulse emission period. A first bias generator (334, 3) for generating a first bias signal to be added to the first main modulation signal so as to make the light emitted from one optical modulator zero.
35, 336, 337). In such a case, the first bias generator corrects the first bias signal and corrects the first main modulation signal based on the intensity of the emitted light accurately detected by the synchronous detector. It can be carried out.

【0019】この場合、前記補正信号発生器が、前記パ
ルス列変調期間以外の期間における前記第1光変調器か
らの射出光の光強度を所定強度に補正する第2バイアス
信号を発生する第2バイアス発生器(350,334,
335,336,337)を更に備える構成とすること
ができる。かかる場合には、同期検波器で正確に検出さ
れた射出光強度に基づいて、第2バイアス発生器が第2
バイアス信号を発生するので、第1光変調器の射出光強
度を精度良く所定強度することができる。
In this case, the correction signal generator generates a second bias signal for generating a second bias signal for correcting the light intensity of the light emitted from the first light modulator to a predetermined intensity during a period other than the pulse train modulation period. Generator (350, 334,
335, 336, and 337). In such a case, the second bias generator sets the second bias generator based on the emission light intensity accurately detected by the synchronous detector.
Since the bias signal is generated, the intensity of the emitted light from the first optical modulator can be accurately set to a predetermined intensity.

【0020】また、本発明の第1の光変調装置では、前
記第1光変調器と直列に接続され、透過率が第2変調信
号の値に応じてほぼ0から1以下の所定値までの範囲で
変化する第2光変調器(310’)と;前記第2光変調
器へ向けて第2主変調信号を発生する第2パルス発生器
(320)とを更に備える構成とすることができる。か
かる場合には、第1パルス発生器と第2パルス発生器と
が同期して第1主変調信号と第2主変調信号と発生する
ことにより、光パルス間の消光比を更に向上することが
できる。
Further, in the first light modulator of the present invention, the light modulator is connected in series with the first light modulator, and has a transmittance of approximately 0 to 1 or less according to the value of the second modulation signal. A second optical modulator (310 ′) that changes in a range; and a second pulse generator (320) that generates a second main modulation signal toward the second optical modulator may be further provided. . In such a case, the extinction ratio between the optical pulses can be further improved by generating the first main modulation signal and the second main modulation signal in synchronization with the first pulse generator and the second pulse generator. it can.

【0021】ここで、前記第2変調信号が電気信号であ
り、前記第2光変調器が電気光学変調器である構成とす
ることができる。かかる場合には、制御や加工が容易な
電気信号により、光変調を実行することができる。
Here, the second modulation signal may be an electric signal, and the second optical modulator may be an electro-optical modulator. In such a case, light modulation can be performed by an electric signal that is easy to control and process.

【0022】この場合、前記第2変調信号が電圧信号で
あり、前記第2光変調器は、入射した光を第3の光及び
第4の光に分割する第2光分波器と;前記第3の光を導
波する第3光導波路と;前記第4の光を導波し、印加さ
れた電圧値に応じて屈折率が変化するする第4光導波路
と;前記第4光導波路の少なくとも一部に前記第2変調
信号による電圧を印加するための第2電極と;前記第3
導波路を介した前記第3の光と、前記第4導波路を介し
た前記第4の光とを合波する第2合波器とを備える構成
とすることができる。かかる場合には、第2電極に印加
する電圧を調整し、第3光導波路と第4光導波路との光
路長の差を調整することにより、第2光変調器の射出光
を変調することができる。
In this case, the second modulation signal is a voltage signal, the second optical modulator is a second optical splitter that splits incident light into third light and fourth light; A third optical waveguide that guides the third light; a fourth optical waveguide that guides the fourth light and changes a refractive index according to an applied voltage value; A second electrode for applying a voltage based on the second modulation signal to at least a part thereof;
A configuration may be provided that includes a second multiplexer that multiplexes the third light via the waveguide and the fourth light via the fourth waveguide. In such a case, by adjusting the voltage applied to the second electrode and adjusting the difference in the optical path length between the third optical waveguide and the fourth optical waveguide, it is possible to modulate the light emitted from the second optical modulator. it can.

【0023】本発明の第2の光変調装置は、入射光をパ
ルス列変調して射出する光変調装置であって、前記入射
光の透過率が第1変調信号の値に応じてほぼ0から1以
下の所定値までの範囲で変化する第1光変調器と;前記
第1光変調器へ向けて第1主変調信号を発生する第1パ
ルス発生器と;前記第1光変調器と直列に接続され、透
過率が第2変調信号の値に応じてほぼ0から1以下の所
定値までの範囲で変化する第2光変調器と;前記第2光
変調器へ向けて第2主変調信号を発生する第2パルス発
生器とを備える光変調装置である。これによれば、第1
パルス発生器と第2パルス発生器とが同期して第1主変
調信号と第2主変調信号と発生することにより、光パル
ス間の消光比を向上しつつパルス列変調をすることがで
きる。
A second light modulator according to the present invention is a light modulator for modulating a pulse train of incident light and emitting the light, wherein the transmittance of the incident light is substantially 0 to 1 according to the value of the first modulation signal. A first optical modulator that changes in a range up to the following predetermined value; a first pulse generator that generates a first main modulation signal toward the first optical modulator; and a series with the first optical modulator. A second optical modulator connected and having a transmittance that varies in a range from approximately 0 to a predetermined value equal to or less than 1 according to the value of the second modulation signal; and a second main modulation signal toward the second optical modulator. And a second pulse generator that generates the following. According to this, the first
By generating the first main modulation signal and the second main modulation signal in synchronization with the pulse generator and the second pulse generator, pulse train modulation can be performed while improving the extinction ratio between optical pulses.

【0024】本発明の第2の光変調装置では、前記第1
変調信号及び前記第2変調信号が電気信号であり、前記
第1光変調器及び前記第2光変調器が電気光学変調器で
ある構成とすることができる。かかる場合には、制御や
加工が容易な電気信号により、光変調を実行することが
できる。
In the second light modulator of the present invention, the first light modulator
The modulation signal and the second modulation signal may be electrical signals, and the first light modulator and the second light modulator may be electro-optic modulators. In such a case, light modulation can be performed by an electric signal that is easy to control and process.

【0025】本発明の光源装置は、光源(160A)
と;前記光源から射出された光をパルス列変調する本発
明の光変調装置(160C)と;前記光変調器から射出
された光を増幅する光ファイバ増幅器(168,17
1)とを備える光源装置である。これによれば、光源か
ら射出された光を本発明の光変調装置によってパルス列
変調して光ファイバ増幅器によって増幅するので、パル
スパワー(エネルギ)が大きく、光パルス間の消光比が
向上した光パルス列を発生することができる。ここで、
本発明の光変調装置の内、第1光変調器からの射出光の
強度を所定強度とする光変調装置を使用する場合には、
更にパルスパワーが均一化された光パルス列を発生する
ことができる。
The light source device of the present invention comprises a light source (160A)
An optical modulator (160C) of the present invention for modulating a pulse train of the light emitted from the light source; and an optical fiber amplifier (168, 17) for amplifying the light emitted from the optical modulator.
1) A light source device comprising: According to this, since the light emitted from the light source is pulse train-modulated by the light modulator of the present invention and amplified by the optical fiber amplifier, the pulse power (energy) is large and the extinction ratio between light pulses is improved. Can occur. here,
In the case of using an optical modulator of the present invention, in which the intensity of light emitted from the first optical modulator is set to a predetermined intensity,
Further, it is possible to generate an optical pulse train having a uniform pulse power.

【0026】本発明の光源装置では、前記光源は、単一
波長レーザ光源である構成とすることができる。かかる
場合には、単一波長のパルス列を射出することができ
る。
In the light source device according to the present invention, the light source may be a single-wavelength laser light source. In such a case, a pulse train of a single wavelength can be emitted.

【0027】また、本発明の光源装置では、前記光ファ
イバ増幅器から射出された光を入射し、高調波変換する
非線型光学結晶を含む波長変換装置(163)を更に備
える構成とすることができる。かかる場合には、光源は
長波長を発生する場合であっても、光源装置としては、
露光装置に適した短波長の紫外光を発生することができ
る。
Further, the light source device according to the present invention may further include a wavelength conversion device (163) including a non-linear optical crystal for receiving the light emitted from the optical fiber amplifier and performing harmonic conversion. . In such a case, even if the light source generates a long wavelength, as the light source device,
An ultraviolet light having a short wavelength suitable for an exposure apparatus can be generated.

【0028】また、本発明の光源装置では、前記光ファ
イバ増幅器の下流側に設けられ、前記光変調装置におけ
るパルス列変調期間以外の期間における射出光を遮断す
る光遮断機構(17)を更に備える構成とすることがで
きる。かかる場合には、光遮断機構がパルス列変調期間
以外の期間における射出光を遮断するので、光パルス列
のみを射出することができる。
Further, the light source device of the present invention further comprises a light blocking mechanism (17) provided downstream of the optical fiber amplifier and blocking outgoing light during periods other than the pulse train modulation period in the light modulator. It can be. In such a case, the light blocking mechanism blocks outgoing light during periods other than the pulse train modulation period, so that only the light pulse train can be emitted.

【0029】本発明の露光装置は、露光用ビームを基板
(W)に照射することにより、所定のパターンを基板に
転写する露光装置において、前記露光用ビームの発生装
置として光遮断機構を有する本発明の光源装置(16)
を備えることを特徴とする露光装置である。これによれ
ば、光遮断機構を有する本発明の光源装置を露光用ビー
ムの発生装置として備えるので、パルス数制御やパルス
パワー制御によって精度良く露光量制御ができる。した
がって、露光精度を向上して、基板に所定のパターンを
転写することができる。
An exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto a substrate by irradiating the substrate (W) with an exposure beam, wherein the exposure apparatus has a light blocking mechanism as a generator for the exposure beam. Light source device of the invention (16)
An exposure apparatus comprising: According to this, since the light source device of the present invention having the light blocking mechanism is provided as a device for generating an exposure beam, the exposure amount can be accurately controlled by controlling the number of pulses or controlling the pulse power. Therefore, a predetermined pattern can be transferred to the substrate with improved exposure accuracy.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
1〜図12に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0031】図1には、本発明に係る光源装置を含んで
構成された一実施形態に係る露光装置10の概略構成が
示されている。この露光装置10は、ステップ・アンド
・スキャン方式の走査型露光装置である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 10 according to an embodiment including a light source device according to the present invention. The exposure apparatus 10 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus.

【0032】この露光装置10は、光源装置16及び照
明光学系12から成る照明系、この照明系からの露光用
照明光(以下、「露光光」という)ILにより照明され
るマスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステー
ジRST、レチクルRから射出された露光光ILを基板
としてのウエハW上に投射する投影光学系PL、ウエハ
Wを保持する基板ステージとしてのZチルトステージ5
8が搭載されたXYステージ14、及びこれらの制御系
等を備えている。
The exposure apparatus 10 includes an illumination system including a light source device 16 and an illumination optical system 12, and a reticle R as a mask illuminated by exposure illumination light (hereinafter, referred to as "exposure light") IL from the illumination system. Stage RST for holding wafer W, projection optical system PL for projecting exposure light IL emitted from reticle R onto wafer W as a substrate, and Z tilt stage 5 as a substrate stage for holding wafer W
8 is provided with an XY stage 14 on which is mounted, and a control system for these.

【0033】前記光源装置16は、例えば、波長193
nm(ArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長)の紫外
パルス光、あるいは波長157nm(F2レーザ光とほ
ぼ同一波長)の紫外パルス光を出力する高調波発生装置
である。この光源装置16は、光源としてのレーザ光源
を含む光源部16A、レーザ制御装置16B、光量制御
装置16C、及び光シャッタ17とを備えている。この
光源装置16は、前記照明光学系12、レチクルステー
ジRST、投影光学系PL、Zチルトステージ58、X
Yステージ14及びこれら各部が搭載された不図示の本
体コラム等から成る露光装置本体とともに、温度、圧
力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメンタル
・チャンバ(以下、「チャンバ」という)11内に収納
されている。
The light source device 16 has a wavelength of 193, for example.
nm is (almost the same wavelength as the F 2 laser beam) harmonic generator for outputting ultraviolet pulse light of ultraviolet pulse light, or wavelength 157nm of (almost the same wavelength as ArF excimer laser light). The light source device 16 includes a light source unit 16A including a laser light source as a light source, a laser control device 16B, a light amount control device 16C, and an optical shutter 17. The light source device 16 includes the illumination optical system 12, reticle stage RST, projection optical system PL, Z tilt stage 58, X
An exposure chamber (hereinafter, referred to as “chamber”) 11 in which temperature, pressure, humidity, and the like are adjusted with high accuracy, together with an exposure apparatus main body including a Y stage 14 and a main body column (not shown) on which these units are mounted. Is housed inside.

【0034】図2には、光源装置16の内部構成が装置
全体を統括制御する主制御装置50とともにブロック図
にて示されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the internal structure of the light source device 16 together with a main control device 50 for controlling the entire device.

【0035】この図2に示されるように、光源部16A
は、光発生部としてのパルス光発生部160、光増幅部
161、1/4波長板162、波長変換部163、ビー
ムモニタ機構164及び吸収セル165等を含んで構成
されている。
As shown in FIG. 2, the light source section 16A
Is configured to include a pulse light generation unit 160 as a light generation unit, an optical amplification unit 161, a quarter-wave plate 162, a wavelength conversion unit 163, a beam monitoring mechanism 164, an absorption cell 165, and the like.

【0036】前記パルス光発生部160は、レーザ光源
160A、光カップラBS1、BS2、光アイソレータ
160B及び光変調装置160C等を有する。なお、レ
ーザ光源160Aから波長変換部163までの間の各要
素間は、光ファイバによって光学的に接続されている。
The pulse light generator 160 includes a laser light source 160A, optical couplers BS1 and BS2, an optical isolator 160B, an optical modulator 160C, and the like. The elements between the laser light source 160A and the wavelength converter 163 are optically connected by an optical fiber.

【0037】前記レーザ光源160Aとしては、ここで
は、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長1.544
μm、連続波出力(以下「CW出力」という)20mW
のInGaAsP,DFB半導体レーザが用いられてい
る。以下においては、レーザ光源160Aを適宜「DF
B半導体レーザ160A」とも呼ぶものとする。
As the laser light source 160A, here, a single-wavelength oscillation laser, for example, an oscillation wavelength of 1.544
μm, continuous wave output (hereinafter referred to as “CW output”) 20 mW
InGaAsP and DFB semiconductor lasers are used. In the following, the laser light source 160A is appropriately referred to as “DF
B semiconductor laser 160A ".

【0038】ここで、DFB半導体レーザとは、縦モー
ド選択性の低いファブリーペロー型共振器の代わりに、
回折格子を半導体レーザ内に作り上げたもので、どのよ
うな状況下であっても単一縦モード発振をするように構
成されており、分布帰還型(Distributed Feedback:D
FB)レーザと呼ばれるものである。この様なレーザで
は基本的に単一縦モード発振をすることから、その発振
スペクトル線幅は0.01pm以下に抑えられる。
Here, the DFB semiconductor laser means a Fabry-Perot resonator having low longitudinal mode selectivity,
A diffraction grating is built in a semiconductor laser, and is configured to oscillate in a single longitudinal mode under any circumstances. A distributed feedback (D)
FB) This is called a laser. Since such a laser basically oscillates in a single longitudinal mode, its oscillation spectrum line width can be suppressed to 0.01 pm or less.

【0039】また、DFB半導体レーザは、通常、ヒー
トシンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されて
いる。本実施形態では、DFB半導体レーザ160Aに
付設されるヒートシンク上に温度調整器(例えばペルチ
ェ素子など)が設けられており、後述するように、レー
ザ制御装置16Bがその温度を制御することにより発振
波長が制御(調整)可能な構成となっている。
The DFB semiconductor laser is usually provided on a heat sink, and these are housed in a housing. In the present embodiment, a temperature controller (for example, a Peltier element) is provided on a heat sink attached to the DFB semiconductor laser 160A, and the oscillation wavelength is controlled by the laser controller 16B controlling the temperature as described later. Are controllable (adjustable).

【0040】すなわち、DFB半導体レーザの発振波長
は0.1nm/℃程度の温度依存性を持つ。従って、例
えば、DFB半導体レーザの温度を1℃変化させると、
基本波(1544nm)ではその波長が0.1nm変化
するので、8倍波(193nm)ではその波長が0.0
125nm変化し、10倍波(157nm)ではその波
長が0.01nm変化することになる。
That is, the oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser has a temperature dependency of about 0.1 nm / ° C. Therefore, for example, when the temperature of the DFB semiconductor laser is changed by 1 ° C.,
Since the wavelength of the fundamental wave (1544 nm) changes by 0.1 nm, the wavelength of the eighth harmonic (193 nm) changes by 0.0 nm.
The wavelength changes by 125 nm, and the wavelength changes by 0.01 nm at the tenth harmonic (157 nm).

【0041】なお、露光装置では露光用照明光(パルス
光)の波長をその中心波長に対して±20pm程度変化
させることができれば十分である。従って、DFB半導
体レーザ11の温度を8倍波では±1.6℃程度、10
倍波では±2℃程度変化させればよい。
In the exposure apparatus, it is sufficient if the wavelength of the exposure illumination light (pulse light) can be changed by about ± 20 pm with respect to the center wavelength. Therefore, the temperature of the DFB semiconductor laser 11 is set to about ± 1.6 °
In the case of the harmonic wave, it may be changed by about ± 2 ° C.

【0042】なお、レーザ光源160Aとして、DFB
半導体レーザ等の半導体レーザに限らず、例えば発振波
長が990nm付近のイットリビウム(Yb)・ドープ・
ファイバーレーザ等を用いることもできる。
The laser light source 160A is a DFB
Not limited to semiconductor lasers such as semiconductor lasers, for example, ytterbium (Yb) -doped
A fiber laser or the like can also be used.

【0043】前記光カップラBS1、BS2としては、
透過率が97%程度のものが用いられている。このた
め、DFB半導体レーザ160Aからのレーザ光は、光
カップラBS1によって2つに分岐され、その97%程
度が次段の光カップラBS2に向かって進み、残り3%
程度がビームモニタ機構164に入射する。また、光カ
ップラBS2に入射したレーザ光は光カップラBS2に
よって分岐され、その97%程度が次段の光アイソレー
タ160Bに向かって進み、残り3%程度が吸収セル1
65に入射するようになっている。
As the optical couplers BS1 and BS2,
Those having a transmittance of about 97% are used. Therefore, the laser beam from the DFB semiconductor laser 160A is split into two by the optical coupler BS1, about 97% of which travels toward the next-stage optical coupler BS2, and the remaining 3%
The degree is incident on the beam monitor mechanism 164. The laser light incident on the optical coupler BS2 is branched by the optical coupler BS2, and about 97% of the laser light travels toward the next-stage optical isolator 160B, and the remaining about 3% is absorbed by the absorption cell 1B.
65.

【0044】なお、ビームモニタ機構164、吸収セル
165等については、後に更に詳述する。
The beam monitor mechanism 164, absorption cell 165, etc. will be described later in more detail.

【0045】前記光アイソレータ160Bは、光カップ
ラBS2から光変調装置160Cに向かう方向の光のみ
を通過させ、反対向きの光の通過を阻止する。この光ア
イソレータ160Bにより、反射光(戻り光)に起因す
るDFB半導体レーザ160Aの発振モードの変化や雑
音の発生等が防止される。
The optical isolator 160B allows only light in the direction from the optical coupler BS2 to the light modulator 160C to pass, and blocks light in the opposite direction from passing. The optical isolator 160B prevents a change in the oscillation mode of the DFB semiconductor laser 160A and the generation of noise due to the reflected light (return light).

【0046】前記光変調装置160Cは、光アイソレー
タ160Bを通過したレーザ光(CW光(連続光))を
パルス光に変換するためのものである。この光変調装置
160Cは、図3に示されるように、片側導波路のみに
電圧が印加される片電極タイプの電気光学効果を利用し
た光変調器310と、トリガ信号VTRGに応じて、光変
調器310へ向けてパルス信号(パルス列信号)VP
発生するパルス発生器320と、パルス信号VPを補正
するバイアス信号VBを発生する補正信号発生器330
とを備えている。なお、光変調器310としては、屈折
率変化に伴うチャープによる半導体レーザ出力の波長広
がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極構
造を持つ電気光学効果を利用した光変調器(二電極型変
調器)を採用することができる。
The light modulator 160C is for converting the laser light (CW light (continuous light)) passing through the optical isolator 160B into pulse light. As shown in FIG. 3, the light modulation device 160C uses a single-electrode-type electro-optic effect in which a voltage is applied only to one side waveguide, and an optical modulator 310 according to a trigger signal V TRG. a pulse generator 320 which towards the modulator 310 generates a pulse signal (pulse train signal) V P, the correction signal generator 330 for generating a bias signal V B for correcting the pulse signal V P
And The optical modulator 310 employs an electro-optical effect (two-electrode type) using an electro-optic effect having an electrode structure with chirp correction so that the wavelength spread of the semiconductor laser output due to the chirp due to the change in the refractive index is reduced. Modulator).

【0047】また、光変調装置160Cは、光変調器3
10からの射出光IOUTの一部を分岐する光カップラ3
45と、該光カップラ345によって分岐された光検出
し、その強度に応じた電気信号(電圧信号:光検出信
号)VMONに変換する光検出器341と、光検出信号V
MONをトラック又はホールドするトラックホルダ342
と、トリガ信号VTRGに応じて、トラックホルダ342
のトラック及びホールド動作のタイミング信号VHを発
生するワンショット回路343と、パルス列変調期間で
あるか否かを示す動作モード選択信号VSELに応じて開
閉するスイッチ350と、パルス変調期間ではない期間
における光変調器310の印加電圧を設定する電圧発生
器VXとを備えている。さらに、光変調装置160C
は、上記の各要素を有機的に結合するための抵抗素子R
及び容量素子C1〜C4を備えている。なお、以下の説
明において、信号名称によってその電圧値をも示すもの
とする。
The light modulator 160C includes the light modulator 3
Optical coupler 3 that branches a part of the outgoing light I OUT from 10
45, a photodetector 341 that detects the light branched by the optical coupler 345 and converts the detected light into an electric signal (voltage signal: light detection signal) VMON corresponding to the intensity thereof, and a light detection signal V
Track holder 342 that tracks or holds MON
And the track holder 342 according to the trigger signal V TRG.
A one-shot circuit 343 that generates a timing signal VH for the track and hold operation, a switch 350 that opens and closes in response to an operation mode selection signal VSEL indicating whether or not a pulse train modulation period, and a period that is not a pulse modulation period and a voltage generator V X to set the voltage applied to the optical modulator 310 in. Further, the light modulator 160C
Is a resistive element R for organically coupling the above elements.
And capacitive elements C1 to C4. In the following description, the voltage value is also indicated by the signal name.

【0048】前記光変調器310は、入射光を導波する
光経路部311と、光経路311から分流している光経
路312及び光経路313と、光経路312と光経路3
13とが合流した光経路314とを有している。さら
に、光変変調器310は、光経路313の少なくとも一
部に電界を発生させ、電気光学効果により屈折率を変化
させるための電極315a及び電極315bを有してい
る。そして、電極315aにはバイアス信号VBにパル
ス信号VPが補正された印加電圧信号VCが供給されると
ともに、電極315bは接地されている。
The optical modulator 310 includes an optical path section 311 for guiding incident light, an optical path 312 and an optical path 313 diverging from the optical path 311, an optical path 312 and an optical path 3.
13 and an optical path 314 that merges. Further, the optical modulator 310 has an electrode 315a and an electrode 315b for generating an electric field in at least a part of the optical path 313 and changing the refractive index by an electro-optic effect. Then, the electrode 315a with the bias signal V applied voltage signal V C to the pulse signal V P is corrected to B is supplied, the electrode 315b is grounded.

