JP2008171961A - Laser device, method and device for exposure, and manufacturing method of device - Google Patents

Laser device, method and device for exposure, and manufacturing method of device Download PDF

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device capable of outputting two laser beams having substantially the same characteristics such as central wavelength or the like. <P>SOLUTION: The laser device is provided with first and second laser light sources 1A, 1B which have band narrowing modules LNM and emit laser light LC1, LC2 by pulse emission, a monitor unit 66B for measuring the wavelength information of the laser light, movable mirrors 65B, 67 for guiding selectively either of the laser lights LC1, LC2 to the monitor unit 66B and a control unit 35A for controlling wavelengths of the laser light LC1, LC2 through the band narrowing modules LNM in the laser light sources 1A, 1B based on the measuring result of the monitor unit 66B. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のレーザ光を並列に又は同軸に合成して出力するレーザ技術、並びにこのレーザ技術を用いる露光技術及びデバイス製造技術に関する。   The present invention relates to a laser technique for combining and outputting a plurality of laser beams in parallel or coaxially, and to an exposure technique and a device manufacturing technique using this laser technique.

半導体素子等のデバイス(マイクロデバイス、電子デバイス等)を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、レチクル(又はフォトマスク等)に形成された回路パターンを投影光学系を介して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)上に投影露光するために、ステッパ等の静止露光型(一括露光型)の投影露光装置、及びスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。斯かる露光装置では、半導体集積回路等の一層の微細化、高集積化に対応して、露光光を短波長化して解像力を向上させるために、その露光光源として、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、さらにはArFエキシマレーザ(波長193nm)のような遠紫外域から真空紫外域にかけてのパルスレーザ光を発生するレーザ光源が使用されている。   In a photolithography process for manufacturing a device such as a semiconductor element (microdevice, electronic device, etc.), a wafer on which a circuit pattern formed on a reticle (or a photomask, etc.) is coated with a photoresist via a projection optical system In order to perform projection exposure on a glass plate (or glass plate, etc.), an exposure apparatus such as a stationary exposure type (collective exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper and a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a scanning stepper is used. ing. In such an exposure apparatus, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used as an exposure light source in order to shorten the wavelength of exposure light and improve resolution in response to further miniaturization and higher integration of semiconductor integrated circuits and the like. Further, a laser light source that generates pulsed laser light from the far ultraviolet region to the vacuum ultraviolet region, such as an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), is used.

また、露光光の短波長化以外に、結像性能を向上するための露光方法の一つに二重露光法がある。これは、ウエハ上の同一レイヤに例えば周期的パターンと孤立的パターンとが混じったパターンを露光するような場合に、レチクルパターンを周期的パターンを含む第1パターンと、孤立的パターンを含む第2パターンとに分けて、これら2つのパターンを順次露光条件を最適化させて二重露光することにより、高い結像性能を得るものである。   In addition to shortening the exposure light wavelength, one of the exposure methods for improving the imaging performance is a double exposure method. This is because, for example, when a pattern in which a periodic pattern and an isolated pattern are mixed is exposed on the same layer on the wafer, the reticle pattern is a first pattern including a periodic pattern and a second pattern including an isolated pattern. High imaging performance is obtained by dividing the pattern into two patterns and performing double exposure by sequentially optimizing the exposure conditions of these two patterns.

従来、このような二重露光法で露光を行う場合、その第1パターンが1個又は複数個形成された第1のレチクルを用いて1回目の露光を行い、次にレチクルをその第2パターンが1個又は複数個形成された第2のレチクルに交換して2回目の露光を行っていた。しかしながら、このようにレチクルを交換して露光を行うのでは高いスループットが得られない。   Conventionally, when exposure is performed by such a double exposure method, the first exposure is performed using a first reticle in which one or more first patterns are formed, and then the reticle is applied to the second pattern. The second exposure was performed by exchanging with one or a plurality of second reticles. However, high throughput cannot be obtained by performing exposure by exchanging the reticle in this way.

そこで、1枚のレチクルにその第1及び第2パターンを形成しておき、走査露光方式でそのレチクルのパターンをウエハ上の隣接する第1及び第2ショット領域に転写した後、そのウエハを走査方向に1つのショット領域分だけステップ移動して、そのレチクルのパターンをウエハ上の第2及び第3ショット領域に転写することによって、その第2ショット領域にその第1及び第2パターンを二重露光する露光方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この露光方法では、走査露光の途中で露光光がその第1及び第2パターンを照明する際の照明条件を切り替えることで、その2つのパターンに対する照明条件を個別に最適化することができる。
特開平11−111601号公報
Therefore, the first and second patterns are formed on a single reticle, the reticle pattern is transferred to adjacent first and second shot areas on the wafer by scanning exposure, and then the wafer is scanned. The first and second patterns are duplicated in the second shot area by stepping in the direction by one shot area and transferring the reticle pattern to the second and third shot areas on the wafer. An exposure method for exposure has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this exposure method, the illumination conditions for the two patterns can be individually optimized by switching the illumination conditions when the exposure light illuminates the first and second patterns during the scanning exposure.
JP-A-11-111601

上記の如き走査露光と組み合わせた二重露光法で露光する際に、第1及び第2パターンをそれぞれ最適な照明条件で照明し、かつ第1パターンの露光から第2パターンの露光への切り替えを円滑に(高速に)行うには、露光装置において、2つの照明系(例えば最終段のコンデンサレンズ系等は共用してもよい)を設けておき、その2つの照明系からの露光光を切り替えながらその第1及び第2パターンを照明することが考えられる。この場合、露光光源としてレーザ光源を用いるものとして、1台のレーザ光源からのレーザ光をハーフミラー等で2つに分けてその2つの照明系に供給する方式では、分割後のレーザ光の出力(単位時間当たりのエネルギー)が低下するため、露光工程のスループットを高めにくいという問題がある。   When performing exposure by the double exposure method combined with the scanning exposure as described above, the first and second patterns are each illuminated under optimal illumination conditions, and switching from exposure of the first pattern to exposure of the second pattern is performed. To perform smoothly (at high speed), the exposure apparatus is provided with two illumination systems (for example, the last stage condenser lens system may be shared), and the exposure light from the two illumination systems is switched. However, it is conceivable to illuminate the first and second patterns. In this case, assuming that a laser light source is used as the exposure light source, the laser light from one laser light source is divided into two by a half mirror or the like and supplied to the two illumination systems. Since (energy per unit time) decreases, there is a problem that it is difficult to increase the throughput of the exposure process.

また、露光光源として、2台のレーザ光源を並列に用いることも考えられるが、この場合、2台のレーザ光源から出力されるレーザ光の中心波長等の特性が異なると、投影光学系の結像特性(色収差等)の相違によって、二重露光後のパターンの結像性能が低下する恐れがある。
さらに、露光装置以外のレーザ加工機等においても、レーザ光源のコスト負担をあまり重くすることなく、加工工程のスループット等を高めるために、複数台のレーザ光源のコストよりも低いコストで、かつ複数のレーザ光を発生できるレーザ装置の開発が望まれている。
It is also conceivable to use two laser light sources in parallel as the exposure light source, but in this case, if the characteristics such as the center wavelength of the laser light output from the two laser light sources are different, the projection optical system is connected. Due to the difference in image characteristics (such as chromatic aberration), the image forming performance of the pattern after double exposure may be deteriorated.
Furthermore, even in laser processing machines other than the exposure apparatus, in order to increase the throughput of the processing process without increasing the cost burden of the laser light source, the cost is lower than the cost of a plurality of laser light sources and Development of a laser device capable of generating the laser beam is desired.

また、レーザ光源がエキシマレーザ光源のようなパルス光源である場合、その出力を高めるためには、パルスエネルギー及び発振周波数を高めればよい。しかしながら、例えばArFエキシマレーザ光源の場合には、その発振周波数の上限は現状では4kHz程度であり、レーザ特性を安定に維持した状態でそれ以上に発振周波数を高めるのは困難である。一方、パルスエネルギーを高めるために、そのピークレベルを高めると、露光装置の照明光学系及び投影光学系を構成する光学部材が損傷を受ける恐れがある。そのため、パルスエネルギーを高めるためには、そのピークレベルを大きくすることなく、そのパルス幅を広くすることが望ましい。   When the laser light source is a pulse light source such as an excimer laser light source, the pulse energy and the oscillation frequency may be increased in order to increase the output. However, in the case of an ArF excimer laser light source, for example, the upper limit of the oscillation frequency is currently about 4 kHz, and it is difficult to further increase the oscillation frequency while maintaining the laser characteristics stably. On the other hand, if the peak level is increased in order to increase the pulse energy, the optical members constituting the illumination optical system and projection optical system of the exposure apparatus may be damaged. Therefore, in order to increase the pulse energy, it is desirable to increase the pulse width without increasing the peak level.

本発明はこのような事情に鑑み、例えば二重露光法による露光を行う際に使用できるように、中心波長等の特性がほぼ同じ2つのレーザ光を並列に又は同軸に合成して出力できるレーザ装置を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、2つのレーザ光を並列に又は同軸に合成して出力できる安価なレーザ装置を提供することを第2の目的とする。
In view of such circumstances, the present invention is a laser capable of combining two laser beams having substantially the same characteristics such as the center wavelength in parallel or coaxially and outputting them so that they can be used, for example, when performing exposure by a double exposure method. It is a first object to provide an apparatus.
A second object of the present invention is to provide an inexpensive laser device that can output two laser beams by combining them in parallel or coaxially.

また、本発明は、パルス幅を容易に広げることができる2つのレーザ光源を備えたレーザ装置を提供することを第3の目的とする。
また、本発明は、2つのレーザ光を出力するレーザ装置を用いて二重露光法による露光を行うことができる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを第4の目的とする。
A third object of the present invention is to provide a laser apparatus including two laser light sources that can easily widen the pulse width.
A fourth object of the present invention is to provide an exposure technique and a device manufacturing technique capable of performing exposure by a double exposure method using a laser apparatus that outputs two laser beams.

本発明による第1のレーザ装置は、2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、レーザ光の波長を制御する第1の波長選択光学系(LNM)を有し、第1のレーザ光をパルス発光する第1のレーザ光源(1A)と、レーザ光の波長を制御する第2の波長選択光学系(LNM)を有し、第2のレーザ光をパルス発光する第2のレーザ光源(1B)と、レーザ光の波長情報を計測する波長モニタ(66B)と、その第1及び第2のレーザ光のいずれか一方を選択的にその波長モニタに導く光路切り換え光学系(65B,67)と、その波長モニタで計測されるその第1及び第2のレーザ光の波長情報に基づいて、その第1及び第2の波長選択光学系を介してその第1及び第2のレーザ光の波長を制御する制御系(45A)とを備えたものである。   A first laser device according to the present invention is a laser device that outputs two laser beams, includes a first wavelength selection optical system (LNM) that controls the wavelength of the laser beams, and outputs the first laser beams. A second laser light source (1B) that has a first laser light source (1A) that emits pulses and a second wavelength selection optical system (LNM) that controls the wavelength of the laser light, and emits pulses of the second laser light. ), A wavelength monitor (66B) for measuring the wavelength information of the laser beam, and an optical path switching optical system (65B, 67) for selectively guiding one of the first and second laser beams to the wavelength monitor. Based on the wavelength information of the first and second laser beams measured by the wavelength monitor, the wavelengths of the first and second laser beams are determined via the first and second wavelength selection optical systems. And a control system (45A) for controlling .

本発明によれば、その波長モニタの計測結果に基づいて、その第1及び第2の波長選択光学系を介してその第1及び第2のレーザ光の中心波長等を合わせることによって、中心波長等の特性がほぼ同じ2つのレーザ光を並列に出力できる。
また、本発明による第2のレーザ装置は、2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、それぞれレーザ光をパルス発光する第1及び第2のレーザ光源(62A,62B)と、その第1のレーザ光源から出力されたレーザ光(LC1)から第1のレーザ光(LC1B)を分岐するとともに、第2のレーザ光を合成して出力する第1の分岐合成光学系(63A)と、その第2のレーザ光源から出力されたレーザ光(LC2)から第3のレーザ光(LC2B)を分岐するとともに、第4のレーザ光を合成して出力する第2の分岐合成光学系(63B)と、その第1のレーザ光をその第2のレーザ光としてその第1の分岐光学系に導くとともに、その第3のレーザ光をその第4のレーザ光としてその第2の分岐光学系に導く送光光学系(64A〜64D)とを備え、その第1及び第2の分岐合成光学系から出力される2つのレーザ光を並列に出力するものである。
According to the present invention, based on the measurement result of the wavelength monitor, the center wavelength of the first and second laser beams and the like are matched via the first and second wavelength selection optical systems. Two laser beams having substantially the same characteristics can be output in parallel.
The second laser device according to the present invention is a laser device that outputs two laser beams, each of which includes first and second laser light sources (62A, 62B) that emit laser light pulses, and the first laser device. A first branching / combining optical system (63A) for branching the first laser beam (LC1B) from the laser beam (LC1) output from the laser light source and combining and outputting the second laser beam; A second branching and combining optical system (63B) for branching the third laser beam (LC2B) from the laser beam (LC2) output from the second laser light source and for combining and outputting the fourth laser beam; The first laser beam is guided to the first branching optical system as the second laser beam, and the third laser beam is guided to the second branching optical system as the fourth laser beam. Optical optics (64A ~ 4D) and provided with, and outputs two laser beams outputted from the first and second branch combining optical system in parallel.

本発明によれば、その第1及び第2の分岐合成光学系から出力されるパルスレーザ光は、ピークレベルがほぼ1/2になり、パルス幅がほぼ2倍に広がっている。しかも、その2つの分岐合成光学系から並列に出力されるパルスレーザ光のパルス幅(特性)はほぼ同じである。
また、本発明による第3のレーザ装置は、2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、レーザ光をパルス発光するレーザ光源(50)と、そのレーザ光源から出力されるレーザ光をパルス毎に交互に光路の異なる第1及び第2のレーザ光として出力する分岐光学系(52,53)と、その第1及び第2のレーザ光をそれぞれ増幅して並列に出力する第1及び第2のレーザ増幅器(55A,55B)とを備えたものである。
According to the present invention, the peak level of the pulse laser beam output from the first and second branching / combining optical systems is approximately ½, and the pulse width is approximately doubled. Moreover, the pulse widths (characteristics) of the pulsed laser beams output in parallel from the two branching / combining optical systems are substantially the same.
A third laser device according to the present invention is a laser device that outputs two laser beams, and a laser light source (50) that emits a pulse of laser light and a laser beam output from the laser light source for each pulse. Branch optical systems (52, 53) that alternately output first and second laser beams having different optical paths, and first and second amplifiers that amplify and output the first and second laser beams in parallel, respectively. Laser amplifiers (55A, 55B).

本発明によれば、波長制御用で出力は小さくてもよい1台のレーザ光源と、レーザ共振器を必ずしも必要としない2台のレーザ増幅器とを用いることによって、安価な構成で2つの中心波長等の特性が等しいレーザ光を並列に出力できる。
また、本発明による第4のレーザ装置は、レーザ光をパルス発光するレーザ装置であって、それぞれレーザ光をパルス発光する第1及び第2のレーザ光源(62A,62B)と、その第1及び第2のレーザ光源からのレーザ光をほぼ同軸に合成する合成光学系(63A,63C)と、その第1及び第2のレーザ光源を同じパルス周波数で、かつほぼ各パルス光の発光時間に相当する時間差で発光させる制御系(45B)とを備えたものである。
According to the present invention, by using one laser light source for wavelength control whose output may be small and two laser amplifiers that do not necessarily require a laser resonator, two central wavelengths can be obtained with an inexpensive configuration. Laser beams having the same characteristics can be output in parallel.
A fourth laser device according to the present invention is a laser device that emits a pulsed laser beam, and each of the first and second laser light sources (62A, 62B) that emits a pulsed laser beam; The synthesizing optical system (63A, 63C) for synthesizing the laser beams from the second laser light source substantially coaxially and the first and second laser light sources at the same pulse frequency and substantially equivalent to the emission time of each pulse light And a control system (45B) that emits light with a time difference.

本発明によれば、簡単な構成で、パルスレーザ光のピークレベルを変えることなく、パルス幅を容易に広げることができる。
次に、本発明による露光方法は、露光ビームでパターン及び投影光学系(PL)を介して基板(W)を露光した状態で、そのパターンを第1方向に移動するのに同期してその基板を対応する第2方向に移動する露光方法において、本発明のレーザ装置(1A,1B,45A)から並列に出力される2つのレーザ光を第1及び第2照明光として使用し、そのパターン上にその第1方向に隣接して第1及び第2パターン領域(52A,52B)が形成され、そのパターンをその第1方向に移動し、その第1パターン領域がその投影光学系の視野内を通過しているときに、その第1方向の幅が可変の第1照明領域(10AP)を用いてその第1照明光でその第1パターン領域を照明してその基板を露光し、その第2パターン領域がその視野内を通過しているときに、その第1方向の幅が可変の第2照明領域(10BP)を用いてその第2照明光でその第2パターン領域を照明してその基板を露光するものである。
According to the present invention, the pulse width can be easily widened with a simple configuration without changing the peak level of the pulse laser beam.
Next, in the exposure method according to the present invention, the substrate (W) is exposed with the exposure beam through the pattern and the projection optical system (PL), and the substrate is synchronized with the movement of the pattern in the first direction. In the corresponding second direction, the two laser beams output in parallel from the laser apparatus (1A, 1B, 45A) of the present invention are used as the first and second illumination beams, The first and second pattern regions (52A, 52B) are formed adjacent to the first direction, and the pattern is moved in the first direction, and the first pattern region is within the field of view of the projection optical system. When passing, the substrate is exposed by illuminating the first pattern region with the first illumination light using the first illumination region (10AP) whose width in the first direction is variable, and the second Pattern area passes through its field of view When and, width of the first direction in which illuminating the second pattern area at the second illumination light to expose the substrate using a variable of the second illumination area (10BP).

本発明によれば、その基板上にその第1パターン領域の像とその第2パターン領域の像とを重ねて露光することによって、二重露光法によって露光を行うことができる。
また、本発明による第1の露光装置は、照明光でパターン及び投影光学系(PL)を介して基板(W)を露光した状態で、そのパターンを第1方向に移動するのに同期してその基板を対応する第2方向に移動する露光装置において、本発明による2つのレーザ光を並列に出力するレーザ装置(1A,1B,45A)と、その投影光学系の視野内のその第1方向の幅が可変の第1照明領域(10AP)をそのレーザ装置から出力される一方のレーザ光よりなる第1照明光で照明するとともに、その視野内のその第1方向の幅が可変の第2照明領域(10BP)をそのレーザ装置から出力される他方のレーザ光よりなる第2照明光で照明する照明光学系(IU)と、そのパターンのその第1方向の位置に応じてその第1及び第2照明領域のその第1方向の幅を制御する照明制御装置(42R,10A,10B,11A,11B)とを備えたものである。
According to the present invention, exposure can be performed by the double exposure method by exposing the image of the first pattern area and the image of the second pattern area on the substrate in an overlapping manner.
In addition, the first exposure apparatus according to the present invention is synchronized with the movement of the pattern in the first direction in a state where the substrate (W) is exposed with the illumination light through the pattern and the projection optical system (PL). In an exposure apparatus that moves the substrate in the corresponding second direction, the laser apparatus (1A, 1B, 45A) for outputting two laser beams in parallel according to the present invention, and the first direction in the field of view of the projection optical system The first illumination region (10AP) having a variable width is illuminated with a first illumination light composed of one of the laser beams output from the laser device, and a width in the first direction within the field of view is variable. An illumination optical system (IU) that illuminates the illumination area (10BP) with the second illumination light composed of the other laser light output from the laser device, and the first and second positions according to the position of the pattern in the first direction Its second in the second illumination area Lighting control device for controlling the direction of the width is obtained with (42R, 10A, 10B, 11A, 11B) and a.

本発明によれば、そのパターン上に所定方向に第1及び第2パターン領域を形成しておき、その所定方向にそのパターンを走査するのに同期してその基板を走査するに際して、その第1及び第2照明領域でその第1及び第2パターン領域を照明してその基板を露光する。そして、その基板上にその第1パターン領域の像とその第2パターン領域の像とを重ねて露光することによって、二重露光法によって露光を行うことができる。   According to the present invention, the first and second pattern regions are formed in a predetermined direction on the pattern, and the first is scanned when the substrate is scanned in synchronization with the scanning of the pattern in the predetermined direction. And the 1st and 2nd pattern area | region is illuminated in a 2nd illumination area | region, and the board | substrate is exposed. Then, by exposing the image of the first pattern area and the image of the second pattern area on the substrate in an overlapping manner, exposure can be performed by a double exposure method.

