JP2853711B2 - Exposure method and semiconductor element manufacturing method - Google Patents

Exposure method and semiconductor element manufacturing method

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JP2853711B2
JP2853711B2 JP9268691A JP26869197A JP2853711B2 JP 2853711 B2 JP2853711 B2 JP 2853711B2 JP 9268691 A JP9268691 A JP 9268691A JP 26869197 A JP26869197 A JP 26869197A JP 2853711 B2 JP2853711 B2 JP 2853711B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、適宜の感応物体に
対する照射エネルギー量の制御、及び照度均一化制御に
かかるものであり、特に露光光としてエキシマレーザ光
やX線等のパルスエネルギーを使用する露光装置による
露光方法と、そのような露光装置を用いた半導体素子の
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to control of irradiation energy amount to an appropriate sensitive object and control of uniformity of illuminance. In particular, pulse energy such as excimer laser light or X-ray is used as exposure light. The present invention relates to an exposure method using an exposure apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using such an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、パルスレーザを光源とした露光装
置における露光量制御は、レーザ光が一般にパルス毎に
±10%程度のばらつきを有している上、短期的、長期
的にレーザ密度の低下現象があることから、各パルス毎
の光量を検出して積算し、この積算結果が所望の値とな
るまで発光を行なうという方法で行なわれていた。レー
ザ密度の低下現象は、ガスレーザを用いた場合に顕著で
あり、内部ガスの劣化に伴って出力の低下が起こる。
2. Description of the Related Art Conventionally, exposure amount control in an exposure apparatus using a pulse laser as a light source generally involves a variation of about ± 10% for each pulse, and a short-term and long-term variation in laser density. Because of the phenomenon of reduction, the light amount of each pulse is detected and integrated, and light emission is performed until the integrated result reaches a desired value. The phenomenon of lowering the laser density is remarkable when a gas laser is used, and the output decreases as the internal gas deteriorates.

【0003】通常、内部ガスが劣化して出力が低下して
きた場合には放電印加電圧等を増加させたり、場合によ
っては部分的なガス交換を行って出力の低下を少なくす
る様な工夫がなされているが、一定のパルス数で所望の
露光量に制御することは困難であった。こうした中で、
例えば半導体素子製造用の露光装置における露光制御の
ように、より高い精度での露光量制御が要求される場合
の制御装置としては、例えば特開昭60−169136
号公報に開示されているものがある。
[0003] Usually, when the internal gas is deteriorated and the output is reduced, the discharge applied voltage or the like is increased, or in some cases, the output is reduced by performing partial gas exchange to reduce the reduction in output. However, it has been difficult to control the exposure amount to a desired value with a fixed number of pulses. Under these circumstances,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-169136 discloses a control device in which higher-precision exposure amount control is required, such as exposure control in an exposure device for manufacturing semiconductor devices.
Is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-205,878.

【0004】この装置は、感応体(レジスト付きウェハ
等)へ与える露光エネルギーを、適正露光量よりわずか
に少ない露光エネルギーを与える粗露光と、残りの必要
とされる露光エネルギーを与える修正露光の2段階に分
けることにより、全体として露光エネルギーのばらつき
を制御するようにしたものである。即ち、複数パルスで
1ショットの露光を行う場合、エネルギー量を小さくし
た最終パルスによって露光量を制御することにより、最
適露光量を得るようにしている。
In this apparatus, exposure energy to be applied to a sensitive body (a wafer with a resist or the like) is divided into a coarse exposure which gives an exposure energy slightly smaller than an appropriate exposure amount and a correction exposure which gives the remaining required exposure energy. By dividing into stages, variations in exposure energy are controlled as a whole. That is, when performing one-shot exposure with a plurality of pulses, the optimum exposure amount is obtained by controlling the exposure amount by the final pulse having a reduced energy amount.