【0049】光変調器310では、入射光が光経路31
1を介した後、等光量の2つの光に分波されて、分波さ
れた2つの光がそれぞれ光経路312及び光経路313
を進行する。そして、光経路312及び光経路313を
介した2つの光が光経路314に進行することにより合
波される。すなわち、光経路311から光経路312及
び光経路313への分流構造によって分波器が構成さ
れ、また、光経路312及び光経路313から光経路3
14への合流構造によって合波器が構成されている。
In the optical modulator 310, the incident light is transmitted to the optical path 31.
1, the light is split into two light beams having the same light amount, and the two split light beams are respectively sent to the optical path 312 and the optical path 313.
To progress. Then, the two lights passing through the optical path 312 and the optical path 313 travel to the optical path 314 and are combined. That is, a branching filter is formed by a branching structure from the optical path 311 to the optical path 312 and the optical path 313, and the optical path 312 and the optical path 313 to the optical path 3
A multiplexer is constituted by a structure for merging with the signal.

【0050】このように構成されている光変調器310
では、光経路312と光経路313との光路長差に応じ
て合波されて射出される光の強度は変化する。例えば、
光経路312と光経路313との光路長差が0であれ
ば、射出光の強度IOUTは入射光の強度IINと同一とな
るし、また、光路長差が波長の1/2であれば射出光強
度は0となる。
The optical modulator 310 thus configured
In this case, the intensity of light that is multiplexed and emitted changes according to the optical path length difference between the optical path 312 and the optical path 313. For example,
If the optical path length difference between the optical path 312 and the optical path 313 is 0, the intensity I OUT of the emitted light is the same as the intensity I IN of the incident light, and the optical path length difference is の of the wavelength. In this case, the intensity of the emitted light becomes zero.

【0051】ところで、光路長はその光路の屈折率に応
じて変化する。すなわち、屈折率が大きくなると光路長
は増大し、また、屈折率が小さくなると光路長は減少す
る。このことを利用して、光変調装置160Cでは、電
極315a,315b間に印加する電圧VCを調整する
ことにより、射出光強度IOUT(正確には、比(IOUT
IN))を調整している。
The optical path length changes according to the refractive index of the optical path. That is, as the refractive index increases, the optical path length increases, and as the refractive index decreases, the optical path length decreases. Utilizing this fact, the light modulator 160C adjusts the voltage V C applied between the electrodes 315a and 315b to adjust the output light intensity I OUT (to be exact, the ratio (I OUT /
I IN )).

【0052】なお、本実施形態の光変調器310におけ
る比(IOUT/IIN)と印加電圧VCとの関係は、図4に
示される通りであり、余弦関数的に変化する。ここで、
印加電圧VCが0V付近の電圧である電圧値VB0で比
(IOUT/IIN)が0となり、印加電圧VCが電圧値(V
T+VB0)で比(IOUT/IIN)が1となっている。した
がって、印加電圧VCの変化による比(IOUT/IIN
は、 IOUT/IIN=1−cos(VC−VB0) …(1) と表される。
The relationship between the ratio (I OUT / I IN ) and the applied voltage V C in the optical modulator 310 according to the present embodiment is as shown in FIG. 4, and changes in a cosine function. here,
Applied voltage V C ratio at the voltage value V B0 is a voltage near 0V (I OUT / I IN) is 0, the applied voltage V C is the voltage value (V
T + VB0 ) and the ratio (I OUT / I IN ) is 1. Therefore, the ratio (I OUT / I IN ) due to the change in the applied voltage V C
Is expressed as: I OUT / I IN = 1−cos (V C −V B0 ) (1)

【0053】前記補正信号発生器330は、参照信号V
REF及び変調信号VMODを出力する発振器331と、参照
信号VREFの交流成分とトラックホルダ342から出力
されたゼロレベル信号VZとの積演算を行う積算器33
2と、積算器332による積算結果の信号の低周波成分
を透過し、誤差信号VERRを出力するローパスフィルタ
333と、誤差信号VERRの時間積分演算を行う積分器
335と、積分器335による積分結果信号の正負を反
転を行う反転器336と、反転器336の出力信号と変
調信号VMODと和演算を行いバイアス信号VBを出力する
加算器337とを備えている。
The correction signal generator 330 outputs the reference signal V
An oscillator 331 that outputs a REF and a modulation signal V MOD , and an integrator 33 that performs a product operation of an AC component of the reference signal V REF and a zero-level signal V Z output from the track holder 342.
2, passes through the low-frequency component of the multiplication result of the signal by the integrator 332, a low pass filter 333 outputs an error signal V ERR, an integrator 335 for performing time integration calculation of the error signal V ERR, by the integrator 335 An inverter 336 for inverting the sign of the integration result signal and an adder 337 for performing a sum operation on the output signal of the inverter 336 and the modulation signal V MOD and outputting a bias signal V B are provided.

【0054】ここで、参照信号VREF及び変調信号VMOD
として、 VREF=V1・sin(ω・t) …(2) VMOD=V2・sin(ω・t+α) …(3) を採用している。ここで、V1、V2、及びαは定数であ
り、V1は、バイアス電圧VBが十分に迅速かつ確実に収
束する値が選択され、V2は、光源部16の最終的な光
出力に実質的な影響を及ぼさない程度に十分小さな値が
選択されている。また、αは、変調信号VMODによる射
出光強度IOUTの変調結果が、光検出器341、トラッ
クホルダ342等を介した後、積算器332に入力する
ときに、参照信号VREFと同位相となるように選択され
ている。なお、変調信号VMODによる変調結果の伝搬が
十分に短時間である場合には、参照信号VREFと変調信
号VMODとを同一の信号、すなわちα=0とすることが
できる。
Here, the reference signal V REF and the modulation signal V MOD
V REF = V 1 · sin (ω · t) (2) V MOD = V 2 · sin (ω · t + α) (3) Here, V 1 , V 2 , and α are constants, V 1 is selected as a value at which the bias voltage V B converges sufficiently quickly and reliably, and V 2 is the final light of the light source unit 16. A value that is small enough to have no substantial effect on the output is selected. Α is the same as the reference signal V REF when the modulation result of the emission light intensity I OUT by the modulation signal V MOD is input to the integrator 332 after passing through the photodetector 341, the track holder 342, and the like. Is chosen to be If the propagation of the modulation result by the modulation signal V MOD is sufficiently short, the reference signal V REF and the modulation signal V MOD can be the same signal, that is, α = 0.

【0055】ところで、上述した射出光強度IOUTが0
となる印加電圧VCの電圧値VB0は、温度等によって変
化するものである。したがって、当初にバイアス電圧V
Bをその時の電圧値VB0に設定しても、経時的に電圧値
B0が変化するので、その後において、パルス列変調に
よる光パルス列における光パルス間でも光が射出される
ことがある。すなわち、光パルス間における消光比が十
分に維持できない場合が生じ得る。こうした事態の発生
は、光パルス間隔や光パルスのパルスパワーによる光量
制御を行う場合に制御誤差となって表れる。
Incidentally, the above-mentioned emission light intensity I OUT is 0
The voltage value V B0 of the applied voltage V C changes according to the temperature or the like. Therefore, initially the bias voltage V
Setting the B to the voltage value V B0 at that time, since over time the voltage value V B0 is changed in a subsequent, sometimes light is emitted even between the optical pulses in the optical pulse train by the pulse train modulated. That is, there may be a case where the extinction ratio between the light pulses cannot be sufficiently maintained. The occurrence of such a situation appears as a control error when performing light amount control based on the light pulse interval and the light pulse power.

【0056】本実施形態の光変調装置では、こうした光
パルス間における消光比の劣化を、以下のようにして防
止している。
In the light modulation device of the present embodiment, such deterioration of the extinction ratio between light pulses is prevented as follows.

【0057】まず、発振器331が変調信号VMODを発
生する。この時がパルス列変調期間中でありかつ光パル
スの発生期間でなければ、変調信号VMODの交流成分
は、加算器337に入力して、その時におけるほぼ直流
レベルのバイアス電圧と加算され、その加算結果がバイ
アス電圧VBとなる。そして、光パルスの発生期間では
ないので、バイアス電圧VBがそのまま印加電圧VCとな
り、光変調器310を経由する光が角速度ωで僅かに変
調される。
First, the oscillator 331 generates a modulation signal V MOD . If this time is during the pulse train modulation period and not during the light pulse generation period, the AC component of the modulation signal V MOD is input to the adder 337, and is added to the bias voltage substantially at the DC level at that time, and the addition is performed. result is a bias voltage V B. Then, since it is not the generation period of the light pulse, the bias voltage V B becomes the applied voltage V C as it is, and the light passing through the light modulator 310 is slightly modulated at the angular velocity ω.

【0058】かかる変調結果は、光検出器341によっ
て検出され、モニタ信号VMONに反映される。こうした
変調信号VMODによるモニタ信号VMONへの寄与の例が図
5(A)に示されている。図5に示されるように、印加
電圧VCが電圧値VB0で変調信号VMODが重畳したもので
あると、変調信号VMODによるモニタ信号VMONへの寄与
である交流成分は、|C(VC)・sinω・t|(C
(VC):印加電圧平均値(以下、単に「印加電圧」と
もいう)VCによって定まる正の定数)となる。また、
印加電圧VCが電圧値VB0よりも十分高い電圧値VB1
変調信号VMODが重畳したものであると、変調信号VMOD
によるモニタ信号VMONへの寄与である交流成分は、
(C(VC)・sinω・t)となる。また、図示して
いないが、印加電圧VCが電圧値VB0よりも十分低い電
圧値で変調信号VMODが重畳したものであると、変調信
号VMODによるモニタ信号VMONへの寄与である交流成分
は、(−C(VC)・sinω・t)となる。
The result of the modulation is detected by the photodetector 341 and reflected on the monitor signal VMON . FIG. 5A shows an example of the contribution of the modulation signal V MOD to the monitor signal V MON . As shown in FIG. 5, when the applied voltage V C is the voltage value V B0 and the modulation signal V MOD is superimposed, the AC component which is the contribution of the modulation signal V MOD to the monitor signal V MON is | C (V C ) · sin ω · t | (C
(V C ): average value of applied voltage (hereinafter, also simply referred to as “applied voltage”), which is a positive constant determined by V C. Also,
When the applied voltage V C is what the modulation signal V MOD at a high enough voltage value V B1 than the voltage value V B0 superimposed, modulated signal V MOD
The AC component which is the contribution to the monitor signal V MON by
(C (V C ) · sin ω · t). Although not shown, if the modulation signal V MOD is superimposed on the applied voltage V C at a voltage value sufficiently lower than the voltage value V B0 , the modulation signal V MOD contributes to the monitor signal V MON . The AC component is (−C (V C ) · sin ω · t).

【0059】トラックホルダ342は、光パルスの発生
期間ではないときには、後述するようにトラック状態と
なっているので、積算器332には、上記の変調信号V
MODによるモニタ信号VMONへの寄与分であるモニタ信号
MONの交流成分が入力する。このモニタ信号VMONの交
流成分と参照信号VREFとの積が積算器332によって
演算され、その演算結果がローパスフィルタ333によ
って高周波成分が除去される。こうして同期検波された
直流レベルの誤差信号VERRが得られる。この誤差信号
ERRと印加電圧VCとの関係が図5(B)に示されてい
る。図5に示されるように、印加電圧VCの範囲が
((−VT/2)+VB0)から(VT/2+VB 0)までで
ある場合には、電圧値VB0よりも印加電圧値VCが高い
場合には誤差信号VERRが正となり、一方、電圧値VB0
よりも印加電圧値VCが低い場合には誤差信号VERRが負
となる。
Since the track holder 342 is in a track state as described later when it is not during the period in which the light pulse is generated, the integrator 332 supplies the modulation signal V
An AC component of the monitor signal VMON , which is a contribution of the MOD to the monitor signal VMON , is input. The product of the AC component of the monitor signal V MON and the reference signal V REF is calculated by the integrator 332, and the calculation result is filtered by the low-pass filter 333 to remove high-frequency components. In this way, a DC-level error signal V ERR detected synchronously is obtained. FIG. 5B shows the relationship between the error signal V ERR and the applied voltage V C. As shown in FIG. 5, the range of the applied voltage V C is if the ((-V T / 2) + V B0) is up to (V T / 2 + V B 0) , the applied voltage than the voltage value V B0 It becomes the error signal V ERR is positive if the value V C is high, whereas, the voltage value V B0
When the applied voltage value V C is lower than that, the error signal V ERR becomes negative.

【0060】このようにして求められた誤差信号VERR
が減算器334に入力する。パルス列変調期間において
は、後述するように減算器334への入力電圧VDは0
なので、誤差信号VERRがそのまま積分器335に入力
し、さらに平滑化されてる。そして、その積分結果が反
転器336により正負が逆転されて加算器337に入力
し、モニタ信号VMONが重畳されて、バイアス信号VB
して出力される。
The thus obtained error signal V ERR
Is input to the subtractor 334. During the pulse train modulation period, the input voltage V D to the subtractor 334 is 0 as described later.
Therefore, the error signal V ERR is directly input to the integrator 335 and further smoothed. Then, the integration result is input to the adder 337 sign is reversed by the inverter 336, a monitor signal V MON is superimposed, is outputted as the bias signal V B.

【0061】以上のようなフィードバック制御では、誤
差電圧VERRを0とするように、すなわち、印加電圧値
Cが電圧値VB0よりも大きい場合には、印加電圧値VC
(すなわち、バイアス電圧VB)を下げるように作用
し、また、印加電圧値VCが電圧値VB0よりも小さい場
合には、印加電圧値VCを上げるように作用する。この
結果、バイアス電圧VBが、その時点での光パルス間に
おける消光比を最大とする電圧値VB0の極近傍に維持さ
れる。
In the above feedback control, the error voltage V ERR is set to 0, that is, if the applied voltage value V C is larger than the voltage value V B0 , the applied voltage value V C
(I.e., the bias voltage V B) acts to lower the, also, the applied voltage value V C is smaller than the voltage value V B0 acts to increase the applied voltage V C. As a result, the bias voltage V B is maintained very close to the voltage value V B0 that maximizes the extinction ratio between the light pulses at that time.

【0062】上記のフィードバック制御において、モニ
タ信号VMONが光パルス間の射出光のモニタ結果として
得られるものであることを前提としたが、補正信号発生
器330は、光パルス射出中であるか光パルス間である
かを問わず同期検波が行われる。しかし、光パルス射出
中における同期検波結果をバイアス信号VBに反映させ
ることは、光パルス間の消光比を低下させることにな
る。このため、光変調装置160Cでは、図6に示され
るようなタイミングで、トラックホルダ342の動作状
態を光パルス射出中はホールド状態とし、光パルス間を
トラック状態として、光パルス射出中におけるモニタ信
号VMONの同期検波を避けている。
In the feedback control described above, it is assumed that the monitor signal V MON is obtained as a result of monitoring the emitted light between the light pulses. Synchronous detection is performed regardless of whether it is between optical pulses. However, to reflect the coherent detection result in the light pulses emitted to the bias signal V B would reduce the extinction ratio between the optical pulses. Therefore, in the optical modulation device 160C, at the timing shown in FIG. 6, the operation state of the track holder 342 is set to the hold state during the emission of the light pulse, the interval between the light pulses is set to the track state, and the monitor signal during the emission of the light pulse is changed. Avoids V MON synchronous detection.

【0063】すなわち、光量制御装置16Cから供給さ
れる光パルス発生用のトリガ信号V TRGが立ち上がり、
光パルス発生用のパルス信号VPが立ち上がると同時
に、ワンショット回路343の出力信号VHが立ち上が
って、トラックホルダ342の動作状態をホールド状態
とする。この結果、トラックホルダ342は、ホールド
状態になる直前の電圧値を引き続き出力し続ける。この
後、光パルスが終了したタイミングで、ワンショット回
路343の出力信号VHが立ち下がり、再びトラックホ
ルダ342をトラック状態とする。このトラック状態と
なった時点では、既に光パルス間となっている。したが
って、光パルス射出中におけるモニタ信号V MONを同期
検波することが防止されている。
That is, the light supplied from the light amount control device 16C is
Trigger signal V for generating an optical pulse TRGRises,
Pulse signal V for generating optical pulsePAt the same time
And the output signal V of the one-shot circuit 343HIs rising
Thus, the operation state of the track holder 342 is held.
And As a result, the track holder 342
The voltage value immediately before the state is continuously output. this
Later, at the timing when the light pulse ends,
Output signal V on path 343HFalls and again
The rudder 342 is set to the track state. This track state
At this point, it is already between light pulses. But
Thus, the monitor signal V during light pulse emission MONSync
Detection is prevented.

【0064】ところで、光源装置16では、光変調装置
160Cが射出した光を光ファイバ増幅器によって増幅
するが、光ファイバ増幅器における増幅率は、励起状態
となっている増幅用ドープ・ファイバ内のドープ元素の
量で決まる。したがって、パルス列変調しない非露光期
間における光変調装置の射出光の光量を0とすると、非
露光期間において励起光による励起が十分に行われる結
果、パルス列変調が開始された直後の増幅能力は光ファ
イバ増幅器として最大限のものになっている。これに対
して、露光のためにパルス列変調が開始されてしばらく
経った後には、光パルス列が次々と入力し、露光能力を
消費するので、増幅能力がパルス列変調が開始された直
後よりも低下する。このため、光変調装置160Cから
射出される光パルスのパルスパワーを揃えても、光源装
置16として射出する光パルスのパルスパワーが揃わな
いことになる。このため、光変調装置160Cでは、パ
ルス列変調期間における平均射出光量a・IINを求め、
その光量をパルス列変調期間以外の期間に常時射出する
こととしている。
In the light source device 16, the light emitted from the optical modulator 160C is amplified by an optical fiber amplifier. The amplification factor of the optical fiber amplifier is determined by the doping element in the excited doping fiber in the excited state. Is determined by the amount of Therefore, if the light intensity of the light emitted from the light modulator during the non-exposure period in which the pulse train modulation is not performed is set to 0, the excitation by the excitation light is sufficiently performed in the non-exposure period. It has become the maximum as an amplifier. On the other hand, after a while after the pulse train modulation is started for the exposure, the light pulse train is input one after another and consumes the exposure ability, so that the amplifying ability is lower than immediately after the pulse train modulation is started. . Therefore, even if the pulse powers of the light pulses emitted from the light modulation device 160C are equalized, the pulse powers of the light pulses emitted as the light source device 16 are not equalized. For this reason, in the light modulation device 160C, the average emitted light amount a · I IN during the pulse train modulation period is obtained,
The light amount is always emitted during periods other than the pulse train modulation period.

【0065】すなわち、図7(A)及び図7(B)に示
されるように、比(IOUT/IIN)が求められた定数a
となる印加電圧値VCを求めた(図7(A)参照)後、
この印加電圧VCの場合の誤差電圧値VXを求める。そし
て、パルス列変調期間以外の期間において、図3のスイ
ッチ350をオンとして、電圧VXを減算器334に入
力している。この場合も上述の同期検波によるフィード
バック制御は誤差電圧VERRを0とするように動作する
ので、パルス列変調期間以外の期間では、バイアス電圧
Bには電圧(VX+VB0)が印加されることになってい
る。
That is, as shown in FIGS. 7A and 7B, the constant a for which the ratio (I OUT / I IN ) is obtained
After calculating the applied voltage value V C (see FIG. 7A),
Obtaining an error voltage value V X in the case of the applied voltage V C. Then, in a period other than the pulse train modulation period, turns on the switch 350 of FIG. 3, and receives the voltage V X to the subtractor 334. Also in this case, since the feedback control based on the synchronous detection described above operates so that the error voltage V ERR becomes 0, the voltage (V X + V B0 ) is applied to the bias voltage V B during a period other than the pulse train modulation period. It is supposed to be.

【0066】なお、こうした動作のタイミングチャート
が図8に示されている。すなわち、図8に示されるよう
に、主制御装置50から供給された選択信号VSELは立
ち上がって、非露光期間であることが指示された場合に
は、これに応じてスイッチ350がオンとなり、印加電
圧VCが電圧値VXとなる。この結果、射出光強度IOU T
は、a・IINとなる。そして、主制御装置50から供給
された選択信号VSELは立ちさがって、露光期間である
ことが指示された場合には、これに応じてスイッチ35
0がオフとなり、印加電圧VCは電圧値VB0となる。こ
の後は、上述のパルス列変調期間の動作を行う。こうし
て、図9に示される波形の射出光IOUTが、光変調装置
160Cから射出される。
FIG. 8 shows a timing chart of such an operation. That is, as shown in FIG. 8, the selection signal V SEL supplied from the main controller 50 rises, and when it is instructed that the period is the non-exposure period, the switch 350 is turned on in response thereto, applied voltage V C is the voltage value V X. As a result, the emitted light intensity I OU T
Becomes a · I IN . Then, the selection signal V SEL supplied from the main controller 50 rises, and when it is instructed to be the exposure period, the switch 35 is responded accordingly.
0 is turned off, the applied voltage V C is the voltage value V B0. Thereafter, the operation in the pulse train modulation period described above is performed. Thus, the emission light I OUT having the waveform shown in FIG. 9 is emitted from the light modulation device 160C.

【0067】例えば、光変調装置160CによりDFB
半導体レーザ160Aで発振されたレーザ光がパルス幅
1ns、繰り返し周波数100kHz(パルス周期約1
0μs)のパルス光に変調されるものとすると、この光
変調の結果、光変調装置160Cから出力されるパルス
光のピーク出力は20mW、平均出力は2μWとなる。
なお、ここでは、光変調装置160Cの挿入による損失
がないものとしたが、その挿入損失がある、例えば損失
が−3dBである場合、パルス光のピーク出力は10m
W、平均出力は1μWとなる。
For example, the DFB is
The laser light oscillated by the semiconductor laser 160A has a pulse width of 1 ns and a repetition frequency of 100 kHz (a pulse period of about
Assuming that the pulse light is modulated into a pulse light of 0 μs), as a result of this light modulation, the peak output of the pulse light output from the light modulator 160C is 20 mW, and the average output is 2 μW.
Here, it is assumed that there is no loss due to the insertion of the optical modulation device 160C. However, when the insertion loss is present, for example, when the loss is −3 dB, the peak output of the pulse light is 10 m.
W, the average output is 1 μW.

【0068】なお、繰り返し周波数を100kHz程度
以上に設定した場合には、後述するファイバ増幅器にお
いてASE(Amplified Spontaneous Emission,自然放
出光)ノイズの影響による増幅率低下を阻止することが
できるので、このようにすることが望ましい。
When the repetition frequency is set to about 100 kHz or more, a decrease in the amplification factor due to the influence of ASE (Amplified Spontaneous Emission) noise can be prevented in a fiber amplifier described later. Is desirable.

【0069】前記光増幅部161は、光変調装置160
Cからのパルス光を増幅するもので、ここでは、複数の
ファイバ増幅器を含んで構成されている。図10には、
この光増幅部161の構成の一例が、光変調装置160
Cとともに示されている。
The optical amplifying section 161 includes an optical modulator 160
It amplifies the pulsed light from C, and here includes a plurality of fiber amplifiers. In FIG.
One example of the configuration of the optical amplifying unit 161 is an optical modulator 160
Shown with C.

【0070】この図10に示されるように、光増幅部1
61は、チャネル0からチャネル127の総計128チ
ャネルを有する遅延部167と、この遅延部167のチ
ャネル0からチャネル127の総計128チャネルのそ
れぞれの出力段に接続されたファイバ増幅器1681
168128と、これらのファイバ増幅器1681〜168
128のそれぞれに狭帯域フィルタ1691〜169128
び光アイソレータ1701〜170128をそれぞれ介して
接続された最終段のファイバ増幅器1711〜171128
等を備えている。この場合、図10からも明らかなよう
に、ファイバ増幅器168n、狭帯域化フィルタ16
n、光アイソレータ170n、及びファイバ増幅器17
n(n=1、2、……、128)によって、それぞれ
光経路172n(n=1、2、……、128)が構成さ
れている。
As shown in FIG. 10, the optical amplifier 1
Reference numeral 61 denotes a delay unit 167 having a total of 128 channels 0 to 127, and fiber amplifiers 168 1 to 168 1 connected to respective output stages of a total of 128 channels from channel 0 to channel 127 of the delay unit 167.
168 128 and these fiber amplifiers 168 1 to 168
Narrowband filter 169 in each of the 128 1-169 128 and the optical isolator 170 1-170 128 a fiber amplifier 171 1 of the last stage connected via respective ~171 128
Etc. are provided. In this case, as is apparent from FIG. 10, the fiber amplifier 168 n and the narrow band filter 16
9 n , optical isolator 170 n , and fiber amplifier 17
1 n (n = 1,2, ...... , 128) by each optical path 172 n (n = 1,2, ...... , 128) is formed.