また、本発明による第2の露光装置は、照明光で光学部材(PL)を介して基板(W)を露光する露光装置において、本発明のレーザ装置(71,45A)を備え、そのレーザ装置からのレーザ光をその照明光として用いるものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。本発明によれば、例えば二重露光法の適用によって、基板上の1つのレイヤに最適な照明条件の異なる複数の回路パターンを高精度に形成できる。
A second exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus that exposes a substrate (W) with illumination light through an optical member (PL), and includes the laser apparatus (71, 45A) of the present invention. Is used as the illumination light.
A device manufacturing method according to the present invention uses the exposure method or exposure apparatus of the present invention. According to the present invention, for example, by applying the double exposure method, a plurality of circuit patterns having different illumination conditions optimal for one layer on the substrate can be formed with high accuracy.

なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。   In addition, although the reference numerals in parentheses attached to the predetermined elements of the present invention correspond to members in the drawings showing an embodiment of the present invention, each reference numeral of the present invention is provided for easy understanding of the present invention. The elements are merely illustrative, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明のレーザ装置の第1の実施形態につき図1〜図5を参照して説明する。本実施形態は、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)とほぼ同じ波長の2つのパルスレーザ光を出力するレーザ光源装置に本発明を適用したものである。なお、本発明は、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、Ar2 エキシマレーザ(波長126m)、あるいはF2 レーザ(波長157nm)等とほぼ同じ波長の2つのレーザ光、又は他の任意の波長の2つのレーザ光をパルス発光するレーザ光源装置にも同様に適用できる。
[First Embodiment]
A first embodiment of the laser apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, the present invention is applied to a laser light source device that outputs two pulsed laser beams having substantially the same wavelength as an ArF excimer laser beam (wavelength 193 nm). In the present invention, two laser beams having substantially the same wavelength as the KrF excimer laser (wavelength 248 nm), Ar 2 excimer laser (wavelength 126 m), F 2 laser (wavelength 157 nm), etc. The present invention can be similarly applied to a laser light source device that emits two laser beams in pulses.

図1は、本例のレーザ光源装置を示し、この図1において、このレーザ光源装置は、波長が制御された小さい出力のレーザ光(シード光)LBをパルス発光する発振用のレーザ光源50と、そのレーザ光LBの光路を1パルス毎に交互に振り分けて2つのレーザ光LB1及びLB2を生成する分岐用の光学系と、そのレーザ光LB1及びLB2を増幅して同じ波長特性で、かつ同じ発光タイミングのレーザ光LC1及びLC2をパルス発光する互いに同一構成のレーザ増幅チャンバ55A及び55Bと、これらの動作を制御するコンピュータを含む制御部35とを備えている。並列に出力されるレーザ光LC1,LC2は、不図示のレチクルのパターンをウエハ等の基板上に露光する露光装置本体部において露光光として使用され、その露光装置本体部の制御系から制御部35に対して、レーザ光LC1,LC2のパルス発光のタイミングを示す発光トリガパルスTPと、レーザ光LC1,LC2の中心波長、スペクトル幅、及びパルスエネルギー等のレーザ特性の設定目標値を示す制御情報とが供給されている。   FIG. 1 shows a laser light source device of this example. In FIG. 1, this laser light source device includes an oscillation laser light source 50 that emits a pulse of a laser light (seed light) LB having a controlled output and a small output. The optical path for splitting the optical path of the laser beam LB alternately for each pulse to generate two laser beams LB1 and LB2, and the same wavelength characteristics by amplifying the laser beams LB1 and LB2 and the same Laser amplification chambers 55A and 55B having the same configuration that emit laser pulses LC1 and LC2 of light emission timing are provided, and a control unit 35 including a computer that controls these operations. The laser beams LC1 and LC2 output in parallel are used as exposure light in an exposure apparatus main body that exposes a reticle pattern (not shown) on a substrate such as a wafer. The control unit 35 controls the exposure apparatus main body. On the other hand, a light emission trigger pulse TP indicating the pulse emission timing of the laser beams LC1 and LC2, and control information indicating set target values of laser characteristics such as the center wavelength, spectrum width, and pulse energy of the laser beams LC1 and LC2, and Is supplied.

具体的に、発振用のレーザ光源50は、アルゴン(Ar)及びフッ素(F2 )を混合したレーザガスと、このレーザガスを希釈するためのガス(例えばネオン(Ne)とヘリウム(He)との混合ガス)とが封入されるとともに、放電用の1対の電極が設置された放電用のチャンバ51と、チャンバ51を長手方向に挟むように配置された狭帯域化モジュール(Line Narrow Module)(以下、LNMという。)及び出力ミラーOCからなるレーザ共振器と、そのチャンバ51内の電極間に放電させるための電源を含む放電回路部(不図示)とを備えている。その放電回路部は、制御部35からのトリガ信号TS1に同期してその電極間に放電させる。チャンバ51のレーザ光LBが通過する両端部は、レーザ光のP偏光成分(入射面に平行な偏光成分)の反射損失を低減するとともに、位置シフトを生じさせないために、互いに反対方向のブリュースタ角で傾斜した窓部で密閉されている。従って、レーザ光源50から射出されるレーザ光LBは、図1の紙面に平行な方向に偏光した直線偏光である。 Specifically, the laser light source 50 for oscillation includes a laser gas mixed with argon (Ar) and fluorine (F 2 ) and a gas for diluting the laser gas (for example, a mixture of neon (Ne) and helium (He). Gas) and a discharge chamber 51 in which a pair of electrodes for discharge are installed, and a narrow-band module (Line Narrow Module) (hereinafter referred to as a sandwiching chamber 51 in the longitudinal direction) , LNM) and an output mirror OC, and a discharge circuit section (not shown) including a power source for discharging between electrodes in the chamber 51. The discharge circuit unit discharges between the electrodes in synchronization with the trigger signal TS1 from the control unit 35. Both ends of the chamber 51 through which the laser beam LB passes are used to reduce the reflection loss of the P-polarized light component (polarized light component parallel to the incident surface) of the laser light and to prevent the position shift, so that the Brewsters in opposite directions to each other. It is sealed with a window that is inclined at the corner. Therefore, the laser beam LB emitted from the laser light source 50 is linearly polarized light polarized in a direction parallel to the paper surface of FIG.

また、狭帯域化モジュールLNMは、例えば3個又は4個の拡大プリズムと、波長選択素子である回折格子等の光学素子とから構成される。なお、狭帯域化モジュールLNMは、波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子とで構成される場合もある。さらに、実際には、出力ミラーOCの後に反射率の小さいビームスプリッタ(不図示)が設置され、このビームスプリッタで反射されたレーザ光LBの一部がレーザ光の中心波長、スペクトル幅、及びパルスエネルギー等のレーザ特性情報を計測するモニタ部(不図示)に供給され、このモニタ部の計測結果が制御部35に供給されている。制御部35は、そのモニタ部の計測結果に基づいて、狭帯域化モジュールLNMの光学部材を駆動することによって、レーザ光源50から出力されるレーザ光LBの中心波長及びスペクトル幅を上述の制御情報に含まれる設定目標値に設定する。   The band narrowing module LNM includes, for example, three or four magnifying prisms and an optical element such as a diffraction grating which is a wavelength selection element. Note that the narrowband module LNM may be configured by an etalon that is a wavelength selection element and an optical element such as a total reflection mirror. Further, in practice, a beam splitter (not shown) having a low reflectivity is installed after the output mirror OC, and a part of the laser beam LB reflected by the beam splitter is a center wavelength, a spectrum width, and a pulse of the laser beam. This is supplied to a monitor unit (not shown) that measures laser characteristic information such as energy, and the measurement result of this monitor unit is supplied to the control unit 35. The control unit 35 drives the optical member of the narrowband module LNM based on the measurement result of the monitor unit, thereby setting the center wavelength and the spectral width of the laser beam LB output from the laser light source 50 as described above. Set to the set target value included in.

また、その分岐用の光学系は、レーザ光LBを偏光方向が回転しない第1状態(P偏光)のレーザ光LB1と、偏光方向が90°回転した第2状態(S偏光)のレーザ光LB2とに選択的に切り替える偏光変調素子52と、偏光変調素子52から出力されたレーザ光のうち、レーザ光LB1はそのままレーザ増幅チャンバ55Aに通し、レーザ光LB2は光路を90°折り曲げる偏光ビームスプリッタ(以下、PBSという。)53と、そのレーザ光LB2の光路をレーザ光LB1と平行にしてレーザ増幅チャンバ55Bに送るミラー54とを備えている。一例として、偏光変調素子52は、制御部35からの制御信号TE1がローレベルの期間ではレーザ光LB1を出力し、ハイレベルの期間ではレーザ光LB2を出力する。   The branching optical system includes a laser beam LB1 in a first state (P-polarized light) whose polarization direction is not rotated, and a laser beam LB2 in a second state (S-polarized light) whose polarization direction is rotated 90 °. Of the laser light outputted from the polarization modulation element 52, the laser light LB1 is passed through the laser amplification chamber 55A as it is, and the laser beam LB2 is a polarization beam splitter that bends the optical path by 90 degrees ( (Hereinafter referred to as PBS) 53, and a mirror 54 for sending the laser beam LB2 to the laser amplification chamber 55B in parallel with the laser beam LB1. As an example, the polarization modulation element 52 outputs the laser beam LB1 when the control signal TE1 from the control unit 35 is at a low level, and outputs the laser beam LB2 when the control signal TE1 is at a high level.

偏光変調素子52としては、結晶(又は液体)の複屈折を電気的に変化させて、内部を通過する光の偏光方向を変化させるポッケルス・セル又はカーセル等(ただし、偏光子、検光子は不要)の電気光学変調素子を用いることができる。その他に、偏光変調素子52としては、磁場による偏波面回転等の磁気光学効果を用いるファラデーセル等の磁気光学変調素子、又は光弾性効果を用いて偏光方向を変える変調素子等を用いることができる。   As the polarization modulation element 52, a Pockels cell or a car cell that electrically changes the birefringence of the crystal (or liquid) and changes the polarization direction of the light passing through the inside (however, a polarizer and an analyzer are not required). 2) can be used. In addition, as the polarization modulation element 52, a magneto-optic modulation element such as a Faraday cell that uses a magneto-optical effect such as polarization plane rotation by a magnetic field, a modulation element that changes the polarization direction using a photoelastic effect, or the like can be used. .

また、レーザ増幅チャンバ55A,55Bは、それぞれチャンバ51と同様に、レーザガス等が封入されるとともに、1対の電極が設置された放電用のチャンバと、その電極間に放電させるための電源を含む放電回路部(不図示)とを備えている。その放電回路部は、制御部35からのトリガ信号TS2及びTS3に同期してその電極間に放電させる。本例では、レーザ増幅チャンバ55A,55Bはレーザ共振器を備えておらず、レーザ光源50から出力されたレーザ光LB1及びLB2を増幅する機能を有する。すなわち、本例のレーザ光源装置は、レーザ光源50を主発振器(Master Oscillator (MO))とし、レーザ増幅チャンバ55A,55Bなどを含むレーザ光源を光出力増幅器(Power Amplifier (PA))とするMOPAレーザシステムである。従って、トリガ信号TS1,TS2は、レーザ光LB1,LB2がレーザ増幅チャンバ55A,55Bに入射するタイミングでハイレベルとなるように供給される。さらに、レーザ光LB1及びLB2はそれぞれP偏光及びS偏光であるため、レーザ増幅チャンバ55A及び55Bの窓部55Aa,55Ab及び窓部55Ba,55Bbは、それぞれ図1の紙面に平行な面内及び垂直な面内でブリュースタ角となるように回転角が設定されている。並列に出力されるレーザ光LC1,LC2は偏光方向が直交した直線偏光であるが、レーザ光LC1,LC2の偏光方向を平行にするために、例えばレーザ増幅チャンバ55Bの直後に1/2波長板を設置してもよい。   Similarly to chamber 51, laser amplification chambers 55A and 55B include a discharge chamber in which a laser gas or the like is enclosed and a pair of electrodes, and a power source for discharging between the electrodes. A discharge circuit unit (not shown). The discharge circuit unit discharges between the electrodes in synchronization with the trigger signals TS2 and TS3 from the control unit 35. In this example, the laser amplification chambers 55A and 55B are not provided with a laser resonator, and have a function of amplifying the laser beams LB1 and LB2 output from the laser light source 50. That is, in the laser light source device of this example, the laser light source 50 is a master oscillator (Master Oscillator (MO)), and the laser light source including the laser amplification chambers 55A and 55B is an optical output amplifier (Power Amplifier (PA)). It is a laser system. Therefore, the trigger signals TS1 and TS2 are supplied so that the laser beams LB1 and LB2 become high level at the timing when the laser beams LB1 and LB2 enter the laser amplification chambers 55A and 55B. Further, since the laser beams LB1 and LB2 are respectively P-polarized light and S-polarized light, the window portions 55Aa and 55Ab and the window portions 55Ba and 55Bb of the laser amplification chambers 55A and 55B are in-plane and perpendicular to the paper surface of FIG. The rotation angle is set so as to be the Brewster angle in a smooth plane. The laser beams LC1 and LC2 output in parallel are linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, but in order to make the polarization directions of the laser beams LC1 and LC2 parallel, for example, a ½ wavelength plate immediately after the laser amplification chamber 55B. May be installed.

図1のレーザ光源装置の発光動作の一例につき図2を参照して説明する。図2(A)〜(H)の横軸は時間t、図2(A)〜(E)の縦軸は信号強度、図2(F)〜(H)の縦軸は光強度である。先ず、図2(A)に示すように、露光装置本体部(不図示)から図1の制御部35に所定周波数でハイレベルのパルスとなる発光トリガパルスTPが供給され、これに応じて制御部35では、発光トリガパルスTPに同期した同じ周波数のトリガ信号TS1(図2(B))、及び発光トリガパルスTPがハイレベルのパルスとなる毎にレベルが反転する制御信号TE1(図2(C))をレーザ光源50及び偏光変調素子52に供給する。さらに、制御部35は、トリガ信号TS1の奇数番目及び偶数番目のハイレベルのパルスと同じタイミングでそれぞれハイレベルとなるトリガ信号TS2(図2(D))及びTS3(図2(E))をレーザ増幅チャンバ55A及び55Bに供給する。この結果、レーザ光源50からは、図2(F)に示すように、トリガ信号TS1に同期して、発光トリガパルスTPと同じ発振周波数で出力が小さいレーザ光LBが出力される。また、一方のレーザ増幅チャンバ55Aからは、レーザ光LBの奇数番目のパルスを増幅したレーザ光LC1(図2(G))が出力され、他方のレーザ増幅チャンバ55Bからは、レーザ光LBの偶数番目のパルスを増幅したレーザ光LC2(図2(H))が出力される。出力されるレーザ光LC1,LC2の周波数は、レーザ光LB(シード光)の周波数(発光トリガパルスTPの周波数)の1/2であり、かつレーザ光LC1,LC2は、中心波長及びスペクトル幅がレーザ光LBと同じである。   An example of the light emission operation of the laser light source device of FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2A to 2H, the horizontal axis represents time t, the vertical axes in FIGS. 2A to 2E represent signal intensity, and the vertical axes in FIGS. 2F to 2H represent light intensity. First, as shown in FIG. 2A, a light emission trigger pulse TP that is a high-level pulse at a predetermined frequency is supplied from the exposure apparatus main body (not shown) to the control unit 35 in FIG. 1, and the control is performed accordingly. In the unit 35, a trigger signal TS1 (FIG. 2B) having the same frequency synchronized with the light emission trigger pulse TP and a control signal TE1 (FIG. 2 (2) whose level is inverted every time the light emission trigger pulse TP becomes a high level pulse. C)) is supplied to the laser light source 50 and the polarization modulator 52. Further, the control unit 35 generates trigger signals TS2 (FIG. 2D) and TS3 (FIG. 2E) that become high level at the same timing as the odd-numbered and even-numbered high-level pulses of the trigger signal TS1, respectively. Supply to laser amplification chambers 55A and 55B. As a result, as shown in FIG. 2F, the laser light source 50 outputs a laser beam LB having a small output at the same oscillation frequency as the light emission trigger pulse TP in synchronization with the trigger signal TS1. Further, the laser beam LC1 (FIG. 2G) obtained by amplifying odd-numbered pulses of the laser beam LB is output from one laser amplification chamber 55A, and the even number of the laser beam LB is output from the other laser amplification chamber 55B. Laser light LC2 (FIG. 2 (H)) obtained by amplifying the second pulse is output. The frequencies of the output laser beams LC1 and LC2 are ½ of the frequency of the laser beam LB (seed beam) (the frequency of the light emission trigger pulse TP), and the laser beams LC1 and LC2 have a center wavelength and a spectral width. It is the same as the laser beam LB.

このように本例のレーザ光源装置によれば、発振用のレーザ光源50を2台の増幅用のレーザ増幅チャンバ55A,55Bで共用しているため、それぞれ発振用及び増幅用のチャンバを含む2台のレーザ光源装置を用いる場合に比べて低コストで、中心波長等のレーザ特性が等しい2つのレーザ光LC1,LC2を並列にパルス発光することができる。また、レーザ増幅チャンバ55A,55Bにおける放電電圧(増幅率)は独立に制御できるため、射出されるレーザ光LC1,LC2のパルスエネルギーは互いに独立に制御可能である。   As described above, according to the laser light source device of this example, the oscillation laser light source 50 is shared by the two laser amplification chambers 55A and 55B for amplification, and therefore includes the oscillation chamber and the amplification chamber 2 respectively. Compared with the case of using a single laser light source device, two laser beams LC1 and LC2 having the same laser characteristics such as the center wavelength can be pulsed in parallel at a low cost. Further, since the discharge voltage (amplification factor) in the laser amplification chambers 55A and 55B can be controlled independently, the pulse energies of the emitted laser beams LC1 and LC2 can be controlled independently of each other.

また、ArFエキシマレーザ光を発生する場合、レーザ増幅チャンバ55A,55Bのレーザ特性を安定に維持できる最大の発振周波数は4kHz〜6kHz程度であるが、発振用のレーザ光源50は出力がかなり小さいため、レーザ光源50では、レーザ特性を安定に維持した状態で、レーザ増幅チャンバ55A,55Bの最大の発振周波数の2倍程度の発振周波数でレーザ光LBを発生できる。従って、レーザ光LC1及びLC2の発振周波数は、それぞれ現状のArFエキシマレーザの最大の発振周波数まで高めることができる。   Further, when generating ArF excimer laser light, the maximum oscillation frequency capable of stably maintaining the laser characteristics of the laser amplification chambers 55A and 55B is about 4 kHz to 6 kHz, but the output of the laser light source 50 for oscillation is quite small. In the laser light source 50, the laser beam LB can be generated at an oscillation frequency that is about twice the maximum oscillation frequency of the laser amplification chambers 55A and 55B while maintaining the laser characteristics stably. Therefore, the oscillation frequencies of the laser beams LC1 and LC2 can be increased to the maximum oscillation frequency of the current ArF excimer laser, respectively.

なお、図1のレーザ光源装置の発振用のレーザ光源50(ガスレーザ光源)の代わりに、図3(A)に示すように、所定周波数(角周波数をωとする)のパルスレーザ光である基本波LAを発生する固体レーザ光源方式の基本波発生部56と、基本波LAを伝送する光ファイバ57と、光ファイバ57から出力される基本波LAの8倍高調波(角周波数が8ω)を生成し、その8倍高調波をレーザ光LBとして出力する波長変換部58とを備えたレーザ光源装置を用いてもよい。本例では、レーザ光LBの波長がArFエキシマレーザ(波長193nm)と同じであるため、基本波LAは波長1544nm(193nmの8倍)の近赤外光である。なお、これを一般化して、波長変換部58において基本波LAのk倍高調波(kは2以上の整数)を発生するものとして、変換後のレーザ光LBの波長をλBとすると、基本波LAの波長λAはk・λBであればよい。レーザ光LBの波長をF2 レーザと同じ157nmにしたい場合には、一例として、基本波発生部56では波長1570nmの基本波LAを発生し、波長変換部58では10倍高調波(k=10)を発生すればよい。 In addition, instead of the oscillation laser light source 50 (gas laser light source) of the laser light source device of FIG. 1, as shown in FIG. 3A, the basic is pulse laser light having a predetermined frequency (the angular frequency is ω). A fundamental wave generator 56 of a solid-state laser light source system that generates a wave LA, an optical fiber 57 that transmits the fundamental wave LA, and an eighth harmonic of the fundamental wave LA that is output from the optical fiber 57 (angular frequency is 8Ω). You may use the laser light source device provided with the wavelength conversion part 58 which produces | generates and outputs the 8th harmonic as laser beam LB. In this example, since the wavelength of the laser beam LB is the same as that of the ArF excimer laser (wavelength 193 nm), the fundamental wave LA is near-infrared light having a wavelength of 1544 nm (eight times 193 nm). Assuming that this is generalized and the wavelength converter 58 generates a k-fold harmonic of the fundamental wave LA (k is an integer of 2 or more), and the wavelength of the laser beam LB after conversion is λB, the fundamental wave The wavelength λA of LA may be k · λB. When it is desired to set the wavelength of the laser beam LB to 157 nm, which is the same as that of the F 2 laser, as an example, the fundamental wave generation unit 56 generates a fundamental wave LA having a wavelength of 1570 nm, and the wavelength conversion unit 58 generates a tenth harmonic (k = 10 ).