【0005】尚、ここで1ショットとは一括露光方式の
場合は、マスクを介してウェハ全体に露光エネルギーが
照射されることであり、ステップアンドリピート方式
(後述)の場合は、ウェハ上の部分的な1つの領域に露
光エネルギーが照射されることである。ところで近年半
導体素子製造用の露光装置において採用されているステ
ップアンドリピート方式では、1枚のウェハを露光する
にあたって、露光すべき領域を複数の露光領域に分割
し、各露光領域毎に露光を行ない、1つの露光領域の露
光が終了した段階で次の露光領域に移動して再び露光を
行うという動作をくり返すことにより最終的にウェハ全
面の露光を行っている。
[0005] Here, one shot means that the whole wafer is exposed to exposure energy through a mask in the case of the batch exposure method, and in the case of the step-and-repeat method (which will be described later). That is, the exposure energy is applied to one of the target areas. By the way, in the step-and-repeat method recently used in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, when exposing one wafer, an area to be exposed is divided into a plurality of exposure areas, and exposure is performed for each exposure area. When the exposure of one exposure area is completed, the operation of moving to the next exposure area and performing exposure again is repeated, thereby finally exposing the entire surface of the wafer.

【0006】従って単位時間当たりの半導体素子の生産
量を多くするには、各露光領域の間の移動時間を極力短
くするとともに、各露光領域に於ける露光時間を短くす
ることが重要である。このため特開昭60−16913
6号公報に開示されている手段により露光を行う場合で
も、なるべく大きなエネルギーで粗露光を行い、修正露
光の時間を短くすることが必要である。
Therefore, in order to increase the production of semiconductor devices per unit time, it is important to shorten the movement time between each exposure area as much as possible and to shorten the exposure time in each exposure area. For this reason, JP-A-60-16913
Even when exposure is performed by the means disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-64, it is necessary to perform rough exposure with as much energy as possible and to shorten the time of correction exposure.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前述
の特開昭60−169136号公報に開示されたような
方法では、最小パルスに含まれるエネルギー量の誤差
(ばらつき)に対して何等配慮されていないため、依然
として露光量が適格に制御されず、適切な露光を行うこ
とができないという不都合がある。
However, in the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-169136, no consideration is given to an error (variation) in the amount of energy contained in the minimum pulse. Therefore, there is a disadvantage that the exposure amount is still not appropriately controlled, and that appropriate exposure cannot be performed.

【0008】又、最終パルスの設定エネルギーは、適正
露光量より粗露光分を差し引いた値となる為、最終パル
スの露光量を設定する手段のダイナミックレンジを大き
くとらなければならず、装置の複雑化を招く上、高い制
御精度が得られないという問題点がある。又、特開昭6
3−81882号公報に開示されているように修正露光
を複数パルスとして適正露光量を得る方法もあるが、こ
の場合においても露光時間が長くなるとともに、露光量
設定手段のダイナミックレンジが大きくなるという問題
点は解消されない。
Further, since the set energy of the final pulse is a value obtained by subtracting the coarse exposure from the proper exposure, the dynamic range of the means for setting the exposure of the final pulse must be widened, and the apparatus becomes complicated. In addition, there is a problem that high control accuracy cannot be obtained. In addition, JP
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-81882, there is a method of obtaining an appropriate exposure amount by using a plurality of correction exposure pulses. However, in this case, the exposure time becomes longer and the dynamic range of the exposure amount setting means becomes larger. The problem remains.

【0009】さらに、上記のような修正露光で露光量を
調整する方法においては、修正露光時の1パルスのエネ
ルギー量及び露光パルス数が粗露光を完了した時点での
積算露光量に依存する為、各ショット毎に一定とならな
いという欠点が有る。即ち、露光エネルギー源がレーザ
光源の場合、レーザ光の持つ可干渉性により露光面にお
いてスペックルと呼ばれる照度むらが生じることが有る
が、上記の光量制御方法ではこのスペックルを効果的に
低減することができない。そこでこの問題について以下
に説明する。
Further, in the above-described method of adjusting the exposure amount by the correction exposure, since the energy amount of one pulse and the number of exposure pulses at the time of the correction exposure depend on the integrated exposure amount at the time when the rough exposure is completed. However, there is a disadvantage that it is not constant for each shot. That is, when the exposure energy source is a laser light source, unevenness of illuminance called speckle may occur on the exposed surface due to the coherence of the laser light, and the above light amount control method effectively reduces this speckle. Can not do. Therefore, this problem will be described below.