【0071】光増幅部161の上記構成各部について更
に詳述すると、前記遅延部167は、総計128チャネ
ルのチャネルを有し、各チャネルの出力に所定の遅延時
間(ここでは、3ns)を与えるためのものである。こ
の遅延部167は、本実施形態では、光変調装置160
Cから出力されるパルス光を35dB(3162倍)の
光増幅を行うエルビウム(Er)・ドープ・ファイバ増
幅器(EDFA)と、このEDFAの出力をチャネル0
〜3の4出力に並列分割する光分岐手段であるスプリッ
タ(平板導波路1×4スプリッタ)と、このスプリッタ
のチャネル0〜3の各出力端に接続された各々長さの異
なる4本の光ファイバと、これら4本の光ファイバの出
力をそれぞれチャネル0〜31に32分割する4つのス
プリッタ(平板導波路1×32スプリッタ)と、各スプ
リッタのチャネル0を除くチャネル1〜31にそれぞれ
接続された長さの異なる各31本(総計124本)の光
ファイバとを含んで構成されている。以下、上記各スプ
リッタ(平板導波路1×32スプリッタ)の0〜31チ
ャネルを総称してブロックと呼ぶ。
The above components of the optical amplifying unit 161 will be described in more detail. The delay unit 167 has a total of 128 channels and provides a predetermined delay time (here, 3 ns) to the output of each channel. belongs to. In the present embodiment, the delay unit 167 is a light modulator 160
Erbium (Er) -doped fiber amplifier (EDFA) for amplifying the pulse light output from C by 35 dB (3162 times), and the output of this EDFA to channel 0
And a splitter (a flat waveguide 1 × 4 splitter) which is a light splitting means for splitting into four outputs in parallel to four outputs, and four lights having different lengths connected to respective output terminals of channels 0 to 3 of the splitter. Fibers, four splitters (flat waveguide 1 × 32 splitters) that divide the outputs of these four optical fibers into channels 0 to 31 respectively, and channels 1 to 31 except for channel 0 of each splitter are connected to the respective fibers. And 31 (total 124) optical fibers having different lengths. Hereinafter, the channels 0 to 31 of each of the splitters (flat waveguide 1 × 32 splitter) are collectively called a block.

【0072】これを更に詳述すると、上記初段のEDF
Aから出力されるパルス光は、ピーク出力約63W、平
均出力約6.3mWとなる。このパルス光がスプリッタ
(平板導波路1×4スプリッタ)によりチャネル0〜3
の4出力に並列分割され、各チャネルの出力光には、上
記4本の光ファイバ長に対応した遅延が与えられる。例
えば本実施形態では、光ファイバ中の光の伝搬速度を2
×108m/sであるとし、スプリッタ(平板導波路1
×4スプリッタ)のチャネル0、1、2、3にそれぞれ
0.1m、19.3m、38.5m、57.7mの長さ
の光ファイバ(以下、「第1の遅延ファイバ」と呼ぶ)
が接続されている。この場合、各第1の遅延ファイバ出
口での隣り合うチャネル間の光の遅延は96nsとな
る。
This will be described in more detail.
The pulse light output from A has a peak output of about 63 W and an average output of about 6.3 mW. This pulsed light is split into channels 0 to 3 by a splitter (flat waveguide 1 × 4 splitter).
And the output light of each channel is given a delay corresponding to the length of the four optical fibers. For example, in the present embodiment, the propagation speed of light in an optical fiber is 2
× 10 8 m / s, and the splitter (plate waveguide 1
.Times.4, splitter) channels 0, 1, 2, and 3 have optical fibers of 0.1 m, 19.3 m, 38.5 m, and 57.7 m length respectively (hereinafter, referred to as "first delay fiber").
Is connected. In this case, the optical delay between adjacent channels at the exit of each first delay fiber is 96 ns.

【0073】また、上記4つのスプリッタ(平板導波路
1×32スプリッタ)のチャネル1〜31には、それぞ
れ0.6×Nメートル(Nはチャネル番号)の長さの光
ファイバ(以下、「第2の遅延ファイバ」と呼ぶ)が接
続されている。この結果、各ブロック内の隣り合うチャ
ネル間では3nsの遅延が与えられ、各ブロックのチャ
ネル0出力に対し、チャネル31出力は、3×31=9
3nsの遅延が与えられる。
The channels 1 to 31 of the four splitters (flat waveguide 1 × 32 splitters) are respectively provided with optical fibers (hereinafter referred to as “No. 2 delay fibers). As a result, a delay of 3 ns is given between adjacent channels in each block, and the output of channel 31 is 3 × 31 = 9 with respect to the output of channel 0 of each block.
A 3 ns delay is provided.

【0074】一方、第1から第4までの各ブロック間に
は、前記のように第1の遅延ファイバによって、各ブロ
ックの入力時点で各々96nsの遅延が与えられてい
る。従って、第2ブロックのチャネル0出力は第1ブロ
ックのチャネル0出力に対し96nsの遅延となり、第
1ブロックのチャネル31との遅延は3nsとなる。こ
のことは、第2〜第3、第3〜第4のブロック間におい
ても同様である。この結果、全体の出力として総計12
8チャネルの出力端で、隣り合うチャネル間に3nsの
遅延を持つパルス光が得られる。
On the other hand, a delay of 96 ns is given between each of the first to fourth blocks by the first delay fiber as described above at the time of input of each block. Accordingly, the channel 0 output of the second block has a delay of 96 ns with respect to the channel 0 output of the first block, and the delay with the channel 31 of the first block is 3 ns. This is the same between the second and third blocks and the third and fourth blocks. As a result, a total output of 12
At the output terminals of the eight channels, pulse light having a delay of 3 ns between adjacent channels is obtained.

【0075】以上の分岐及び遅延により、総計128チ
ャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で3nsの遅
延を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出力端
で観測される光パルスは、光変調装置160Cによって
変調されたパルスと同じ100kHz(パルス周期10
μs)である。従って、レーザ光発生部全体として見る
と、128パルスが3ns間隔で発生した後、9.62
μsの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰り
返しが100kHzで行われる。即ち全体の出力は12
8×100×103=1.28×107パルス/秒とな
る。
By the above branching and delay, a pulse light having a delay of 3 ns between adjacent channels can be obtained at the output terminals of a total of 128 channels. At this time, the optical pulse observed at each output terminal is an optical pulse. The same 100 kHz (pulse period of 10
μs). Therefore, looking at the entire laser beam generator, 9.62 after generating 128 pulses at 3 ns intervals.
The repetition that the next pulse train is generated at intervals of μs is performed at 100 kHz. That is, the total output is 12
8 × 100 × 10 3 = 1.28 × 10 7 pulses / sec.

【0076】なお、本実施形態では、分割数を128と
し、また遅延用ファイバとして短いものを用いた例につ
いて説明した。このため各パルス列の間に9.62μs
の発光しない間隔が生じたが、分割数を増加させる、ま
たは遅延用ファイバをより長くして適切な長さとする、
あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、パル
ス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。
In this embodiment, an example has been described in which the number of divisions is set to 128 and a short delay fiber is used. 9.62 μs between each pulse train
Although the interval of non-emission occurred, increase the number of divisions or lengthen the delay fiber to an appropriate length,
Alternatively, by using these in combination, it is possible to make the pulse intervals completely equal.

【0077】前記ファイバ増幅器168n(n=1,
2,…,128)としては、ここでは、通常通信で用い
られているものと同様に光ファイバのモードフィールド
径(以下「モード径」という)が5〜6μmのエルビウ
ム(Er)・ドープ・ファイバ増幅器(以下、「EDF
A」という)が用いられている。このファイバ増幅器1
68nによって、遅延部167の各チャネルからの出力
光が、所定の増幅利得に応じて増幅される。なお、この
ファイバ増幅器168nの励起光源等については後述す
る。
The fiber amplifier 168 n (n = 1,
2,..., 128), the erbium (Er) -doped fiber whose mode field diameter (hereinafter referred to as “mode diameter”) of the optical fiber is 5 to 6 μm, similar to that used in normal communication. Amplifier (hereinafter referred to as "EDF
A "). This fiber amplifier 1
The output light from each channel of the delay unit 167 is amplified by 68 n according to a predetermined amplification gain. The pump light source of the fiber amplifier 168 n will be described later.

【0078】前記狭帯域フィルタ169n(n=1、
2、…、128)は、ファイバ増幅器168nで発生す
るASE光をカットし、かつDFB半導体レーザ160
Aの出力波長(波長幅は1pm程度以下)を透過させる
ことで、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するものであ
る。これにより、ASE光が後段のファイバ増幅器17
nに入射してレーザ光の増幅利得を低下させる、ある
いはASEノイズの伝搬によってレーザ光が散乱するの
を防止することができる。ここで、狭帯域フィルタ16
nはその透過波長幅が1pm程度であることが好まし
いが、ASE光の波長幅は数十nm程度であるので、現
時点で得られる透過波長幅が100pm程度の狭帯域フ
ィルタを用いても実用上問題がない程度にASE光をカ
ットすることができる。
The narrow band filter 169 n (n = 1,
2,..., 128) cut the ASE light generated in the fiber amplifier 168 n , and
By transmitting the output wavelength of A (the wavelength width is about 1 pm or less), the wavelength width of the transmitted light is substantially narrowed. As a result, the ASE light is transmitted to the subsequent fiber amplifier 17.
1 n to reduce the amplification gain of the laser light, or prevent scattering of the laser light due to propagation of ASE noise. Here, the narrow band filter 16
9 n While it is preferred that the transmission wavelength width of about 1 pm, practically since the wavelength width of the ASE light is about several tens of nm, even using a narrow-band filter transmission wavelength width of about 100pm obtained at the present time The ASE light can be cut to such an extent that there is no problem.

【0079】また、本実施形態では、後述するようにD
FB半導体レーザ160Aの出力波長を積極的に変化さ
せることがあるので、その出力波長の可変幅(本実施形
態の露光装置では一例として±20pm程度)に応じた
透過波長幅(可変幅と同程度以上)を持つ狭帯域フィル
タを用いておくことが好ましい。なお、露光装置に適用
されるレーザ装置ではその波長幅が1pm程度以下に設
定される。
In the present embodiment, as described later, D
Since the output wavelength of the FB semiconductor laser 160A may be positively changed, the transmission wavelength width (about the same as the variable width) corresponding to the variable width of the output wavelength (for example, about ± 20 pm in the exposure apparatus of the present embodiment). It is preferable to use a narrow band filter having the above. In a laser device applied to an exposure apparatus, the wavelength width is set to about 1 pm or less.

【0080】前記光アイソレータ170n(n=1,
2,…,128)は、先に説明した光アイソレータ16
0Bと同様に、戻り光の影響を低減するためのものであ
る。
The optical isolator 170 n (n = 1,
2,..., 128) correspond to the optical isolator 16 described above.
Like OB, it is for reducing the effect of the return light.

【0081】前記ファイバ増幅器171n(n=1,
2,…,128)としては、ここでは、光ファイバ中で
の非線形効果による増幅光のスペクトル幅の増加を避け
るため光ファイバのモード径が通常通信で用いられてい
るもの(5〜6μm)よりも広い、例えば20〜30μ
mの大モード径のEDFAが用いられている。このファ
イバ増幅器171nは、前述したファイバ増幅器168n
で増幅された遅延部167の各チャネルからの光出力を
更に増幅する。一例として、遅延部167での各チャネ
ルの平均出力50μW、全チャネルでの平均出力6.3
mWを2段のEDFA168n、171nによって合計4
6dB(40600倍)の増幅を行うものとすると、各
チャネルに対応する光経路172nの出力端(ファイバ
増幅器171nを構成する光ファイバの出力端)では、
ピーク出力20kW、パルス幅1ns、パルス繰り返し
100kHz、平均出力2W、全チャネル合計での平均
出力256Wを得る。なお、このファイバ増幅器171
nの励起光源等についても後述する。
The fiber amplifier 171 n (n = 1,
2, 128), the mode diameter of the optical fiber is smaller than that used in normal communication (5 to 6 μm) in order to avoid an increase in the spectrum width of the amplified light due to the nonlinear effect in the optical fiber. Wide, for example, 20-30μ
An EDFA with a large mode diameter of m is used. The fiber amplifier 171 n is the same as the fiber amplifier 168 n described above.
The optical output from each channel of the delay unit 167 that has been amplified by the above is further amplified. As an example, the average output of each channel in the delay unit 167 is 50 μW, and the average output of all channels is 6.3.
mW is increased by a total of 4 by the two-stage EDFAs 168 n and 171 n .
Assuming that amplification of 6 dB (40600 times) is performed, at the output end of the optical path 172 n corresponding to each channel (the output end of the optical fiber constituting the fiber amplifier 171 n ),
A peak output of 20 kW, a pulse width of 1 ns, a pulse repetition of 100 kHz, an average output of 2 W, and an average output of 256 W in all channels are obtained. The fiber amplifier 171
The n excitation light sources and the like will be described later.

【0082】本実施形態では、遅延部167での各チャ
ネルに対応する光経路172nの出力端、すなわちファ
イバ増幅器171nを構成する各光ファイバの出力端
は、バンドル状に束ねられ、ファイバーバンドル173
(図12参照)が形成されている。このとき、各光ファ
イバのクラッド直径は125μm程度であることから、
128本を束ねた出力端でのバンドルの直径は約2mm
以下とすることができる。本実施形態では、ファイバー
バンドル173は最終段のEDFA171nの出力端を
そのまま用いて形成しているが、最終段のEDFA17
nに無ドープの光ファイバを結合させ、その出力端で
バンドル−ファイバを形成することも可能である。
In the present embodiment, the output end of the optical path 172 n corresponding to each channel in the delay section 167, that is, the output end of each optical fiber constituting the fiber amplifier 171 n is bundled in a bundle. 173
(See FIG. 12). At this time, since the clad diameter of each optical fiber is about 125 μm,
The diameter of the bundle at the output end of 128 bundles is about 2 mm
It can be: In this embodiment, the fiber bundle 173 is formed by using the output end of EDFA171 n of the last stage as it is, the final stage EDFA17
It is also possible to couple an undoped optical fiber to 1 n and form a bundle-fiber at its output end.

【0083】なお、標準的なモード径を持つ前段のファ
イバ増幅器167nと、上記モード径の広い最終段のフ
ァイバ増幅器171nとの接続は、テーパ状にモード径
が増加する光ファイバを用いて行われている。
The connection between the previous-stage fiber amplifier 167 n having a standard mode diameter and the last-stage fiber amplifier 171 n having a large mode diameter is made by using an optical fiber whose mode diameter increases in a tapered shape. Is being done.

【0084】次に、図11に基づいて各ファイバ増幅器
の励起用光源等について説明する。図11には、光増幅
部161を構成するファイバ増幅器及びその周辺部が、
波長変換部163の一部とともに概略的に示されてい
る。
Next, an excitation light source and the like of each fiber amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a fiber amplifier constituting the optical amplifying unit 161 and its peripheral parts.
It is schematically shown together with a part of the wavelength converter 163.

【0085】この図11において、第1段のファイバ増
幅器168nにはその励起用の半導体レーザ178がフ
ァイバ結合されるとともに、この半導体レーザ178の
出力が波長分割多重化装置(Wavelength Division Mult
iplexer:WDM)179を通してファイバ増幅器用ドー
プ・ファイバに入射し、それによりこのドープ・ファイ
バが励起されるようになっている。
In FIG. 11, a semiconductor laser 178 for excitation is fiber-coupled to a first-stage fiber amplifier 168 n, and the output of the semiconductor laser 178 is supplied to a wavelength division multiplexer (Wavelength Division Multiplexer).
(iplexer: WDM) 179 to be incident on the doped fiber for the fiber amplifier, whereby the doped fiber is excited.

【0086】一方大モード径をもつファイバ増幅器17
nでは、上記のモード径の大きいファイバ増幅器用ド
ープ・ファイバを励起するための励起用光源としての半
導体レーザ174を、ファイバ増幅器用ドープ・ファイ
バの径に合わせた大モード径ファイバにファイバ結合
し、この半導体レーザ174の射出光を、WDM176
を用いて、光増幅器用ドープ・ファイバに入射し、ドー
プ・ファイバを励起する。
On the other hand, a fiber amplifier 17 having a large mode diameter
In 1 n, a semiconductor laser 174 as an excitation light source for exciting a large fiber amplifier for doped fiber mode diameter of the fiber coupled to large mode diameter fiber to match the diameter of a fiber amplifier for doped fiber The light emitted from the semiconductor laser 174 is transmitted to the WDM 176.
Is used to enter the doped fiber for an optical amplifier to excite the doped fiber.

【0087】この大モード径ファイバ(ファイバ増幅
器)171nで増幅されたレーザ光は波長変換部163
に入射し、ここで紫外レーザ光に波長変換される。な
お、この波長変換部163の構成等については後述す
る。
The laser light amplified by the large mode diameter fiber (fiber amplifier) 171 n is
, Where the wavelength is converted to ultraviolet laser light. The configuration and the like of the wavelength converter 163 will be described later.

【0088】大モード径ファイバ(ファイバ増幅器)1
71nを伝播する増幅されるべきレーザ光(信号)は、
主に基本モードであることが望ましく、これは、シング
ルモードあるいはモード次数の低いマルチモードファイ
バにおいて、主に基本モードを選択的に励起することに
より実現できる。
Large mode diameter fiber (fiber amplifier) 1
The laser light (signal) to be amplified propagating through 71 n is
It is desirable that the fundamental mode is mainly used, and this can be realized by selectively exciting the fundamental mode mainly in a single mode or a multimode fiber having a low mode order.

【0089】本実施形態では、大モード径ファイバに結
合された高出力半導体レーザを、前方向から4個及び後
方向から4個ファイバ結合している。ここで、励起用半
導体レーザ光を効率良く光増幅用ドープ・ファイバに結
合するためには、光増幅用ドープ・ファイバとして、ク
ラッドが2重構造となったダブルクラッド構造の光ファ
イバを用いることが望ましい。このとき、励起用半導体
レーザ光は、WDM176により、ダブルクラッドの内
側クラッドに導入される。
In the present embodiment, four high-power semiconductor lasers coupled to a large-mode diameter fiber are coupled to four fibers from the front and four from the rear. Here, in order to efficiently couple the semiconductor laser light for excitation to the doped fiber for optical amplification, an optical fiber having a double clad structure having a double clad structure is used as the doped fiber for optical amplification. desirable. At this time, the semiconductor laser light for excitation is introduced into the inner clad of the double clad by the WDM 176.

【0090】前記半導体レーザ178、174は、光量
制御装置16Cによって制御されるようになっている。
The semiconductor lasers 178 and 174 are controlled by a light quantity control device 16C.

【0091】また、本実施形態では、光経路172n
構成する光ファイバとしてファイバ増幅器168n、1
71nが設けられているため、各ファイバ増幅器のゲイ
ンの差が各チャネルの光出力のばらつきとなる。このた
め、本実施形態では、各チャネルのファイバ増幅器(1
68n、171n)からの射出光の一部が分岐され、それ
ぞれの分岐端に設けられた光電変換素子180、181
によってそれぞれ光電変換されるようになっている。こ
れらの光電変換素子180、181の出力信号が光量制
御装置16Cに供給されるようになっている。
[0091] Further, in the present embodiment, the fiber amplifier 168 n, 1 as optical fibers constituting the optical path 172 n
Since 71 n is provided, the difference between the gains of the fiber amplifiers causes variations in the optical output of each channel. For this reason, in the present embodiment, the fiber amplifier (1
68 n , 171 n ) are partially branched, and photoelectric conversion elements 180, 181 provided at the respective branch ends.
Respectively, so that they are photoelectrically converted. The output signals of these photoelectric conversion elements 180 and 181 are supplied to the light quantity control device 16C.

【0092】光量制御装置16Cでは、各ファイバ増幅
器からの光出力が各増幅段で一定になるように(即ちバ
ランスするように)、各励起用半導体レーザ(178、
174)のドライブ電流をフィードバック制御するよう
になっている。
In the light amount control device 16C, each of the pumping semiconductor lasers (178, 178) is controlled so that the light output from each fiber amplifier becomes constant (ie, balanced) at each amplification stage.
The drive current of 174) is feedback-controlled.

【0093】さらに、本実施形態では、図11に示され
るように、波長変換部163の途中でビームスプリッタ
により分岐された光が光電変換素子182によって光電
変換され、該光電変換素子182の出力信号が光量制御
装置16Cに供給されるようになっている。光量制御装
置16Cでは、この光電変換素子182の出力信号に基
づいて波長変換部163における光強度をモニタし、波
長変換部163からの光出力が所定の光出力となるよう
に、励起用半導体レーザ178、174の少なくとも一
方のドライブ電流をフィードバック制御する。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the light split by the beam splitter in the middle of the wavelength converter 163 is photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 182, and the output signal of the photoelectric conversion element 182 is output. Is supplied to the light amount control device 16C. The light amount control device 16C monitors the light intensity in the wavelength conversion unit 163 based on the output signal of the photoelectric conversion element 182, and controls the excitation semiconductor laser so that the light output from the wavelength conversion unit 163 becomes a predetermined light output. At least one of the drive currents 178 and 174 is feedback-controlled.

【0094】このような構成とすることにより、各増幅
段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率が一定化さ
れるため、各ファイバ増幅器間に偏った負荷がかかるこ
とがなく全体として均一な光強度が得られる。また、波
長変換部163における光強度をモニタすることによ
り、予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバッ
クし、所望の紫外光出力を安定して得ることができる。
With such a configuration, the amplification factors of the fiber amplifiers of the respective channels are made constant for each amplification stage. Strength is obtained. Further, by monitoring the light intensity in the wavelength conversion unit 163, a predetermined predetermined light intensity is fed back to each amplification stage, and a desired ultraviolet light output can be stably obtained.

【0095】上述のようにして構成された光増幅部16
1(バンドル−ファイバ173を形成する各光ファイバ
出力端)からはパルス光がすべて円偏光に揃えられて出
力される。これら円偏光であるパルス光は、1/4波長
板162(図2参照)によって、すべて偏光方向が同一
方向となる直線偏光に変換され、次段の波長変換部16
3に入射する。
The optical amplifying unit 16 constructed as described above
From 1 (the output end of each optical fiber forming the bundle-fiber 173), all the pulsed lights are output in a state of being circularly polarized. These circularly polarized pulse lights are converted by the quarter-wave plate 162 (see FIG. 2) into linearly polarized lights, all of which have the same polarization direction.
3 is incident.

【0096】前記波長変換部163は、複数の非線形光
学結晶を含み、前記増幅されたパルス光(波長1.54
4μmの光)をその8倍高調波又は10倍高調波に波長
変換して、ArFエキシマレーザと同じ出力波長(19
3nm)あるいはF2レーザと同じ出力波長(157n
m)のパルス紫外光を発生する。
The wavelength converter 163 includes a plurality of nonlinear optical crystals, and the amplified pulse light (wavelength 1.54
(4 μm light) is wavelength-converted into its 8th harmonic or 10th harmonic, and the same output wavelength (19) as that of the ArF excimer laser.
3 nm) or the same output wavelength as the F 2 laser (157 n
m) pulsed ultraviolet light is generated.

【0097】図12(A)、(B)には、この波長変換
部163の構成例が示されている。ここで、これらの図
に基づいて波長変換部163の具体例について説明す
る。
FIGS. 12A and 12B show examples of the configuration of the wavelength converter 163. FIG. Here, a specific example of the wavelength conversion unit 163 will be described based on these drawings.