また、一例として、基本波発生部56は、単一モードの連続波である発振波長1544nmのレーザ光を発生する半導体レーザと、その連続波であるレーザ光をパルス光に変換する光変調素子(電気光学変調素子等)と、そのパルス光を増幅する光ファイバ増幅器等とから構成することができる。その半導体レーザとしては、例えばインジウム・ガリウム・ヒ素・リン(InGaAsP)構造で分布帰還型(DFB:Distributed feedback)の半導体レーザを用いることができる。また、その光ファイバ増幅器としては、エルビウム・ドープ・光ファイバ増幅器等を使用することができる。   As an example, the fundamental wave generation unit 56 includes a semiconductor laser that generates laser light having an oscillation wavelength of 1544 nm, which is a single-mode continuous wave, and an optical modulation element that converts the laser light that is the continuous wave into pulsed light ( And an optical fiber amplifier that amplifies the pulsed light. As the semiconductor laser, for example, a distributed feedback (DFB) semiconductor laser having an indium / gallium / arsenic / phosphorus (InGaAsP) structure can be used. As the optical fiber amplifier, an erbium-doped optical fiber amplifier or the like can be used.

次に、図3(B)は、図3(A)中の波長変換部58の構成例を示し、この図3(B)において、光ファイバ57から射出された基本波LAは、集光レンズ59Aを介して非線形光学結晶60Aに入射して、角周波数が2ωの2倍高調波に変換される。そして、非線形光学結晶60Aから射出された2倍高調波は、集光レンズ59Bを介して非線形光学結晶60Bに入射して、角周波数が4ωの4倍高調波に変換され、非線形光学結晶60Bから射出された4倍高調波は、集光レンズ59Cを介して非線形光学結晶60Cに入射して、角周波数が8ωの8倍高調波に変換される。そして、非線形光学結晶60Cから射出された8倍高調波は、コリメータレンズ59Dを介して平行光束よりなるレーザ光LBとして射出される。このように、集光レンズ59A〜59C、非線形光学結晶60A〜60C、及びコリメータレンズ59Dから波長変換部58が構成されている。   Next, FIG. 3B shows a configuration example of the wavelength converter 58 in FIG. 3A. In FIG. 3B, the fundamental wave LA emitted from the optical fiber 57 is a condensing lens. The light enters the nonlinear optical crystal 60A via 59A and is converted into a second harmonic of an angular frequency of 2ω. Then, the second harmonic emitted from the nonlinear optical crystal 60A enters the nonlinear optical crystal 60B via the condenser lens 59B, and is converted into a fourth harmonic having an angular frequency of 4ω. The emitted 4th harmonic enters the nonlinear optical crystal 60C through the condenser lens 59C and is converted into an 8th harmonic having an angular frequency of 8ω. Then, the 8th harmonic emitted from the nonlinear optical crystal 60C is emitted as a laser beam LB composed of a parallel light flux through a collimator lens 59D. As described above, the wavelength conversion unit 58 includes the condenser lenses 59A to 59C, the nonlinear optical crystals 60A to 60C, and the collimator lens 59D.

図3(B)において、非線形光学結晶60A,60Bは、例えばLiB35(LBO)結晶から形成でき、非線形光学結晶60Cは、例えばSr2Be227(SBBO)結晶から形成できる。なお、波長変換部58は、2倍高調波を発生する結晶の組合せの他に、和周波数及び/又は差周波数の高調波を発生する結晶と、2倍又はこれ以上の高調波を発生する結晶との組合せ等から構成することも可能である。なお、図3(A)の基本波発生部56及び波長変換部58の詳細な構成及びその種々の変形例については、本出願人による国際公開第01/20651号パンフレット等に開示されている。 In FIG. 3B, the nonlinear optical crystals 60A and 60B can be formed from, for example, LiB 3 O 5 (LBO) crystals, and the nonlinear optical crystal 60C can be formed from, for example, Sr 2 Be 2 B 2 O 7 (SBBO) crystals. . In addition to the combination of crystals that generate double harmonics, the wavelength converter 58 includes crystals that generate harmonics of the sum frequency and / or difference frequency, and crystals that generate double or higher harmonics. It is also possible to comprise from the combination with. The detailed configuration of the fundamental wave generation unit 56 and the wavelength conversion unit 58 in FIG. 3A and various modifications thereof are disclosed in, for example, the pamphlet of International Publication No. 01/20651 by the present applicant.

図3(A)のレーザ光源装置における、その他の構成は図1のレーザ光源装置と同様であり、波長変換部58から射出されたレーザ光LBはレーザ光LB1,LB2に分岐された後、レーザ増幅チャンバ55A,55Bによって増幅されてレーザ光LC1,LC2となる。図3(A)のレーザ光源装置によれば、基本波発生部56からの近赤外域の基本波LAは、可撓性を持つ光ファイバ57を介して伝送できるため、装置を構成する部材の配置の自由度が向上する。また、基本波発生部56から出力される基本波LAの波長は、半導体レーザの構造によって制御可能であるため、波長変換部58における波長変換との組合せによって、最終的に出力されるレーザ光LC1,LC2の波長を容易に所望の値に設定できる。   The other structure of the laser light source device of FIG. 3A is the same as that of the laser light source device of FIG. 1, and the laser light LB emitted from the wavelength conversion unit 58 is branched into laser light LB1 and LB2, and then laser Amplified by the amplification chambers 55A and 55B to become laser beams LC1 and LC2. According to the laser light source device of FIG. 3A, the near-infrared fundamental wave LA from the fundamental wave generator 56 can be transmitted through the flexible optical fiber 57. The degree of freedom of arrangement is improved. In addition, since the wavelength of the fundamental wave LA output from the fundamental wave generator 56 can be controlled by the structure of the semiconductor laser, the laser light LC1 that is finally output by combination with wavelength conversion in the wavelength converter 58. , LC2 can be easily set to a desired value.

また、図4に示すように、分岐用の光学系を基本波発生部56と波長変換部との間に配置してもよい。図4のレーザ光源装置において、基本波発生部56から出力される基本波LAは、偏光変調素子52、PBS53、及びミラー54よりなる分岐用の光学系を経て、基本波LAと同じ近赤外域のレーザ光LA1及びLA2に分岐される。さらに、一方のレーザ光LA2は1/2波長板61によって偏光方向が90°回転されて、偏光方向がレーザ光LA1と同じになる。これらの偏光方向が同じレーザ光LA1,LA2は、それぞれ図3(A)の波長変換部58と同じ構成の波長変換部58A,58Bを介して周波数が8倍のレーザ光LB1,LB2に変換された後、レーザ増幅チャンバ55A,55Bによって増幅されてレーザ光LC1,LC2として出力される。図4のレーザ光源装置によれば、分岐用の光学系に入射するレーザ光LAは近赤外域であるため、分岐用の光学系を容易に構成できる。さらに、波長変換部58A,58Bに入射するレーザ光LA1,LA2の周波数は、図3(A)の波長変換部58に入射する基本波LAの1/2であるため、波長変換部58A,58Bの耐久性が向上する。   Further, as shown in FIG. 4, a branching optical system may be disposed between the fundamental wave generator 56 and the wavelength converter. In the laser light source device of FIG. 4, the fundamental wave LA output from the fundamental wave generator 56 passes through a branching optical system including the polarization modulator 52, the PBS 53, and the mirror 54, and is in the same near infrared region as the fundamental wave LA. Are split into laser beams LA1 and LA2. Furthermore, the polarization direction of one laser beam LA2 is rotated by 90 ° by the half-wave plate 61, and the polarization direction becomes the same as that of the laser beam LA1. These laser beams LA1 and LA2 having the same polarization direction are converted into laser beams LB1 and LB2 having a frequency eight times through wavelength converters 58A and 58B having the same configuration as the wavelength converter 58 in FIG. After that, it is amplified by the laser amplification chambers 55A and 55B and outputted as laser beams LC1 and LC2. According to the laser light source device of FIG. 4, since the laser light LA incident on the branching optical system is in the near infrared region, the branching optical system can be easily configured. Furthermore, since the frequencies of the laser beams LA1 and LA2 incident on the wavelength converters 58A and 58B are ½ of the fundamental wave LA incident on the wavelength converter 58 in FIG. 3A, the wavelength converters 58A and 58B. Improves durability.

なお、上記の実施形態では、射出される2つのレーザ光LC1,LC2は中心波長、スペクトル幅、及び発振周波数が等しい。これに対して、射出される2つのレーザ光LC1,LC2の中心波長等を独立に制御する必要がある用途では、図5に示すように、図3(A)の基本波発生部56と同じ構成の2つの基本波発生部56A,56Bを設ければよい。図5において、基本波発生部56A,56Bから独立にパルス発光された基本波LA1,LA2は、それぞれ光ファイバ57A,57Bを介して波長変換部58A,58Bに供給される。そして、波長変換部58A,58Bから出力される周波数が8倍のレーザ光LB1,LB2は、レーザ増幅チャンバ55A,55Bにおいて増幅されてレーザ光LC1,LC2となる。図5のレーザ光源装置によれば、基本波発生部56A,56Bにおいて、光変調素子の切り替え周波数を制御することによって、最終的に出力されるレーザ光LC1,LC2の発振周波数を独立に制御できる。   In the above embodiment, the emitted two laser beams LC1 and LC2 have the same center wavelength, spectrum width, and oscillation frequency. On the other hand, in applications where it is necessary to independently control the center wavelengths of the two emitted laser beams LC1 and LC2, as shown in FIG. 5, the same as the fundamental wave generator 56 in FIG. What is necessary is just to provide the two fundamental wave generation parts 56A and 56B of a structure. In FIG. 5, the fundamental waves LA1 and LA2 pulsed independently from the fundamental wave generators 56A and 56B are supplied to the wavelength converters 58A and 58B via the optical fibers 57A and 57B, respectively. Then, the laser beams LB1 and LB2 having a frequency 8 times output from the wavelength converters 58A and 58B are amplified in the laser amplification chambers 55A and 55B to become laser beams LC1 and LC2. According to the laser light source device of FIG. 5, the fundamental wave generators 56A and 56B can independently control the oscillation frequencies of the finally output laser beams LC1 and LC2 by controlling the switching frequency of the light modulation elements. .

なお、上記の図1の実施形態では、レーザ光源50からのレーザ光LBをパルス毎に分岐して周波数が1/2のレーザ光LB1,LB2を生成しているが、図1において、偏光変調素子52を省略し、PBS53の代わりにハーフミラーを設置して、レーザ光源50からのレーザ光LBを同じ周波数でパルスエネルギーが1/2の2つのレーザ光に分岐して、このレーザ光をレーザ増幅チャンバ55A,55Bで増幅してもよい。この場合には、レーザ光源50における発振周波数を、レーザ増幅チャンバ55A,55Bの最大の発振周波数以下に設定する必要があるが、分岐用の光学系の構成が簡略であり、特に電気的な光路の切り替えを必要としないという利点がある。   In the embodiment shown in FIG. 1, the laser beam LB from the laser light source 50 is branched for each pulse to generate laser beams LB1 and LB2 having a frequency of 1/2. The element 52 is omitted, a half mirror is installed in place of the PBS 53, and the laser beam LB from the laser light source 50 is branched into two laser beams having the same frequency and a pulse energy of ½. Amplification may be performed in the amplification chambers 55A and 55B. In this case, it is necessary to set the oscillation frequency in the laser light source 50 to be equal to or lower than the maximum oscillation frequency of the laser amplification chambers 55A and 55B, but the configuration of the branching optical system is simple, and particularly the electrical optical path. There is an advantage that no switching is required.

また、上記の実施形態では、2つのレーザ光LC1,LC2を並列に出力しているが、例えば図1において、レーザ光源50からのレーザ光LBを例えば複数枚のビームスプリッタを組み合わせた分岐用の光学系を用いて、3つ以上のレーザ光に分岐して、それぞれをレーザ増幅チャンバ55Aと同様のレーザ増幅チャンバで増幅することによって、3つ以上のパルスレーザ光を並列に出力することも可能である。
また、2つのレーザ光LC1,LC2を同軸に合成して出力してもよい。すなわち、例えば図5において、レーザ増幅チャンバ55Bから出力されるレーザ光LC2をミラー(不図示)でレーザ光LC1側に折り曲げ、レーザ増幅チャンバ55Aの射出側に配置された偏光ビームスプリッタ(不図示)によって2つのレーザ光LC1,LC2を同軸に合成して出力してもよい。この場合、2つのレーザ光LC1,LC2の発振タイミングを異ならせてもよい。その発振タイミングは、ほぼ等時間間隔で交互に発振するように設定してもよい。さらに、基本波発生部56A,56Bにおける発振タイミングを制御することによって、2つのレーザ光LC1,LC2の発振タイミングを例えば各パルス光のパルス幅程度だけシフトさせてもよい。これによって、合成されたレーザ光のピークレベルが小さく維持され、このレーザ光が照射される光学部材の損傷が防止される。
In the above-described embodiment, the two laser beams LC1 and LC2 are output in parallel. For example, in FIG. 1, the laser beam LB from the laser light source 50 is used for, for example, a combination of a plurality of beam splitters. It is also possible to output three or more pulsed laser beams in parallel by branching into three or more laser beams using an optical system and amplifying each in a laser amplification chamber similar to the laser amplification chamber 55A. It is.
Alternatively, the two laser beams LC1 and LC2 may be combined coaxially and output. That is, for example, in FIG. 5, the laser beam LC2 output from the laser amplification chamber 55B is bent to the laser beam LC1 side by a mirror (not shown), and the polarization beam splitter (not shown) arranged on the emission side of the laser amplification chamber 55A. The two laser beams LC1 and LC2 may be synthesized coaxially and output. In this case, the oscillation timings of the two laser beams LC1 and LC2 may be different. The oscillation timing may be set to oscillate alternately at substantially equal time intervals. Further, by controlling the oscillation timings in the fundamental wave generators 56A and 56B, the oscillation timings of the two laser beams LC1 and LC2 may be shifted by, for example, the pulse width of each pulse beam. As a result, the peak level of the synthesized laser beam is kept small, and damage to the optical member irradiated with the laser beam is prevented.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明のレーザ装置の第2の実施形態につき図6及び図7を参照して説明する。本実施形態は、パルスレーザ光のピークレベルを下げてパルス幅を広くするパルス・ストレッチャを備えたレーザ光源装置に本発明を適用したものである。
図6は、本例のレーザ光源装置の光源部及びパルス・ストレッチャとしての光学系を示し、この図6のレーザ光源装置は、パルス幅及び発振周波数がほぼ等しい直線偏光のレーザ光LC1,LC2をパルス発光する2台のレーザ光源62A,62Bと、レーザ光源62A,62Bの発光タイミング、発振波長等を制御する制御部35Bと、レーザ光源62Aから出力されたレーザ光LC1のP偏光成分LC1Aを透過して、S偏光成分LC1B(第1レーザ光)を反射して分岐する第1のPBS(偏光ビームスプリッタ)63Aと、レーザ光源62Bから出力されたレーザ光LC2のP偏光成分LC2Aを透過して、S偏光成分LC2Bを反射して分岐する第2のPBS(偏光ビームスプリッタ)63Bと、PBS63Aで反射されたS偏光成分LC1BをPBS63Aに戻すように送光する4枚のミラー64A,64B,64C,64Dとを備えている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the laser apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to a laser light source device provided with a pulse stretcher that lowers the peak level of pulsed laser light and widens the pulse width.
FIG. 6 shows an optical system as a light source unit and a pulse stretcher of the laser light source device of this example. The laser light source device of FIG. 6 receives linearly polarized laser beams LC1 and LC2 having substantially the same pulse width and oscillation frequency. Transmits two laser light sources 62A and 62B that emit pulses, a control unit 35B that controls the emission timing and oscillation wavelength of the laser light sources 62A and 62B, and the P-polarized component LC1A of the laser light LC1 output from the laser light source 62A. Then, the first PBS (polarization beam splitter) 63A that reflects and branches the S-polarized component LC1B (first laser beam) and the P-polarized component LC2A of the laser beam LC2 output from the laser light source 62B are transmitted. The second PBS (polarization beam splitter) 63B that reflects and branches the S-polarized component LC2B and the S-polarized light reflected by the PBS 63A Four mirrors 64A to sending to return the minute LC1B to PBS63A, 64B, 64C, and a 64D.

この場合、レーザ光LC1,LC2は偏光方向がほぼ入射面に対して45°回転した状態でPBS63A,63Bに平行に、かつ上下方向に位置ずれして入射しているため、それらを透過するP偏光成分と反射されるS偏光成分との光量はほぼ等しい。また、2つのPBS63A,63Bは分岐面が平行になるように配置され、4枚のミラー64A〜64Dは、レーザ光LC1,LC2の中心軸に対してほぼ線対称となるように、かつS偏光成分LC1Bがほぼ8の字状の光路を経てPBS63Aに戻るように配置されている。そして、PBS63Aに戻されたS偏光成分LC1B(第2レーザ光)は、PBS63Aで再び反射された後、P偏光成分LC1Aと同軸に合成されてレーザ光LD1として射出される。   In this case, the laser beams LC1 and LC2 are incident in parallel with the PBSs 63A and 63B and shifted in the vertical direction with the polarization direction rotated by 45 ° with respect to the incident surface. The amount of light of the polarization component and the reflected S polarization component are substantially equal. The two PBSs 63A and 63B are arranged so that the branch planes are parallel, and the four mirrors 64A to 64D are substantially line-symmetric with respect to the central axes of the laser beams LC1 and LC2, and are S-polarized light. The component LC1B is disposed so as to return to the PBS 63A through an approximately 8-shaped optical path. Then, the S-polarized component LC1B (second laser beam) returned to the PBS 63A is reflected again by the PBS 63A, and then is synthesized coaxially with the P-polarized component LC1A and emitted as a laser beam LD1.

さらに、PBS63Bで反射されたS偏光成分LC2B(第3レーザ光)は、その4枚のミラー64A〜64Dで反射されて8の字状の光路(ただし、S偏光成分LC1Bよりも上方にずれた光路)を経てPBS63Bに戻される。そのように戻されたS偏光成分LC2B(第4レーザ光)は、PBS63Bで再び反射された後、P偏光成分LC2Aと同軸に合成されてレーザ光LD2として射出される。この結果、パルス発光される2つのレーザ光LD1及びLD2が並列に射出される。   Further, the S-polarized component LC2B (third laser beam) reflected by the PBS 63B is reflected by the four mirrors 64A to 64D and shifted upward from the S-shaped component LC1B. The optical path is returned to the PBS 63B. The S-polarized component LC2B (fourth laser beam) thus returned is reflected again by the PBS 63B, and then is synthesized coaxially with the P-polarized component LC2A and emitted as the laser beam LD2. As a result, two laser beams LD1 and LD2 that emit pulses are emitted in parallel.

本例において、レーザ光源62A,62Bから出力されるレーザ光LC1,LC2を図7(A)の点線に示すパルス光であるとすると、図6のミラー64A〜64Dを通過したS偏光成分LC1B,LC2Bの遅延時間は、ほぼレーザ光LC1,LC2のパルス幅に等しく設定されている。この結果、PBS63A,63Bから合成されて出力されるレーザ光LD1,LD2は、図7(A)の実線で示すように、レーザ光LC1,LC2に対してピークレベルがほぼ1/2でパルス幅がほぼ2倍となる。従って、本例のPBS63A,63B及びミラー64A〜64Dは、レーザ光LC1,LC2のピークレベルを下げてパルス幅を広くするためのパルス・ストレッチャとして動作している。このように、レーザ光LC1,LC2のピークレベルを下げて、パルス幅を広くしたレーザ光LD1,LD2を露光装置の露光光として使用する場合には、露光装置の照明光学系及び投影光学系を構成する光学部材における損傷を低減できるか、又はその光学部材の交換までの期間を長くできるとともに、パルスエネルギーは同じであるため、露光工程のスループットは低下しない。さらに、本例ではそのパルス・ストレッチャ中のミラー64A〜64Dがレーザ光源62A,62Bで共用されているため、レーザ光源装置を安価に製造できるとともに、出力される2つのレーザ光LD1,LD2のレーザ特性としてのパルス幅をほぼ等しくできるという利点がある。   In this example, if the laser beams LC1 and LC2 output from the laser light sources 62A and 62B are pulsed light indicated by dotted lines in FIG. 7A, the S-polarized components LC1B and LC1B that have passed through the mirrors 64A to 64D in FIG. The delay time of LC2B is set substantially equal to the pulse width of the laser beams LC1 and LC2. As a result, the laser beams LD1 and LD2 synthesized and output from the PBSs 63A and 63B have a peak level of approximately ½ and a pulse width with respect to the laser beams LC1 and LC2, as indicated by solid lines in FIG. Is almost doubled. Therefore, the PBSs 63A and 63B and the mirrors 64A to 64D in this example operate as pulse stretchers for lowering the peak levels of the laser beams LC1 and LC2 and widening the pulse width. As described above, when the laser beams LD1 and LD2 having a reduced pulse level and a wide pulse width are used as exposure light for the exposure apparatus, the illumination optical system and the projection optical system of the exposure apparatus are used. The damage in the optical member can be reduced, or the period until the replacement of the optical member can be increased, and the pulse energy is the same, so the throughput of the exposure process does not decrease. Further, in this example, since the mirrors 64A to 64D in the pulse stretcher are shared by the laser light sources 62A and 62B, the laser light source device can be manufactured at low cost, and the lasers of the two laser beams LD1 and LD2 that are output. There is an advantage that the pulse widths as characteristics can be made almost equal.