【0010】スペックルは半導体素子製造のフォトリソ
グラフィー工程におけるパターン線幅のコントロールに
重大な影響を与えるので、例えば特開昭59−2263
17号公報に開示されているようにパルス光の発光毎に
スペックルパターン(又は干渉パターン)を移動させて
(レーザ光を振動させて)スペックルを最終的に平滑化
することも考えられている。
Since speckle has a significant effect on the control of the pattern line width in the photolithography process of manufacturing a semiconductor device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-2263.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 17, it is conceivable that the speckle pattern (or interference pattern) is moved (oscillating the laser light) every time the pulsed light is emitted to finally smooth the speckle. I have.

【0011】しかるにこの特開昭59−226317号
の方法と特開昭63−81882号の方法を組み合せ、
露光量を最適化しつつもスペックルを低減することを行
う場合、特開昭59−226317号公報に示されてい
る様に投影レンズの瞳面での光源像(レーザスポット)
を瞳面内に於てなるべく均一に分布させる必要が有る。
これを実現するには瞳面に於けるレーザスポットの点数
を一定とし、その整数倍のパルス数で露光を行うととも
に、露光中はレーザ強度を一定に保つ必要が有る。
However, the method disclosed in JP-A-59-226317 and the method disclosed in JP-A-63-81882 are combined.
In the case of reducing speckle while optimizing the amount of exposure, a light source image (laser spot) on the pupil plane of the projection lens as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226317.
Must be distributed as uniformly as possible in the pupil plane.
To achieve this, it is necessary to keep the number of laser spots on the pupil plane constant, perform exposure with an integral multiple of the number of pulses, and keep the laser intensity constant during exposure.

【0012】ところが、前述の特開昭63−81882
号の方法では、修正露光時に露光強度を変える為、瞳面
に於て、修正露光時に対応する領域のみ他の領域より積
算エネルギーが低く、結果として充分にスペックルを低
減出来ない。そこで本発明は、かかる点にも鑑み、露光
量を要求される精度に応じて制御することができ、必要
に応じて効果的に照度均一化も可能で、かつ露光時間の
短縮も図ることのできる露光方法、及びそのような露光
方法を応用した半導体素子の製造方法を提供することを
目的とするものである。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-81882 described above.
According to the method of (1), since the exposure intensity is changed at the time of the correction exposure, only the area corresponding to the correction exposure at the pupil plane has a lower integrated energy than other areas, and as a result, speckle cannot be sufficiently reduced. In view of the above, the present invention can control the exposure amount according to the required accuracy, and can evenly uniform the illuminance as needed, and shorten the exposure time. It is an object of the present invention to provide an exposure method that can be used, and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】そこで、その目的を達成
するための請求項1に記載した発明は、第1物体(レチ
クルRやマスク)のパターンを感光性の第2物体(ウェ
ハW)上の所定領域(ショット)に投影する投影光学系
(投影レンズPL)と、パルス光源(10)から発振さ
れる複数のパルスエネルギーを第1物体(R)に向けて
照射する照射系(エクスパンダー12,高速減光部1
3,スペックル低減部20,ミラー21,インテグレー
ター28,ビームスプリッタ29,コンデンサーレンズ
30)とを備えた露光装置(ステッパー等の縮小投影露
光装置)を用いて第2物体(W)上にパターンを露光す
る方法に適用される。
Therefore, in order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a method for forming a pattern of a first object (reticle R or mask) on a photosensitive second object (wafer W). A projection optical system (projection lens PL) for projecting onto a predetermined area (shot) of the light source and an irradiation system (expander 12) for irradiating a plurality of pulse energies oscillated from the pulse light source (10) toward the first object (R). , High-speed darkening unit 1
3, a pattern is formed on the second object (W) by using an exposure apparatus (a reduced projection exposure apparatus such as a stepper) including a speckle reduction unit 20, a mirror 21, an integrator 28, a beam splitter 29, and a condenser lens 30). Applied to the method of exposure.