【0098】図12(A)は、ファイバーバンドル17
3の出力端から射出される波長1.544μmの基本波
を、非線形光学結晶を用いて8倍波(高調波)に波長変
換して、ArFエキシマレーザと同じ波長である193
nmの紫外光を発生する構成例を示す。また、図12
(B)は、ファイバーバンドル173の出力端から射出
される波長1.57μmの基本波を非線形光学結晶を用
いて10倍波の高調波発生を行い、F2レーザと同じ波
長である157nmの紫外光を発生する構成例を示す。
FIG. 12A shows the fiber bundle 17.
The wavelength of the fundamental wave having a wavelength of 1.544 μm emitted from the output end of No. 3 is converted into an eighth harmonic (harmonic wave) using a nonlinear optical crystal, and the wavelength is converted to 193 which is the same wavelength as that of the ArF excimer laser.
1 shows a configuration example for generating ultraviolet light of nm. FIG.
(B) shows that a fundamental wave having a wavelength of 1.57 μm emitted from the output end of the fiber bundle 173 is generated as a tenth harmonic using a nonlinear optical crystal, and an ultraviolet ray of 157 nm, which is the same wavelength as the F 2 laser, is generated. An example of a configuration for generating light is shown.

【0099】図12(A)の波長変換部では、基本波
(波長1.544μm)→2倍波(波長772nm)→
3倍波(波長515nm)→4倍波(波長386nm)
→7倍波(波長221nm)→8倍波(波長193n
m)の順に波長変換が行われる。
In the wavelength converter shown in FIG. 12A, the fundamental wave (wavelength: 1.544 μm) → the second harmonic wave (wavelength: 772 nm) →
Third harmonic (wavelength 515 nm) → fourth harmonic (wavelength 386 nm)
→ 7th harmonic (wavelength 221 nm) → 8th harmonic (wavelength 193n)
The wavelength conversion is performed in the order of m).

【0100】これを更に詳述すると、ファイバーバンド
ル173の出力端から出力される波長1.544μm
(周波数ω)の基本波は、1段目の非線形光学結晶53
3に入射する。基本波がこの非線形光学結晶533を通
る際に、2次高調波発生により基本波の周波数ωの2
倍、すなわち周波数2ω(波長は1/2の772nm)
の2倍波が発生する。
More specifically, the wavelength outputted from the output end of the fiber bundle 173 is 1.544 μm.
The fundamental wave of (frequency ω) is the first-stage nonlinear optical crystal 53
3 is incident. When the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal 533, the second harmonic generation causes the fundamental wave to have a frequency ω of 2
Double, ie, frequency 2ω (wavelength is 2 of 772 nm)
Is generated.

【0101】この1段目の非線形光学結晶533とし
て、LiB35(LBO)結晶が用いられ、基本波を2
倍波に波長変換するための位相整合にLBO結晶の温度
調節による方法、NCPM(Non-Critical Phase Match
ing)が使用される。NCPMは、非線形光学結晶内で
の基本波と第二高調波との角度ずれ(Walk-off)が起こら
ないため高効率で2倍波への変換を可能にし、また発生
した2倍波はいわゆるWalk-offによるビームの変形も受
けないため有利である。なお、図6(A)の場合には、
上述の1/4波長板162による直線偏光化は、非線形
光学結晶533において2倍波が最も効率良く発生する
偏光方向となるように行われる。かかる直線偏光の偏光
方向の設定は、1/4波長板162の光学軸の方向を調
整することによって行われる。
As the first-stage nonlinear optical crystal 533, a LiB 3 O 5 (LBO) crystal is used, and a fundamental wave of 2
A method by temperature control of LBO crystal for phase matching for wavelength conversion to harmonic, NCPM (Non-Critical Phase Match)
ing) is used. The NCPM enables high-efficiency conversion to a second harmonic wave because an angle shift (Walk-off) between the fundamental wave and the second harmonic in the nonlinear optical crystal does not occur. This is advantageous because the beam is not deformed by the walk-off. In the case of FIG. 6A,
The above-described linear polarization by the quarter-wave plate 162 is performed so that the nonlinear optical crystal 533 has a polarization direction in which the second harmonic is generated most efficiently. The setting of the polarization direction of the linearly polarized light is performed by adjusting the direction of the optical axis of the 波長 wavelength plate 162.

【0102】非線形光学結晶533で波長変換されずに
透過した基本波と、波長変換で発生した2倍波とは、次
段の波長板534でそれぞれ半波長、1波長の遅延が与
えられて、基本波のみその偏光方向が90度回転し、2
段目の非線形光学結晶536に入射する。2段目の非線
形光学結晶536としてLBO結晶が用いられるととも
に、そのLBO結晶は1段目の非線形光学結晶(LBO
結晶)533とは温度が異なるNCPMで使用される。
この非線形光学結晶536では、1段目の非線形光学結
晶533で発生した2倍波と、波長変換されずにその非
線形光学結晶533を透過した基本波とから和周波発生
により3倍波(波長515nm)を得る。
The fundamental wave transmitted without wavelength conversion by the nonlinear optical crystal 533 and the second harmonic wave generated by the wavelength conversion are given a half wavelength and a one wavelength delay by the next-stage wavelength plate 534, respectively. Only the fundamental wave rotates its polarization direction by 90 degrees,
The light is incident on the nonlinear optical crystal 536 of the stage. An LBO crystal is used as the second-stage nonlinear optical crystal 536, and the LBO crystal is the first-stage nonlinear optical crystal (LBO crystal).
Crystal) 533 is used in NCPM at a different temperature.
In this nonlinear optical crystal 536, a third harmonic (wavelength: 515 nm) is generated from the second harmonic generated in the first-stage nonlinear optical crystal 533 and the fundamental wave transmitted through the nonlinear optical crystal 533 without wavelength conversion. Get)

【0103】次に、非線形光学結晶536で得られた3
倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶536を
透過した基本波および2倍波とは、ダイクロイック・ミ
ラー537により分離され、ここで反射された3倍波は
集光レンズ540、及びダイクロイック・ミラー543
を通って4段目の非線形光学結晶545に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー537を透過した基本波お
よび2倍波は、集光レンズ538を通って3段目の非線
形光学結晶539に入射する。
Next, the 3D obtained by the nonlinear optical crystal 536
The harmonic, the fundamental wave and the second harmonic transmitted through the nonlinear optical crystal 536 without wavelength conversion are separated by a dichroic mirror 537, and the third harmonic reflected here is collected by a condenser lens 540 and a dichroic.・ Mirror 543
And enters the fourth-stage nonlinear optical crystal 545. On the other hand, the fundamental wave and the second harmonic transmitted through the dichroic mirror 537 pass through the condenser lens 538 and enter the third-stage nonlinear optical crystal 539.

【0104】3段目の非線形光学結晶539としてはL
BO結晶が用いられ、基本波が波長変換されずにそのL
BO結晶を透過するとともに、2倍波がLBO結晶で2
次高調波発生により4倍波(波長386nm)に変換さ
れる。非線形光学結晶539で得られた4倍波とそれを
透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー541に
より分離され、ここを透過した基本波は集光レンズ54
4を通るとともに、ダイクロイック・ミラー546で反
射されて5段目の非線形光学結晶548に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー541で反射された4倍波
は、集光レンズ542を通ってダイクロイック・ミラー
543に達し、ここでダイクロイック・ミラー537で
反射された3倍波と同軸に合成されて4段目の非線形光
学結晶545に入射する。
As the third-stage nonlinear optical crystal 539, L
A BO crystal is used, and the fundamental wave is
While passing through the BO crystal, the second harmonic is 2
It is converted into a fourth harmonic (wavelength 386 nm) by generation of the second harmonic. The fourth harmonic obtained by the nonlinear optical crystal 539 and the fundamental wave transmitted therethrough are separated by the dichroic mirror 541, and the fundamental wave transmitted therethrough is collected by the condenser lens 54.
4 and is reflected by a dichroic mirror 546 to enter a fifth-stage nonlinear optical crystal 548. On the other hand, the fourth harmonic reflected by the dichroic mirror 541 reaches the dichroic mirror 543 through the condensing lens 542, where it is coaxially combined with the third harmonic reflected by the dichroic mirror 537 to form a fourth stage. The light enters the nonlinear optical crystal 545 of the eye.

【0105】4段目の非線形光学結晶545としては、
β−BaB24(BBO)結晶が用いられ、3倍波と4
倍波とから和周波発生により7倍波(波長221nm)
を得る。非線形光学結晶545で得られた7倍波は集光
レンズ547を通るとともに、ダイクロイック・ミラー
546で、ダイクロイック・ミラー541を透過した基
本波と同軸に合成されて、5段目の非線形光学結晶54
8に入射する。
The fourth-stage nonlinear optical crystal 545 includes:
β-BaB 2 O 4 (BBO) crystal is used,
Seventh harmonic (wavelength 221 nm) by sum frequency generation from harmonics
Get. The seventh harmonic obtained by the non-linear optical crystal 545 passes through the condenser lens 547 and is coaxially synthesized by the dichroic mirror 546 with the fundamental wave transmitted through the dichroic mirror 541.
8 is incident.

【0106】5段目の非線形光学結晶548としてLB
O結晶が用いられ、基本波と7倍波とから和周波発生に
より8倍波(波長193nm)を得る。上記構成におい
て、7倍波発生用BBO結晶545、及び8倍波発生用
LBO結晶548のかわりに、CsLiB610(CL
BO)結晶あるいはLi24(LB4)結晶を用い
ることも可能である。
As the fifth-stage nonlinear optical crystal 548, LB
An O crystal is used, and an eighth harmonic (wavelength 193 nm) is obtained from the fundamental wave and the seventh harmonic by generating a sum frequency. In the above configuration, instead of the seventh harmonic generation BBO crystal 545 and the eighth harmonic generation LBO crystal 548, CsLiB 6 O 10 (CL
BO) crystal or Li 2 B 4 O 7 (LB4) crystal can also be used.

【0107】この図12(A)の構成例では、4段目の
非線形光学結晶545に3倍波と4倍波とが互いに異な
る光路を通って入射するので、3倍波を集光するレンズ
540と、4倍波を集光するレンズ542とを別々の光
路に置くことができる。3段目の非線形光学結晶539
で発生した4倍波はその断面形状がWalk-off現象により
長円形になっている。このため、4段目の非線形光学結
晶545で良好な変換効率を得るためには、その4倍波
のビーム整形を行うことが望ましい。この場合、集光レ
ンズ540、542を別々の光路に配置しているので、
例えばレンズ542としてシリンドリカルレンズ対を用
いることができ、4倍波のビーム整形を容易に行うこと
が可能となる。このため、4段目の非線形光学結晶(B
BO結晶)545での3倍波との重なりを良好にし、変
換効率を高めることが可能である。
In the configuration example of FIG. 12A, since the third harmonic and the fourth harmonic enter the fourth-stage nonlinear optical crystal 545 through optical paths different from each other, a lens for condensing the third harmonic. The 540 and the lens 542 that collects the fourth harmonic can be placed in separate optical paths. Third-stage nonlinear optical crystal 539
The cross-sectional shape of the fourth harmonic generated in the above is oval due to the walk-off phenomenon. Therefore, in order to obtain good conversion efficiency in the fourth-stage nonlinear optical crystal 545, it is desirable to perform beam shaping of its fourth harmonic. In this case, since the condenser lenses 540 and 542 are arranged in separate optical paths,
For example, a cylindrical lens pair can be used as the lens 542, and beam shaping of the fourth harmonic can be easily performed. Therefore, the fourth-stage nonlinear optical crystal (B
(BO crystal) 545, and the conversion efficiency can be increased.

【0108】さらに、5段目の非線形光学結晶548に
入射する基本波を集光するレンズ544と、7倍波を集
光するレンズ547とを別々の光路に置くことができ
る。4段目の非線形光学結晶545で発生した7倍波は
その断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
る。このため、5段目の非線形光学結晶548で良好な
変換効率を得るためには、その7倍波のビーム整形を行
うことが好ましい。本実施例では、集光レンズ544、
547を別々の光路に配置することができるので、例え
ばレンズ547としてシリンドリカルレンズ対を用いる
ことができ、7倍波のビーム整形を容易に行うことが可
能となる。このため、5段目の非線形光学結晶(LBO
結晶)548での基本波との重なりを良好にし、変換効
率を高めることが可能である。
Further, the lens 544 for condensing the fundamental wave incident on the fifth-stage nonlinear optical crystal 548 and the lens 547 for condensing the seventh harmonic can be placed on different optical paths. The seventh harmonic generated by the fourth-stage nonlinear optical crystal 545 has an elliptical cross-sectional shape due to the walk-off phenomenon. Therefore, in order to obtain good conversion efficiency in the fifth-stage nonlinear optical crystal 548, it is preferable to perform beam shaping of the seventh harmonic thereof. In the present embodiment, the condenser lens 544,
Since the 547s can be arranged in separate optical paths, for example, a pair of cylindrical lenses can be used as the lens 547, and the beam shaping of the seventh harmonic can be easily performed. Therefore, the fifth-stage nonlinear optical crystal (LBO)
It is possible to make the overlap with the fundamental wave at (crystal) 548 good and increase the conversion efficiency.

【0109】なお、2段目の非線形光学結晶536と4
段目の非線形光学結晶545との間の構成は図12
(A)に限られるものではなく、非線形光学結晶536
から発生してダイクロイック・ミラー537で反射され
る3倍波と、非線形光学結晶536から発生してダイク
ロイック・ミラー537を透過する2倍波を非線形光学
結晶539で波長変換して得られる4倍波とが同時に非
線形光学結晶545に入射するように、両非線形光学結
晶536、545間の2つの光路長が等しくなっていれ
ば、いかなる構成であっても構わない。このことは3段
目の非線形光学結晶539と5段目の非線形光学結晶5
48との間でも同様である。
The second-stage nonlinear optical crystals 536 and 4
The configuration between the non-linear optical crystal 545 of the stage and FIG.
It is not limited to (A), but a nonlinear optical crystal 536
And a fourth harmonic obtained by wavelength-converting the second harmonic generated by the dichroic mirror 537 and reflected by the dichroic mirror 537 and the second harmonic generated by the non-linear optical crystal 536 through the dichroic mirror 537. Any configuration may be used as long as the two optical path lengths between the two nonlinear optical crystals 536 and 545 are equal so that the light beams enter the nonlinear optical crystal 545 at the same time. This is because the third-stage nonlinear optical crystal 539 and the fifth-stage nonlinear optical crystal 5
The same applies to the case of 48.

【0110】図12(B)の波長変換部では、基本波
(波長1.57μm)→2倍波(波長785nm)→4
倍波(波長392.5nm)→8倍波(波長196.2
5nm)→10倍波(波長157nm)の順に波長変換
する。本構成例では2倍波発生から8倍波発生までの各
波長変換段において、各波長変換段に入射された波長の
2次高調波発生を行っている。
In the wavelength converter shown in FIG. 12B, the fundamental wave (wavelength 1.57 μm) → the second harmonic wave (wavelength 785 nm) → 4
Harmonic (wavelength 392.5 nm) → 8th harmonic (wavelength 196.2)
The wavelength is converted in the order of 5 nm) to 10th harmonic (wavelength: 157 nm). In this configuration example, in each wavelength conversion stage from the second harmonic generation to the eighth harmonic generation, the second harmonic generation of the wavelength incident on each wavelength conversion stage is performed.

【0111】また、本構成例では波長変換に使用する非
線型光学結晶として、基本波から2次高調波発生により
2倍波を発生する非線形光学結晶602としてLBO結
晶を使用し、2倍波から2次高調波発生により4倍波を
発生する非線形光学結晶604としてLBO結晶を使用
する。さらに、4倍波から2次高調波発生により8倍波
を発生する非線形光学結晶609にはSr2Be227
(SBBO)結晶を使用し、2倍波と8倍波とから和周
波発生により10倍波(波長157nm)を発生する非
線形光学結晶611にはSBBO結晶を使用する。
In this configuration example, as a nonlinear optical crystal used for wavelength conversion, an LBO crystal is used as a nonlinear optical crystal 602 for generating a second harmonic by generating a second harmonic from a fundamental wave. An LBO crystal is used as the nonlinear optical crystal 604 that generates the fourth harmonic by generating the second harmonic. Further, Sr 2 Be 2 B 2 O 7 is applied to the nonlinear optical crystal 609 for generating the eighth harmonic by the second harmonic generation from the fourth harmonic.
An (SBBO) crystal is used, and an SBBO crystal is used as the nonlinear optical crystal 611 that generates a tenth harmonic (wavelength: 157 nm) by sum frequency generation from the second harmonic and the eighth harmonic.

【0112】なお、非線形光学結晶602から発生する
2倍波は、集光レンズ603を通って非線形光学結晶6
04に入射し、この非線形光学結晶604は前述の4倍
波と波長変換されない2倍波とを発生する。次に、ダイ
クロイック・ミラー605を透過する2倍波は集光レン
ズ606を通るとともに、ダイクロイック・ミラー60
7で反射されて非線形光学結晶611に入射する。一
方、ダイクロイック・ミラー605で反射された4倍波
は、集光レンズ608を通って非線形光学結晶609に
入射し、ここで発生される8倍波は集光レンズ610、
及びダイクロイック・ミラー607を通って非線形光学
結晶611に入射する。さらに非線形光学結晶611
は、ダイクロイック・ミラー607で同軸に合成される
2倍波と8倍波とから和周波発生により10倍波(波長
157nm)を発生する。
The second harmonic generated from the nonlinear optical crystal 602 passes through the condenser lens 603 and passes through the nonlinear optical crystal 6.
In this case, the nonlinear optical crystal 604 generates the above-described fourth harmonic and a second harmonic whose wavelength is not converted. Next, the second harmonic transmitted through the dichroic mirror 605 passes through the condenser lens 606 and the dichroic mirror 60
The light is reflected by 7 and enters the nonlinear optical crystal 611. On the other hand, the fourth harmonic reflected by the dichroic mirror 605 is incident on the nonlinear optical crystal 609 through the condenser lens 608, and the eighth harmonic generated here is collected by the condenser lens 610,
Then, the light enters the nonlinear optical crystal 611 through the dichroic mirror 607. Further, the nonlinear optical crystal 611
Generates a 10th harmonic (wavelength: 157 nm) from the second harmonic and the eighth harmonic that are coaxially synthesized by the dichroic mirror 607 by generating a sum frequency.

【0113】ところで、本構成例では2段目の非線形光
学結晶604から発生する2倍波と4倍波とをダイクロ
イック・ミラー605で分岐することで、ここを透過し
た2倍波と、4倍波を非線形光学結晶609で波長変換
して得られる8倍波とが互いに異なる光路を通って4段
目の非線形光学結晶611に入射するように構成した
が、ダイクロイック・ミラー605、607を用いずに
4つの非線形光学結晶602、604、609、611
を同一光軸上に配置してもよい。
By the way, in the present configuration example, the second harmonic and the fourth harmonic generated from the second-stage nonlinear optical crystal 604 are branched by the dichroic mirror 605, so that the second harmonic and the fourth harmonic are transmitted therethrough. The eighth harmonic obtained by wavelength-converting the wave by the nonlinear optical crystal 609 is configured to enter the fourth-stage nonlinear optical crystal 611 through different optical paths, but without using the dichroic mirrors 605 and 607. Four nonlinear optical crystals 602, 604, 609, 611
May be arranged on the same optical axis.

【0114】但し、本構成例では2段目の非線形光学結
晶604で発生した4倍波はその断面形状がWalk-off現
象により長円形になっている。このため、このビームを
入力とする4段目の非線形光学結晶611で良好な変換
効率を得るためには、入射ビームとなる4倍波のビーム
形状を整形し、2倍波との重なりを良好にすることが望
ましい。本構成例では、集光レンズ606、608を別
々の光路に配置することができるので、例えばレンズ6
08としてシリンドリカルレンズを用いることが可能に
なり、4倍波のビーム整形を容易に行うことができる。
このため、4段目の非線形光学結晶611での2倍波と
の重なりを良好にし、変換効率を高めることが可能であ
る。
However, in this configuration example, the fourth harmonic generated in the second-stage nonlinear optical crystal 604 has an oval cross section due to the Walk-off phenomenon. For this reason, in order to obtain good conversion efficiency in the fourth-stage nonlinear optical crystal 611 using this beam as an input, the beam shape of the fourth harmonic wave as an incident beam is shaped to improve the overlap with the second harmonic wave. Is desirable. In the present configuration example, the condenser lenses 606 and 608 can be arranged in separate optical paths.
As 08, a cylindrical lens can be used, and beam shaping of the fourth harmonic can be easily performed.
For this reason, it is possible to make the overlap with the second harmonic in the fourth-stage nonlinear optical crystal 611 good, and to increase the conversion efficiency.

【0115】なお、上記図12(A)、(B)に示され
る波長変換部は一例であって、本発明の波長変換部の構
成がこれに限定されないことは勿論である。
The wavelength converters shown in FIGS. 12A and 12B are merely examples, and the configuration of the wavelength converter of the present invention is not limited to this.

【0116】図2に戻り、前記ビームモニタ機構164
は、ここではファブリペロー・エタロン(Fabry-Perot
etalon:以下、「エタロン素子」ともいう)及びフォト
ダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ
(いずれも図示省略)から構成されている。ビームモニ
タ機構164を構成するエタロン素子に入射した光は、
エタロン素子の共鳴周波数と入射光の周波数との周波数
差に対応した透過率で透過され、この時の透過光強度を
検出したフォトダイオード等の出力信号がレーザ制御装
置16Bに供給される。レーザ制御装置16Bではこの
信号に所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ
機構164、具体的にはエタロン素子に対する入射光の
光学特性に関する情報(具体的は、入射光の中心波長及
び波長幅(スペクトル半値幅)等を得る。そして、この
光学特性に関する情報は、リアルタイムで主制御装置5
0に通知される。
Returning to FIG. 2, the beam monitor mechanism 164
Here is the Fabry-Perot etalon
etalon: hereinafter, also referred to as an “etalon element” and an energy monitor (not shown) including a photoelectric conversion element such as a photodiode. Light incident on the etalon element constituting the beam monitor mechanism 164 is
The light is transmitted at a transmittance corresponding to the frequency difference between the resonance frequency of the etalon element and the frequency of the incident light, and an output signal of a photodiode or the like that detects the transmitted light intensity at this time is supplied to the laser control device 16B. The laser control device 16B performs predetermined signal processing on this signal to obtain information on the optical characteristics of the incident light with respect to the beam monitor mechanism 164, specifically, the etalon element (specifically, the center wavelength and the wavelength width of the incident light ( The information on the optical characteristics is obtained in real time by the main controller 5.
0 is notified.

【0117】エタロン素子の生成する透過光強度の周波
数特性は、雰囲気の温度や圧力の影響を受け、特にその
共鳴周波数(共鳴波長)は温度依存性がある。このた
め、このエタロン素子の検出結果に基づいてレーザ光源
160Aから発振されるレーザ光の中心波長やスペクト
ル半値幅を精度良く制御するためには、この共鳴波長の
温度依存性を調べておくことが重要である。本実施形態
では、この共鳴波長の温度依存性を予め計測し、この計
測結果が温度依存性マップとして主制御装置50に併設
された記憶装置としてのメモリ51(図1参照)に記憶
されている。そして、主制御装置50では、ビームモニ
タ機構164の絶対波長キャリブレーションの際等に、
エタロン素子の透過率が最大となる共鳴波長(検出基準
波長)が設定波長に正確に一致するようにするため、レ
ーザ制御装置16Bに指示を与えて、ビームモニタ機構
164内のエタロン素子の温度を積極的に制御するよう
になっている。
The frequency characteristics of the transmitted light intensity generated by the etalon element are affected by the temperature and pressure of the atmosphere, and the resonance frequency (resonance wavelength) is temperature-dependent. Therefore, in order to accurately control the center wavelength and the spectral half width of the laser beam oscillated from the laser light source 160A based on the detection result of the etalon element, it is necessary to examine the temperature dependence of the resonance wavelength. is important. In the present embodiment, the temperature dependence of the resonance wavelength is measured in advance, and the measurement result is stored as a temperature dependence map in a memory 51 (see FIG. 1) as a storage device provided in the main control device 50. . Then, the main controller 50 performs, for example, when the absolute wavelength calibration of the beam monitor mechanism 164 is performed.
In order to make the resonance wavelength (detection reference wavelength) at which the transmittance of the etalon element becomes the maximum exactly coincide with the set wavelength, an instruction is given to the laser control device 16B so that the temperature of the etalon element in the beam monitor mechanism 164 is reduced. They are actively controlled.