なお、図6において、レーザ光を送光するための光学系としては、4枚のミラー64A〜64Dよりなる光学系の代わりに、3枚のミラー又は5枚以上のミラーよりなる光学系を用いてもよい。また、図6において、PBS63A,63Bの代わりに反射率がほぼ1/2のビームスプリッタを使用しても、出力されるレーザ光LD1,LD2のピークレベルをほぼ1/2にして、パルス幅をほぼ2倍にすることができる。さらに、パルス幅については、従来は半値全幅(FWHM:Full Width Half Maximum)が使用されていたが、パルス光の時間軸t上の光強度分布i(t)がガウス分布から外れているような場合には、以下の式で定義されるTis(total integral square pulse duration)をパルス幅を表す量として使用してもよい。なお、記号∫は、時間tに関する積分を意味している。   In FIG. 6, as an optical system for transmitting laser light, an optical system consisting of three mirrors or five or more mirrors is used instead of the optical system consisting of four mirrors 64A to 64D. May be. In FIG. 6, even if a beam splitter having a reflectance of approximately ½ is used in place of the PBSs 63A and 63B, the peak levels of the laser beams LD1 and LD2 to be output are substantially halved to reduce the pulse width. It can be almost doubled. Furthermore, as for the pulse width, the full width at half maximum (FWHM) has been conventionally used. However, the light intensity distribution i (t) on the time axis t of the pulse light deviates from the Gaussian distribution. In this case, Tis (total integral square pulse duration) defined by the following equation may be used as an amount representing the pulse width. The symbol ∫ means integration with respect to time t.

Tis={∫i(t)dt}2 /{∫i(t)2 dt} …(1)
このようにパルス幅としてTisを用いる場合には、一例としてTisが設定目標値になるようにパルス・ストレッチャを構成すればよい。
次に、図6の実施形態において、ミラー64A〜64Dを省略し、PBS63Bの代わりにミラー63Cを配置し、レーザ光LC1及びLC2をそれぞれPBS63Aに対してP偏光及びS偏光としてもよい。この構成では、レーザ光源62Aから出力されたレーザ光LC1はPBS63Aをそのまま透過し、レーザ光源62Bから出力されたレーザ光LC2は、ミラー63Cで反射された後、PBS63Aで反射されてレーザ光LC1と同軸に合成されてレーザ光LEとなる。言い換えると、ミラー63C及びPBS63Aから、2つのレーザ光LC1,LC2を同軸に合成する光学系が構成される。
Tis = {∫i (t) dt } 2 / {∫i (t) 2 dt} ... (1)
When Tis is used as the pulse width in this way, the pulse stretcher may be configured so that Tis becomes the set target value as an example.
Next, in the embodiment of FIG. 6, the mirrors 64A to 64D may be omitted, the mirror 63C may be disposed instead of the PBS 63B, and the laser beams LC1 and LC2 may be P-polarized light and S-polarized light with respect to the PBS 63A, respectively. In this configuration, the laser light LC1 output from the laser light source 62A passes through the PBS 63A as it is, and the laser light LC2 output from the laser light source 62B is reflected by the mirror 63C and then reflected by the PBS 63A to be combined with the laser light LC1. The laser beam LE is synthesized coaxially. In other words, the mirror 63C and the PBS 63A constitute an optical system that synthesizes the two laser beams LC1 and LC2 coaxially.

この場合、図6の制御部35Bは、レーザ光源62Aからは図7(B)に示すように、パルス幅tpで所定周波数のレーザ光LC1を発光させるのと同期して、レーザ光源62Bからは図7(C)に示すように、レーザ光LC1に対してほぼパルス幅tpだけ遅延させて、レーザ光LC1とほぼ同じパルス幅で、ほぼ同じピークレベルで、かつ同じ周波数のレーザ光LC2をパルス発光させる。この結果、図6のPBS63Aで合成されるレーザ光LEは、図7(D)に示すように、パルス幅がほぼ2tpで、ピークレベルがほぼレーザ光LC1と同じで、かつ周波数がレーザ光LC1と同じになる。このように、図6のレーザ光源装置において、レーザ光LC1,LC2を同軸に合成し、かつレーザ光LC2をほぼパルス幅tpだけレーザ光LC1から遅延させて発光させることによって、ピークレベルが各レーザ光LC1,LC2とほぼ同じで、かつ出力が各レーザ光LC1,LC2の2倍のレーザ光LEを得ることができる。このレーザ光LEを例えば露光装置の露光光として用いることによって、露光工程のスループットを向上できるとともに、光学部材の損傷を抑制できる。   In this case, as shown in FIG. 7B, the control unit 35B in FIG. 6 emits laser light LC1 having a predetermined frequency with a pulse width tp from the laser light source 62B. As shown in FIG. 7C, the laser beam LC1 is delayed by about the pulse width tp with respect to the laser beam LC1, and the laser beam LC2 having the same pulse width, the same peak level, and the same frequency as the laser beam LC1 is pulsed. Make it emit light. As a result, as shown in FIG. 7D, the laser beam LE synthesized by the PBS 63A in FIG. 6 has a pulse width of approximately 2 tp, a peak level that is substantially the same as the laser beam LC1, and a frequency of the laser beam LC1. Will be the same. As described above, in the laser light source device of FIG. 6, the laser beams LC1 and LC2 are coaxially combined, and the laser beam LC2 is emitted by being delayed from the laser beam LC1 by approximately the pulse width tp. Laser light LE that is substantially the same as the light LC1 and LC2 and whose output is twice that of the laser light LC1 and LC2 can be obtained. By using this laser beam LE as exposure light of an exposure apparatus, for example, the throughput of the exposure process can be improved and damage to the optical member can be suppressed.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明のレーザ装置の第3の実施形態につき図8を参照して説明する。本実施形態は、露光装置の露光光源として使用されるレーザ光源装置に本発明を適用したものであり、図8において、図1に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the laser apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the present invention is applied to a laser light source apparatus used as an exposure light source of an exposure apparatus. In FIG. 8, parts corresponding to those in FIG. The detailed explanation is omitted.

図8は、本例の露光光源71及び露光装置本体部72を示し、この図8において、半導体素子等のデバイスの製造工場の床FL1上に、露光光IL1及びIL2を並列に発生する露光光源71が設置され、その上の床FL2上に、その露光光IL1,IL2でレチクル及び投影光学系を介してウエハ等の基板を露光する露光装置本体部72が設置されている。   FIG. 8 shows an exposure light source 71 and an exposure apparatus main body 72 of this example. In FIG. 8, an exposure light source that generates exposure light IL1 and IL2 in parallel on a floor FL1 of a manufacturing factory for devices such as semiconductor elements. 71 is installed, and an exposure apparatus main body 72 that exposes a substrate such as a wafer through the reticle and the projection optical system with the exposure light IL1 and IL2 is installed on the floor FL2 on the upper surface.

露光光源71は、それぞれレーザ光LC1及びLC2を独立にパルス発光する2台のレーザ光源1A及び1Bと、一方のレーザ光LC1の光路上に設置された反射率の小さいビームスプリッタ65Aと、他方のレーザ光LC2の光路上に待避可能に設置された反射率の小さいビームスプリッタ65Bと、ビームスプリッタ65A及び65Bで分岐されたレーザ光LC1及びLC2の一部の中心波長、スペクトル幅、及びパルスエネルギー等のレーザ特性情報を計測するモニタ部66A及び66Bと、通常は待避していて、随時、レーザ光LC1の一部をレーザ光源1B側のモニタ部66Bに入射させるためのビームスプリッタ67と、レーザ光LC1及びLC2をそれぞれ露光装置本体部72側に反射するミラー69及び可動ミラー70(例えばガルバノミラー)と、ビームスプリッタ65Aとミラー69との間に待避可能に設置された光路偏向用のプリズム68とを備えている。この場合、レーザ光源1A及び1Bは、それぞれ図1のレーザ光源50と同じ構成の狭帯域化モジュールLNM及び出力ミラーOCよりなるレーザ共振器を含む発振用のレーザ光源50A及び50Bと、これらのレーザ光源50A及び50Bから出力されたレーザ光を増幅してレーザ光LC1及びLC2を出力するレーザ増幅チャンバ55A及び55Bとを備えており、レーザ光源1A及び1Bからレーザ光LC1及びLC2がパルス発光される。従って、本例では、並列に出力されるレーザ光LC1,LC2の中心波長、スペクトル幅、パルスエネルギー、及び周波数は互いに独立に制御可能である。   The exposure light source 71 includes two laser light sources 1A and 1B that independently emit laser light LC1 and LC2, respectively, a beam splitter 65A having a low reflectivity installed on the optical path of one laser light LC1, and the other. A beam splitter 65B having a low reflectivity installed so as to be retractable on the optical path of the laser beam LC2, and center wavelengths, spectrum widths, pulse energy, etc. of a part of the laser beams LC1 and LC2 branched by the beam splitters 65A and 65B Monitor units 66A and 66B for measuring the laser characteristic information of the laser beam, a beam splitter 67 for making a part of the laser beam LC1 incident on the monitor unit 66B on the laser light source 1B side, and a laser beam, A mirror 69 and a movable mirror 70 (for example) that reflect LC1 and LC2 to the exposure apparatus main body 72 side, respectively. If the galvanometer mirror), and a prism 68 for optical path deflecting that is installed to be retracted between the beam splitter 65A and a mirror 69. In this case, the laser light sources 1A and 1B include oscillation laser light sources 50A and 50B each including a laser resonator including a narrowband module LNM and an output mirror OC having the same configuration as the laser light source 50 in FIG. Laser amplification chambers 55A and 55B for amplifying laser beams output from the light sources 50A and 50B and outputting laser beams LC1 and LC2 are provided, and the laser beams LC1 and LC2 are pulsed from the laser light sources 1A and 1B. . Therefore, in this example, the center wavelength, spectrum width, pulse energy, and frequency of the laser beams LC1 and LC2 output in parallel can be controlled independently of each other.

また、モニタ部66A,66Bで計測された情報を処理する制御部35Aが備えられ、制御部35Aには、露光装置本体部72の制御系からレーザ光LC1,LC2の中心波長及びスペクトル幅の設定目標値等の制御情報、及びレーザ光LC1,LC2の発光タイミングを示す発光トリガパルスTPが供給されている。制御部35Aは、その制御情報及び発光トリガパルスTPに基づいて、必要に応じて駆動機構(不図示)を介してビームスプリッタ65B,67、プリズム68の光路への挿脱、及び可動ミラー70の振動を制御するとともに、レーザ光源1A及び1Bのパルス発光動作を制御する。また、露光光源71と露光装置本体部72との間のレーザ光LC1,LC2の光路上には、レーザ光を光量損失が少ない状態で送光するためのビームマッチングユニット73が設置されている。   In addition, a control unit 35A for processing information measured by the monitor units 66A and 66B is provided, and the control unit 35A sets the center wavelengths and spectrum widths of the laser beams LC1 and LC2 from the control system of the exposure apparatus main body 72. Control information such as a target value and a light emission trigger pulse TP indicating the light emission timing of the laser beams LC1 and LC2 are supplied. Based on the control information and the light emission trigger pulse TP, the control unit 35A inserts / removes the beam splitters 65B and 67 and the prism 68 into / from the optical path and drives the movable mirror 70 via a drive mechanism (not shown) as necessary. While controlling the vibration, the pulse light emission operation of the laser light sources 1A and 1B is controlled. In addition, a beam matching unit 73 for transmitting the laser light with a small loss of light amount is installed on the optical path of the laser light LC1, LC2 between the exposure light source 71 and the exposure apparatus main body 72.

本例の露光光源71の発光動作には、レーザ光LC1,LC2を並列に露光光IL1,IL2として露光装置本体部72側に供給する第1発光モードと、レーザ光LC1,LC2の中心波長等のマッチングを行うための第2発光モードと、レーザ光LC1,LC2を同軸に合成してレーザ光LEとして露光装置本体部72側に供給する第3発光モードとがある。その第1発光モードでは、ビームスプリッタ65Bが光路に設置され、ビームスプリッタ67及びプリズム68が光路から待避され、可動ミラー70がレーザ光LC2を露光装置本体部72側に反射する角度に固定された状態で、レーザ光源1A,1Bから独立にレーザ光LC1,LC2が発光される。この際に、制御部35Aでは、モニタ部66A,66Bを介してレーザ光LC1,LC2の中心波長等をモニタし、これらの中心波長等が設定目標値になるようにレーザ光源1A,1B中の狭帯域化モジュールLNMを制御する。   In the light emission operation of the exposure light source 71 in this example, the first light emission mode for supplying the laser beams LC1 and LC2 to the exposure apparatus main body 72 as the exposure beams IL1 and IL2 in parallel, the center wavelengths of the laser beams LC1 and LC2, etc. There are a second light emission mode for performing the above matching and a third light emission mode in which the laser beams LC1 and LC2 are coaxially combined and supplied to the exposure apparatus main body 72 side as the laser light LE. In the first emission mode, the beam splitter 65B is installed in the optical path, the beam splitter 67 and the prism 68 are retracted from the optical path, and the movable mirror 70 is fixed at an angle that reflects the laser beam LC2 to the exposure apparatus main body 72 side. In this state, laser beams LC1 and LC2 are emitted independently from the laser light sources 1A and 1B. At this time, the control unit 35A monitors the center wavelengths and the like of the laser beams LC1 and LC2 via the monitor units 66A and 66B, and the laser light sources 1A and 1B are set so that these center wavelengths and the like become the set target values. Controls the narrowband module LNM.

一方、その第2発光モードでは、図8において、制御部35Aはレーザ光源1A及び1Bをそれぞれ中心波長λc及びスペクトル幅Δλcでパルス発光させる。この際に、モニタ部66A及び66Bで計測されるレーザ光の中心波長及びスペクトル幅の計測値(所定の誤差が含まれている)はそれぞれλc及びΔλcに一致している。次に、制御部35Aは、ビームスプリッタ65Bを光路外の位置P1に待避させ、ビームスプリッタ67を光路上の位置P2に設定して、レーザ光源1Aから出力されるレーザ光LC1の一部をモニタ部66Bに入射させて、モニタ部66Bでレーザ光LC1の中心波長λd及びスペクトル幅Δλdを計測する。そして、この計測値と先ほどの計測値λc及びΔλcとのオフセットλof及びΔλofを次式から求めて、内部の記憶部に記憶する。   On the other hand, in the second light emission mode, in FIG. 8, the control unit 35A causes the laser light sources 1A and 1B to emit pulses with a center wavelength λc and a spectrum width Δλc, respectively. At this time, the measured values (including a predetermined error) of the center wavelength and the spectrum width of the laser light measured by the monitor units 66A and 66B coincide with λc and Δλc, respectively. Next, the control unit 35A retracts the beam splitter 65B to the position P1 outside the optical path, sets the beam splitter 67 to the position P2 on the optical path, and monitors a part of the laser light LC1 output from the laser light source 1A. The light is incident on the part 66B, and the monitor part 66B measures the center wavelength λd and the spectral width Δλd of the laser light LC1. Then, offsets λof and Δλof between the measured values and the previous measured values λc and Δλc are obtained from the following equations and stored in the internal storage unit.

λof=λd−λc,Δλof=Δλd−Δλc …(2)
その後、再びその第1発光モードに設定して、レーザ光源1A,1Bをパルス発光させる場合に、制御部35Aでは、モニタ部66Aで計測されるレーザ光LC1の中心波長及びスペクトル幅に、その第2発光モードで求めた式(2)のオフセットλof及びΔλofをそれぞれ加算した値をレーザ光LC1の中心波長及びスペクトル幅とする。これによって、モニタ部66A及び66Bの計測値のオフセットを解消して、露光光源71から出力されるレーザ光LC1,LC2の中心波長及びスペクトル幅を一致させることができる。なお、この場合には、実質的にモニタ部66Bを基準にしてモニタ部66Aの計測値のキャリブレーションを行っていることになる。そのため、例えばレーザ光LC2(露光光IL2)の中心波長及びスペクトル幅を露光装置本体部72側でも計測し、この計測値に基づいてモニタ部66Bの計測値のキャリブレーションを行っておくことが好ましい。
λof = λd−λc, Δλof = Δλd−Δλc (2)
Thereafter, when the first light emission mode is set again and the laser light sources 1A and 1B emit pulses, the control unit 35A sets the first wavelength to the center wavelength and the spectral width of the laser light LC1 measured by the monitor unit 66A. The values obtained by adding the offsets λof and Δλof of the equation (2) obtained in the two emission modes are set as the center wavelength and the spectrum width of the laser light LC1. Thereby, the offset of the measurement values of the monitor units 66A and 66B can be eliminated, and the center wavelengths and spectrum widths of the laser beams LC1 and LC2 output from the exposure light source 71 can be matched. In this case, the measurement value of the monitor unit 66A is calibrated substantially with reference to the monitor unit 66B. Therefore, for example, it is preferable to measure the center wavelength and the spectral width of the laser beam LC2 (exposure light IL2) also on the exposure apparatus main body 72 side and calibrate the measurement value of the monitor unit 66B based on this measurement value. .

次に、上記の第3発光モードでは、露光装置本体部72では、2つのレーザ光LC1,LC2を必要とすることなく、一方のレーザ光(ここではレーザ光LC2とする)の光路に沿ったレーザ光LEのみが必要であるとする。また、レーザ光LEの必要とされる周波数fneは、レーザ光源1A,1Bの上限の発振周波数のほぼ2倍であり、レーザ光LEの各パルスエネルギーは露光装置の光学部材に損傷を与えないように設定されているとする。このとき制御部35Aは、ビームスプリッタ66Bを光路に設置し、ビームスプリッタ67を光路外に待避させて、プリズム68を光路上に設置する。この状態で、レーザ光LC1はプリズム68によって可動ミラー70側に偏向される。その後、制御部35Aは、レーザ光源1A及び1Bをそれぞれ発振周波数fne/2で、かつ交互にパルス発光させるとともに、レーザ光LC1が発光されるときには可動ミラー70の角度を実線で示す位置に設置し、レーザ光LC2が発光されるときには可動ミラー70の角度を点線で示す位置に設置するように可動ミラー70の角度を交互に切り替えて、レーザ光LC1及びLC2を同軸に合成してレーザ光LEを生成する。このレーザ光LEは周波数fneで露光装置本体部72に供給される。この場合、レーザ光LEは、レーザ光源1A,1Bの最大発振周波数のほぼ2倍の周波数であり、その出力はレーザ光源1A,1B単体の出力のほぼ2倍であるため、露光装置本体部72側で高いスループットが得られるとともに、各パルスエネルギーは高くないため、光学部材に損傷を与えることがない。   Next, in the third light emission mode, the exposure apparatus main body 72 does not require the two laser beams LC1 and LC2 and follows the optical path of one laser beam (here, referred to as laser beam LC2). Assume that only the laser beam LE is required. The required frequency fne of the laser beam LE is almost twice the upper limit oscillation frequency of the laser light sources 1A and 1B, so that each pulse energy of the laser beam LE does not damage the optical member of the exposure apparatus. Is set to. At this time, the control unit 35A installs the beam splitter 66B in the optical path, retracts the beam splitter 67 outside the optical path, and installs the prism 68 on the optical path. In this state, the laser beam LC1 is deflected toward the movable mirror 70 by the prism 68. Thereafter, the control unit 35A causes the laser light sources 1A and 1B to emit pulses alternately at the oscillation frequency fne / 2, and when the laser beam LC1 is emitted, installs the angle of the movable mirror 70 at a position indicated by a solid line. When the laser beam LC2 is emitted, the angle of the movable mirror 70 is alternately switched so that the angle of the movable mirror 70 is set at the position indicated by the dotted line, and the laser beams LC1 and LC2 are synthesized coaxially to generate the laser beam LE. Generate. The laser beam LE is supplied to the exposure apparatus main body 72 at a frequency fne. In this case, the laser beam LE has a frequency that is approximately twice the maximum oscillation frequency of the laser light sources 1A and 1B, and its output is approximately twice the output of the laser light sources 1A and 1B alone. On the other hand, a high throughput is obtained and each pulse energy is not high, so that the optical member is not damaged.