【0014】そして請求項1の発明においては、第1物
体(R)のパターンを第2物体(W)上に投影する間
は、所定の発振周波数(例えば100〜500Hz)に
対応した時間間隔でパルス光源(10)からパルスエネ
ルギーを繰り返し射出させるとともに、射出されたパル
スエネルギー毎に第2物体(W)上での露光量に対応し
た値(Pa )を検出し、その検出結果と予め各パルスエ
ネルギー毎に設定された目標露光量(例えば図9中のス
テップ101で設定される1パルス当りの平均光量値P
のパルス光の積算で与えられる積算露光量、或いは単位
パルス毎の平均光量値P自体)とに基づいて繰り返し発
振の時間間隔内でパルスエネルギーの強度を高速に調整
(例えば高速減光部13による透過率の調整)するよう
にした。
According to the first aspect of the present invention, while projecting the pattern of the first object (R) onto the second object (W), at a time interval corresponding to a predetermined oscillation frequency (for example, 100 to 500 Hz). Pulse energy is repeatedly emitted from the pulse light source (10), and a value (Pa) corresponding to the amount of exposure on the second object (W) is detected for each emitted pulse energy. The target exposure amount set for each energy (for example, the average light amount value P per one pulse set in step 101 in FIG. 9)
The intensity of the pulse energy is adjusted at high speed within the time interval of repetitive oscillation based on the integrated exposure amount given by the integration of the pulse light or the average light amount value P per unit pulse (for example, by the high-speed dimming unit 13). (Adjustment of transmittance).

【0015】請求項2の発明は請求項1で規定した、第
2物体上の所定領域に与えるべき複数のパルスエネルギ
ーのパルス数を、第2物体に与えるべき適正露光量
(S)とパルス光源(10)からのパルスエネルギーの
強度ばらつき(例えばΔP)とを考慮して所定の露光量
制御精度(A)が得られるように決定することにある。
請求項3の発明は請求項2において、パルス光源(1
0)からのパルスエネルギーの照射によって第1物体
(R)又は第2物体(W)上に干渉パターンが生じる場
合、所定の露光量制御精度(A)が得られるように決定
されるパルス数を、干渉パターンのビジビリティを所定
精度まで低減させるのに必要な最小のパルス数(Nmin
)以上に設定することにある。
According to a second aspect of the present invention, the number of pulses of a plurality of pulse energies to be applied to a predetermined area on the second object, the proper exposure amount (S) to be applied to the second object and the pulse light source defined in the first aspect. The determination is made so as to obtain a predetermined exposure amount control accuracy (A) in consideration of the pulse energy intensity variation (for example, ΔP) from (10).
The invention according to claim 3 is the pulse light source (1) according to claim 2.
When an interference pattern is generated on the first object (R) or the second object (W) by the irradiation of the pulse energy from 0), the number of pulses determined so as to obtain the predetermined exposure amount control accuracy (A) is determined. , The minimum number of pulses required to reduce the visibility of the interference pattern to a predetermined accuracy (Nmin
) Is to set above.