【0118】また、ビームモニタ機構164を構成する
エネルギモニタの出力は、主制御装置50に供給されて
おり、主制御装置50ではエネルギモニタの出力に基づ
いてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装
置16Bを介してDFB半導体レーザ160Aで発振さ
れるレーザ光の光量を必要に応じて制御したり、DFB
半導体レーザ160Aをオフしたりする。但し、本実施
形態では、後述するように、通常の光量制御(露光量制
御)は、主として光量制御装置16Cにより、光変調装
置160Cの出力パルス光のピークパワーあるいは周波
数の制御、又は光増幅部161を構成する各ファイバ増
幅器の出力光のオン・オフ制御によって行われるので、
レーザ光のエネルギパワーが何らかの原因で大きく変動
した場合に主制御装置50がレーザ制御装置16Bを上
記の如く制御することとなる。
The output of the energy monitor constituting the beam monitor mechanism 164 is supplied to the main controller 50. The main controller 50 detects the energy power of the laser beam based on the output of the energy monitor, and The amount of the laser light oscillated by the DFB semiconductor laser 160A via the control device 16B is controlled as necessary,
For example, the semiconductor laser 160A is turned off. However, in the present embodiment, as will be described later, the normal light amount control (exposure amount control) is mainly performed by the light amount control device 16C to control the peak power or frequency of the output pulse light of the light modulation device 160C, or to control the light amplification unit. 161 is performed by on / off control of the output light of each fiber amplifier.
When the energy power of the laser light fluctuates greatly for some reason, main controller 50 controls laser controller 16B as described above.

【0119】前記吸収セル165は、DFB半導体レー
ザ160Aの発振波長の絶対波長キャリブレーション、
すなわちビームモニタ機構164の絶対波長キャリブレ
ーションのための絶対波長源である。本実施形態では、
この吸収セル165として、レーザ光源として発振波長
1.544μmのDFB半導体レーザ160Aが用いら
れている関係から、この波長近傍の波長帯域に吸収線が
密に存在するアセチレンの同位体が用いられている。
The absorption cell 165 performs absolute wavelength calibration of the oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser 160A,
That is, it is an absolute wavelength source for absolute wavelength calibration of the beam monitor mechanism 164. In this embodiment,
Since the absorption cell 165 uses a DFB semiconductor laser 160A having an oscillation wavelength of 1.544 μm as a laser light source, an isotope of acetylene having an absorption line densely in a wavelength band near this wavelength is used. .

【0120】なお、後述するように、レーザ光の波長の
モニタ用の光として、基本波とともにあるいはこれに代
えて、上述した波長変換部163の中間波(2倍波、3
倍波、4倍波等)あるいは波長変換後の光を選択する場
合には、それらの中間波等の波長帯域に吸収線が密に存
在する吸収セルを用いればよい。例えば、波長のモニタ
用の光として、3倍波を選択する場合には、波長503
nm〜530nmの近傍に吸収線が密に存在するヨウ素
分子を吸収セルとして用い、そのヨウ素分子の適切な吸
収線を選んでその波長を絶対波長とすればよい。
As will be described later, as the light for monitoring the wavelength of the laser light, together with or instead of the fundamental wave, the intermediate wave (second harmonic wave, third wave) of the above-described wavelength converter 163 is used.
In the case of selecting a harmonic wave, a fourth harmonic wave or the like, or light after wavelength conversion, an absorption cell in which absorption lines exist densely in a wavelength band such as an intermediate wave may be used. For example, when the third harmonic is selected as the wavelength monitoring light, the wavelength 503 is selected.
An iodine molecule having an absorption line densely in the vicinity of nm to 530 nm may be used as an absorption cell, an appropriate absorption line of the iodine molecule may be selected, and the wavelength may be used as an absolute wavelength.

【0121】また、絶対波長源としては、吸収セルに限
らず、絶対波長光源を用いてもよい。
The absolute wavelength source is not limited to the absorption cell, but may be an absolute wavelength light source.

【0122】前記レーザ制御装置16Bは、ビームモニ
タ機構164の出力に基づいてレーザ光の中心波長及び
波長幅(スペクトル半値幅)を検出し、中心波長が所望
の値(設定波長)となるようにDFB半導体レーザ16
0Aの温度制御(及び電流制御)をフィードバック制御
にて行う。本実施形態では、DFB半導体レーザ160
Aの温度を0.001℃単位で制御することが可能とな
っている。
The laser control device 16B detects the center wavelength and the wavelength width (spectral half width) of the laser beam based on the output of the beam monitoring mechanism 164 so that the center wavelength becomes a desired value (set wavelength). DFB semiconductor laser 16
The temperature control (and current control) of 0 A is performed by feedback control. In this embodiment, the DFB semiconductor laser 160
The temperature of A can be controlled in 0.001 ° C. units.

【0123】また、このレーザ制御装置16Bは、主制
御装置50からの指示に応じて、DFB半導体レーザ1
60Aのパルス出力と連続出力との切替、及びそのパル
ス出力時における出力間隔やパルス幅などの制御を行う
とともに、パルス光の出力変動を補償するように、DF
B半導体レーザ160Aの発振制御を行う。
The laser control device 16B operates in response to an instruction from the main control device 50,
Switching between a pulse output of 60 A and continuous output, control of an output interval and a pulse width at the time of the pulse output, and control of the DF so as to compensate for output fluctuation of the pulsed light.
The oscillation of the B semiconductor laser 160A is controlled.

【0124】このようにして、レーザ制御装置16Bで
は、発振波長を安定化して一定の波長に制御したり、あ
るいは出力波長を微調整する。逆に、このレーザ制御装
置16Bは、主制御装置50からの指示に応じて、DF
B半導体レーザ160Aの発振波長を積極的に変化させ
てその出力波長を調整することもある。
As described above, in the laser control device 16B, the oscillation wavelength is stabilized and controlled to a constant wavelength, or the output wavelength is finely adjusted. Conversely, the laser controller 16B responds to an instruction from the main controller 50 to
The output wavelength may be adjusted by positively changing the oscillation wavelength of the B semiconductor laser 160A.

【0125】例えば、前者によれば、波長変動による投
影光学系PLの収差(結像特性)の発生、又はその変動
が防止され、パターン転写中にその像特性(像質などの
光学的特性)が変化することがなくなる。
For example, according to the former, the occurrence of the aberration (imaging characteristics) of the projection optical system PL due to the wavelength fluctuation or the fluctuation thereof is prevented, and the image characteristics (optical characteristics such as image quality) during the pattern transfer are prevented. Will not change.

【0126】また、後者によれば、露光装置が組立、調
整される製造現場と露光装置の設置場所(納入先)との
標高差や気圧差、更には環境(クリーンルーム内の雰囲
気)の違いなどに応じて生じる投影光学系PLの結像特
性(収差など)の変動を相殺でき、納入先で露光装置の
立ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。更
に、後者によれば、露光装置の稼働中に、露光用照明光
の照射、及び大気圧変化などに起因して生じる投影光学
系PLの収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動も相
殺でき、常に最良の結像状態でパターン像を基板上に転
写することが可能となる。
According to the latter, an altitude difference and a pressure difference between a manufacturing site where an exposure apparatus is assembled and adjusted and an installation place (delivery destination) of the exposure apparatus, and a difference in environment (atmosphere in a clean room) and the like. Therefore, fluctuations in the imaging characteristics (such as aberration) of the projection optical system PL that occur in accordance with the above conditions can be offset, and the time required to start up the exposure apparatus at the delivery destination can be reduced. Furthermore, according to the latter, during the operation of the exposure apparatus, it is possible to cancel the variation of the aberration, projection magnification, and focal position of the projection optical system PL caused by the irradiation of the exposure illumination light and the change in the atmospheric pressure. Thus, the pattern image can always be transferred onto the substrate in the best image forming state.

【0127】前記光量制御装置16Cは、前述したよう
に、光増幅部161内のファイバ増幅器168n、17
nの光出力を検出する光電変換素子180、181の
出力に基づいて各励起用半導体レーザ(178、17
4)のドライブ電流をフィードバック制御して、各増幅
段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率を一定化さ
せる機能と、波長変換部163途中でビームスプリッタ
により分岐された光を検出する光電変換素子182の出
力信号に基づいて、励起用半導体レーザ178、174
の少なくとも一方のドライブ電流をフィードバック制御
して予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバッ
クし、所望の紫外光出力を安定させる機能とを有する。
As described above, the light quantity control device 16C includes the fiber amplifiers 168 n , 17
Each excitation semiconductor laser (178, 17) is based on the output of the photoelectric conversion element 180, 181, which detects the 1 n light output.
4) feedback control of the drive current to stabilize the amplification factor of the fiber amplifier of each channel for each amplification stage, and a photoelectric conversion element for detecting light split by the beam splitter in the wavelength conversion section 163 182, based on the output signal of the semiconductor laser 182,
A feedback control of at least one of the drive currents to feed back a predetermined light intensity to each amplification stage to stabilize a desired ultraviolet light output.

【0128】更に、本実施形態では、光量制御装置16
Cは、次のような機能をも有している。
Further, in the present embodiment, the light amount control device 16
C also has the following functions.

【0129】すなわち、光量制御装置16Cは、 主制御装置50からの指示に応じて、ファイバーバ
ンドル173を構成する各チャネルのファイバの出力、
すなわち各光経路172nの出力を個別にオン・オフ制
御することにより、バンドル全体での平均光出力の制御
を行う機能(以下、便宜上「第1の機能」と呼ぶ)と、 主制御装置50からの指示に応じて、光変調装置1
60Cから出力されるパルス光の周波数を制御すること
により、単位時間当たりの光増幅部161の各チャネル
の平均光出力(出力エネルギ)、すなわち単位時間当た
りの各光経路172nからの出力光の強度を制御する機
能(以下、便宜上「第2の機能」と呼ぶ)と、 主制御装置50からの指示に応じて、光変調装置1
60Cから出力されるパルス光のピークパワーを制御す
ることにより、単位時間当たりの光増幅部161の各チ
ャネルの平均光出力(出力エネルギ)、すなわち単位時
間当たりの各光経路172nからの出力光の強度を制御
する機能(以下、便宜上「第3の機能」と呼ぶ)と、を
有する。
That is, in response to an instruction from the main controller 50, the light amount controller 16C outputs the output of the fiber of each channel constituting the fiber bundle 173,
That is, a function of controlling the average light output of the entire bundle by individually turning on and off the output of each optical path 172 n (hereinafter, referred to as a “first function” for convenience) and a main controller 50 The light modulation device 1
By controlling the frequency of the pulsed light output from the 60C, the average light output (output energy) of each channel of the optical amplifying unit 161 per unit time, that is, the output light from each optical path 172 n per unit time is output. A function for controlling the intensity (hereinafter, referred to as a “second function” for convenience) and an optical modulation device 1 according to an instruction from main controller 50.
By controlling the peak power of the pulsed light output from the 60C, the average light output (output energy) of each channel of the optical amplifier 161 per unit time, that is, the output light from each optical path 172 n per unit time. (Hereinafter, referred to as “third function” for convenience).

【0130】本実施形態では、後述する露光に際して、
光量制御装置16Cの上記第1の機能により露光量の粗
調整を行い、第2、第3の機能を用いて露光量の微調整
を行うようになっている。
In the present embodiment, upon exposure to be described later,
The first function of the light quantity control device 16C performs coarse adjustment of the exposure amount, and fine adjustment of the exposure amount is performed using the second and third functions.

【0131】光量制御装置16Cは、この他、主制御装
置50からの指示に基づいてパルス出力の開始と停止な
ども制御する。
The light quantity control device 16C also controls the start and stop of pulse output based on an instruction from the main control device 50.

【0132】以上のようにして、光源部16Aから出力
された光は、主制御装置50の制御の下で、露光期間す
なわち光変調装置160Cにおけるパルス列変調期間の
み光を透過させる光シャッタ17を介して射出される。
こうして、光源装置16からは、露光期間に光パルス列
のみが射出される。
As described above, under the control of the main controller 50, the light output from the light source section 16A passes through the optical shutter 17 that transmits light only during the exposure period, that is, during the pulse train modulation period in the light modulator 160C. Is injected.
Thus, only the light pulse train is emitted from the light source device 16 during the exposure period.

【0133】図1に戻り、前記照明光学系12は、ビー
ム整形光学系18、オプティカルインテグレータ(ホモ
ジナイザ)としてのフライアイレンズ系22、照明系開
口絞り板24、ビームスプリッタ26、第1リレーレン
ズ28A、第2リレーレンズ28B、固定レチクルブラ
インド30A、可動レチクルブラインド30B、光路折
り曲げ用のミラーM及びコンデンサレンズ32等を備え
ている。
Returning to FIG. 1, the illumination optical system 12 includes a beam shaping optical system 18, a fly-eye lens system 22 as an optical integrator (homogenizer), an illumination system aperture stop plate 24, a beam splitter 26, and a first relay lens 28A. , A second relay lens 28B, a fixed reticle blind 30A, a movable reticle blind 30B, a mirror M for bending the optical path, a condenser lens 32, and the like.

【0134】前記ビーム整形光学系18は、光源装置1
6の波長変換部163の波長変換により発生した紫外域
の光、(以下、「レーザビーム」と呼ぶ)LBの断面形
状を、該レーザビームLBの光路後方に設けられたフラ
イアイレンズ系22に効率良く入射するように整形する
もので、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ
(いずれも図示省略)等で構成される。
The beam shaping optical system 18 includes the light source device 1
The cross-sectional shape of the ultraviolet light (hereinafter referred to as “laser beam”) LB generated by the wavelength conversion of the wavelength conversion unit 163 of FIG. 6 is converted to the fly-eye lens system 22 provided behind the optical path of the laser beam LB. The beam is shaped so as to be incident efficiently, and includes, for example, a cylinder lens and a beam expander (both not shown).

【0135】前記フライアイレンズ系22は、ビーム整
形光学系18から出たレーザビームLBの光路上に配置
され、レチクルRを均一な照度分布で照明するために多
数の光源像からなる面光源、即ち2次光源を形成する。
この2次光源から射出されるレーザビームを本明細書に
おいては、「露光光IL」とも呼んでいる。
The fly-eye lens system 22 is arranged on the optical path of the laser beam LB emitted from the beam shaping optical system 18, and is a surface light source comprising a large number of light source images for illuminating the reticle R with a uniform illuminance distribution. That is, a secondary light source is formed.
The laser beam emitted from the secondary light source is also referred to as “exposure light IL” in this specification.

【0136】フライアイレンズ系22の射出面の近傍
に、円板状部材から成る照明系開口絞り板24が配置さ
れている。この照明系開口絞り板24には、等角度間隔
で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円
形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さ
くするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞
り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置し
て成る変形開口絞り(図1ではこのうちの2種類の開口
絞りのみが図示されている)等が配置されている。この
照明系開口絞り板24は、主制御装置50により制御さ
れるモータ等の駆動装置40により回転されるようにな
っており、これによりレチクルパターンに応じていずれ
かの開口絞りが露光光ILの光路上に選択的に設定され
る。
In the vicinity of the exit surface of the fly-eye lens system 22, an illumination system aperture stop plate 24 made of a disc-like member is arranged. The illumination system aperture stop plate 24 includes, at equal angular intervals, an aperture stop composed of, for example, a normal circular aperture, an aperture stop composed of a small circular aperture, for reducing the σ value, which is a coherence factor, and a ring for annular illumination. A band-shaped aperture stop, a modified aperture stop having a plurality of apertures eccentrically arranged for the modified light source method (only two types of aperture stops are shown in FIG. 1) and the like are arranged. . The illumination system aperture stop plate 24 is configured to be rotated by a driving device 40 such as a motor controlled by a main control device 50, so that one of the aperture stops responds to the exposure light IL according to the reticle pattern. It is selectively set on the optical path.

【0137】照明系開口絞り板24から出た露光光IL
の光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプ
リッタ26が配置され、更にこの後方の光路上に、固定
レチクルブラインド30A及び可動レチクルブラインド
30Bを介在させて第1リレーレンズ28A及び第2リ
レーレンズ28Bから成るリレー光学系が配置されてい
る。
Exposure light IL emitted from illumination system aperture stop plate 24
A beam splitter 26 having a small reflectance and a large transmittance is disposed on the optical path of the first relay lens 28A, and the first relay lens 28A and the second relay A relay optical system including a lens 28B is provided.

【0138】固定レチクルブラインド30Aは、レチク
ルRのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルR上の照明領域42Rを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド30Aの近傍に走査方向の位置及び幅
が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド30B
が配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レ
チクルブラインド30Bを介して照明領域42Rを更に
制限することによって、不要な部分の露光が防止される
ようになっている。
The fixed reticle blind 30A is arranged on a plane slightly defocused from a plane conjugate to the pattern plane of the reticle R, and has a rectangular opening defining an illumination area 42R on the reticle R. Further, a movable reticle blind 30B having an opening whose position and width in the scanning direction are variable near the fixed reticle blind 30A.
Is arranged, and at the start and end of the scanning exposure, the illumination area 42R is further restricted via the movable reticle blind 30B, so that exposure of an unnecessary portion is prevented.

【0139】リレー光学系を構成する第2リレーレンズ
28B後方の露光光ILの光路上には、当該第2リレー
レンズ28Bを通過した露光光ILをレチクルRに向け
て反射する折り曲げミラーMが配置され、このミラーM
後方の露光光ILの光路上にコンデンサレンズ32が配
置されている。
A bending mirror M for reflecting the exposure light IL passing through the second relay lens 28B toward the reticle R is disposed on the optical path of the exposure light IL behind the second relay lens 28B constituting the relay optical system. And this mirror M
A condenser lens 32 is arranged on the optical path of the rear exposure light IL.

【0140】更に、照明光学系12内のビームスプリッ
タ26で垂直に折り曲げられる一方の光路上、他方の光
路上には、インテグレータセンサ46、反射光モニタ4
7がそれぞれ配置されている。これらインテグレータセ
ンサ46、反射光モニタ47としては、遠紫外域及び真
空紫外域で感度が良く、且つ光源装置16のパルス発光
を検出するために高い応答周波数を有するSi系PIN
型フォトダイオードが用いられている。なお、インテグ
レータセンサ46、反射光モニタ47としてGaN系結
晶を有する半導体受光素子を用いることも可能である。
Further, an integrator sensor 46 and a reflected light monitor 4 are provided on one of the optical paths which are bent vertically by the beam splitter 26 in the illumination optical system 12 and on the other optical path.
7 are arranged respectively. The integrator sensor 46 and the reflected light monitor 47 have a high sensitivity in the deep ultraviolet region and the vacuum ultraviolet region, and have a high response frequency for detecting the pulse light emission of the light source device 16.
Type photodiodes are used. Note that a semiconductor light receiving element having a GaN-based crystal can be used as the integrator sensor 46 and the reflected light monitor 47.

【0141】以上の構成において、フライアイレンズ系
22の入射面、可動レチクルブラインド30Bの配置
面、レチクルRのパターン面は、光学的に互いに共役に
設定され、フライアイレンズ系22の射出面側に形成さ
れる光源面、投影光学系PLのフーリエ変換面(射出瞳
面)は光学的に互いに共役に設定され、ケーラー照明系
となっている。
In the above configuration, the entrance surface of the fly-eye lens system 22, the arrangement surface of the movable reticle blind 30B, and the pattern surface of the reticle R are optically set to be conjugate with each other. The light source surface and the Fourier transform surface (exit pupil surface) of the projection optical system PL are optically set to be conjugate to each other to form a Koehler illumination system.

【0142】このようにして構成された照明系12の作
用を簡単に説明すると、光源装置16からパルス発光さ
れたレーザビームLBは、ビーム整形光学系18に入射
して、ここで後方のフライアイレンズ系22に効率良く
入射するようにその断面形状が整形された後、フライア
イレンズ系22に入射する。これにより、フライアイレ
ンズ系22の射出側焦点面(照明光学系12の瞳面)に
2次光源が形成される。この2次光源から射出された露
光光ILは、照明系開口絞り板24上のいずれかの開口
絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビー
ムスプリッタ26に至る。このビームスプリッタ26を
透過した露光光ILは、第1リレーレンズ28Aを経て
固定レチクルブラインド30Aの矩形の開口部及び可動
レチクルブラインド30Bを通過した後、第2リレーレ
ンズ28Bを通過してミラーMによって光路が垂直下方
に折り曲げられた後、コンデンサレンズ32を経て、レ
チクルステージRST上に保持されたレチクルR上の矩
形の照明領域42Rを均一な照度分布で照明する。
The operation of the illumination system 12 configured as described above will be briefly described. A laser beam LB pulse-emitted from the light source device 16 enters a beam shaping optical system 18 where a rear fly-eye is formed. After its cross-sectional shape is shaped so as to efficiently enter the lens system 22, the light enters the fly-eye lens system 22. As a result, a secondary light source is formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens system 22 (pupil plane of the illumination optical system 12). The exposure light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 24, and then reaches a beam splitter 26 having a large transmittance and a small reflectance. The exposure light IL transmitted through the beam splitter 26 passes through the first relay lens 28A, passes through the rectangular opening of the fixed reticle blind 30A and the movable reticle blind 30B, passes through the second relay lens 28B, and is mirrored by the mirror M. After the optical path is bent vertically downward, the rectangular illumination area 42R on the reticle R held on the reticle stage RST is illuminated with a uniform illuminance distribution via the condenser lens 32.

【0143】一方、ビームスプリッタ26で反射された
露光光ILは、集光レンズ44を介してインテグレータ
センサ46で受光され、インテグレータセンサ46の光
電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びA/D
変換器を介して出力DS(digit/pulse)として主制御装
置50に供給される。このインテグレータセンサ46の
出力DSと、ウエハWの表面上での露光光ILの照度
(露光量)との相関係数は、主制御装置50に併設され
た記憶装置としてのメモリ51内に記憶されている。
On the other hand, the exposure light IL reflected by the beam splitter 26 is received by an integrator sensor 46 via a condenser lens 44, and a photoelectric conversion signal of the integrator sensor 46 is converted into a peak hold circuit (not shown) and an A / D converter.
It is supplied to the main controller 50 as an output DS (digit / pulse) via a converter. The correlation coefficient between the output DS of the integrator sensor 46 and the illuminance (exposure amount) of the exposure light IL on the surface of the wafer W is stored in a memory 51 provided as a storage device provided in the main controller 50. ing.