なお、図8の露光光源71のその第3発光モードにおいて、レーザ光源1Aに対してレーザ光源1Bをほぼパルス幅分だけ遅延させて発光させるとともに、これに同期して可動ミラー70を切り替えることによって、図7(D)に示すように、パルス幅が各レーザ光LC1,LC2のほぼ2倍で、周波数が各レーザ光LC1,LC2と等しいレーザ光LEを生成できる。また、本例の露光光源71は3つの発光モード(第1、第2、第3発光モード)を有するものとしたが、そのうちのいずれか2つのみを有していてもよいし、いずれか1つのみを有していてもよい。例えば、露光光源71は、第1発光モード及び第2発光モードのみを有してもよい。この場合には、プリズム68を設けずに、可動ミラー70を固定ミラーとしてもよい。また、露光光源71は、第3発光モードのみを有してもよい。この場合には、可動ミラー70を設けずに、例えば2つのレーザ光LC1,LC2を偏光ビームスプリッタ等で同軸に合成して出力するだけでもよい   In the third light emission mode of the exposure light source 71 in FIG. 8, the laser light source 1B is caused to emit light with a delay of about the pulse width with respect to the laser light source 1A, and the movable mirror 70 is switched in synchronization with this. As shown in FIG. 7D, it is possible to generate a laser beam LE whose pulse width is almost twice that of the laser beams LC1 and LC2 and whose frequency is equal to that of the laser beams LC1 and LC2. The exposure light source 71 of this example has three light emission modes (first, second, and third light emission modes), but may have only two of them, or any one of them. You may have only one. For example, the exposure light source 71 may have only the first light emission mode and the second light emission mode. In this case, the movable mirror 70 may be a fixed mirror without providing the prism 68. Further, the exposure light source 71 may have only the third light emission mode. In this case, without providing the movable mirror 70, for example, the two laser beams LC1 and LC2 may be combined and output coaxially by a polarization beam splitter or the like.

〔第4の実施形態〕
次に、本発明の第4の実施形態につき図9〜図12を参照して説明する。本実施形態は、二重露光を行う走査露光方式の投影露光装置(露光装置)に本発明を適用したものであり、図9において図8に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図9は本例の露光装置を示し、この図9において、その露光装置は、レーザ光源1A,1Bを含む露光光源と、そのレーザ光源1A,1Bのパルス発光を制御する制御部35Aと、レーザ光源1A,1Bからのレーザ光よりなる露光光でレチクルRを照明する照明光学系IUと、レチクルRを保持して移動するレチクルステージ22と、レチクルRの照明領域内のパターンの像を基板としてのフォトレジスト(感光材料)が塗布されたウエハW上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージ25と、これらのステージ等の駆動機構と、これらの駆動機構等の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系41とを備えている。なお、レーザ光源1A,1Bには図8に示すように、中心波長、スペクトル幅、及びパルスエネルギー等を計測するためのモニタ部66A及び66B(図9では図示省略)が備えられている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the present invention is applied to a scanning exposure type projection exposure apparatus (exposure apparatus) that performs double exposure. In FIG. 9, parts corresponding to those in FIG. The detailed explanation is omitted.
FIG. 9 shows an exposure apparatus of this example. In FIG. 9, the exposure apparatus includes an exposure light source including laser light sources 1A and 1B, a control unit 35A for controlling pulse emission of the laser light sources 1A and 1B, and a laser. An illumination optical system IU that illuminates the reticle R with exposure light composed of laser light from the light sources 1A and 1B, a reticle stage 22 that moves while holding the reticle R, and an image of a pattern in the illumination area of the reticle R is used as a substrate. Projection optical system PL that projects onto the wafer W coated with the photoresist (photosensitive material), a wafer stage 25 that holds and moves the wafer W, a drive mechanism such as these stages, and a drive mechanism such as these And a main control system 41 composed of a computer that controls the overall operation. As shown in FIG. 8, the laser light sources 1A and 1B are provided with monitor units 66A and 66B (not shown in FIG. 9) for measuring the center wavelength, spectrum width, pulse energy, and the like.

その露光光源からは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)が供給されるが、その他に、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)又はF2 レーザ光(波長157nm)等を供給することもできる。図9において、露光光源としてのレーザ光源1A及び1Bからパルス発光されたレーザ光LC1及びLC2は、それぞれミラー2A及び2Bによって反射されて、第1露光光IL1及び第2露光光IL2として第1照明ユニット14A及び第2照明ユニット14Bに入射する。さらに、ミラー2Aは不図示の駆動部を介して主制御系41によって位置P3に待避可能であり、反射率がミラー2Aと等しいミラー3が、不図示の駆動部を介して主制御系41によって、ミラー2Bと第2照明ユニット14Bとの間の位置P4に設置できるように配置されている。本例では、必要に応じて、ミラー2Aを位置P3に待避させて、ミラー3を位置P4に設置することによって、レーザ光LC1(第1露光光IL1)を第2照明ユニット14Bに供給できるように構成されている。 From the exposure light source, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is supplied. In addition, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), F 2 laser light (wavelength 157 nm), or the like can also be supplied. In FIG. 9, laser lights LC1 and LC2 pulsed from laser light sources 1A and 1B as exposure light sources are reflected by mirrors 2A and 2B, respectively, and are used as first exposure light IL1 and second exposure light IL2. The light enters the unit 14A and the second lighting unit 14B. Further, the mirror 2A can be retracted to the position P3 by the main control system 41 via a drive unit (not shown), and the mirror 3 having the same reflectance as the mirror 2A is moved by the main control system 41 via the drive unit (not shown). These are arranged so as to be installed at a position P4 between the mirror 2B and the second illumination unit 14B. In this example, the laser light LC1 (first exposure light IL1) can be supplied to the second illumination unit 14B by retracting the mirror 2A at the position P3 and installing the mirror 3 at the position P4 as necessary. It is configured.

ミラー3が待避され、ミラー2Aが光路上に設置される通常の状態では、第1照明ユニット14Aに入射した第1露光光IL1は、偏光状態を制御する偏光制御素子4A(例えば1/2波長板から構成される)、光量制御部材(不図示)、及び露光光の断面形状を後続のオプティカル・インテグレータの入射面に合わせて成形する成形光学系5Aを経てオプティカル・インテグレータ6Aに入射する。成形光学系5Aは、一例として回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)、ズームレンズ系、及び少なくとも一方が可動の一対のプリズム(アキシコン等)を含んで構成される。オプティカル・インテグレータ6Aとしてはフライアイレンズが使用されているが、その代わりに内面反射型インテグレータ(ロッドインテグレータ等)、又は回折光学素子等を用いてもよい。   In a normal state in which the mirror 3 is retracted and the mirror 2A is installed on the optical path, the first exposure light IL1 incident on the first illumination unit 14A is a polarization control element 4A (for example, ½ wavelength) that controls the polarization state. It is incident on the optical integrator 6A via a molding optical system 5A that molds the cross-sectional shape of the exposure light to match the incident surface of the subsequent optical integrator. The molding optical system 5A includes, for example, a diffractive optical element (DOE), a zoom lens system, and a pair of prisms (such as an axicon) at least one of which is movable. Although a fly-eye lens is used as the optical integrator 6A, an internal reflection type integrator (such as a rod integrator) or a diffractive optical element may be used instead.

オプティカル・インテグレータ6Aの射出面には、照明系の開口絞り板7Aが回転自在に配置され、開口絞り板7Aの回転軸の周りには、通常照明用の円形の開口絞り7A1、2個の偏心した小開口よりなるX軸の2極照明用の開口絞り、この開口絞りを90°回転した形状のY軸の2極照明用の開口絞り7A3、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び小さいコヒーレンスファクタ(σ値)用の開口絞り等が配置されている。そして、主制御系41が、駆動モータ8Aを介して開口絞り板7Aを回転することによって、オプティカル・インテグレータ6Aの射出面に所望の照明系開口絞りを配置して、対応する照明条件を設定できるように構成されている。   On the exit surface of the optical integrator 6A, an aperture stop plate 7A of the illumination system is rotatably arranged. Around the rotation axis of the aperture stop plate 7A, a circular aperture stop 7A1 for normal illumination and two eccentrics are arranged. An aperture stop for X-axis dipole illumination composed of a small aperture, an aperture stop 7A3 for Y-axis dipole illumination in a shape obtained by rotating the aperture stop by 90 °, an annular aperture stop for annular illumination, and An aperture stop or the like for a small coherence factor (σ value) is arranged. Then, the main control system 41 rotates the aperture stop plate 7A via the drive motor 8A, so that a desired illumination system aperture stop can be arranged on the exit surface of the optical integrator 6A and corresponding illumination conditions can be set. It is configured as follows.

オプティカル・インテグレータ6Aの射出面の開口絞りを通過した第1露光光IL1は、第1リレーレンズ9Aを通過した後、その一部がビームスプリッタ44Aにより分岐されて、光電検出器よりなるインテグレータセンサ45Aに入射して、その光量が計測され、この計測値が露光量制御系43に供給される。露光量制御系43では、その計測値からウエハW上の各点での積算露光量を間接的にモニタし、このモニタ結果を主制御系41に供給する。主制御系41の制御のもとで露光量制御系43は、露光光源側の制御部35Aに対して、レーザ光LC1,LC2の中心波長、スペクトル幅、パルスエネルギー等の制御情報、及びレーザ光LC1,LC2の発光トリガパルスを供給する。   The first exposure light IL1 that has passed through the aperture stop on the exit surface of the optical integrator 6A passes through the first relay lens 9A, and then a part of the first exposure light IL1 is branched by the beam splitter 44A to be an integrator sensor 45A composed of a photoelectric detector. The amount of light is measured, and this measured value is supplied to the exposure amount control system 43. The exposure amount control system 43 indirectly monitors the integrated exposure amount at each point on the wafer W from the measured value, and supplies the monitoring result to the main control system 41. Under the control of the main control system 41, the exposure amount control system 43 controls the control unit 35A on the exposure light source side, such as control information such as the center wavelength, spectrum width, and pulse energy of the laser beams LC1 and LC2, and the laser beam. A light emission trigger pulse of LC1 and LC2 is supplied.

また、第1露光光IL1の大部分は、順次固定ブラインド(固定視野絞り)12A、及び可動ブラインド(可動視野絞り)10Aに入射する。固定ブラインド12A、及び可動ブラインド10Aは近接して、ほぼ転写対象のレチクルRのパターン面との共役面に配置されている。固定ブラインド12Aは、レチクルR上の非走査方向に細長い照明領域の形状を規定する視野絞りであり、可動ブラインド10Aは、走査露光時にレチクルR上の所望のパターン領域以外の領域に第1露光光ILが照射されないように照明領域を閉じるために駆動機構11Aによって駆動される。駆動機構11Aの動作は、後述のレチクルステージ駆動系42Rによって制御される。可動ブラインド10Aは、その照明領域の非走査方向の幅を制御するためにも使用される。   Most of the first exposure light IL1 sequentially enters the fixed blind (fixed field stop) 12A and the movable blind (movable field stop) 10A. The fixed blind 12 </ b> A and the movable blind 10 </ b> A are close to each other and are arranged on a conjugate plane with the pattern surface of the reticle R to be transferred. The fixed blind 12A is a field stop that defines the shape of an illumination area that is elongated in the non-scanning direction on the reticle R, and the movable blind 10A is the first exposure light in an area other than the desired pattern area on the reticle R during scanning exposure. It is driven by the drive mechanism 11A to close the illumination area so that IL is not irradiated. The operation of the drive mechanism 11A is controlled by a reticle stage drive system 42R described later. The movable blind 10A is also used to control the width of the illumination area in the non-scanning direction.

本例では後述のように第1照明ユニット14Aによって設定される照明領域と、第2照明ユニット14Bによって設定される照明領域とがレチクルRのパターン面で視野合成されるため、以下では第1照明ユニット14Aの固定ブラインド12A及び可動ブラインド10AによってレチクルR上に設定される照明領域を第1照明スリット10APと呼び、第2照明ユニット14Bの固定ブラインド12B(後述)及び可動ブラインド10B(後述)によってレチクルR上に設定される照明領域を第2照明スリット10BPと呼ぶ。可動ブラインド10A及び10Bが全開の状態では、本例の第1照明スリット10AP及び第2照明スリット10BPは、投影光学系PLの視野内の同一の領域となる。   In this example, as will be described later, the illumination area set by the first illumination unit 14A and the illumination area set by the second illumination unit 14B are combined in the field of view on the pattern surface of the reticle R. The illumination area set on the reticle R by the fixed blind 12A and the movable blind 10A of the unit 14A is called a first illumination slit 10AP, and the reticle is fixed by the fixed blind 12B (described later) and the movable blind 10B (described later) of the second illumination unit 14B. The illumination area set on R is referred to as a second illumination slit 10BP. In a state where the movable blinds 10A and 10B are fully opened, the first illumination slit 10AP and the second illumination slit 10BP in this example are the same region in the field of the projection optical system PL.

固定ブラインド12A及び可動ブラインド10Aを通過した第1露光光IL1は、第2リレーレンズ13A、光路折り曲げ用のミラー15Aを経てほぼ直角に折り曲げられて視野合成器16に入射する。以上の偏光制御素子4Aから第2リレーレンズ13Aまでの光学部材を含んで第1照明ユニット14Aが構成されている。
一方、第2照明ユニット14Bに入射した第2露光光IL2(レーザ光LC2)は、第1照明ユニット14A内の光学部材とそれぞれ同一構成の偏光制御素子4B、光量制御部材(不図示)、成形光学系5B、オプティカル・インテグレータ6B、開口絞り板7B(駆動モータ8Bで駆動される)、第1リレーレンズ9B、ビームスプリッタ44B(この反射光がインテグレータセンサ45Bを介して計測され、この計測値が露光量制御系43に供給される)、固定ブラインド12B、及び可動ブラインド10B(レチクルステージ駆動系42Rによって制御される駆動機構11Bで駆動される)を介して第2リレーレンズ13Bに入射する。偏光制御素子4Bから第2リレーレンズ13Bまでの光学部材を含んで第2照明ユニット14Bが構成されている。第2リレーレンズ13Bを通過した第2露光光IL2は、光路折り曲げ用のミラー15B及び15Cを介して光軸が平行にずれた状態で、視野合成器16に入射する。視野合成器16が偏光ビームスプリッタ(PBS)である場合には、偏光制御素子4A及び4Bによって、第1露光光IL1及び第2露光光IL2はそれぞれS偏光及びP偏光で視野合成器16に入射して同軸に合成される。視野合成器16がハーフミラーである場合には、出力は1/2に低下するが、第1露光光IL及び第2露光光IL2を所望の偏光状態でレチクルRに照射できる。
The first exposure light IL1 that has passed through the fixed blind 12A and the movable blind 10A passes through the second relay lens 13A and the optical path bending mirror 15A, and is bent at a substantially right angle and enters the field combiner 16. The first illumination unit 14A includes the optical members from the polarization control element 4A to the second relay lens 13A.
On the other hand, the second exposure light IL2 (laser light LC2) incident on the second illumination unit 14B has a polarization control element 4B, a light quantity control member (not shown), and a molding that have the same configuration as the optical members in the first illumination unit 14A. Optical system 5B, optical integrator 6B, aperture stop plate 7B (driven by drive motor 8B), first relay lens 9B, beam splitter 44B (this reflected light is measured via integrator sensor 45B, and this measured value is The light is incident on the second relay lens 13B via the fixed blind 12B and the movable blind 10B (driven by the drive mechanism 11B controlled by the reticle stage drive system 42R). A second illumination unit 14B is configured including optical members from the polarization control element 4B to the second relay lens 13B. The second exposure light IL2 that has passed through the second relay lens 13B is incident on the field synthesizer 16 with its optical axis shifted in parallel through the optical path bending mirrors 15B and 15C. When the field synthesizer 16 is a polarization beam splitter (PBS), the first exposure light IL1 and the second exposure light IL2 are incident on the field synthesizer 16 as S-polarized light and P-polarized light by the polarization control elements 4A and 4B, respectively. And are synthesized coaxially. When the field synthesizer 16 is a half mirror, the output decreases to ½, but the first exposure light IL and the second exposure light IL2 can be irradiated onto the reticle R in a desired polarization state.

即ち、視野合成器16から射出される第1露光光IL1及び第2露光光IL2は同軸に合成される。このように第1照明ユニット14Aと第2照明ユニット14Bとは同一構成であるが、可動ブラインド10A及び10Bは互いに独立に駆動される。従って、第1照明ユニット14Aのブラインド12A及10AによってレチクルR上に設定される第1露光光IL1の照明領域(第1照明スリット10AP)の形状と、第2照明ユニット14Bのブラインド12B及び10BによってレチクルR上に設定される第2露光光IL2の照明領域(第2照明スリット10BP)の形状とは互いに独立に設定することができる。さらに、開口絞り板7A及び7Bも互いに独立に駆動される。従って、第1照明ユニット14Aによって設定される第1照明スリット10AP内の照明条件と、第2照明ユニット14Bによって設定される第2照明スリット10BP内の照明条件とは互いに独立に設定することができる。   That is, the first exposure light IL1 and the second exposure light IL2 emitted from the field synthesizer 16 are synthesized coaxially. As described above, the first lighting unit 14A and the second lighting unit 14B have the same configuration, but the movable blinds 10A and 10B are driven independently of each other. Therefore, the shape of the illumination area (first illumination slit 10AP) of the first exposure light IL1 set on the reticle R by the blinds 12A and 10A of the first illumination unit 14A, and the blinds 12B and 10B of the second illumination unit 14B. The shape of the illumination area (second illumination slit 10BP) of the second exposure light IL2 set on the reticle R can be set independently of each other. Further, the aperture stop plates 7A and 7B are also driven independently of each other. Therefore, the illumination condition in the first illumination slit 10AP set by the first illumination unit 14A and the illumination condition in the second illumination slit 10BP set by the second illumination unit 14B can be set independently of each other. .

視野合成器16で合成された露光光IL1及びIL2は、光路を水平方向に折り曲げるミラー17、第1コンデンサレンズ18、光路をほぼ鉛直下方に折り曲げるミラー19、及び第2コンデンサレンズ20を経て、レチクルRのパターン面(下面)に設けられたパターン領域内の照明スリット10AP及び10BPを均一な照度分布で照明する。ミラー15A〜15C、視野合成器16、ミラー17,19、及びコンデンサレンズ18,20から視野合成用の光学系が構成され、この視野合成用の光学系と、第1照明ユニット14Aと、第2照明ユニット14Bとを含んで照明光学系IUが構成されている。   The exposure lights IL1 and IL2 synthesized by the field synthesizer 16 pass through a mirror 17, a first condenser lens 18, a mirror 19 that bends the optical path substantially vertically downward, and a second condenser lens 20 through a reticle. Illumination slits 10AP and 10BP in the pattern area provided on the R pattern surface (lower surface) are illuminated with a uniform illuminance distribution. The mirrors 15A to 15C, the field synthesizer 16, the mirrors 17 and 19, and the condenser lenses 18 and 20 constitute a field synthesis optical system. The field synthesis optical system, the first illumination unit 14A, and the second An illumination optical system IU is configured including the illumination unit 14B.

露光光IL1,IL2のもとで、レチクルRの照明スリット10AP,10BP内のパターンは、投影光学系PLを介して所定の投影倍率β(βは1/4,1/5等)でフォトレジストが塗布されたウエハW上の投影領域21Wに投影される。投影光学系PLとしては、屈折系の他に、例えば特開2001−249286号公報に開示されているように、レチクルからウエハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折光学系とを有し、内部で中間像を2回形成する反射屈折系、あるいは、例えば国際公開第2004/107011号パンフレット(対応米国公開第2006/0121364号)に開示されているように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも1回形成する光学系(反射系または反屈系)がその一部に設けられ、かつ単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折系等も使用できる。   Under the exposure light IL1 and IL2, the pattern in the illumination slits 10AP and 10BP of the reticle R is a photoresist with a predetermined projection magnification β (β is 1/4, 1/5, etc.) via the projection optical system PL. Is projected onto the projection area 21W on the wafer W to which the coating is applied. As the projection optical system PL, in addition to the refractive system, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-249286, an optical system having an optical axis from the reticle to the wafer, and substantially orthogonal to the optical axis. A catadioptric system having an optical axis that forms an intermediate image twice, or disclosed in, for example, International Publication No. 2004/107011 (corresponding to US Publication No. 2006/0121364) As described above, an optical system (reflection system or reflex system) that has a plurality of reflecting surfaces and forms an intermediate image at least once is provided in a part thereof, and has a single optical axis. An inline catadioptric system or the like can also be used.