【0016】請求項4の発明は請求項1〜3のいずれか
一項において、パルス光源(10)を、狭帯化波長安定
機構を含むディープUV域のレーザ光を射出する光源
(エキシマレーザ等)、又はX線等のパルスエネルギー
を射出する光源にすることを規定したものである。請求
項5の発明は請求項1〜4のいずれか一項において、パ
ルスエネルギーの調整を、パルス光源(10)からのパ
ルスエネルギーの透過率を連続的に変更可能な減光部材
(2枚の明暗格子16a,16b;回転可能な偏光板;
2枚の石英ガラス板40によるエタロン;又は透過型二
重位相格子等)によって行なうことを規定したものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the pulse light source (10) according to any one of the first to third aspects includes a light source (such as an excimer laser) for emitting a laser light in a deep UV region including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism. ) Or a light source that emits pulse energy such as X-rays. According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the pulse energy is adjusted by a dimming member (two sheets) capable of continuously changing the transmittance of the pulse energy from the pulse light source (10). Light / dark gratings 16a, 16b; rotatable polarizing plates;
(Etalon by two quartz glass plates 40; or a transmission type double phase grating or the like).

【0017】さらに請求項6に記載した発明は、パルス
光源(10)からの複数のパルスエネルギーを第1物体
(レチクルRやマスク)に照射し、第1物体(R)に形
成されたパターンを半導体素子製造用の第2物体(ウェ
ハW)上の所定領域(ショット)に露光する露光装置
(ステッパー等の縮小投影露光装置等)を用いて第2物
体(W)上に半導体素子を形成する製造方法に適用され
る。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, a plurality of pulse energies from a pulse light source (10) are irradiated on a first object (a reticle R or a mask) and a pattern formed on the first object (R) is changed. A semiconductor element is formed on the second object (W) using an exposure apparatus (a reduction projection exposure apparatus such as a stepper) that exposes a predetermined region (shot) on a second object (wafer W) for manufacturing a semiconductor element. Applied to manufacturing methods.

【0018】そして請求項6の発明では、パルス光源
(10)からの各パルスエネルギー間の強度ばらつき
(例えばΔP)、第2物体(W)の所定領域に与えるべ
き適正露光量(S)、及びその適正露光量(S)に対す
る制御精度(A)とを考慮して決まる露光パルス数(N
exp )に基づいて各パルスエネルギーの平均強度(P)
を決定する段階と、第2物体(W)上の所定領域に対す
る露光のために決定された平均強度(P)のパルスエネ
ルギーによって第1物体(R)への照射を開始する段階
と、露光中は、パルスエネルギーの照射で実際に与えら
れる露光量(受光素子24により検出される光量に対応
した値Pa )と各パルスエネルギー毎に予め設定された
目標露光量(例えば図9中のステップ101で設定され
る平均光量値Pのパルス光毎の積算で与えられる積算露
光量、或いは単位パルス毎の平均光量値P自体)とに基
づいて次に照射されるパルスエネルギーを調整(例えば
高速減光部13による透過率の調整)することを、露光
パルス数(Nexp )の間に繰り返す段階とを実行するよ
うにした。
According to the sixth aspect of the present invention, an intensity variation (for example, ΔP) between respective pulse energies from the pulse light source (10), an appropriate exposure amount (S) to be given to a predetermined area of the second object (W), and The number of exposure pulses (N) determined in consideration of the control accuracy (A) for the appropriate exposure amount (S)
exp) based on the average intensity of each pulse energy (P)
And irradiating the first object (R) with pulse energy of the average intensity (P) determined for exposure to a predetermined area on the second object (W); Is the exposure amount actually given by the irradiation of the pulse energy (the value Pa corresponding to the light amount detected by the light receiving element 24) and the target exposure amount set in advance for each pulse energy (for example, in step 101 in FIG. 9). The pulse energy to be irradiated next is adjusted based on the integrated exposure amount given by integrating the set average light amount value P for each pulse light or the average light amount value P per unit pulse (for example, a high-speed light reduction unit). 13) is repeated during the number of exposure pulses (Nexp).