【0144】また、レチクルR上の照明領域42Rを照
明しそのレチクルのパターン面(図1における下面)で
反射された反射光束は、コンデンサレンズ32、リレー
光学系を前と逆向きに通過し、ビームスプリッタ26で
反射され、集光レンズ48を介して反射光モニタ47で
受光される。また、Zチルトステージ58が投影光学系
PLの下方にある場合には、レチクルのパターン面を透
過した露光光ILは、投影光学系PL及びウエハWの表
面(あるいは後述する基準マーク板FM表面)で反射さ
れ、その反射光束は、投影光学系PL、レチクルR、コ
ンデンサレンズ32、リレー光学系を前と逆向きに順次
通過し、ビームスプリッタ26で反射され、集光レンズ
48を介して反射光モニタ47で受光される。また、ビ
ームスプリッタ26とウエハWとの間に配置される各光
学素子はその表面に反射防止膜が形成されているもの
の、その表面で露光光ILがわずかに反射され、これら
反射光も反射光モニタ47で受光される。この反射光モ
ニタ47の光電変換信号が、不図示のピークホールド回
路及びA/D変換器を介して主制御装置50に供給され
る。反射光モニタ47は、本実施形態では、主としてウ
エハWの反射率の測定等に用いられる。なお、この反射
光モニタ47を、レチクルRの透過率の事前測定の際に
用いてもよい。
The illuminated area 42R on the reticle R, and the reflected light beam reflected on the pattern surface of the reticle (the lower surface in FIG. 1) passes through the condenser lens 32 and the relay optical system in the opposite direction to the front, and The light is reflected by the beam splitter 26 and received by a reflected light monitor 47 via a condenser lens 48. When the Z tilt stage 58 is below the projection optical system PL, the exposure light IL transmitted through the pattern surface of the reticle is applied to the projection optical system PL and the surface of the wafer W (or the surface of a reference mark plate FM described later). The reflected light flux passes through the projection optical system PL, the reticle R, the condenser lens 32, and the relay optical system sequentially in the opposite direction to the front, is reflected by the beam splitter 26, and is reflected by the condensing lens 48. The light is received by the monitor 47. Each optical element disposed between the beam splitter 26 and the wafer W has an anti-reflection film formed on the surface thereof, but the exposure light IL is slightly reflected on the surface, and the reflected light is also reflected light. The light is received by the monitor 47. The photoelectric conversion signal of the reflected light monitor 47 is supplied to the main controller 50 via a peak hold circuit and an A / D converter (not shown). In this embodiment, the reflected light monitor 47 is mainly used for measuring the reflectance of the wafer W and the like. Note that the reflected light monitor 47 may be used for the preliminary measurement of the transmittance of the reticle R.

【0145】なお、フライアイレンズ系22として、例
えば特開平1−235289号公報(対応米国特許第
5,307,207号)、特開平7−142354号
(対応米国特許第5,534,970号)などに開示さ
れるダブルフライアイレンズ系を採用し、ケーラー照明
系を構成してもよい。
As the fly-eye lens system 22, for example, JP-A-1-235289 (corresponding US Pat. No. 5,307,207) and JP-A-7-142354 (corresponding US Pat. No. 5,534,970) ) May be used to form a Koehler illumination system.

【0146】また、フライアイレンズ系22とともに、
回折光学素子(diffractive optical element)を用い
てもよい。かかる回折光学素子を用いる場合には、光源
装置16と照明光学系12とを回折光学素子を介して接
続するようにしてもよい。すなわち、ファイバーバンド
ル173の各ファイバに対応して回折素子が形成される
回折光学素子をビーム整形光学系18に設け、各ファイ
バから出力されるレーザビームを回折させて、フライア
イレンズ系22の入射面上で重畳させるようにしてもよ
い。本例では、ファイバーバンドル173の出力端を照
明光学系の瞳面に配置してもよいが、この場合には第1
の機能(間引き)によってその瞳面上での強度分布(即
ち2次光源の形状や大きさなど)が変化することにな
り、レチクルパターンに最適な形状、大きさとは異なっ
てしまうことがある。そこで、前述の回折光学素子など
を用いて照明光学系の瞳面、又はオプティカルインテグ
レータの入射面上で各ファイバからのレーザビームを重
畳させるようにすることが望ましい。
Further, together with the fly-eye lens system 22,
A diffractive optical element may be used. When such a diffractive optical element is used, the light source device 16 and the illumination optical system 12 may be connected via a diffractive optical element. That is, a diffractive optical element in which a diffractive element is formed corresponding to each fiber of the fiber bundle 173 is provided in the beam shaping optical system 18, and the laser beam output from each fiber is diffracted, and the incident light of the fly-eye lens system 22 is incident. You may make it superimpose on a surface. In this example, the output end of the fiber bundle 173 may be arranged on the pupil plane of the illumination optical system.
(Thinning), the intensity distribution on the pupil plane (that is, the shape and size of the secondary light source) changes, and the shape and size may be different from the optimum shape and size for the reticle pattern. Therefore, it is preferable that the laser beam from each fiber is superimposed on the pupil plane of the illumination optical system or the entrance plane of the optical integrator using the above-described diffractive optical element or the like.

【0147】いずれにしても、本実施形態では、前述し
た光量制御装置16Cの第1の機能によりファイバーバ
ンドル173の光を出力する部分の分布が変化した場合
であっても、レチクルRのパターン面(物体面)上及び
ウエハWの面(像面)上のいずれにおいても照度分布の
均一性を十分に確保することができる。
In any case, in the present embodiment, even if the distribution of the light output portion of the fiber bundle 173 changes due to the first function of the light amount control device 16C described above, the pattern surface of the reticle R can be changed. The uniformity of the illuminance distribution can be sufficiently ensured on both the (object surface) and the surface (image surface) of the wafer W.

【0148】前記レチクルステージRST上にレチクル
Rが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して
吸着保持されている。レチクルステージRSTは、水平
面(XY平面)内で微小駆動可能であるとともに、レチ
クルステージ駆動部49によって走査方向(ここでは図
1の紙面左右方向であるY方向とする)に所定ストロー
ク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレ
チクルステージRSTの位置及び回転量は、レチクルス
テージRST上に固定された移動鏡52Rを介して外部
のレーザ干渉計54Rによって計測され、このレーザ干
渉計54Rの計測値が主制御装置50に供給されるよう
になっている。
A reticle R is mounted on the reticle stage RST, and is held by suction via a vacuum chuck (not shown). The reticle stage RST is finely drivable in a horizontal plane (XY plane), and is scanned by a reticle stage driving unit 49 in a predetermined stroke range in a scanning direction (here, the Y direction which is the horizontal direction of the paper of FIG. 1). It has become so. The position and the rotation amount of the reticle stage RST during the scanning are measured by an external laser interferometer 54R via a movable mirror 52R fixed on the reticle stage RST, and the measured value of the laser interferometer 54R is used as a main controller. 50.

【0149】なお、レチクルRに用いる材質は、露光光
ILの波長によって使い分ける必要がある。すなわち、
波長193nmの露光光を用いる場合には合成石英を用
いることができるが、波長157nmの露光光を用いる
場合は、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あ
るいは水晶などで形成する必要がある。
Note that the material used for the reticle R needs to be properly used depending on the wavelength of the exposure light IL. That is,
When using exposure light having a wavelength of 193 nm, synthetic quartz can be used. However, when using exposure light having a wavelength of 157 nm, it is necessary to use fluorite, synthetic quartz doped with fluorine, quartz, or the like.

【0150】前記投影光学系PLは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系であり、共通のZ軸方向の光軸を有
する複数枚のレンズエレメント70a、70b、……か
ら構成されている。また、この投影光学系PLとして
は、投影倍率βが例えば1/4、1/5、1/6などの
ものが使用されている。このため、前記の如くして、露
光光ILによりレチクルR上の照明領域42Rが照明さ
れると、そのレチクルRに形成されたパターンが投影光
学系PLによって投影倍率βで縮小された像が表面にレ
ジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上のスリット状
の露光領域42Wに投影され転写される。
The projection optical system PL is, for example, a double-sided telecentric reduction system, and includes a plurality of lens elements 70a, 70b,... Having a common optical axis in the Z-axis direction. As the projection optical system PL, one having a projection magnification β of, for example, 1 /, 、, 、, or the like is used. Therefore, as described above, when the illumination area 42R on the reticle R is illuminated by the exposure light IL, the image formed by reducing the pattern formed on the reticle R by the projection optical system PL at the projection magnification β is applied to the surface. Is projected onto a slit-shaped exposure region 42W on a wafer W on which a resist (photosensitive agent) is applied and transferred.

【0151】本実施形態では、上記のレンズエレメント
のうち、複数のレンズエレメントがそれぞれ独立に移動
可能となっている。例えば、レチクルステージRSTに
最も近い一番上のレンズエレメント70aは、リング状
の支持部材72により保持され、この支持部材72は、
伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子74a,74
b,74c(紙面奥側の駆動素子74cは図示せず)に
よって、3点支持されるとともに鏡筒部76と連結され
ている。上記の駆動素子74a,74b,74cによっ
て、レンズエレメント70aの周辺3点を独立に、投影
光学系PLの光軸AX方向に移動させることができるよ
うになっている。すなわち、レンズエレメント70aを
駆動素子74a,74b,74cの変位量に応じて光軸
AXに沿って平行移動させることができるとともに、光
軸AXと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもで
きる。そして、これらの駆動素子74a,74b,74
cに与えられる電圧が、主制御装置50からの指令に基
づいて結像特性補正コントローラ78によって制御さ
れ、これによって駆動素子74a,74b,74cの変
位量が制御されるようになっている。なお、図1中、投
影光学系PLの光軸AXとは鏡筒部76に固定されてい
るレンズエレメント70bその他のレンズエレメント
(図示省略)の光軸を指す。
In the present embodiment, among the above lens elements, a plurality of lens elements can be independently moved. For example, the uppermost lens element 70a closest to the reticle stage RST is held by a ring-shaped support member 72.
Telescopic drive elements, for example, piezo elements 74a, 74
b, 74c (the drive element 74c on the far side of the drawing is not shown) is supported at three points and is connected to the lens barrel 76. The drive elements 74a, 74b, and 74c allow the three peripheral points of the lens element 70a to be independently moved in the optical axis AX direction of the projection optical system PL. That is, the lens element 70a can be translated along the optical axis AX according to the displacement of the driving elements 74a, 74b, 74c, and can be arbitrarily inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX. . Then, these drive elements 74a, 74b, 74
The voltage applied to c is controlled by the imaging characteristic correction controller 78 based on a command from the main controller 50, whereby the displacement of the driving elements 74a, 74b, 74c is controlled. In FIG. 1, the optical axis AX of the projection optical system PL refers to the optical axis of the lens element 70b fixed to the lens barrel 76 and other lens elements (not shown).

【0152】また、本実施形態では、予め実験によりレ
ンズエレメント70aの上下量と倍率(又はディストー
ション)の変化量との関係を求めておき、これを主制御
装置50内部のメモリに記憶しておき、補正時に主制御
装置50が補正する倍率(又はディストーション)から
レンズエレメント70aの上下量を計算し、結像特性補
正コントローラ78に指示を与えて駆動素子74a,7
4b,74cを駆動することにより倍率(又はディスト
ーション)補正を行うようになっている。なお、前記レ
ンズエレメント70aの上下量と倍率等の変化量との関
係は光学的な計算値を用いてもよく、この場合は前記レ
ンズエレメント70aの上下量と倍率変化量との関係を
求める実験の工程が省けることになる。
In the present embodiment, the relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the change amount of the magnification (or distortion) is obtained in advance by experiments, and this is stored in the memory inside the main controller 50. The vertical amount of the lens element 70a is calculated from the magnification (or distortion) corrected by the main controller 50 at the time of correction, and an instruction is given to the imaging characteristic correction controller 78 to drive the drive elements 74a, 7a.
By driving the 4b and 74c, magnification (or distortion) correction is performed. The relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the amount of change in magnification or the like may use an optically calculated value. In this case, an experiment is performed to determine the relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the amount of change in magnification. Process can be omitted.

【0153】前記の如く、レチクルRに最も近いレンズ
エレメント70aが移動可能となっているが、このエレ
メント70aは倍率、ディストーション特性に与える影
響が他のレンズエレメントに比べて大きく制御しやすい
ものの1つを選択したものであって、同様の条件を満た
すものであれば、このレンズエレメント70aに代えて
どのレンズエレメントをレンズ間隔調整のために移動可
能に構成してもよい。
As described above, the lens element 70a closest to the reticle R is movable, but this element 70a is one of the elements whose influence on magnification and distortion characteristics is large and easy to control as compared with other lens elements. Is selected, and any lens element that satisfies the same condition may be configured to be movable to adjust the lens interval instead of the lens element 70a.

【0154】なお、レンズエレメント70a以外の少な
くとも1つのレンズエレメントを移動して他の光学特
性、例えば像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収
差などを調整できるようになっている。この他、投影光
学系PLの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメン
ト相互間に密封室を設け、この密封室内の気体の圧力を
例えばべローズポンプ等の圧力調整機構により調整する
ことにより、投影光学系PLの倍率を調整する結像特性
補正機構を設けても良く、あるいは、例えば、投影光学
系PLを構成する一部のレンズエレメントとして非球面
状レンズを用い、これを回転させるようにしてもよい。
この場合には、いわゆるひし形ディストーションの補正
が可能になる。あるいは、投影光学系PL内に平行平面
板を設け、これをチルトさせたり、回転させたりするよ
うな機構により結像特性補正機構を構成してもよい。
By moving at least one lens element other than the lens element 70a, other optical characteristics such as curvature of field, astigmatism, coma, and spherical aberration can be adjusted. In addition, by providing a sealed chamber between specific lens elements near the center of the projection optical system PL in the optical axis direction, and adjusting the pressure of gas in the sealed chamber by a pressure adjusting mechanism such as a bellows pump, An imaging characteristic correction mechanism for adjusting the magnification of the projection optical system PL may be provided. Alternatively, for example, an aspherical lens may be used as a part of the lens elements constituting the projection optical system PL, and the lens may be rotated. You may.
In this case, so-called rhombic distortion can be corrected. Alternatively, a parallel plane plate may be provided in the projection optical system PL, and the imaging characteristic correction mechanism may be configured by a mechanism that tilts or rotates it.

【0155】なお、露光光ILとして波長193nmの
レーザ光を用いる場合には、投影光学系PLを構成する
各レンズエレメント(及び上記平行平面板)としては合
成石英やホタル石等を用いることができるが、波長15
7nmのレーザ光を用いる場合には、この投影光学系P
Lに使用されるレンズ等の材質は、全てホタル石が用い
られる。
When a laser beam having a wavelength of 193 nm is used as the exposure light IL, synthetic quartz, fluorite or the like can be used as each lens element (and the above-mentioned parallel plane plate) constituting the projection optical system PL. But the wavelength 15
When using a laser beam of 7 nm, the projection optical system P
Fluorite is used for all materials such as lenses used for L.

【0156】前記XYステージ14は、ウエハステージ
駆動部56によって走査方向であるY方向及びこれに直
交するX方向(図1における紙面直交方向)に2次元駆
動されるようになっている。このXYステージ14上に
搭載されたZチルトステージ58上に不図示のウエハホ
ルダ61を介してウエハWが真空吸着等により保持され
ている。Zチルトステージ58は、例えば3つのアクチ
ュエータ(ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど)に
よってウエハWのZ方向の位置(フォーカス位置)を調
整すると共に、XY平面(投影光学系PLの像面)に対
するウエハWの傾斜角を調整する機能を有する。また、
XYステージ14の位置は、Zチルトステージ58上に
固定された移動鏡52Wを介して外部のレーザ干渉計5
4Wにより計測され、このレーザ干渉計54Wの計測値
が主制御装置50に供給されるようになっている。
The XY stage 14 is two-dimensionally driven by a wafer stage driving section 56 in the Y direction, which is the scanning direction, and the X direction, which is orthogonal to the scanning direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1). A wafer W is held on a Z tilt stage 58 mounted on the XY stage 14 via a wafer holder 61 (not shown) by vacuum suction or the like. The Z tilt stage 58 adjusts the position (focus position) of the wafer W in the Z direction by, for example, three actuators (piezo elements or voice coil motors), and also adjusts the position of the wafer W with respect to the XY plane (the image plane of the projection optical system PL). It has the function of adjusting the inclination angle of. Also,
The position of the XY stage 14 is controlled by an external laser interferometer 5 via a movable mirror 52W fixed on a Z tilt stage 58.
4 W, and the measured value of the laser interferometer 54 W is supplied to the main controller 50.

【0157】ここで、移動鏡は、実際には、X軸に垂直
な反射面を有するX移動鏡とY軸に垂直な反射面を有す
るY移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計も
X軸位置計測用、Y軸位置計測用、及び回転(ヨーイン
グ量、ピッチング量、ローリング量を含む)計測用のも
のがそれぞれ設けられているが、図1では、これらが代
表的に、移動鏡52W、レーザ干渉計54Wとして示さ
れている。
Here, the movable mirrors actually include an X movable mirror having a reflective surface perpendicular to the X axis and a Y movable mirror having a reflective surface perpendicular to the Y axis. Interferometers for X-axis position measurement, Y-axis position measurement, and rotation (including yawing amount, pitching amount, and rolling amount) are provided, respectively. , A moving mirror 52W, and a laser interferometer 54W.

【0158】また、Zチルトステージ58上には、ウエ
ハWの近傍に、ウエハWの露光面と同じ高さの受光面を
有し、投影光学系PLを通過した露光光ILの光量を検
出するための照射量モニタ59が設けられている。照射
量モニタ59は、露光領域42Wより一回り大きなX方
向に延びる平面視長方形のハウジングを有し、このハウ
ジングの中央部に露光領域42Wとほぼ同じ形状のスリ
ット状の開口が形成されている。この開口は、実際には
ハウジングの天井面を形成する合成石英等から成る受光
ガラスの上面に形成された遮光膜の一部が取り除かれて
形成されている。前記開口の真下にレンズを介してSi
系PIN型フォトダイオード等の受光素子を有する光セ
ンサが配置されている。
Further, on the Z tilt stage 58, a light receiving surface having the same height as the exposure surface of the wafer W is provided near the wafer W, and the amount of the exposure light IL passing through the projection optical system PL is detected. Dose monitor 59 is provided. The irradiation amount monitor 59 has a rectangular housing in plan view extending in the X direction, which is slightly larger than the exposure area 42W. A slit-shaped opening having substantially the same shape as the exposure area 42W is formed in the center of the housing. This opening is actually formed by removing a part of the light shielding film formed on the upper surface of the light receiving glass made of synthetic quartz or the like forming the ceiling surface of the housing. Si underneath the opening via a lens
An optical sensor having a light receiving element such as a system PIN type photodiode is arranged.

【0159】照射量モニタ59は、露光領域42Wに照
射される露光光ILの強度測定に用いられる。照射量モ
ニタ59を構成する受光素子の受光量に応じた光量信号
が主制御装置50に供給されるようになっている。
The irradiation amount monitor 59 is used for measuring the intensity of the exposure light IL applied to the exposure area 42W. A light amount signal corresponding to the amount of light received by the light receiving element constituting the irradiation amount monitor 59 is supplied to the main controller 50.

【0160】なお、光センサは、必ずしもZチルトステ
ージ58の内部に設ける必要はなく、Zチルトステージ
58の外部に光センサを配置し、リレー光学系でリレー
された照明光束を光ファイバ等を介してその光センサに
導くようにしてもよいことは勿論である。
The optical sensor does not necessarily need to be provided inside the Z tilt stage 58. An optical sensor is provided outside the Z tilt stage 58, and the illumination light beam relayed by the relay optical system is transmitted through an optical fiber or the like. Needless to say, the light sensor may be guided to the optical sensor.

【0161】Zチルトステージ58上には、後述するレ
チクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク
板FMが設けられている。この基準マーク板FMは、そ
の表面がウエハWの表面とほぼ同一の高さとされてい
る。この基準マーク板FMの表面には、レチクルアライ
メント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等
の基準マークが形成されている。
On the Z-tilt stage 58, a reference mark plate FM used for performing reticle alignment and the like described later is provided. The surface of the reference mark plate FM has substantially the same height as the surface of the wafer W. Reference marks such as a reticle alignment reference mark and a baseline measurement reference mark are formed on the surface of the reference mark plate FM.

【0162】また、図1では図面の錯綜を避ける観点か
ら図示が省略されているが、この露光装置10は、実際
にはレチクルアライメントを行うためのレチクルアライ
メント系を備えている。
Although not shown in FIG. 1 from the viewpoint of avoiding complicating the drawing, this exposure apparatus 10 actually has a reticle alignment system for performing reticle alignment.

【0163】レチクルRのアライメントを行う場合に
は、まず主制御装置50によりレチクルステージ駆動部
49、ウエハステージ駆動部56を介してレチクルステ
ージRST及びXYステージ14が駆動され、矩形の露
光領域42W内に基準マーク板FM上のレチクルアライ
メント用基準マークが設定され、その基準マークにレチ
クルR上のレチクルマーク像がほぼ重なるようにレチク
ルRとZチルトステージ58との相対位置が設定され
る。この状態で、主制御装置50によりレチクルアライ
メント系を用いて両マークが撮像され、主制御装置50
では、その撮像信号を処理して対応する基準マークに対
するレチクルマークの投影像のX方向、Y方向の位置ず
れ量を算出する。
When performing alignment of reticle R, first, reticle stage RST and XY stage 14 are driven by reticle stage driving section 49 and wafer stage driving section 56 by main controller 50, and rectangular exposure area 42W A reticle alignment reference mark on the reference mark plate FM is set, and the relative position between the reticle R and the Z tilt stage 58 is set so that the reticle mark image on the reticle R substantially overlaps the reference mark. In this state, both marks are imaged by the main controller 50 using the reticle alignment system.
Then, the imaging signal is processed to calculate the amount of displacement in the X and Y directions of the projected image of the reticle mark with respect to the corresponding reference mark.

【0164】また、上記のレチクルのアライメントの結
果得られた基準マークの投影像の検出信号(画像信号)
に含まれるコントラスト情報に基づいてフォーカスオフ
セットやレベリングオフセット(投影光学系PLの焦点
位置、像面傾斜など)を求めることも可能である。
A detection signal (image signal) of the projected image of the reference mark obtained as a result of the alignment of the reticle.
It is also possible to obtain a focus offset and a leveling offset (the focal position of the projection optical system PL, the image plane inclination, and the like) based on the contrast information included in.

【0165】また、本実施形態では、上記のレチクルア
ライメント時に、主制御装置50によって、投影光学系
PLの側面に設けられた不図示のウエハ側のオフアクシ
ス・アライメントセンサのベースライン量の計測も行わ
れる。すなわち、基準マーク板FM上には、レチクルア
ライメント用基準マークに対して所定の位置関係でベー
スライン計測用基準マークが形成されており、レチクル
アライメント系を介してレチクルマークの位置ずれ量を
計測する際に、そのウエハ側のアライメントセンサを介
してベースライン計測用基準マークのそのアライメント
センサの検出中心に対する位置ずれ量を計測すること
で、アライメントセンサのベースライン量、すなわちレ
チクル投影位置とアライメントセンサとの相対位置関係
が計測される。
In the present embodiment, at the time of the reticle alignment, the main controller 50 also measures the baseline amount of the wafer-side off-axis alignment sensor (not shown) provided on the side surface of the projection optical system PL. Done. That is, a reference mark for baseline measurement is formed on the reference mark plate FM in a predetermined positional relationship with respect to the reference mark for reticle alignment, and the amount of displacement of the reticle mark is measured via a reticle alignment system. At this time, by measuring the amount of displacement of the baseline measurement reference mark with respect to the detection center of the alignment sensor through the alignment sensor on the wafer side, the baseline amount of the alignment sensor, that is, the reticle projection position and the alignment sensor Are measured.

【0166】更に、本実施形態の露光装置10では、図
1に示されるように、主制御装置50によってオン・オ
フが制御される光源を有し、投影光学系PLの結像面に
向けて多数のピンホールまたはスリットの像を形成する
ための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照射
する照射光学系60aと、それらの結像光束のウエハW
表面での反射光束を受光する受光光学系60bとからな
る斜入射光式の多点焦点位置検出系(フォーカスセン
サ)が設けられている。主制御装置50では、受光光学
系60b内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に対
する傾きを制御することにより、投影光学系PLのフォ
ーカス変動に応じて焦点検出系(60a、60b)にオ
フセットを与えてそのキャリブレーションを行う。これ
により、前述の露光領域42W内で投影光学系PLの像
面とウエハWの表面とがその焦点深度の範囲(幅)内で
合致することになる。なお、本実施形態と同様の多点焦
点位置検出系(フォーカスセンサ)の詳細な構成は、例
えば特開平6−283403号公報等に開示されてい
る。
Further, as shown in FIG. 1, the exposure apparatus 10 of the present embodiment has a light source whose ON / OFF is controlled by the main controller 50, and is directed toward the image forming plane of the projection optical system PL. An irradiation optical system 60a for irradiating an image forming light beam for forming images of a large number of pinholes or slits obliquely with respect to the optical axis AX, and a wafer W of the image forming light beam
An obliquely incident light type multi-point focal position detection system (focus sensor) including a light receiving optical system 60b for receiving a light beam reflected on the surface is provided. The main controller 50 controls the inclination of the reflected light flux of the parallel plate (not shown) in the light receiving optical system 60b with respect to the optical axis, thereby offsetting the focus detection system (60a, 60b) in accordance with the focus fluctuation of the projection optical system PL. To perform the calibration. As a result, the image plane of the projection optical system PL and the surface of the wafer W coincide with each other within the range (width) of the depth of focus in the above-described exposure area 42W. The detailed configuration of the multipoint focus position detection system (focus sensor) similar to that of the present embodiment is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403.