本例の投影光学系PLは屈折系であり、その物体面側の有効視野は光軸AXを中心とする円形領域であり、照明スリット10AP及び10BPを最大にしたときの領域は、それぞれその光軸AXを中心としてその円形領域(有効視野の輪郭)にほぼ内接するY方向に細長い長方形の領域である。ここでは、照明スリット10AP及び10BPを最大にしたときの共通の領域を、投影光学系PLの視野(物体面側の視野)と呼ぶ。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向(図9の紙面に平行な方向)に沿ってY軸を取り、その走査方向に垂直な非走査方向(図9の紙面に垂直な方向)に沿ってX軸を取って説明する。   The projection optical system PL of this example is a refraction system, and its effective field on the object plane side is a circular area centered on the optical axis AX, and the areas when the illumination slits 10AP and 10BP are maximized are the respective light beams. This is a rectangular area that is elongated in the Y direction and is substantially inscribed in the circular area (the outline of the effective field of view) about the axis AX. Here, a common area when the illumination slits 10AP and 10BP are maximized is referred to as a field of view of the projection optical system PL (field of view on the object plane side). Hereinafter, the Z axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and along the scanning direction of the reticle R and the wafer W during scanning exposure (a direction parallel to the paper surface of FIG. 9) in a plane perpendicular to the Z axis. In the following description, the Y axis is taken and the X axis is taken along the non-scanning direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 9) perpendicular to the scanning direction.

先ず、レチクルRはレチクルステージ22上に吸着保持され、レチクルステージ22はレチクルベース23上にリニアモータ等によってY方向に連続移動できるように載置されている。更に、レチクルステージ22には、レチクルRをX方向、Y方向、Z軸の周りの回転方向等に微動する機構も組み込まれている。レチクルステージ22(レチクルR)の少なくともX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、レチクルステージ22上の移動鏡26R(又は反射面でもよい。)及びこれに対向してその一部が配置されるレーザ干渉計27Rによって高精度に計測され、この計測結果及び主制御系41からの制御情報に基づいてレチクルステージ駆動系42Rがレチクルステージ22の動作を制御する。また、レチクルステージ駆動系42Rは、レチクルステージ22(ひいてはレチクルR)のY方向(走査方向)の位置情報に基づいて、駆動機構11A及び11Bを介して可動ブラインド10A及び10Bの開閉動作、即ち第1照明スリット10AP及び第2照明スリット10BPのそれぞれのY方向の幅を制御する。   First, the reticle R is sucked and held on the reticle stage 22, and the reticle stage 22 is placed on the reticle base 23 so as to be continuously moved in the Y direction by a linear motor or the like. Further, the reticle stage 22 incorporates a mechanism for finely moving the reticle R in the X direction, the Y direction, the rotation direction around the Z axis, and the like. The position of the reticle stage 22 (reticle R) in at least the X direction and the Y direction, and the rotation angle around the Z axis are the movable mirror 26R (or a reflecting surface) on the reticle stage 22 and the opposite to the movable mirror 26R. Measurement is performed with high accuracy by a laser interferometer 27 </ b> R in which a part is arranged, and the reticle stage drive system 42 </ b> R controls the operation of the reticle stage 22 based on the measurement result and control information from the main control system 41. The reticle stage drive system 42R also opens / closes the movable blinds 10A and 10B via the drive mechanisms 11A and 11B based on the position information of the reticle stage 22 (and thus the reticle R) in the Y direction (scanning direction). The width in the Y direction of each of the first illumination slit 10AP and the second illumination slit 10BP is controlled.

なお、可動ブラインド10A及び10Bの開閉動作は、レチクルステージ駆動系42Rとは独立に設けた制御装置によって制御してもよい。
一方、ウエハWはウエハホルダ(不図示)を介してウエハステージ25上に吸着保持され、ウエハステージ25は、ウエハWのフォーカス位置(Z方向の位置)及び傾斜角を制御するZチルトステージと、リニアモータ等によってウエハベース30上でY方向に連続移動すると共に、X方向及びY方向にステップ移動するXYステージとから構成されている。ウエハステージ25(ウエハW)の少なくともX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、ウエハステージ25上の移動鏡26W(又は反射面でもよい。)及びこれに対向してその一部が配置されるレーザ干渉計27Wによって高精度に計測され、この計測結果及び主制御系41からの制御情報に基づいてウエハステージ駆動系42Wがウエハステージ25の動作を制御する。
Note that the opening / closing operation of the movable blinds 10A and 10B may be controlled by a control device provided independently of the reticle stage drive system 42R.
On the other hand, the wafer W is sucked and held on the wafer stage 25 via a wafer holder (not shown), and the wafer stage 25 includes a Z tilt stage for controlling the focus position (position in the Z direction) and the tilt angle of the wafer W, linear The XY stage is configured to move continuously in the Y direction on the wafer base 30 by a motor or the like and move stepwise in the X direction and the Y direction. The position of the wafer stage 25 (wafer W) in at least the X direction and the Y direction, and the rotation angle around the Z axis are the moving mirror 26W (or a reflecting surface) on the wafer stage 25 and the opposite of the moving mirror 26W. The wafer stage drive system 42W controls the operation of the wafer stage 25 based on the measurement result and the control information from the main control system 41.

通常の走査露光時には、レチクルステージ22を介してレチクルRを照明スリット10AP及び/又は10BPに対してY方向に速度VRで移動するのと同期して、ウエハステージ25を介してウエハWを投影領域21Wに対してY方向に速度β・VR(βはレチクルRからウエハWへの投影倍率)で移動することによって、レチクルRの一連の2つのパターン領域(詳細後述)内のパターン像がウエハW上の2つの走査方向に隣接したショット領域に逐次転写される。その後、ウエハステージ25をステップ移動させてウエハ上の次のショット領域を走査開始位置に移動して、上述の走査露光を行うという動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り返されて、ウエハW上の走査方向に隣接する2つのショット領域毎に順次露光が行われる。その後、ウエハWを1つのショット領域の幅分だけY方向にずらした状態で、上記のステップ・アンド・スキャン方式でレチクルRのパターンの像をウエハW上の隣接する2つのショット領域に順次露光することによって、ウエハW上の各ショット領域に二重露光が行われる。   During normal scanning exposure, the wafer W is projected through the wafer stage 25 in synchronization with the movement of the reticle R through the reticle stage 22 in the Y direction with respect to the illumination slits 10AP and / or 10BP at a speed VR. By moving at a speed β · VR (β is the projection magnification from the reticle R to the wafer W) in the Y direction with respect to 21W, a pattern image in a series of two pattern areas (details will be described later) of the reticle R is changed to the wafer W. The image is sequentially transferred to the shot areas adjacent in the upper two scanning directions. Thereafter, the wafer stage 25 is moved stepwise to move the next shot area on the wafer to the scanning start position, and the above scanning exposure is repeated by the step-and-scan method. Exposure is sequentially performed for every two shot areas adjacent in the scanning direction. Thereafter, with the wafer W shifted in the Y direction by the width of one shot area, the image of the pattern of the reticle R is sequentially exposed to two adjacent shot areas on the wafer W by the above step-and-scan method. Thus, double exposure is performed on each shot area on the wafer W.

また、この露光が重ね合わせ露光である場合には、予めレチクルRとウエハWとのアライメントを行っておく必要がある。そこで、ウエハステージ25上のウエハの近傍に基準マークが形成された基準マーク部材(不図示)が固定され、投影光学系PLの側面にウエハW上の各ショット領域に付設されたアライメントマークの位置を検出するための画像処理方式のアライメントセンサ36が設置されている。また、レチクルステージ22の上方に、レチクルR上のアライメントマークの位置を計測するために、画像処理方式の1対のアライメント系34A,34Bが設置されている。アライメント系34A,34Bは、実際には照明スリット10AP,10BPのX方向(非走査方向)の両端部の上方に配置されている。アライメントセンサ36及びアライメント系34A,34Bの検出結果は不図示のアライメント制御系で処理されている。なお、アライメントセンサ36及びアライメント系34A,34Bは画像処理方式に限られるものでなく、例えばコヒーレントなビームの照射によってマークから発生する回折光を検出する方式などでもよい。   If this exposure is a superposition exposure, it is necessary to align the reticle R and the wafer W in advance. Therefore, a reference mark member (not shown) in which a reference mark is formed in the vicinity of the wafer on the wafer stage 25 is fixed, and the position of the alignment mark attached to each shot area on the wafer W on the side surface of the projection optical system PL. An image processing type alignment sensor 36 for detecting the above is installed. In addition, in order to measure the position of the alignment mark on the reticle R above the reticle stage 22, a pair of alignment systems 34A and 34B of an image processing system are installed. The alignment systems 34A and 34B are actually arranged above both ends of the illumination slits 10AP and 10BP in the X direction (non-scanning direction). The detection results of the alignment sensor 36 and alignment systems 34A and 34B are processed by an alignment control system (not shown). The alignment sensor 36 and the alignment systems 34A and 34B are not limited to the image processing system, and may be a system that detects diffracted light generated from the mark by irradiation with a coherent beam, for example.

また、ウエハステージ25上のウエハWの近傍に、露光光IL1及びIL2のエネルギーを計測するための照射量モニタ46が設置され、照射モニタ46の計測値が露光量制御系43に供給されている。さらに、ウエハステージ25上のウエハWの近傍に、ウエハWの表面と同じ高さの表面を有し、その表面にX軸及びY軸に平行なスリットが形成された露光光IL1,IL2を透過するスリット板29が固定され、スリット板29の底面のウエハステージ25内に、集光レンズ47及び光電検出器48が設置され、光電検出器48の検出信号が露光量制御系43に供給されている。通常は、例えばレチクルステージ22上にY方向(又はX方向)に所定ピッチでライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)が形成されたテストレチクルをロードし、そのL&Sパターンの投影光学系PLによる像を、スリット板29でY方向に走査して、光電検出器48から出力される検出信号のコントラストを検出するという動作を、ウエハステージ25のZ方向の位置(フォーカス位置)を変化させながら繰り返すことによって、最もコントラストの高いときのウエハステージ25のフォーカス位置から投影光学系PLのベストフォーカス位置を求めることができる。   An irradiation amount monitor 46 for measuring the energy of the exposure light IL1 and IL2 is installed in the vicinity of the wafer W on the wafer stage 25, and the measurement value of the irradiation monitor 46 is supplied to the exposure amount control system 43. . Further, in the vicinity of the wafer W on the wafer stage 25, the exposure light IL1 and IL2 having a surface having the same height as the surface of the wafer W and slits parallel to the X axis and the Y axis formed on the surface are transmitted. The condensing lens 47 and the photoelectric detector 48 are installed in the wafer stage 25 on the bottom surface of the slit plate 29, and the detection signal of the photoelectric detector 48 is supplied to the exposure amount control system 43. Yes. Usually, for example, a test reticle having a line and space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) formed at a predetermined pitch in the Y direction (or X direction) on the reticle stage 22 is loaded, and projection optics for the L & S pattern is used. The operation of scanning the image by the system PL in the Y direction with the slit plate 29 and detecting the contrast of the detection signal output from the photoelectric detector 48 changes the position (focus position) of the wafer stage 25 in the Z direction. By repeating this, the best focus position of the projection optical system PL can be obtained from the focus position of the wafer stage 25 when the contrast is highest.

さらに、本例では、露光光IL1,IL2(レーザ光LC1,LC2)の波長のキャリブレーションを行うために、第1露光光IL1(レーザ光LC1)のみを照明光学系IUに照射した状態で、上記のテストレチクルのL&Sパターンの投影光学系PLによる像を、スリット板29でY方向に走査して、光電検出器48から出力される検出信号のコントラストを検出する動作をウエハステージ25の複数のフォーカス位置で繰り返すことによって、投影光学系PLのベストフォーカス位置FZ1を求める。次に、第2露光光IL2(レーザ光LC2)のみを照明光学系IUに照射した状態で、そのL&Sパターンの投影光学系PLによる像を、スリット板29でY方向に走査することによって、投影光学系PLのベストフォーカス位置FZ2を求める。この場合、2回の計測によって得られるベストフォーカス位置FZ1及びFZ2の差分ΔZF(=FZ2−FZ1)は、レーザ光LC1,LC2の中心波長λ1,λ2の差分Δλの関数とみなすことができる。   Furthermore, in this example, in order to calibrate the wavelengths of the exposure lights IL1, IL2 (laser lights LC1, LC2), the illumination optical system IU is irradiated with only the first exposure light IL1 (laser light LC1), An operation of scanning the image of the L & S pattern of the above test reticle by the projection optical system PL in the Y direction with the slit plate 29 and detecting the contrast of the detection signal output from the photoelectric detector 48 is performed on a plurality of wafer stages 25. By repeating at the focus position, the best focus position FZ1 of the projection optical system PL is obtained. Next, in a state where only the second exposure light IL2 (laser light LC2) is irradiated onto the illumination optical system IU, the image of the L & S pattern by the projection optical system PL is scanned by the slit plate 29 in the Y direction, thereby projecting. The best focus position FZ2 of the optical system PL is obtained. In this case, the difference ΔZF (= FZ2−FZ1) between the best focus positions FZ1 and FZ2 obtained by two measurements can be regarded as a function of the difference Δλ between the center wavelengths λ1 and λ2 of the laser beams LC1 and LC2.

そこで、予めコンピュータのシミュレーション等によって、その差分ΔZFと差分Δλとの関係を示すテーブルを求めて主制御系41内の記憶部に記憶しておき、レーザ光LC1,LC2の波長のキャリブレーション時に、そのベストフォーカス位置の差分ΔZFを計測することで、そのテーブルからレーザ光LC1,LC2の波長の差分Δλを求めることができる。このようにして計測されたレーザ光LC1,LC2の波長の差分Δλの情報は、制御部35Aに供給される。制御部35Aでは、例えば一方のレーザ光LC2の波長については、付属のモニタ部の計測値によってその波長を高精度に計測しておき、そのレーザ光LC2の波長をその差分Δλで補正することによって、他方のレーザ光LC1の波長を正確に求めることができる。   Therefore, a table indicating the relationship between the difference ΔZF and the difference Δλ is obtained in advance by computer simulation or the like and stored in the storage unit in the main control system 41, and at the time of calibration of the wavelengths of the laser beams LC1 and LC2, By measuring the difference ΔZF of the best focus position, the wavelength difference Δλ of the laser beams LC1 and LC2 can be obtained from the table. Information on the wavelength difference Δλ of the laser beams LC1 and LC2 measured in this way is supplied to the control unit 35A. In the control unit 35A, for example, the wavelength of one laser beam LC2 is measured with high accuracy by the measurement value of the attached monitor unit, and the wavelength of the laser beam LC2 is corrected by the difference Δλ. The wavelength of the other laser beam LC1 can be accurately obtained.

以下、本例の二重露光動作の一例につき説明する。本例のレチクルRのパターン面には、走査方向に沿って二重露光用の2個のパターン領域(転写用のパターン)が形成されている。
図10は、本例で使用されるレチクルRのパターン配置を示す平面図であり、この図10において、レチクルRの矩形の枠状の遮光帯81に囲まれた領域が、Y方向に2つの同一の大きさの第1及び第2のパターン領域82A,82Bに分割され、パターン領域82A及び82B内にそれぞれ異なる転写用のパターン(以下、それぞれパターンA及びBと呼ぶ)が描画されている。パターンA及びBは、ウエハW上の各ショット領域の1つのレイヤに転写される回路パターンから生成されたパターンであり、パターンA及びBの像を重ねて露光することによってその回路パターンに対応する投影像が各ショット領域に露光される。一例として、第1のパターン領域82A内のパターンAは、Y方向に解像限界程度のピッチで配列されたY方向のL&Sパターン85Yよりなり、第2のパターン領域52B内のパターンBは、X方向に解像限界程度のピッチで配列されたX方向のL&Sパターン85Xよりなる。
Hereinafter, an example of the double exposure operation of this example will be described. On the pattern surface of the reticle R of this example, two pattern regions (transfer patterns) for double exposure are formed along the scanning direction.
FIG. 10 is a plan view showing the pattern arrangement of the reticle R used in this example. In FIG. 10, the region surrounded by the rectangular frame-shaped light shielding band 81 of the reticle R has two regions in the Y direction. The pattern is divided into first and second pattern areas 82A and 82B having the same size, and different transfer patterns (hereinafter referred to as patterns A and B, respectively) are drawn in the pattern areas 82A and 82B. The patterns A and B are patterns generated from a circuit pattern transferred to one layer of each shot area on the wafer W, and correspond to the circuit patterns by exposing the images of the patterns A and B in an overlapping manner. A projected image is exposed in each shot area. As an example, the pattern A in the first pattern area 82A is composed of the L & S pattern 85Y in the Y direction arranged at a pitch about the resolution limit in the Y direction, and the pattern B in the second pattern area 52B is X The L & S pattern 85X in the X direction is arranged in the direction at a pitch about the resolution limit.

本例では、図9の第1照明スリット10AP及び第2照明スリット10BPによってそれぞれ第1のパターン領域82A及び第2のパターン領域82B内のパターンBを転写するため、解像力を高めるために、第1照明ユニット14AではY方向のL&Sパターン85Y用のY軸の(Y方向に離れた2つの2次光源を持つ)2極照明用の開口絞り7A3を選択し、第2照明ユニット14BではX方向のL&Sパターン85X用のX軸の(X方向に離れた2つの2次光源を持つ)2極照明用の開口絞り7B2を選択する。この場合、照明スリット10AP及び10BPは、互いに直交する2極照明で照明される。なお、例えばパターンAが周期的パターンよりなり、パターンBが孤立的パターンよりなる場合には、一例として、第1照明スリット10APの照明条件を輪帯照明として、第2照明スリット10BPの照明条件を小σ照明等としてもよい。また、図9の視野合成器16がハーフミラーである場合には、パターン領域52A,52B毎に偏光照明の最適化を行うことも可能である。   In this example, the pattern B in the first pattern area 82A and the second pattern area 82B is transferred by the first illumination slit 10AP and the second illumination slit 10BP in FIG. In the illumination unit 14A, the Y-axis aperture stop 7A3 (having two secondary light sources separated in the Y direction) for the Y-direction L & S pattern 85Y is selected, and in the second illumination unit 14B, the X-direction aperture stop 7A3 is selected. The aperture stop 7B2 for dipole illumination (with two secondary light sources separated in the X direction) for the L & S pattern 85X is selected. In this case, the illumination slits 10AP and 10BP are illuminated with two-pole illumination orthogonal to each other. For example, when the pattern A is a periodic pattern and the pattern B is an isolated pattern, as an example, the illumination condition of the first illumination slit 10AP is the annular illumination, and the illumination condition of the second illumination slit 10BP is Small σ illumination may be used. Further, when the visual field synthesizer 16 of FIG. 9 is a half mirror, it is possible to optimize the polarized illumination for each of the pattern regions 52A and 52B.

また、図10のレチクルRのパターン領域82A及び82Bの大きさは、それぞれウエハW上の一つのショット領域の大きさに対応しており、パターン領域82A及び82Bの境界の遮光帯83は、ウエハW上の隣接するストリートラインの幅に対応する幅を持っている。即ち、2つのパターン領域82A及び82Bを投影光学系PLの投影倍率で縮小した像が、ウエハW上の走査方向に隣接する2つのショット領域の大きさに対応する。ウエハW上のストリートラインの幅を100μmとして、投影光学系PLの倍率を1/4とすると、遮光帯83の幅は400μmとなる。この程度の幅があれば、図9の可動ブラインド10A及び10Bのエッジ部の僅かな位置決め誤差があっても、第1照明スリット10AP(又は第2照明スリット10BP)が第2のパターン領域82B(又は第1のパターン領域82A)内に照射されるのを防止できる。   Further, the size of the pattern areas 82A and 82B of the reticle R in FIG. 10 corresponds to the size of one shot area on the wafer W, and the light shielding band 83 at the boundary between the pattern areas 82A and 82B It has a width corresponding to the width of the adjacent street line on W. That is, an image obtained by reducing the two pattern areas 82A and 82B with the projection magnification of the projection optical system PL corresponds to the size of two shot areas adjacent in the scanning direction on the wafer W. If the width of the street line on the wafer W is 100 μm and the magnification of the projection optical system PL is ¼, the width of the light shielding band 83 is 400 μm. With such a width, the first illumination slit 10AP (or the second illumination slit 10BP) can move to the second pattern region 82B (or the second illumination slit 10BP) even if there is a slight positioning error in the edge portions of the movable blinds 10A and 10B in FIG. Alternatively, it is possible to prevent the first pattern region 82A) from being irradiated.