【0019】また請求項7の発明は請求項6で規定した
目標露光量を、露光パルス数(Nexp )の増加に伴って
第2物体(W)上の所定領域に積算される露光量として
設定することにあり、請求項8の発明は請求項6で規定
した目標露光量を、露光パルス数(Nexp )の各パルス
エネルギー毎の露光量として設定することにある。請求
項9の発明は、請求項7又は8におけるパルス光源(1
0)を狭帯化波長安定機構を含むディープUV域のパル
スレーザ光を100Hz以上の繰り返し周波数で射出す
る光源(エキシマレーザ等)、又はX線等のパルスエネ
ルギーを射出する光源としたことであり、請求項10の
発明は請求項9において、パルス光源(10)からのパ
ルスエネルギーの照射によって第1物体(R)又は第2
物体(W)上に干渉パターンが生じる場合、露光パルス
数(Nexp )を干渉パターンのビジビリティを所定精度
まで低減させるのに必要な最小のパルス数(Nmin )以
上に設定することにある。
According to a seventh aspect of the present invention, the target exposure amount defined in the sixth aspect is set as an exposure amount integrated in a predetermined area on the second object (W) with an increase in the number of exposure pulses (Nexp). The present invention of claim 8 is to set the target exposure amount defined in claim 6 as an exposure amount for each pulse energy of the number of exposure pulses (Nexp). The ninth aspect of the present invention provides the pulse light source (1) according to the seventh or eighth aspect.
0) is a light source (such as an excimer laser) that emits a pulse laser beam in the deep UV region including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism at a repetition frequency of 100 Hz or more, or a light source that emits pulse energy such as X-rays. According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the first object (R) or the second object (R) is irradiated by irradiation of pulse energy from the pulse light source (10).
When an interference pattern is generated on the object (W), the number of exposure pulses (Nexp) is set to be equal to or more than the minimum number of pulses (Nmin) necessary to reduce the visibility of the interference pattern to a predetermined accuracy.

【0020】請求項11の発明は、請求項10で規定さ
れる露光装置が第1物体(R)に形成されたパターンの
像を第2物体(W)上の所定領域に投影する投影光学系
(投影レンズPL)と、パルス光源(10)からのパル
スエネルギーを第1物体(R)上でほぼ一様な照度分布
にするためのインテグレーター(フライアイレンズ2
8)を含む照射系(エクスパンダー12,高速減光部1
3,スペックル低減部20,ミラー21,ビームスプリ
ッタ29,コンデンサーレンズ30)とを備え、露光中
にパルスエネルギーの照射で実際に与えられる露光量
(Pa )をインテグレーター(28)から射出されるパ
ルスエネルギーを受光する受光素子(24)によって検
出することを規定したものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a projection optical system in which the exposure apparatus defined in the tenth aspect projects an image of a pattern formed on the first object (R) onto a predetermined area on the second object (W). (Projection lens PL) and an integrator (fly-eye lens 2) for making pulse energy from the pulse light source (10) into a substantially uniform illuminance distribution on the first object (R).
8) Irradiation system including (expander 12, high-speed darkening unit 1)
3, a speckle reduction section 20, a mirror 21, a beam splitter 29, and a condenser lens 30), and a pulse emitted from an integrator (28) to provide an exposure amount (Pa) actually given by irradiation of pulse energy during exposure. This defines that the energy is detected by the light receiving element (24) that receives the energy.

【0021】請求項12の発明は請求項11におけるパ
ルスエネルギーの調整が、インテグレータ(28)の前
に配置されてパルス光源(10)からのパルスエネルギ
ーの透過率を連続的に変更可能な減光部材(2枚の明暗
格子16a,16b;回転可能な偏光板;2枚の石英ガ
ラス板40によるエタロン;又は透過型二重位相格子
等)によって行なわれることを規定したものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, the adjustment of the pulse energy according to the eleventh aspect is performed in such a way that the transmittance of the pulse energy from the pulse light source (10) can be continuously changed by being arranged before the integrator (28). It is specified that the process is performed by a member (two light / dark gratings 16a and 16b; a rotatable polarizing plate; an etalon formed by two quartz glass plates 40; or a transmission type double phase grating).