【0167】走査露光時等に、主制御装置50では、受
光光学系60bからの焦点ずれ信号(デフォーカス信
号)、例えばSカーブ信号に基づいて焦点ずれが零とな
るようにZチルトステージ58のZ位置を不図示の駆動
系を介して制御することにより、オートフォーカス(自
動焦点合わせ)及びオートレベリングを実行する。
At the time of scanning exposure or the like, the main controller 50 controls the Z tilt stage 58 so that the defocus becomes zero based on a defocus signal (defocus signal) from the light receiving optical system 60b, for example, an S-curve signal. By controlling the Z position via a drive system (not shown), auto focus (auto focus) and auto leveling are executed.

【0168】なお、受光光学系60b内に平行平板を設
けて焦点検出系(60a,60b)にオフセットを与え
るようにしたのは、例えば、倍率補正のためにレンズエ
レメント70aを上下することによりフォーカスも変化
し、また、投影光学系PLが露光光ILを吸収すること
により結像特性が変化して結像面の位置が変動するの
で、かかる場合に焦点検出系にオフセットを与え、焦点
検出系の合焦位置を投影光学系PLの結像面の位置に一
致させる必要があるためである。このため、本実施形態
では、レンズエレメント70aの上下量とフォーカス変
化量の関係も予め実験により求め、主制御装置50内部
のメモリに記憶している。なお、レンズエレメント70
aの上下量とフォーカス変化量の関係は計算値を用いて
もよい。また、オートレベリングでは走査方向について
は行わず、その走査方向と直交する非走査方向のみに関
して行うようにしてもよい。
The reason why a parallel plate is provided in the light receiving optical system 60b to provide an offset to the focus detection systems (60a, 60b) is that, for example, the focus is adjusted by moving the lens element 70a up and down for magnification correction. Also, since the projection optical system PL absorbs the exposure light IL, the imaging characteristics change and the position of the imaging surface fluctuates. In such a case, an offset is given to the focus detection system, and the focus detection system This is because it is necessary to match the in-focus position with the position of the imaging plane of the projection optical system PL. For this reason, in the present embodiment, the relationship between the vertical amount of the lens element 70a and the focus change amount is also obtained by an experiment in advance and stored in the memory inside the main control device 50. The lens element 70
A calculated value may be used for the relationship between the vertical amount of a and the focus change amount. Also, the auto-leveling may not be performed in the scanning direction, but may be performed only in the non-scanning direction orthogonal to the scanning direction.

【0169】前記主制御装置50は、CPU(中央演算
処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RA
M(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆる
マイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含
んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う
他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクル
RとウエハWの同期走査、ウエハWのステッピング、露
光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主
制御装置50は、後述するように走査露光の際の露光量
の制御を行ったり、投影光学系PLの結像特性の変動量
を演算にて算出し、その算出結果に基づいて結像特性補
正コントローラ78を介して投影光学系PLの結像特性
を調整する等の他、装置全体を統括制御する。
The main controller 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), an RA
M (random access memory) or the like, and includes a so-called microcomputer (or workstation). In addition to performing the various controls described above, the reticle R is used to perform the exposure operation properly. , Scanning of the wafer W, stepping of the wafer W, exposure timing, and the like. Further, in the present embodiment, the main controller 50 controls the exposure amount at the time of scanning exposure as described later, calculates the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system PL by calculation, and On the basis of the result, an image forming characteristic of the projection optical system PL is adjusted via the image forming characteristic correcting controller 78, and the whole apparatus is controlled overall.

【0170】具体的には、主制御装置50は、例えば走
査露光時には、レチクルRがレチクルステージRSTを
介して+Y方向(又は−Y方向)に速度VR=Vで走査
されるのに同期して、XYステージ14を介してウエハ
Wが露光領域42Wに対して−Y方向(又は+Y方向)
に速度VW=β・V(βはレチクルRからウエハWに対
する投影倍率)で走査されるように、レーザ干渉計54
R、54Wの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部
49、ウエハステージ駆動部56をそれぞれ介してレチ
クルステージRST、XYステージ14の位置及び速度
をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主
制御装置50ではレーザ干渉計54Wの計測値に基づい
てウエハステージ駆動部56を介してXYステージ14
の位置を制御する。
More specifically, main controller 50 synchronizes, for example, during scanning exposure, when reticle R is scanned via reticle stage RST in the + Y direction (or -Y direction) at a speed V R = V. Then, the wafer W is moved in the −Y direction (or + Y direction) with respect to the exposure area 42W via the XY stage 14.
The laser interferometer 54 is scanned at a speed V W = β · V (β is a projection magnification from the reticle R to the wafer W).
The positions and speeds of the reticle stage RST and the XY stage 14 are controlled via the reticle stage driving unit 49 and the wafer stage driving unit 56 based on the measured values of R and 54W, respectively. Further, at the time of stepping, main controller 50 controls XY stage 14 via wafer stage driving unit 56 based on the measurement value of laser interferometer 54W.
Control the position of.

【0171】次に、本実施形態の露光装置10において
所定枚数(N枚)のウエハW上にレチクルパターンの露
光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置50
の制御動作を中心として説明する。
Next, an exposure sequence when a reticle pattern is exposed on a predetermined number (N) of wafers W in exposure apparatus 10 of the present embodiment will be described.
The following description focuses on the control operation.

【0172】まず、主制御装置50では、不図示のレチ
クルローダを用いて露光対象のレチクルRをレチクルス
テージRST上にロードする。
First, main controller 50 loads reticle R to be exposed onto reticle stage RST using a reticle loader (not shown).

【0173】次いで、レチクルアライメント系を用いて
レチクルアライメントを行うとともに、ベースライン計
測を行う。
Next, reticle alignment is performed using a reticle alignment system, and baseline measurement is performed.

【0174】次に、主制御装置50では、不図示のウエ
ハ搬送系にウエハWの交換を指示する。これにより、ウ
エハ搬送系及びXYステージ14上の不図示のウエハ受
け渡し機構によってウエハ交換(ステージ上にウエハが
無い場合は、単なるウエハロード)が行われ、次いでい
わゆるサーチアライメント及びファインアライメント
(EGA等)の一連のアライメント工程の処理を行う。
これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露
光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細
な説明は省略する。
Next, main controller 50 instructs a wafer transfer system (not shown) to replace wafer W. As a result, the wafer is exchanged (mere wafer loading when there is no wafer on the stage) by the wafer transfer system and a wafer transfer mechanism (not shown) on the XY stage 14, and then so-called search alignment and fine alignment (such as EGA) Is performed in a series of alignment steps.
Since the wafer exchange and wafer alignment are performed in the same manner as in a known exposure apparatus, further detailed description is omitted here.

【0175】次に、上記のアライメント結果及びショッ
トマップデータに基づいて、ウエハW上の各ショット領
域の露光のための走査開始位置にウエハWを移動させる
動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ス
テップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の複数のシ
ョット領域にレチクルパターンを転写する。この走査露
光中に、主制御装置50では、露光条件及びレジスト感
度に応じて決定された目標積算露光量をウエハWに与え
るため、インテグレータセンサ46の出力をモニタしつ
つ光量制御装置16Cに指令を与える。これにより、光
量制御装置16Cでは、前述した第1の機能により露光
量の粗調整を行うとともに、前述した第2の機能、第3
の機能により、光源装置16からのレーザビーム(紫外
パルス光)の周波数及びピークパワーを制御し、露光量
の微調整を実行する。
Next, based on the alignment result and the shot map data, the operation of moving the wafer W to the scanning start position for exposure of each shot area on the wafer W and the above-described scanning exposure operation are repeated. Then, the reticle pattern is transferred to a plurality of shot areas on the wafer W by a step-and-scan method. During this scanning exposure, the main controller 50 issues a command to the light amount controller 16C while monitoring the output of the integrator sensor 46 to give the target integrated exposure amount determined according to the exposure conditions and the resist sensitivity to the wafer W. give. Thus, in the light amount control device 16C, the coarse adjustment of the exposure amount is performed by the first function, and the second function and the third function are adjusted.
Controls the frequency and peak power of the laser beam (ultraviolet pulsed light) from the light source device 16 to perform fine adjustment of the exposure amount.

【0176】また、主制御装置50では、照明系開口絞
り板24を駆動装置40を介して制御し、更にステージ
系の動作情報に同期して可動レチクルブラインド30B
の開閉動作を制御する。
The main controller 50 controls the illumination system aperture stop plate 24 via the driving device 40, and further synchronizes with the stage system operation information to move the movable reticle blind 30B.
Control the opening and closing operations of

【0177】1枚目のウエハWに対する露光が終了する
と、主制御装置50では、不図示のウエハ搬送系にウエ
ハWの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及び
XYステージ14上の不図示のウエハ受け渡し機構によ
ってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交
換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインア
ライメントを行う。また、この場合、主制御装置50に
より1枚目のウエハWに対する露光開始からの投影光学
系PLの結像特性(フォーカスの変動を含む)の照射変
動が、インテグレータセンサ46及び反射光モニタ47
の計測値に基づいて求められ、この照射変動を補正する
ような指令値を結像特性補正コントローラ78に与える
とともに受光光学系60bにオフセットを与える。ま
た、主制御装置50では、大気圧センサ77の計測値に
基づいて、投影光学系PLの結像特性の大気圧変動分も
求めて、この照射変動を補正するような指令値を結像特
性補正コントローラ78に与えるとともに受光光学系6
0bにオフセットを与える。
When exposure of the first wafer W is completed, main controller 50 instructs a wafer transfer system (not shown) to replace wafer W. As a result, the wafer is exchanged by the wafer transfer system and the wafer transfer mechanism (not shown) on the XY stage 14, and thereafter, search alignment and fine alignment are performed on the replaced wafer in the same manner as described above. In this case, the main controller 50 causes the integrator sensor 46 and the reflected light monitor 47 to change the irradiation variation of the imaging characteristics (including the focus variation) of the projection optical system PL from the start of the exposure on the first wafer W.
Is given to the imaging characteristic correction controller 78 and an offset is given to the light receiving optical system 60b. Further, main controller 50 also obtains the atmospheric pressure fluctuation of the imaging characteristic of projection optical system PL based on the measurement value of atmospheric pressure sensor 77, and issues a command value for correcting this irradiation fluctuation to the imaging characteristic. It is provided to the correction controller 78 and the light receiving optical system 6
0b is given an offset.

【0178】そして、上記と同様に、このウエハW上の
複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式
でレチクルパターンを転写する。
Then, similarly to the above, the reticle pattern is transferred to a plurality of shot areas on the wafer W by the step-and-scan method.

【0179】この場合、前述した露光量(光量)の粗調
整を、実露光前にテス卜発光を行い、露光量設定値に対
し、1%以下の精度で制御を確実に行うようにしてもよ
い。
In this case, the above-described rough adjustment of the exposure amount (light amount) may be performed by performing test emission before the actual exposure and performing control with accuracy of 1% or less with respect to the exposure amount set value. Good.

【0180】本実施形態の露光量の粗調整のダイナミッ
クレンジは、1〜1/128の範囲内で設定可能である
が、通常要求されるダイナミックレンジは、典型的には
1〜1/7程度であるため、光出力をオンにすべきチャ
ネル数(光ファイバ数)を128〜18の間で制御する
ことによって行えばよい。このように、本実施形態で
は、各チャネルの光出力の個別オン・オフによる露光量
制御により、ウエハ毎のレジス卜感度等の違いにあわせ
た露光量の粗調整を正確に行うことができる。
The dynamic range of the coarse adjustment of the exposure amount in the present embodiment can be set within a range of 1 to 1/128, but the dynamic range normally required is typically about 1 to 1/7. Therefore, the number of channels (the number of optical fibers) for which the optical output should be turned on may be controlled between 128 and 18. As described above, in the present embodiment, the coarse adjustment of the exposure amount according to the difference in the resist sensitivity or the like for each wafer can be accurately performed by controlling the exposure amount by individually turning on / off the optical output of each channel.

【0181】また、上述した光量制御装置16Cによ
る、第2、第3の機能による光量制御は、制御速度が速
く、制御精度が高いという特徴を持つため、以下の現状
の露光装置に要求されている制御要請を確実に満たすこ
とが可能である。
The light amount control by the second and third functions by the above-described light amount control device 16C is characterized by a high control speed and a high control accuracy. It is possible to surely satisfy the required control requirements.

【0182】従って、露光量制御のためには、光量制御
装置16Cでは、第2、第3の機能による光量制御の少
なくとも一方を行えば足りる。
Therefore, in order to control the exposure amount, the light amount control device 16C only needs to perform at least one of the light amount control by the second and third functions.

【0183】また、本実施形態の露光装置10において
も、光量制御装置16Cの第2、第3の機能による光量
制御のいずれかと、スキャン速度とを組み合わせて、露
光量を制御するようにしても、勿論よい。
Also, in the exposure apparatus 10 of this embodiment, the exposure amount is controlled by combining any one of the light amount control by the second and third functions of the light amount control device 16C and the scanning speed. , Of course.

【0184】なお、ウエハW上に転写すべきレチクルパ
夕ーンに応じてウエハWの露光条件を変更する、例えば
照明光学系の瞳面上での照明光の強度分布(即ち2次光
源の形状や大きさ)を変化させたり、あるいは投影光学
系PLのほぼ瞳面上でその光軸を中心とする円形領域を
遮光する光学フィルターを挿脱する。この露光条件の変
更によってウエハW上での照度が変化するが、このこと
はレチクルパターンの変更によっても生じる。これは、
パターンの遮光部(又は透過部)の占有面積の違いによ
るものである。そこで、露光条件及び/又はレチクルパ
ターンの変更によって照度が変化するときは、ウエハ
(レジスト)に適正な露光量が与えられるように、前述
した周波数とピークパワーとの少なくとも一方を制御す
ることが望ましい。このとき、周波数及びピークパワー
の少なくとも一方に加えてレチクル及びウエハの走査速
度を調整するようにしてもよい。
The exposure condition of the wafer W is changed according to the reticle pattern to be transferred onto the wafer W. For example, the intensity distribution of the illumination light on the pupil plane of the illumination optical system (ie, the shape of the secondary light source) Or the size), or an optical filter that shields a circular area centered on the optical axis on almost the pupil plane of the projection optical system PL is inserted and removed. The illuminance on the wafer W changes due to the change in the exposure condition, but this also occurs due to the change in the reticle pattern. this is,
This is due to the difference in the occupied area of the light shielding portion (or the transmission portion) of the pattern. Therefore, when the illuminance changes due to a change in the exposure condition and / or the reticle pattern, it is desirable to control at least one of the above-described frequency and peak power so that an appropriate exposure amount is given to the wafer (resist). . At this time, in addition to at least one of the frequency and the peak power, the scanning speed of the reticle and the wafer may be adjusted.

【0185】以上詳細に説明したように、本実施形態に
係る光変調装置160Cによれば、消光期間である、パ
ルス列変調の期間内における、各光パルス射出期間以外
の期間に光変調器310から射出される光のモニタ結果
に基づいて、補正信号発生器330が、パルス列変調の
ためのパルス列信号VPを補正するバイアス信号VBを発
生する。そして、パルス列信号VPがバイアス信号VB
よって補正された印加電圧VCを光変調器310に供給
するので、パルス列変調の期間内における、各光パルス
射出期間以外の期間の消光比を十分な値に維持すること
ができる。
As described above in detail, according to the optical modulation device 160C of the present embodiment, the light modulator 310 transmits the light from the optical modulator 310 during periods other than the respective light pulse emission periods within the pulse train modulation period, which is the extinction period. based on the monitoring result of the injection light being, correction signal generator 330 generates a bias signal V B for correcting the pulse train signal V P for the pulse train modulated. Then, the pulse train signal V P supplies the applied voltage V C that is corrected by a bias signal V B to the optical modulator 310, in the period of the pulse train modulated, sufficient extinction ratio of periods other than the light pulse emitted period Value can be maintained.

【0186】また、本実施形態に係る光変調装置160
Cによれば、補正信号発生器330が、パルス列変調期
間以外の期間における光変調器310からの射出光の強
度をパルス列変調の期間内における光変調器310から
の射出光の平均強度(a・I OUT)に補正するので、光
源部16Aから射出される光パルス列の各光パルスのパ
ルスパワーを均一化することができる。また、本実施形
態に係る光変調装置160Cによれば、印加電圧VC
電圧信号であり、光変調器310が電気光学変調器であ
るので、精度良く光変調を実行することができる。
The light modulation device 160 according to the present embodiment
According to C, the correction signal generator 330 operates during the pulse train modulation period.
Intensity of light emitted from the optical modulator 310 during a period other than
From the optical modulator 310 during the pulse train modulation.
Average intensity (a · I OUT)
Of each light pulse of the light pulse train emitted from the light source unit 16A.
Loose power can be made uniform. In addition, this embodiment
According to the light modulator 160C according to the embodiment, the applied voltage VCBut
Voltage signal, and the optical modulator 310 is an electro-optical modulator.
Therefore, light modulation can be performed with high accuracy.

【0187】また、本実施形態に係る光変調装置160
Cによれば、補正信号発生器330が、光変調器310
からの射出光を同期検波し、この検波結果に基づいてバ
イアス信号VBを発生するので、精度の良い消光や射出
光強度の設定を行うことができる。
Also, the light modulation device 160 according to the present embodiment
According to C, the correction signal generator 330 is connected to the optical modulator 310
Light emitted synchronously detects from, so generating a bias signal V B on the basis of the detection result, it is possible to set a good extinction and emission light intensity precision.

【0188】本実施形態に係る光源装置によれば、上記
の光変調装置160Cによってパルス列変調を行うの
で、パルスパワー(エネルギ)が高く、光パルス間の消
光比が向上し、かつ、パルスパワーが均一化された光パ
ルス列を発生することができる。
According to the light source device of this embodiment, since the pulse train modulation is performed by the light modulator 160C, the pulse power (energy) is high, the extinction ratio between light pulses is improved, and the pulse power is increased. A uniform light pulse train can be generated.

【0189】また、本実施形態に係る光源装置によれ
ば、レーザ光源160Aを単一光源としたので、単一波
長のパルス列を射出することができる。
Further, according to the light source device of this embodiment, since the laser light source 160A is a single light source, a pulse train of a single wavelength can be emitted.

【0190】また、本実施形態に係る光源装置によれ
ば、光増幅部161から射出された光を入射し、高調波
変換する非線型光学結晶を含む波長変換装置163を更
に備えるので、露光装置に適した短波長の紫外光を発生
することができる。
Further, according to the light source device of the present embodiment, since the wavelength conversion device 163 including the non-linear optical crystal that receives the light emitted from the optical amplification unit 161 and performs harmonic conversion is further provided, the exposure device UV light of a short wavelength suitable for the above can be generated.

【0191】また、本実施形態に係る光源装置によれ
ば、光変調装置160Cにおけるパルス列変調期間以外
の期間における射出光を遮断する光シャッタ17を更に
備えるので、光パルス列のみを射出することができる。
Further, according to the light source device of the present embodiment, since the light shutter 17 for blocking the emission light during the period other than the pulse train modulation period in the light modulator 160C is further provided, only the light pulse train can be emitted. .

【0192】本実施形態に係る露光装置は、上述の光源
装置16を露光用ビームの発生装置として備えるので、
パルス数制御やパルスパワー制御によって精度良く露光
量制御ができる。したがって、露光精度を向上して、ウ
エハWに所定のパターンを転写することができる。
Since the exposure apparatus according to the present embodiment includes the above-described light source device 16 as an exposure beam generating device,
Exposure amount control can be accurately performed by pulse number control or pulse power control. Therefore, a predetermined pattern can be transferred onto the wafer W with improved exposure accuracy.

【0193】なお、上記実施形態では、光変調器310
を1つ使用したが、図13に示されるように、光変調器
310と同様に構成された光変調器310’を光変調器
310に直列に接続してもよい。ここで、光変調器31
0’と光変調器310との直列接続にあたっては、光変
調器310’を上流側に配置してもよいし、また、下流
側に配置してもよい。また、光変調器310’に供給さ
れる印加電圧は、光変調器310と同様に消光比向上の
ための補正がなされたものであってもよいし、そうでな
くともよい。
In the above embodiment, the optical modulator 310
However, as shown in FIG. 13, an optical modulator 310 ′ configured similarly to the optical modulator 310 may be connected in series to the optical modulator 310. Here, the optical modulator 31
When serially connecting 0 'and the optical modulator 310, the optical modulator 310' may be arranged on the upstream side or on the downstream side. Further, the applied voltage supplied to the optical modulator 310 ′ may or may not be corrected for improving the extinction ratio as in the optical modulator 310.

【0194】また、上記実施形態では、光増幅部161
が128チャネルの光経路を有する場合について説明し
たが、光経路の本数は任意でよく、本発明による光源装
置が適用される製品、例えば露光装置で要求される仕様
(ウエハ上での照度)、及び光学性能、すなわち照明光
学系や投影光学系の透過率、波長変換部の変換効率、及
び各光経路の出力などに応じてその本数を決定すればよ
い。かかる場合であっても、前述した光変調装置から出
力されるパルス光の周波数制御、ピークパワー制御によ
る光量、露光量の制御は好適に適用できる。
In the above embodiment, the optical amplifying unit 161
Has been described in the case of having a light path of 128 channels, but the number of light paths may be arbitrary, and a product to which the light source device according to the present invention is applied, for example, a specification (illuminance on a wafer) required in an exposure apparatus, The number may be determined according to the optical performance, that is, the transmittance of the illumination optical system or the projection optical system, the conversion efficiency of the wavelength conversion unit, the output of each optical path, and the like. Even in such a case, the control of the light amount and the exposure amount by the frequency control and the peak power control of the pulse light output from the light modulation device described above can be suitably applied.

【0195】さらに上記実施形態では、紫外光の波長
を、ArFエキシマレーザ又はF2レーザの波長とほぼ
同一に設定するものとしたが、その設定波長は任意でよ
く、この設定すべき波長に応じて、レーザ光源160A
の発振波長や波長変換部163の構成及び高調波の倍率
などを決定すればよい。なお、設定波長は、一例とし
て、ウエハ上に転写すべきパターンのデザインルール
(線幅、ピッチなど)に応じて決定するようにしてもよ
く、さらにはその決定に際して前述の露光条件やレチク
ルの種類(位相シフト型か否か)などを考慮してもよ
い。
Further, in the above-described embodiment, the wavelength of the ultraviolet light is set to be substantially the same as the wavelength of the ArF excimer laser or the F 2 laser. However, the set wavelength may be arbitrarily set. And the laser light source 160A
, The configuration of the wavelength conversion unit 163, the harmonic magnification, and the like may be determined. The set wavelength may be determined, for example, according to the design rule (line width, pitch, etc.) of the pattern to be transferred onto the wafer. (Phase shift type or not) may be considered.

【0196】なお、上記実施形態では、レーザ光源16
0Aの発振波長の制御のため、レーザ光源160Aの直
後でそのレーザ光をビームモニタ機構164によりモニ
タするものとしたが、これに限らず、例えば図11中に
点線で示されるように、波長変換部163内(あるいは
波長変換部163の後方)で光束を分岐して、これをビ
ームモニタ機構164と同様のビームモニタ機構183
でモニタするようにしてもよい。そして、このビームモ
ニタ機構183によるモニタ結果に基づいて、波長変換
が正確に行われているか否かを検出し、この検出結果に
基づいて主制御装置50がレーザ制御装置16Bをフィ
ードバック制御するようにしてもよい。勿論、両方のビ
ームモニタ機構のモニタ結果を用いてレーザ光源160
Aの発振波長制御を行ってもよい。
In the above embodiment, the laser light source 16
In order to control the oscillation wavelength of 0A, the laser light is monitored by the beam monitor mechanism 164 immediately after the laser light source 160A. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown by a dotted line in FIG. The light beam is branched in the section 163 (or behind the wavelength conversion section 163), and is split into a beam monitor mechanism 183 similar to the beam monitor mechanism 164.
Alternatively, the monitoring may be performed. Then, based on the monitoring result by the beam monitoring mechanism 183, it is detected whether or not the wavelength conversion is performed accurately, and based on the detection result, the main controller 50 performs feedback control of the laser controller 16B. You may. Of course, using the monitoring results of both beam monitoring mechanisms,
The oscillation wavelength control of A may be performed.