また、レチクルRのパターン領域をX方向に挟むように1対のアライメントマーク84A及び84Bが形成されており、これらのアライメントマーク84A及び84Bの位置を図9のアライメント系34A,34Bで計測することによって、レチクルRのアライメントを行うことができる。
次に、図9のウエハW上のY方向に隣接する2つのショット領域にそれぞれ図10のレチクルRの第1のパターン領域82AのパターンAの像と、第2のパターン領域82BのパターンBの像とを1回の走査露光で露光する。その後、ウエハW上のY方向に隣接する2つのショット領域(ただし、1回目の露光時とは1つのショット領域分だけY方向の位置がずれている。)にそれぞれ図10のレチクルRの第1のパターン領域82AのパターンAの像と、第2のパターン領域82BのパターンBの像とを1回の走査露光で露光することによって、ウエハW上の各ショット領域にパターンAの像とパターンBの像とが二重露光される。その後、ウエハWのフォトレジストの現像を行い、エッチング等を行うことによって、ウエハW上の各ショット領域にパターンA及びBを重ねたパターンに対応する回路パターンが形成される。このように、本例の二重露光法によれば、2つの回路パターンをそれぞれ最適な照明条件でウエハW上の各ショット領域に露光できるとともに、1回の走査露光でウエハW上の隣接する2つのショット領域に露光できるため、高機能のデバイスを高いスループットで高精度に製造できる。
Further, a pair of alignment marks 84A and 84B are formed so as to sandwich the pattern area of the reticle R in the X direction, and the positions of these alignment marks 84A and 84B are measured by the alignment systems 34A and 34B in FIG. Thus, alignment of the reticle R can be performed.
Next, the pattern A image of the first pattern area 82A of the reticle R in FIG. 10 and the pattern B of the second pattern area 82B in two shot areas adjacent to each other in the Y direction on the wafer W in FIG. The image is exposed with a single scanning exposure. Thereafter, the second position of reticle R in FIG. 10 is shifted to two shot areas adjacent in the Y direction on wafer W (however, the position in the Y direction is shifted by one shot area from the time of the first exposure). The pattern A image and the pattern A are formed on each shot area on the wafer W by exposing the pattern A image of the first pattern area 82A and the pattern B image of the second pattern area 82B by one scanning exposure. The image of B is double exposed. Thereafter, the photoresist on the wafer W is developed and etched to form a circuit pattern corresponding to a pattern in which the patterns A and B are superimposed on each shot area on the wafer W. As described above, according to the double exposure method of this example, two circuit patterns can be exposed to each shot area on the wafer W under optimum illumination conditions, and adjacent to each other on the wafer W by one scanning exposure. Since two shot areas can be exposed, a highly functional device can be manufactured with high throughput and high accuracy.

次に、図9の露光装置の2つのインテグレータセンサ45A,45Bのキャリブレーション動作の一例につき図11のフローチャートを参照して説明する。以下の全体の動作は主制御系41によって制御されている。
先ず、図11のステップ101において、図9のレチクルステージ22上にパターンの形成されていないレチクルをロードし、照明光学系IU内の可動ブラインド10A,10Bを全開にして、投影光学系PLの投影領域21W(まだ露光光IL1,IL2は照射されていない)内にウエハステージ25上の照射量モニタ46を移動する。次に、露光量制御系43がレーザ光源1Aの出力(パルスエネルギーと周波数との積)を可変範囲内の中央値E1に設定し(ステップ102)、ミラー2Aを光路上に設置して、第1照明ユニット14Aにレーザ光源1Aからのレーザ光LC1(第1露光光IL1)の光路を設定する(ステップ103)。次のステップ104において、レーザ光源1Aをその中央値E1でパルス発光させて、インテグレータセンサ45Aの計測値IU1及び照射量モニタ46の計測値S1を記憶する。
Next, an example of the calibration operation of the two integrator sensors 45A and 45B of the exposure apparatus of FIG. 9 will be described with reference to the flowchart of FIG. The entire operation below is controlled by the main control system 41.
First, in step 101 of FIG. 11, a reticle having no pattern is loaded on the reticle stage 22 of FIG. 9, the movable blinds 10A and 10B in the illumination optical system IU are fully opened, and the projection of the projection optical system PL is performed. The dose monitor 46 on the wafer stage 25 is moved into the region 21W (not yet exposed to the exposure light IL1 and IL2). Next, the exposure amount control system 43 sets the output (product of pulse energy and frequency) of the laser light source 1A to the median value E1 within the variable range (step 102), the mirror 2A is installed on the optical path, and the first The optical path of the laser light LC1 (first exposure light IL1) from the laser light source 1A is set in one illumination unit 14A (step 103). In the next step 104, the laser light source 1A is caused to emit light at its median value E1, and the measured value IU1 of the integrator sensor 45A and the measured value S1 of the dose monitor 46 are stored.

次に、ミラー2Aを位置P3に待避させ、ミラー3を光路上の位置P4に設定して、第2照明ユニット14Bにレーザ光源1Aからのレーザ光LC1(第1露光光IL1)の光路を設定した後(ステップ105)、レーザ光源1Aをその中央値E1でパルス発光させて、インテグレータセンサ45Bの計測値IU2及び照射量モニタ46の計測値S2を記憶する(ステップ106)。次のステップ107において、露光量制御系43では、ステップ104及び106の計測値を用いて、次のようにインテグレータセンサ45A,45Bの計測値の誤差ΔIU、照射量モニタ46の計測値の変動量ΔSを計算する。   Next, the mirror 2A is retracted to the position P3, the mirror 3 is set to the position P4 on the optical path, and the optical path of the laser light LC1 (first exposure light IL1) from the laser light source 1A is set to the second illumination unit 14B. After that (step 105), the laser light source 1A is caused to emit light at its median value E1, and the measured value IU2 of the integrator sensor 45B and the measured value S2 of the irradiation amount monitor 46 are stored (step 106). In the next step 107, the exposure amount control system 43 uses the measurement values in steps 104 and 106, and the error ΔIU of the measurement values of the integrator sensors 45A and 45B and the fluctuation amount of the measurement value of the irradiation amount monitor 46 as follows. ΔS is calculated.

ΔIU=(IU2/IU1−1)×100(%) …(3)
ΔS=(S2/S1−1)×100(%) …(4)
さらに、露光量制御系43では、その誤差ΔIU及び変動量ΔSを用いて、次のように誤差係数ΔPLを計算する。
ΔPL=ΔS/ΔIU …(5)
この後は、一例として、第2照明ユニット14B側のインテグレータセンサ45Bについて、誤差ΔIUを補正するように、オフセット又はゲインを調整してもよい。これによって、共通のレーザ光LC1を基準として、2つのインテグレータセンサ45A及び45Bの計測値のマッチングを図ることができる。また、例えば誤差係数ΔPLが所定の値から大きく外れているような場合には、照明光学系IUの調整等を行ってもよい。
ΔIU = (IU2 / IU1-1) × 100 (%) (3)
ΔS = (S2 / S1-1) × 100 (%) (4)
Further, the exposure amount control system 43 calculates the error coefficient ΔPL as follows using the error ΔIU and the variation amount ΔS.
ΔPL = ΔS / ΔIU (5)
Thereafter, as an example, the offset or gain of the integrator sensor 45B on the second lighting unit 14B side may be adjusted so as to correct the error ΔIU. Thereby, the measurement values of the two integrator sensors 45A and 45B can be matched with the common laser beam LC1 as a reference. Further, for example, when the error coefficient ΔPL is greatly deviated from a predetermined value, the illumination optical system IU may be adjusted.

次に、図9の露光装置において、露光光源であるレーザ光源1A,1Bの発振周波数等を定める方法の一例につき、図12のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系41において実行される。この場合、パルスレーザ光はパルス毎にエネルギーのばらつきがあるため、ウエハW上の各点における積算露光量を均一化するために必要な最小露光パルス数Nmin、及びそれ以上露光パルス数を増加しても積算露光量の均一性は実質的に変わらない最大露光パルス数Nmaxが予め定められ、主制御系41内の記憶部に記憶されている。また、図10のレチクルR上の2つのパターン領域82A及び82Bのパターンを露光するためのウエハW上のフォトレジストに対する適正露光量をそれぞれDose1 及びDose2 とする。なお、パターン領域82A及び82Bの露光にはそれぞれレーザ光源1Aのレーザ光LC1及びレーザ光源1Bのレーザ光LC2が使用される。さらに、レーザ光源1A及び1Bの最大発振周波数はほぼfmaxであり、レーザ光LC1及びLC2のパルスエネルギーをそれぞれPe1及びPe2(これらの中央値はPe10,Pe20である)とする。   Next, an example of a method for determining the oscillation frequency of the laser light sources 1A and 1B as exposure light sources in the exposure apparatus of FIG. 9 will be described with reference to the flowchart of FIG. This operation is executed in the main control system 41. In this case, since the pulsed laser beam has energy variations from pulse to pulse, the minimum number of exposure pulses Nmin required to equalize the integrated exposure amount at each point on the wafer W and the number of exposure pulses beyond that are increased. However, the maximum exposure pulse number Nmax that does not substantially change the uniformity of the integrated exposure amount is determined in advance and stored in the storage unit in the main control system 41. Further, the appropriate exposure amounts for the photoresist on the wafer W for exposing the patterns of the two pattern regions 82A and 82B on the reticle R in FIG. 10 are Dose1 and Dose2, respectively. The laser light LC1 from the laser light source 1A and the laser light LC2 from the laser light source 1B are used for the exposure of the pattern regions 82A and 82B, respectively. Further, the maximum oscillation frequency of the laser light sources 1A and 1B is approximately fmax, and the pulse energies of the laser beams LC1 and LC2 are Pe1 and Pe2 (the median values thereof are Pe10 and Pe20), respectively.

先ず、第1のレーザ光源1Aの発振周波数f1等を定めるために、図12のステップ110において、レーザ光源1AからのパルスエネルギーPe10のレーザ光LC1(露光光IL1)でウエハW上の各点を適正露光量Dose1 で露光するのに必要な露光パルス数N1max を次式から求める。
N1max=Dose1 /Pe10 …(6)
次に、計算された露光パルス数N1max が最小露光パルス数Nminより小さいかどうかを判定し(ステップ111)、N1max がNminより小さいときには、動作はステップ112に移行して、露光パルス数がその最小露光パルス数Nminになるように、そのNminを用いて次式からレーザ光源1Aの発振周波数f1を計算する。なお、ウエハステージ25のY方向への走査速度(初期値は例えば最大値)をVw、投影領域21Wの全開時のY方向の幅(スリット幅)をSwとしている。従って、Sw/Vwは、ウエハW上の各点が投影領域21Wを走査方向に横切るのに要する時間(露光時間)であり、露光パルス数を露光時間で割ることによって、単位時間当たりのパルス数、即ち発振周波数が求められる。
First, in order to determine the oscillation frequency f1 and the like of the first laser light source 1A, in step 110 in FIG. 12, each point on the wafer W is set with laser light LC1 (exposure light IL1) of pulse energy Pe10 from the laser light source 1A. The number of exposure pulses N1max necessary for exposure with the appropriate exposure dose Dose1 is obtained from the following equation.
N1max = Dose1 / Pe10 (6)
Next, it is determined whether or not the calculated exposure pulse number N1max is smaller than the minimum exposure pulse number Nmin (step 111). When N1max is smaller than Nmin, the operation proceeds to step 112, and the exposure pulse number is the minimum. The oscillation frequency f1 of the laser light source 1A is calculated from the following equation using the Nmin so that the exposure pulse number Nmin. Note that the scanning speed (the initial value is, for example, the maximum value) in the Y direction of the wafer stage 25 is Vw, and the width in the Y direction (slit width) when the projection area 21W is fully opened is Sw. Therefore, Sw / Vw is the time (exposure time) required for each point on the wafer W to cross the projection area 21W in the scanning direction, and the number of pulses per unit time is obtained by dividing the number of exposure pulses by the exposure time. That is, the oscillation frequency is obtained.

f1=Nmin/(Sw/Vw)=Nmin・Vw/Sw …(7)
また、このときのパルスエネルギーPe1は、Dose1 /Nminに変更される。なお、式(7)で計算される周波数f1が最大周波数fmaxを超える場合には、走査速度Vwを低くすればよい。
一方、ステップ111で、N1max がNmin以上であるときには、ステップ113に移行して、N1max が最大露光パルス数Nmaxより小さいかどうかを判定する。そして、N1max がNmaxより小さいときには、N1max をそのままレーザ光LC1の露光パルス数とできるため、ステップ114に移行して、N1max を用いて式(7)に対応する次式からレーザ光源1Aの発振周波数f1を計算する。このときのパルスエネルギーPe1は初期値Pe10でよい。
f1 = Nmin / (Sw / Vw) = Nmin · Vw / Sw (7)
Further, the pulse energy Pe1 at this time is changed to Dose1 / Nmin. Note that when the frequency f1 calculated by the equation (7) exceeds the maximum frequency fmax, the scanning speed Vw may be lowered.
On the other hand, when N1max is equal to or greater than Nmin in step 111, the routine proceeds to step 113, where it is determined whether N1max is smaller than the maximum exposure pulse number Nmax. When N1max is smaller than Nmax, N1max can be used as it is as the number of exposure pulses of the laser beam LC1. Therefore, the process proceeds to step 114, and the oscillation frequency of the laser light source 1A is calculated from the following equation corresponding to equation (7) using N1max. Calculate f1. The pulse energy Pe1 at this time may be the initial value Pe10.

f1=N1max ・Vw/Sw …(8)
また、ステップ113で、N1max がNmax以上であるときには、ステップ115に移行して、レーザ光源1Aの発振周波数f1を最大値fmaxに設定し、これに合わせて、露光パルス数がNmaxとなるように、次式からウエハステージ25の走査速度V1を計算する。このときのパルスエネルギーPe1は、Dose1 /Nmaxである。
f1 = N1max Vw / Sw (8)
If N1max is greater than or equal to Nmax in step 113, the process proceeds to step 115 where the oscillation frequency f1 of the laser light source 1A is set to the maximum value fmax, and the number of exposure pulses is set to Nmax in accordance with this. The scanning speed V1 of the wafer stage 25 is calculated from the following equation. The pulse energy Pe1 at this time is Dose1 / Nmax.

V1=fmax・Sw/Nmax …(9)
次に、第2のレーザ光源1Bの発振周波数f2等を定める場合には、式(6)の露光パルス数N1max 、適正露光量Dose1 、パルスエネルギーPe10をそれぞれN2max 、Dose2 、Pe20に置き換えて、図12のステップ110〜115を実行すればよい。ただし、レーザ光源1B側では、ウエハステージ25の走査速度V2は、レーザ光源1Aに対して最適化された走査速度V1(又はVw)をそのまま使用することになる。そこで、レーザ光源1Bの場合には、図12のステップ115に対応して、ステップ115Aに示すように、ウエハステージ25の走査速度V2をV1、レーザ光源1Bの発振周波数f2を最大周波数fmaxの近傍として、レーザ光LC2のパルスエネルギーPe2を次式から計算すればよい。この場合には、レーザ光LC2によるウエハWに対する露光パルス数N2は、Nmaxとは僅かに異なることがある。
V1 = fmax · Sw / Nmax (9)
Next, when determining the oscillation frequency f2 and the like of the second laser light source 1B, the number of exposure pulses N1max, the appropriate exposure dose Dose1, and the pulse energy Pe10 in equation (6) are replaced with N2max, Dose2, and Pe20, respectively. Twelve steps 110 to 115 may be executed. However, on the laser light source 1B side, the scanning speed V2 of the wafer stage 25 uses the scanning speed V1 (or Vw) optimized for the laser light source 1A as it is. Therefore, in the case of the laser light source 1B, corresponding to step 115 in FIG. 12, as shown in step 115A, the scanning speed V2 of the wafer stage 25 is V1, and the oscillation frequency f2 of the laser light source 1B is near the maximum frequency fmax. Then, the pulse energy Pe2 of the laser beam LC2 may be calculated from the following equation. In this case, the number of exposure pulses N2 for the wafer W by the laser beam LC2 may be slightly different from Nmax.

V1=f2・Sw/N2 …(10)
Pe2=Dose2 /N2 …(11)
以上説明したように、本例の図9の露光装置によれば、一方のレーザ光LC1を照明ユニット14A及び14Bに交互に入射させることによって、インテグレータセンサ45A,45Bのキャリブレーションを容易に行うことができる。また、露光パルス数が適正範囲になるように、レーザ光源1A,1Bの発振周波数及びパルスエネルギー等を定めているため、ウエハW上の積算露光量の均一性が向上する。また、第2のレーザ光源1B側では発振周波数及びパルスエネルギーを調整することによって、ウエハステージ25の走査速度を2つのレーザ光LC1,LC2に対して共通に最適化できる。
V1 = f2 · Sw / N2 (10)
Pe2 = Dose2 / N2 (11)
As described above, according to the exposure apparatus of FIG. 9 of this example, the calibration of the integrator sensors 45A and 45B can be easily performed by causing one laser beam LC1 to alternately enter the illumination units 14A and 14B. Can do. Further, since the oscillation frequency and pulse energy of the laser light sources 1A and 1B are determined so that the number of exposure pulses is within an appropriate range, the uniformity of the integrated exposure amount on the wafer W is improved. Further, by adjusting the oscillation frequency and pulse energy on the second laser light source 1B side, the scanning speed of the wafer stage 25 can be optimized in common for the two laser beams LC1 and LC2.

なお、本実施形態では図8の露光光源71のレーザ光源1A,1Bを用いるものとしたが、露光光源はこれに限らず、例えば上記第1又は第2実施形態のレーザ光源装置を用いてもよい。また、本実施形態では第1、第2照明ユニット14A,14Bにそれぞれ開口絞り板7A、7Bを設けなくてもよいし、例えば米国特許公開第2006/0170901号などに開示されているように、成形光学系5A,5Bがそれぞれ露光光IL1,IL2の偏光状態を可変とするものであってもよい。さらに、本実施形態では、照明光学系IUはレーザ光LC1,LC2がそれぞれ入射する第1、第2照明ユニット14A,14Bを有するものとしたが、第1、第2照明ユニット14A,14Bを設けず、レーザ光LC1,LC2を共通の照明ユニットに入射させてもよい。   In the present embodiment, the laser light sources 1A and 1B of the exposure light source 71 in FIG. 8 are used. However, the exposure light source is not limited to this, and for example, the laser light source device of the first or second embodiment may be used. Good. Further, in the present embodiment, the aperture diaphragm plates 7A and 7B may not be provided in the first and second illumination units 14A and 14B, respectively. For example, as disclosed in US Patent Publication No. 2006/0170901, etc. The shaping optical systems 5A and 5B may change the polarization states of the exposure lights IL1 and IL2, respectively. Further, in this embodiment, the illumination optical system IU includes the first and second illumination units 14A and 14B on which the laser beams LC1 and LC2 are incident, respectively, but the first and second illumination units 14A and 14B are provided. Alternatively, the laser beams LC1 and LC2 may be incident on a common illumination unit.

また、本実施形態ではレチクルR上で走査方向(Y方向)に関して第1照明領域10APと第2照明領域10BPとが離れて配置されるものとしたが、第1照明領域10APと第2照明領域10BPとはその少なくとも一部が重なっていてもよい。さらに、本実施形態では、2つのパターンA、Bが形成されるレチクルを用いるものとしたが、パターンA、Bがそれぞれ形成される異なるレチクルを用いてもよい。この場合、その2つのレチクルを同一のレチクルステージで保持してもよいし、異なるレチクルステージで保持してもよい。   In the present embodiment, the first illumination area 10AP and the second illumination area 10BP are disposed on the reticle R with respect to the scanning direction (Y direction). However, the first illumination area 10AP and the second illumination area are arranged. At least a part of 10BP may overlap. Furthermore, in the present embodiment, the reticle on which the two patterns A and B are formed is used, but different reticles on which the patterns A and B are formed may be used. In this case, the two reticles may be held on the same reticle stage or on different reticle stages.