【0022】また請求項13に記載の発明は、パルス光
源(10)からの複数のパルスエネルギーを第1物体
(レチクルRやマスク)に照射し、第1物体(R)に形
成されたパターンを半導体素子製造用の第2物体(ウェ
ハW)上の所定領域に露光する露光装置(ステッパー等
の縮小投影露光装置)を用いて第2物体(W)上に半導
体素子を形成する製造方法に適用される。
According to a thirteenth aspect of the present invention, a plurality of pulse energies from a pulse light source (10) are irradiated on a first object (a reticle R or a mask) to change a pattern formed on the first object (R). Applied to a manufacturing method for forming a semiconductor element on a second object (W) using an exposure apparatus (a reduction projection exposure apparatus such as a stepper) for exposing a predetermined area on a second object (wafer W) for manufacturing a semiconductor element. Is done.

【0023】そして請求項13においては、パルス光源
(10)から出力される各パルスエネルギーの変動(例
えばΔP)と第2物体(W)の所定領域に与えるべき適
正露光量(S)とを考慮して露光に必要な露光パルス数
(Nexp )を決定するとともに、その露光パルス数(N
exp )毎に第2物体(W)の所定領域に与えておきたい
目標露光量(例えば図9中のステップ101で設定され
る1パルス当りの平均光量値Pのパルス光の積算で与え
られる図10のような目標積算露光量)を予め設定する
段階と、第2物体(W)の所定領域を露光パルス数(N
exp )で露光していく間、パルス光源(10)から実際
に出力された各パルスエネルギーを実測(受光素子24
による光量検出)し、その実測されたエネルギーと予め
設定された各露光パルス数(Nexp )毎の目標露光量
(例えば図10のような目標積算露光量)とに基づいて
第1物体(R)に照射されるパルスエネルギーを調整す
ることを繰り返す段階(例えば図9中のステップ104
〜109)とを実行するようにした。
According to the thirteenth aspect, a variation (for example, ΔP) of each pulse energy output from the pulse light source (10) and an appropriate exposure amount (S) to be given to a predetermined area of the second object (W) are considered. To determine the number of exposure pulses (Nexp) required for exposure, and the number of exposure pulses (Nexp)
Exp), a target exposure amount to be given to a predetermined area of the second object (W) (for example, a diagram given by integrating pulse light of an average light amount value P per pulse set in step 101 in FIG. 9). 10) and setting a predetermined area of the second object (W) to the number of exposure pulses (N
exp)), the pulse energy actually output from the pulse light source (10) is actually measured (light receiving element 24).
The first object (R) is detected based on the actually measured energy and a target exposure amount (eg, a target integrated exposure amount as shown in FIG. 10) for each preset exposure pulse number (Nexp). Of adjusting the pulse energy applied to the laser beam (for example, step 104 in FIG. 9)
To 109).