【0197】また、上記実施形態では、オプティカルイ
ンテグレータ(ホモジナイザ)としてフライアイレンズ
系22を用いるものとしたが、その代わりにロッド・イ
ンテグレータを用いるようにしてもよい。ロッド・イン
テグレータを用いる照明光学系では、ロッド・インテグ
レータはその射出面がレチクルRのパターン面とほぼ共
役になるように配置されるので、例えばロッド・インテ
グレータの射出面に近接して前述の固定レチクルブライ
ンド30Aや可動レチクルブラインド30Bを配置して
もよい。
In the above embodiment, the fly-eye lens system 22 is used as an optical integrator (homogenizer). However, a rod integrator may be used instead. In an illumination optical system using a rod integrator, the rod integrator is arranged so that its exit surface is substantially conjugate with the pattern surface of the reticle R. The blind 30A and the movable reticle blind 30B may be arranged.

【0198】また、上記実施形態中では特に説明をしな
かったが、本実施形態のように、193nm以下の露光
波長により露光を行う装置の場合には、光束通過部分に
はケミカルフィルタを通過したクリーンエアーや、ドラ
イエアー、N2ガス、若しくはヘリウム、アルゴン、ク
リプトン等の不活性ガスを充填させあるいはフローさせ
たり、該光束通過部分を真空にする等の処置が必要とな
る。
Although not particularly described in the above embodiment, in the case of an apparatus for performing exposure with an exposure wavelength of 193 nm or less as in this embodiment, the light beam passing portion passes through a chemical filter. It is necessary to take measures such as filling or flowing clean air, dry air, N 2 gas, or an inert gas such as helium, argon, or krypton, or evacuating the light passing portion.

【0199】上記実施形態の露光装置は、各構成要素を
含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精
度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造さ
れる。これら各種精度を確保するために、この組み立て
の前後には、各種光学系については光学的精度を達成す
るための調整、各種機械系については機械的精度を達成
するための調整、各種電気系については電気的精度を達
成するための調整が行われる。各種サブシステムから露
光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、
機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続
等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への
組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工
程があることは言うまでもない。各種サブシステムの露
光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。
The exposure apparatus of the above embodiment is manufactured by assembling various subsystems including each component so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical accuracy for various optical systems, adjustments to achieve mechanical accuracy for various mechanical systems, and various electric systems to ensure these various accuracy Are adjusted to achieve electrical accuracy. The assembling process from various subsystems to the exposure apparatus is performed by
Mechanical connection, wiring connection of an electric circuit, piping connection of a pneumatic circuit, and the like are included. It goes without saying that there is an assembling process for each subsystem before the assembling process from these various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed, and various precisions of the entire exposure apparatus are secured. It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.

【0200】また、上記実施形態では、本発明に係る光
源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光
装置に適用された場合について説明したが、露光装置以
外の装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターン
の一部(ヒューズなど)を切断するために用いられるレ
ーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用す
ることができる。また、本発明に係る光源装置は可視光
または赤外光を用いる検査装置などにも適用することが
できる。そしてこの場合には前述の波長変換部を光源装
置に組み込む必要がない。すなわち、本発明は紫外レー
ザ装置だけでなく、可視域または赤外域の基本波を発生
する、波長変換部がないレーザ装置に対しても有効なも
のである。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャ
ン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えば
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置(ステッパ
など)にも好適に適用できるものである。更にはステッ
プ・アンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジ
ェクション・アライナーなどにも適用できる。
Further, in the above embodiment, the case where the light source device according to the present invention is applied to the step-and-scan type scanning exposure apparatus has been described. The light source device according to the present invention can also be applied to a laser repair device used for cutting a part (such as a fuse) of the formed circuit pattern. Further, the light source device according to the present invention can be applied to an inspection device using visible light or infrared light. In this case, it is not necessary to incorporate the above-mentioned wavelength converter into the light source device. That is, the present invention is effective not only for an ultraviolet laser device but also for a laser device that generates a fundamental wave in the visible or infrared region and has no wavelength conversion unit. Further, the present invention is not limited to the step-and-scan type scanning exposure apparatus, but can be suitably applied to a static exposure type, for example, an exposure apparatus (stepper or the like) of a step-and-repeat type. Further, the present invention can be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus, a mirror projection aligner, and the like.

【0201】なお、上記実施形態で示した投影光学系
や、照明光学系はほんの一例であって、本発明がこれに
限定されないことは勿論である。例えば、投影光学系と
して屈折光学系に限らず、反射光学素子のみからなる反
射系、又は反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射
屈折系(カタッディオプトリック系)を採用してもよ
い。波長200nm程度以下の真空紫外光(VUV光)
を用いる露光装置では、投影光学系として反射屈折系を
用いることも考えられる。この反射屈折型の投影光学系
としては、例えば特開平8―171054号公報及び特
開平10−20195号公報などに開示される、反射光
学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを有する反射
屈折系、又は特開平8−334695号公報及び特開平
10−3039号公報などに開示される、反射光学素子
としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する
反射屈折系を用いることができる。
The projection optical system and the illumination optical system shown in the above embodiments are only examples, and it goes without saying that the present invention is not limited to these. For example, the projection optical system is not limited to the refractive optical system, but may be a reflective system including only a reflective optical element, or a catadioptric system having a reflective optical element and a refractive optical element (a catadioptric system). Vacuum ultraviolet light (VUV light) with a wavelength of about 200 nm or less
In an exposure apparatus using, a catadioptric system may be used as the projection optical system. As the catadioptric projection optical system, for example, a catadioptric system having a beam splitter and a concave mirror as a reflective optical element, or a catadioptric system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. A catadioptric system having a concave mirror or the like can be used as a reflective optical element without using a beam splitter as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-334695 and Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-3039.

【0202】この他、米国特許第5,488,229
号、及び特開平10−104513号公報に開示され
る、複数の屈折光学素子と2枚のミラー(凹面鏡である
主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射面と反対側に反
射面が形成される裏面鏡である副鏡)とを同一軸上に配
置し、その複数の屈折光学素子によって形成されるレチ
クルパターンの中間像を、主鏡と副鏡とによってウエハ
上に再結像させる反射屈折系を用いてもよい。この反射
屈折系では、複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡と
が配置され、照明光が主鏡の一部を通って副鏡、主鏡の
順に反射され、さらに副鏡の一部を通ってウエハ上に達
することになる。
In addition, US Pat. No. 5,488,229
And a plurality of refractive optical elements and two mirrors (a primary mirror which is a concave mirror and a reflective surface formed on the side opposite to the incident surface of the refractive element or the parallel flat plate) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-104513. And a reflection mirror that re-images an intermediate image of the reticle pattern formed by the plurality of refractive optical elements on the wafer by the primary mirror and the secondary mirror. A refraction system may be used. In this catadioptric system, a primary mirror and a secondary mirror are arranged following a plurality of refractive optical elements, and illumination light is reflected through a part of the primary mirror in the order of a secondary mirror and a primary mirror. Part to reach the wafer.

【0203】勿論、半導体素子の製造に用いられる露光
装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイ
の製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレー
ト上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用い
られる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写
する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)の製造に用
いられる露光装置などにも本発明を適用することができ
る。
Of course, not only an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a thin-film magnetic head used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and the like. The present invention can also be applied to an exposure apparatus used to transfer a device pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used to manufacture an imaging device (such as a CCD), and the like.

【0204】[0204]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光変調装置によれば、パルス列変調の期間内における、
各光パルス射出期間以外の期間に光変調器から射出され
る光のモニタ結果に基づいて、補正信号発生器が、パル
ス列変調のためのパルス列信号である主変調信号を補正
する補正信号を発生するので、パルス列変調の期間内に
おける、各光パルス射出期間以外の期間の消光比を十分
な値に維持することができる。
As described above in detail, according to the optical modulation device of the present invention, it is possible to reduce
A correction signal generator generates a correction signal for correcting a main modulation signal, which is a pulse train signal for pulse train modulation, based on a result of monitoring light emitted from the optical modulator during a period other than each light pulse emission period. Therefore, the extinction ratio in a period other than each light pulse emission period in the pulse train modulation period can be maintained at a sufficient value.

【0205】また、本発明の光源装置によれば、光源か
ら射出された光を本発明の光変調装置によってパルス列
変調して光ファイバ増幅器によって増幅するので、パル
スパワー(エネルギ)が大きく、光パルス間の消光比が
向上した光パルス列を発生することができる。
Further, according to the light source device of the present invention, since the light emitted from the light source is pulse train-modulated by the optical modulator of the present invention and amplified by the optical fiber amplifier, the pulse power (energy) is large and the light pulse An optical pulse train with an improved extinction ratio can be generated.

【0206】また、本発明の露光装置によれば、光遮断
機構を有する本発明の光源装置を露光用ビームの発生装
置として備えるので、パルス数制御やパルスパワー制御
によって精度良く露光量制御ができる。したがって、露
光精度を向上して、基板に所定のパターンを転写するこ
とができる。
Further, according to the exposure apparatus of the present invention, since the light source device of the present invention having the light blocking mechanism is provided as a device for generating an exposure beam, the exposure amount can be accurately controlled by controlling the number of pulses and the pulse power. . Therefore, a predetermined pattern can be transferred to the substrate with improved exposure accuracy.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の光源装置の内部構成を主制御装置ととも
に示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the light source device of FIG. 1 together with a main controller.

【図3】図2の光変調装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the light modulation device in FIG. 2;

【図4】図3の光変調器の特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing characteristics of the optical modulator of FIG.

【図5】図5(A)及び図5(B)は、同期検波に基づ
く消光時のバイアス電圧を求めるための原理を説明する
ための図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a principle for obtaining a bias voltage at the time of extinction based on synchronous detection. FIG.

【図6】パルス列変調期間におけるモニタ信号の処理を
説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining processing of a monitor signal during a pulse train modulation period.

【図7】図7(A)及び図7(B)は、パルス列変調期
間以外の期間におけるバイアス電圧値の求め方を説明す
るための図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining how to obtain a bias voltage value during a period other than the pulse train modulation period.

【図8】パルス列変調期間以外の期間におけるバイアス
電圧の発生処理を説明するためのタイミングチャートで
ある。
FIG. 8 is a timing chart for explaining a process of generating a bias voltage in a period other than the pulse train modulation period.

【図9】光変調器からの射出光の波形を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a waveform of light emitted from an optical modulator.

【図10】図2の光増幅部の構成を概略的に示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical amplification unit in FIG. 2;

【図11】図2の光増幅部を構成するファイバ増幅器及
びその周辺部を、波長変換部の一部とともに概略的に示
す図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a fiber amplifier constituting the optical amplification unit of FIG. 2 and a peripheral part thereof together with a part of a wavelength conversion unit.

【図12】図12(A)は、ファイバーバンドル173
の出力端から射出される波長1.544μmの基本波
を、非線形光学結晶を用いて8倍波(高調波)に波長変
換して193nmの紫外光を発生する波長変換部の構成
例を示す図、図12(B)は、ファイバーバンドル17
3の出力端から射出される波長1.57μmの基本波を
非線形光学結晶を用いて10倍波に波長変換して157
nmの紫外光を発生する波長変換部の構成例を示す図で
ある。
FIG. 12A shows a fiber bundle 173;
The figure which shows the example of a structure of the wavelength conversion part which converts the fundamental wave of wavelength 1.544 micrometers emitted from the output terminal of a wavelength into an 8th harmonic (harmonic wave) using a nonlinear optical crystal, and generates 193 nm ultraviolet light. FIG. 12B shows the fiber bundle 17.
The wavelength of the fundamental wave having a wavelength of 1.57 μm emitted from the output terminal of No. 3 is converted into a 10th harmonic using a nonlinear optical crystal, and 157 is obtained.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a wavelength conversion unit that generates ultraviolet light of nm.

【図13】変形例の光変調装置の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a light modulation device according to a modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…露光装置、16…光源装置、160A…DFB半
導体レーザ(光源)、160C…光変調装置、161…
光増幅部、163…波長変換部、168n…光ファイバ
増幅器、171n…光ファイバ増幅器、310…光変調
器(第1光変調器)、310’…光変調器(第2光変調
器)、312…光経路(第1光導波路)、313…光経
路(第2光導波路)、315a,315b…電極、32
0…パルス発生器、330…補正信号発生器、W…ウエ
ハ(基板)。
10 Exposure device, 16 Light source device, 160A DFB semiconductor laser (light source), 160C Light modulation device, 161
Optical amplifying unit, 163 wavelength converting unit, 168 n optical fiber amplifier, 171 n optical fiber amplifier, 310 optical modulator (first optical modulator), 310 ′ optical modulator (second optical modulator) , 312... Optical path (first optical waveguide), 313... Optical path (second optical waveguide), 315a, 315b.
0: pulse generator, 330: correction signal generator, W: wafer (substrate).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 527 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA12 BA03 CA24 EA05 EB05 FA01 HA02 HA13 KA11 2H097 AB09 BB01 BB02 CA07 CA13 CA17 GB01 LA10 LA12 2K002 AB12 CA02 DA01 DA08 HA20 HA32 5F046 AA07 BA04 BA05 CA04 DA02 DA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/30 527 F term (Reference) 2H079 AA02 AA12 BA03 CA24 EA05 EB05 FA01 HA02 HA13 KA11 2H097 AB09 BB01 BB02 CA07 CA13 CA17 GB01 LA10 LA12 2K002 AB12 CA02 DA01 DA08 HA20 HA32 5F046 AA07 BA04 BA05 CA04 DA02 DA03

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光をパルス列変調して射出する光変
調装置であって、 透過率が第1変調信号の値に応じてほぼ0から1以下の
所定値までの範囲で変化する第1光変調器と;前記第1
光変調器へ向けて第1主変調信号を発生する第1パルス
発生器と;前記パルス列変調の期間内における、各光パ
ルス射出期間以外の期間における前記光変調器からの射
出光のモニタ結果に基づいて、前記光パルス射出期間以
外の期間における前記光変調器からの射出光をゼロとす
るために前記第1主変調信号を補正する第1補正信号を
発生する補正信号発生器とを備える光変調装置。
1. An optical modulator for modulating a pulse train of an incident light and emitting the light, wherein the first light whose transmittance changes in a range from substantially 0 to a predetermined value of 1 or less according to a value of the first modulation signal. A modulator;
A first pulse generator for generating a first main modulation signal toward the optical modulator; and a monitor result of light emitted from the optical modulator during a period other than each light pulse emission period in the pulse train modulation period. And a correction signal generator for generating a first correction signal for correcting the first main modulation signal to make the light emitted from the optical modulator zero during a period other than the light pulse emission period. Modulation device.
【請求項2】前記補正信号発生器は、前記パルス列変調
期間以外の期間における前記第1光変調器からの射出光
の強度を所定強度に補正する第2補正信号を更に発生す
ることを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said correction signal generator further generates a second correction signal for correcting the intensity of light emitted from said first optical modulator to a predetermined intensity during a period other than said pulse train modulation period. The light modulation device according to claim 1.
【請求項3】 前記所定強度は、前記パルス列変調の期
間内における前記光変調器からの射出光の平均強度であ
ることを特徴とする請求項2に記載の光変調装置。
3. The optical modulation device according to claim 2, wherein the predetermined intensity is an average intensity of light emitted from the optical modulator during the period of the pulse train modulation.
【請求項4】 前記第1変調信号は電気信号であり、前
記第1光変調器は電気光学変調器であることを特徴とす
る請求項1〜3のいずれか一項に記載の光変調装置。
4. The light modulation device according to claim 1, wherein the first modulation signal is an electric signal, and the first light modulator is an electro-optic modulator. .
【請求項5】 前記第1変調信号は電圧信号であり、 前記第1光変調器は、 前記入射光を第1の光及び第2の光に分割する第1光分
波器と;前記第1の光を導波する第1光導波路と;前記
第2の光を導波し、印加された電圧値に応じて屈折率が
変化する第2光導波路と;前記第2光導波路の少なくと
も一部に前記第1変調信号による電圧を印加するための
第1電極と;前記第1導波路を介した前記第1の光と、
前記第2導波路を介した前記第2の光とを合波する第1
合波器とを備えることを特徴とする請求項4に記載の光
変調装置。
5. The first modulation signal is a voltage signal; the first optical modulator is a first optical demultiplexer that divides the incident light into a first light and a second light; A first optical waveguide for guiding the first light; a second optical waveguide for guiding the second light and having a refractive index that varies according to an applied voltage value; and at least one of the second optical waveguides. A first electrode for applying a voltage according to the first modulation signal to a portion; the first light through the first waveguide;
A first light combining the second light with the second light passing through the second waveguide;
The optical modulator according to claim 4, further comprising a multiplexer.
【請求項6】 前記補正信号発生器は、 前記第1光変調器からの射出光を同期検波する同期検波
器と;前記同期検波器による前記光パルス射出期間以外
の期間における前記第1光変調器からの射出光の検波結
果に基づいて、前記光パルス射出期間以外の期間におけ
る前記第1光変調器からの射出光をゼロとするために前
記第1主変調信号に加える第1バイアス信号を発生する
第1バイアス発生器とを備えることを特徴とする請求項
4又は5に記載の光変調装置。
6. The correction signal generator includes: a synchronous detector for synchronously detecting light emitted from the first optical modulator; and the first optical modulation during a period other than the light pulse emission period by the synchronous detector. A first bias signal to be added to the first main modulation signal based on a detection result of light emitted from the optical modulator, in order to make light emitted from the first optical modulator zero during a period other than the light pulse emission period. The light modulation device according to claim 4, further comprising a first bias generator that generates the light.
【請求項7】 前記補正信号発生器は、前記パルス列変
調期間以外の期間における前記第1光変調器からの射出
光の光強度を所定強度に補正する第2バイアス信号を発
生する第2バイアス発生器を更に備えることを特徴とす
る請求項6に記載の光変調装置。
7. A second bias generator for generating a second bias signal for correcting a light intensity of light emitted from the first optical modulator to a predetermined intensity during a period other than the pulse train modulation period. The light modulation device according to claim 6, further comprising a modulator.
【請求項8】 前記第1光変調器と直列に接続され、透
過率が第2変調信号の値に応じてほぼ0から1以下の所
定値までの範囲で変化する第2光変調器と;前記第2光
変調器へ向けて第2主変調信号を発生する第2パルス発
生器とを更に備えることを特徴とする請求項1〜7のい
ずれか一項に記載の光変調装置。
8. A second optical modulator connected in series with the first optical modulator, the transmittance of which varies in a range from approximately 0 to a predetermined value of 1 or less according to a value of the second modulation signal; The optical modulation device according to claim 1, further comprising: a second pulse generator that generates a second main modulation signal toward the second optical modulator.
【請求項9】 前記第2変調信号は電気信号であり、前
記第2光変調器は電気光学変調器であることを特徴とす
る請求項8に記載の光変調装置。
9. The optical modulation device according to claim 8, wherein the second modulation signal is an electric signal, and the second light modulator is an electro-optic modulator.
【請求項10】 前記第2変調信号は電圧信号であり、 前記第2光変調器は、 入射した光を第3の光及び第4の光に分割する第2光分
波器と;前記第3の光を導波する第3光導波路と;前記
第4の光を導波し、印加された電圧値に応じて屈折率が
変化する第4光導波路と;前記第4光導波路の少なくと
も一部に前記第2変調信号による電圧を印加するための
第2電極と;前記第3導波路を介した前記第3の光と、
前記第4導波路を介した前記第4の光とを合波する第2
合波器とを備えることを特徴とする請求項9に記載の光
変調装置。
10. The second modulation signal is a voltage signal, the second optical modulator includes: a second optical demultiplexer that divides incident light into third light and fourth light; A third optical waveguide that guides the third light; a fourth optical waveguide that guides the fourth light and changes the refractive index according to the applied voltage value; and at least one of the fourth optical waveguide. A second electrode for applying a voltage based on the second modulation signal to a portion; and the third light via the third waveguide;
A second optical coupler for multiplexing the fourth light with the fourth light via the fourth waveguide;
The optical modulator according to claim 9, further comprising a multiplexer.
【請求項11】 入射光をパルス列変調して射出する光
変調装置であって、 前記入射光の透過率が第1変調信号の値に応じてほぼ0
から1以下の所定値までの範囲で変化する第1光変調器
と;前記第1光変調器へ向けて第1主変調信号を発生す
る第1パルス発生器と;前記第1光変調器と直列に接続
され、透過率が第2変調信号の値に応じてほぼ0から1
以下の所定値までの範囲で変化する第2光変調器と;前
記第2光変調器へ向けて第2主変調信号を発生する第2
パルス発生器とを備える光変調装置。
11. An optical modulator for modulating a pulse train of incident light and emitting the light, wherein the transmittance of the incident light is substantially zero according to the value of the first modulation signal.
A first optical modulator that changes in a range from to a predetermined value equal to or less than 1; a first pulse generator that generates a first main modulation signal toward the first optical modulator; Are connected in series, and the transmittance is approximately 0 to 1 depending on the value of the second modulation signal.
A second optical modulator that changes in a range up to the following predetermined value; and a second optical modulator that generates a second main modulation signal toward the second optical modulator.
An optical modulation device comprising a pulse generator.
【請求項12】 前記第1変調信号及び前記第2変調信
号は電気信号であり、前記第1光変調器及び前記第2光
変調器は電気光学変調器であることを特徴とする請求項
11に記載の光変調装置。
12. The apparatus according to claim 11, wherein the first modulation signal and the second modulation signal are electric signals, and the first light modulator and the second light modulator are electro-optic modulators. 3. The light modulation device according to claim 1.
【請求項13】 光源と;前記光源から射出された光を
パルス列変調する請求項1〜12のいずれか一項に記載
の光変調装置と;前記光変調装置から射出された光を増
幅する光ファイバ増幅器とを備える光源装置。
13. A light source; a light modulator for performing pulse train modulation on light emitted from the light source; and light for amplifying light emitted from the light modulator. A light source device comprising a fiber amplifier.
【請求項14】 前記光源は、単一波長レーザ光源であ
ることを特徴とする請求項13に記載の光源装置。
14. The light source device according to claim 13, wherein the light source is a single wavelength laser light source.
【請求項15】 前記光ファイバ増幅器から射出された
光を入射し、高調波変換する非線型光学結晶を含む波長
変換装置を更に備えることを特徴とする請求項13又は
14に記載の光源装置。
15. The light source device according to claim 13, further comprising a wavelength conversion device including a non-linear optical crystal that receives the light emitted from the optical fiber amplifier and performs harmonic conversion.
【請求項16】 前記光ファイバ増幅器の下流側に設け
られ、前記光変調装置におけるパルス列変調期間以外の
期間における射出光を遮断する光遮断機構を更に備える
ことを特徴とする請求項13〜15のいずれか一項に記
載の光源装置。
16. The optical modulator according to claim 13, further comprising a light blocking mechanism provided on the downstream side of said optical fiber amplifier, for blocking emitted light in a period other than a pulse train modulation period in said light modulation device. The light source device according to claim 1.
【請求項17】 露光用ビームを基板に照射することに
より、所定のパターンを基板に転写する露光装置におい
て、 前記露光用ビームの発生装置として請求項16に記載の
光源装置を備えることを特徴とする露光装置。
17. An exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto a substrate by irradiating the substrate with an exposure beam, comprising the light source device according to claim 16 as a device for generating the exposure beam. Exposure equipment.
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