なお、図9の露光光源においては、図8の発振用のレーザ光源とレーザ増幅チャンバとを含むレーザ光源1A,1Bが使用されているが、レーザ光源1A,1Bとしては、それぞれ従来の1つの放電チャンバをレーザ共振器で挟んだ構造のレーザ光源を使用することができる。さらに、レーザ光源1A,1Bとしては、固体レーザ光源(半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換部によって波長変換する方式のレーザ光源等も使用できることは明らかである。
なお、上記各実施形態ではレーザ光源装置(露光光源)がMOPAレーザシステムであるものとしたが、レーザ増幅チャンバ55A,55Bがそれぞれレーザ共振器を有する光出力増幅器(Power Oscillator (PO))を備えるMOPOレーザシステム(すなわち、インジェクションロッキングシステム)であってもよい。
In the exposure light source of FIG. 9, laser light sources 1A and 1B including the oscillation laser light source and laser amplification chamber of FIG. 8 are used, but each of the laser light sources 1A and 1B is a conventional one. A laser light source having a structure in which a discharge chamber is sandwiched between laser resonators can be used. Further, as the laser light sources 1A and 1B, it is obvious that a laser light source or the like that converts the wavelength of laser light from a solid-state laser light source (semiconductor laser or the like) by a wavelength conversion unit can be used.
In each of the above embodiments, the laser light source device (exposure light source) is a MOPA laser system. However, each of the laser amplification chambers 55A and 55B includes an optical output amplifier (Power Oscillator (PO)) having a laser resonator. It may be a MOPO laser system (ie, an injection locking system).

また、上述の実施形態の露光装置においては、光透過性の基材上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型レチクル(マスク)を用いているが、このマスクに替えて、例えば米国特許第6,778,257号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含むものである。   In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a light transmission type reticle (mask) in which a predetermined light shielding pattern (or phase pattern / dimming pattern) is formed on a light transmissive substrate is used. Instead of the mask, for example, as disclosed in US Pat. No. 6,778,257, an electronic mask that forms a transmission pattern, a reflection pattern, or a light emission pattern based on electronic data of a pattern to be exposed is used. May be. This electronic mask is also called a variable shaping mask, and includes, for example, a DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light emitting image display element (spatial light modulator).

また、上述の実施形態の露光装置においては、投影光学系PLを使ってパターン像をウエハ上に投影することによってウエハを露光しているが、国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板上に形成することによって、基板上にライン・アンド・スペースを露光する露光装置(リソグラフィシステム)の露光光源にも本発明を適用することができる。   In the exposure apparatus of the above-described embodiment, the wafer is exposed by projecting a pattern image onto the wafer using the projection optical system PL, which is disclosed in International Publication No. 2001/035168. As described above, the present invention can be applied to an exposure light source of an exposure apparatus (lithography system) that exposes lines and spaces on a substrate by forming interference fringes on the substrate.

さらに、本発明のレーザ光源装置(図1のレーザ光源装置等)は、露光装置以外のレーザ加工用の装置等の光源としても使用可能である。
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンを基板(ウエハ)に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、並びに検査ステップ等を経て製造される。
Furthermore, the laser light source device of the present invention (such as the laser light source device of FIG. 1) can also be used as a light source for laser processing devices other than the exposure device.
Further, when a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, and a wafer from a silicon material. Forming, aligning with the exposure apparatus of the above embodiment to expose the reticle pattern onto the substrate (wafer), developing the exposed substrate, heating (curing) the developed substrate, and etching. It is manufactured through a substrate processing step, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), an inspection step, and the like.

また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレート等に形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems:微小電気機械システム)、セラミックスウエハ等を基板として用いる薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。   Further, the present invention is not limited to application to a semiconductor device manufacturing process, for example, a manufacturing process of a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or the like, or a plasma display, or imaging. The present invention can be widely applied to manufacturing processes of various devices such as devices (CCD, etc.), micromachines, MEMS (Microelectromechanical Systems), thin film magnetic heads using ceramic wafers as substrates, and DNA chips. Furthermore, the present invention can also be applied to a manufacturing process when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明の2つのレーザ光を出力するレーザ装置によれば、2つのレーザ光を中心波長等の特性がほぼ等しい状態で出力できるか、又はそのレーザ装置を安価に構成できる。従って、そのレーザ装置を用いて二重露光法による露光を行うことによって、結像特性を向上できるか、又は露光光源を安価に構成できる。従って、高機能のデバイスを高精度に又は安価に製造できる。   According to the laser device that outputs two laser beams of the present invention, the two laser beams can be output in a state where characteristics such as the center wavelength are substantially equal, or the laser device can be configured at low cost. Therefore, by performing exposure by the double exposure method using the laser device, the imaging characteristics can be improved, or the exposure light source can be configured at low cost. Therefore, a highly functional device can be manufactured with high accuracy or at low cost.

第1の実施形態のレーザ光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laser light source apparatus of 1st Embodiment. 図1中の複数の信号及び出力される複数のレーザ光の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the several signal in FIG. 1, and the several laser beam output. (A)は図1のレーザ光源50を別の光源で置き換えた変形例を示す図、(B)は図3(A)中の波長変換部58の構成を示す図である。(A) is a figure which shows the modification which replaced the laser light source 50 of FIG. 1 with another light source, (B) is a figure which shows the structure of the wavelength conversion part 58 in FIG. 3 (A). 図1のレーザ光源装置の別の変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of the laser light source apparatus of FIG. 図4のレーザ光源装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the laser light source apparatus of FIG. 第2の実施形態のレーザ光源装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the laser light source apparatus of 2nd Embodiment. 図6中のレーザ光のパルス幅の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the pulse width of the laser beam in FIG. 第3の実施形態の露光光源及び露光装置本体部を示す一部を切り欠いた図である。It is the figure which notched the part which shows the exposure light source and exposure apparatus main-body part of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の露光装置の構成を示す一部を切り欠いた図である。It is the figure which notched the part which shows the structure of the exposure apparatus of 4th Embodiment. 図9中のレチクルRのパターン配置を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a pattern arrangement of a reticle R in FIG. 9. 図9の露光装置のインテグレータセンサのキャリブレーションの一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of calibration of the integrator sensor of the exposure apparatus in FIG. 9. 図9の露光装置のレーザ光源の発振周波数等の計算方法の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a method for calculating an oscillation frequency of a laser light source of the exposure apparatus in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

R…レチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、1A,1B…レーザ光源、14A,14B…照明ユニット、35,35A,35B…制御部、45A,45B…インテグレータセンサ、50,50A,50B…発振用のレーザ光源、LNM…狭帯域化モジュール、OC…出力ミラー、52…偏光変調素子、53…偏光ビームスプリッタ、55A,55B…レーザ増幅チャンバ、56,56A,56B…基本波発生部、58,58A,58B…波長変換部、62A,62B…レーザ光源、64A〜64D…ミラー、66A,66B…モニタ部、70…可動ミラー   R ... reticle, PL ... projection optical system, W ... wafer, 1A, 1B ... laser light source, 14A, 14B ... illumination unit, 35, 35A, 35B ... control unit, 45A, 45B ... integrator sensor, 50, 50A, 50B ... Laser light source for oscillation, LNM ... narrow band module, OC ... output mirror, 52 ... polarization modulator, 53 ... polarization beam splitter, 55A, 55B ... laser amplification chamber, 56, 56A, 56B ... fundamental wave generator, 58 58A, 58B ... wavelength conversion unit, 62A, 62B ... laser light source, 64A to 64D ... mirror, 66A, 66B ... monitor unit, 70 ... movable mirror

Claims (22)

2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、
レーザ光の波長を制御する第1の波長選択光学系を有し、第1のレーザ光をパルス発光する第1のレーザ光源と、
レーザ光の波長を制御する第2の波長選択光学系を有し、第2のレーザ光をパルス発光する第2のレーザ光源と、
レーザ光の波長情報を計測する波長モニタと、
前記第1及び第2のレーザ光のいずれか一方を選択的に前記波長モニタに導く光路切り換え光学系と、
前記波長モニタで計測される前記第1及び第2のレーザ光の波長情報に基づいて、前記第1及び第2の波長選択光学系を介して前記第1及び第2のレーザ光の波長を制御する制御系とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
A laser device that outputs two laser beams,
A first laser light source having a first wavelength selection optical system for controlling the wavelength of the laser light, and emitting a pulse of the first laser light;
A second laser light source having a second wavelength selection optical system for controlling the wavelength of the laser light, and emitting a pulse of the second laser light;
A wavelength monitor for measuring the wavelength information of the laser beam;
An optical path switching optical system for selectively guiding one of the first and second laser beams to the wavelength monitor;
Based on wavelength information of the first and second laser beams measured by the wavelength monitor, the wavelengths of the first and second laser beams are controlled via the first and second wavelength selection optical systems. And a control system.
前記制御系は、前記第1及び第2のレーザ光のうちの一方のレーザ光の波長に対して、他方のレーザ光の波長を合わせ込むことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein the control system adjusts the wavelength of one of the first and second laser beams to the wavelength of the other laser beam. 3. 2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、
それぞれレーザ光をパルス発光する第1及び第2のレーザ光源と、
前記第1のレーザ光源から出力されたレーザ光から第1のレーザ光を分岐するとともに、第2のレーザ光を合成して出力する第1の分岐合成光学系と、
前記第2のレーザ光源から出力されたレーザ光から第3のレーザ光を分岐するとともに、第4のレーザ光を合成して出力する第2の分岐合成光学系と、
前記第1のレーザ光を前記第2のレーザ光として前記第1の分岐光学系に導くとともに、前記第3のレーザ光を前記第4のレーザ光として前記第2の分岐光学系に導く送光光学系とを備え、
前記第1及び第2の分岐合成光学系から2つのレーザ光を並列に出力することを特徴とするレーザ装置。
A laser device that outputs two laser beams,
First and second laser light sources each emitting pulsed laser light;
A first branching / synthesizing optical system for branching the first laser beam from the laser beam output from the first laser light source and for combining and outputting the second laser beam;
A second branching / synthesizing optical system for branching the third laser light from the laser light output from the second laser light source and for combining and outputting the fourth laser light;
The first laser beam is guided to the first branch optical system as the second laser beam, and the third laser beam is guided to the second branch optical system as the fourth laser beam. With an optical system,
A laser apparatus characterized in that two laser beams are output in parallel from the first and second branching / combining optical systems.
前記第1及び第2の分岐合成光学系は、平行に配置された2枚のビームスプリッタであり、
前記送光光学系は、
前記第1及び第3のレーザ光を反射する第1のミラーと、
前記2枚のビームスプリッタを挟むように前記第1のミラーとほぼ対称に配置されて、前記第1のミラーで反射された前記第1及び第3のレーザ光をそれぞれ前記第2及び第4のレーザ光として反射する第2のミラーとを有することを特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。
The first and second branching and combining optical systems are two beam splitters arranged in parallel,
The light transmitting optical system is
A first mirror that reflects the first and third laser beams;
The first and third laser beams, which are arranged substantially symmetrically with the first mirror so as to sandwich the two beam splitters and are reflected by the first mirror, are respectively the second and fourth laser beams. The laser device according to claim 3, further comprising a second mirror that reflects the laser beam.
2つのレーザ光を出力するレーザ装置であって、
レーザ光をパルス発光するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光をパルス毎に交互に光路の異なる第1及び第2のレーザ光として出力する分岐光学系と、
前記第1及び第2のレーザ光をそれぞれ増幅して並列に出力する第1及び第2のレーザ増幅器とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
A laser device that outputs two laser beams,
A laser light source that emits pulsed laser light;
A branching optical system for outputting the laser light output from the laser light source as first and second laser lights having different optical paths alternately for each pulse;
A laser apparatus comprising: first and second laser amplifiers that amplify and output the first and second laser beams in parallel, respectively.
前記分岐光学系は、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光の偏光状態をパルス毎に交互に第1及び第2の偏光状態に変換する光変調素子と、
前記第1及び第2の偏光状態の光をそれぞれ前記第1及び第2のレーザ光として出力する偏光ビームスプリッタとを有することを特徴とする請求項5に記載のレーザ装置。
The branch optical system is:
A light modulation element that alternately converts the polarization state of the laser light output from the laser light source into first and second polarization states for each pulse;
6. The laser apparatus according to claim 5, further comprising a polarization beam splitter that outputs the light in the first and second polarization states as the first and second laser lights, respectively.
前記レーザ光源は、
固体レーザ光源と、該固体レーザ光源から発光されるレーザ光の波長を短波長に変換する波長変換部とを有することを特徴とする請求項6に記載のレーザ装置。
The laser light source is
The laser apparatus according to claim 6, further comprising: a solid-state laser light source; and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of the laser light emitted from the solid-state laser light source into a short wavelength.
前記レーザ光源は、赤外域のレーザ光を発光する固体レーザ光源であり、
前記分岐光学系と前記第1及び第2のレーザ増幅器との間に配置されて、それぞれレーザ光の波長を紫外域に変換する第1及び第2の波長変換部を備えたことを特徴とする請求項6に記載のレーザ装置。
The laser light source is a solid-state laser light source that emits infrared laser light,
The first and second wavelength converters are disposed between the branch optical system and the first and second laser amplifiers, respectively, for converting the wavelength of the laser light into an ultraviolet region. The laser device according to claim 6.
前記2つのレーザ光を実質的に同軸に合成して出力することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のレーザ装置。   9. The laser apparatus according to claim 1, wherein the two laser beams are combined and output substantially coaxially. 前記2つのレーザ光をそれぞれ独立に出力することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のレーザ装置。   9. The laser apparatus according to claim 1, wherein the two laser beams are independently output. レーザ光をパルス発光するレーザ装置であって、
それぞれレーザ光をパルス発光する第1及び第2のレーザ光源と、
前記第1及び第2のレーザ光源からのレーザ光をほぼ同軸に合成する合成光学系と、
前記第1及び第2のレーザ光源を同じパルス周波数で、かつほぼ各パルス光の発光時間に相当する時間差で発光させる制御系とを備えたことを特徴とするレーザ装置。
A laser device that emits a pulse of laser light,
First and second laser light sources each emitting pulsed laser light;
A synthesis optical system for synthesizing laser beams from the first and second laser light sources substantially coaxially;
A laser apparatus comprising: a control system that causes the first and second laser light sources to emit light at the same pulse frequency and with a time difference substantially corresponding to the emission time of each pulsed light.
露光ビームでパターン及び投影光学系を介して基板を露光した状態で、前記パターンを第1方向に移動するのに同期して前記基板を対応する第2方向に移動する露光方法において、
請求項1から10のいずれか一項に記載のレーザ装置から並列に出力される2つのレーザ光を第1及び第2照明光として使用し、
前記パターン上に前記第1方向に隣接して第1及び第2パターン領域が形成され、
前記パターンを前記第1方向に移動し、前記第1パターン領域が前記投影光学系の視野内を通過しているときに、前記第1方向の幅が可変の第1照明領域を用いて前記第1照明光で前記第1パターン領域を照明して前記基板を露光し、
前記第2パターン領域が前記視野内を通過しているときに、前記第1方向の幅が可変の第2照明領域を用いて前記第2照明光で前記第2パターン領域を照明して前記基板を露光することを特徴とする露光方法。
In an exposure method of moving the substrate in the corresponding second direction in synchronization with the movement of the pattern in the first direction while the substrate is exposed through the pattern and the projection optical system with an exposure beam,
Two laser lights output in parallel from the laser device according to any one of claims 1 to 10 are used as first and second illumination lights,
First and second pattern regions are formed on the pattern adjacent to the first direction,
When the pattern is moved in the first direction and the first pattern area passes through the field of view of the projection optical system, the first illumination area having a variable width in the first direction is used. Illuminating the first pattern area with one illumination light to expose the substrate;
When the second pattern region passes through the field of view, the second pattern region is illuminated with the second illumination light using the second illumination region having a variable width in the first direction, and the substrate An exposure method characterized by exposing.
前記第1及び第2照明光のうち一方の照明光で前記第1及び第2照明領域を照明し、
前記第1及び第2照明領域を照明する照明光の光量情報をモニタし、
該モニタ結果に基づいて、前記第1及び第2照明領域を照明する照明光のモニタ結果のキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項12に記載の露光方法。
Illuminating the first and second illumination areas with one of the first and second illumination lights;
Monitoring light quantity information of illumination light that illuminates the first and second illumination areas;
13. The exposure method according to claim 12, wherein calibration of the monitor result of the illumination light that illuminates the first and second illumination areas is performed based on the monitor result.
前記第1及び第2照明領域を照明する前記第1及び第2照明光の光量を独立に制御するために、
前記レーザ装置から出力される2つのレーザ光のパルス周波数及びパルスエネルギーの少なくとも一方を独立に制御することを特徴とする請求項12又は13に記載の露光方法。
In order to independently control the light amounts of the first and second illumination lights that illuminate the first and second illumination areas,
14. The exposure method according to claim 12, wherein at least one of a pulse frequency and pulse energy of two laser beams output from the laser device is independently controlled.
前記投影光学系の像面側で前記第1及び第2照明光による像のベストフォーカス位置を計測し、
該計測結果に基づいて、前記第1及び第2照明光の波長差を制御することを特徴とする請求項12から14のいずれか一項に記載の露光方法。
Measuring the best focus position of the image by the first and second illumination light on the image plane side of the projection optical system;
The exposure method according to any one of claims 12 to 14, wherein a wavelength difference between the first and second illumination lights is controlled based on the measurement result.
照明光でパターン及び投影光学系を介して基板を露光した状態で、前記パターンを第1方向に移動するのに同期して前記基板を対応する第2方向に移動する露光装置において、
請求項1から10のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記投影光学系の視野内の前記第1方向の幅が可変の第1照明領域を前記レーザ装置から出力される一方のレーザ光よりなる第1照明光で照明するとともに、前記視野内の前記第1方向の幅が可変の第2照明領域を前記レーザ装置から出力される他方のレーザ光よりなる第2照明光で照明する照明光学系と、
前記パターンの前記第1方向の位置に応じて前記第1及び第2照明領域の前記第1方向の幅を制御する照明制御装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that moves the substrate in the corresponding second direction in synchronization with the movement of the pattern in the first direction in a state where the substrate is exposed through the pattern and the projection optical system with illumination light,
A laser device according to any one of claims 1 to 10,
Illuminating the first illumination region having a variable width in the first direction within the field of view of the projection optical system with the first illumination light composed of one laser beam output from the laser device, and the first region within the field of view An illumination optical system that illuminates a second illumination region having a variable width in one direction with a second illumination light composed of the other laser light output from the laser device;
An exposure apparatus comprising: an illumination control device that controls a width of the first and second illumination regions in the first direction according to a position of the pattern in the first direction.
前記照明光学系は、
前記第1の照明領域と共役な領域を照明する第1部分照明系と、
前記第2の照明領域と共役な領域を照明する第2部分照明系と、
前記第1及び第2部分照明系からの照明光を合成して前記パターンを照明する視野合成系とを有することを特徴とする請求項16に記載の露光装置。
The illumination optical system includes:
A first partial illumination system that illuminates a region conjugate with the first illumination region;
A second partial illumination system that illuminates a region conjugate with the second illumination region;
17. The exposure apparatus according to claim 16, further comprising: a field synthesis system that illuminates the pattern by synthesizing illumination light from the first and second partial illumination systems.
前記第1及び第2部分照明系に設けられて、それぞれ前記第1及び第2照明光の光量情報を計測する光量モニタと、
前記レーザ装置からの2つのレーザ光のうちの一方を前記第1及び第2部分照明系に同時に導く光路切り換え光学系とを備えたことを特徴とする請求項17に記載の露光装置。
A light amount monitor provided in the first and second partial illumination systems for measuring light amount information of the first and second illumination lights, respectively;
18. The exposure apparatus according to claim 17, further comprising: an optical path switching optical system that simultaneously guides one of the two laser beams from the laser apparatus to the first and second partial illumination systems.
前記投影光学系の像面上で前記第1及び第2照明光の光量情報を計測する露光量モニタと、
前記露光量モニタの計測結果に基づいて前記レーザ装置から出力される2つのレーザ光のパルス周波数及びパルスエネルギーの少なくとも一方を制御する露光量制御系とを備えたことを特徴とする請求項16から18のいずれか一項に記載の露光装置。
An exposure monitor for measuring light quantity information of the first and second illumination lights on the image plane of the projection optical system;
17. An exposure amount control system for controlling at least one of pulse frequency and pulse energy of two laser beams output from the laser device based on a measurement result of the exposure amount monitor. The exposure apparatus according to claim 18.
前記投影光学系の像面上で前記第1及び第2照明光によって形成される像のベストフォーカス位置を計測する計測装置を備えたことを特徴とする請求項16から19のいずれか一項に記載の露光装置。   20. The measurement apparatus according to claim 16, further comprising a measurement device that measures a best focus position of an image formed by the first and second illumination lights on an image plane of the projection optical system. The exposure apparatus described. 照明光で光学部材を介して基板を露光する露光装置において、
請求項1から11のいずれか一項に記載のレーザ装置を備え、
前記レーザ装置からのレーザ光を前記照明光として用いることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a substrate with illumination light through an optical member,
A laser device according to any one of claims 1 to 11, comprising:
An exposure apparatus using laser light from the laser device as the illumination light.
請求項12から15のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。   A device manufacturing method using the exposure method according to any one of claims 12 to 15.
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