【0024】請求項14の発明は請求項13における目
標露光量を、露光パルス数(Nexp)の増加に伴って第
2物体(W)上の所定領域に積算される露光量として設
定することを規定したものであり、請求項15の発明は
請求項13における目標露光量を、露光パルス数(Nex
p )の各パルスエネルギー毎の露光量として設定するこ
とを規定したものであり、そして請求項16の発明は請
求項14又は15におけるパルス光源(10)を、狭帯
化波長安定機構を含むディープUV域のパルスレーザ光
を射出する光源(エキシマレーザ等)、又はX線等のパ
ルスエネルギーを射出する光源にすることを規定したも
のである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the target exposure amount according to the thirteenth aspect is set as an exposure amount integrated in a predetermined area on the second object (W) with an increase in the number of exposure pulses (Nexp). According to a fifteenth aspect of the present invention, the target exposure amount in the thirteenth aspect is defined as the number of exposure pulses (Nex
p) is set as an exposure amount for each pulse energy, and the invention according to claim 16 is directed to the pulse light source (10) according to claim 14 or 15, wherein the pulse light source (10) includes a deep band including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism. The light source (e.g., an excimer laser) that emits pulsed laser light in the UV region or a light source that emits pulsed energy such as X-rays is defined.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明に於ては、従来のように最
後の数パルス又は1パルスの光量を低下させて修正露光
を行なうことをしないので、ショット毎の露光時間が最
短かつ一定となり得る。また本発明では、露光すべき全
パルスにわたって露光エネルギーが所定の平均光量値に
なるように制御するとともに、各ショット毎のパルス数
をほぼ一定とする構成をとっている為、スペックルパタ
ーンをパルス光の照射に同期させて移動させることによ
り、最終的にスペックルパターンをほぼ完全に平滑化す
ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, since the correction exposure is not performed by reducing the light quantity of the last several pulses or one pulse as in the prior art, the exposure time for each shot becomes shortest and constant. obtain. Further, in the present invention, the exposure energy is controlled to be a predetermined average light amount value over all pulses to be exposed, and the number of pulses for each shot is made substantially constant, so that the speckle pattern is By moving the speckle pattern in synchronization with light irradiation, the speckle pattern can be finally almost completely smoothed.

【0026】さらに本発明では、各パルス毎に光量を実
測し、各パルス毎に予め設定された目標露光量に基づい
てパルスエネルギーを調整するようにしていることか
ら、従来のようにショット領域に対する適正露光量にか
なり接近した段階でパルスエネルギーの調整を行なう場
合に比較して、パルスエネルギーを実測する計測手段や
次のパルスエネルギーを調整する調整手段のダイナミッ
クレンジが小さくて済み、露光量の制御精度を向上させ
ることができる。そこで以下、図面を参照して本発明に
よる方法の実施に好適な露光装置の構成とその動作とに
ついて説明する。
Further, in the present invention, the light quantity is actually measured for each pulse, and the pulse energy is adjusted based on the target exposure set in advance for each pulse. Compared to the case where the pulse energy is adjusted at the stage where the exposure is fairly close to the appropriate exposure, the dynamic range of the measuring means for actually measuring the pulse energy and the adjusting means for adjusting the next pulse energy can be reduced, and the exposure can be controlled. Accuracy can be improved. The configuration and operation of an exposure apparatus suitable for carrying out the method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の実施例の構成を示し、ここ
ではレチクルR(第1物体)のパターンをウェハW(第
2物体)へ投影露光する半導体製造用の縮小投影露光装
置(ステッパー)に応用した構成を示す。図1におい
て、外部トリガパルスを出力するトリガ制御部9は、エ
キシマレーザ光等のパルス光を射出するパルスレーザ光
源10の発振を制御する。
FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of the present invention. Here, a reduction projection exposure apparatus (stepper) for semiconductor production for projecting and exposing a pattern of a reticle R (first object) onto a wafer W (second object). The configuration applied to the above is shown. In FIG. 1, a trigger control unit 9 that outputs an external trigger pulse controls the oscillation of a pulse laser light source 10 that emits pulse light such as excimer laser light.

【0028】このパルスレーザ光源10は、レーザチュ
ーブを挟んで両端に配置される2枚の共振ミラーの間の
一部にエタロン、分散素子等で構成される狭帯化波長安
定化機構を有し、安定共振器を持つレーザ光源として構
成されている。パルスレーザ光源10からの射出ビーム
LB0 は、例えば波長248nmのディープUV域であ
って、そのビーム断面は縦横比が1/2〜1/5程度の
長方形をしている。レーザビームはシリンドリカルレン
ズを組み合せたビームエクスパンダー12に入射し、エ
クスパンダー12はビーム断面を長方形からほぼ正方形
に整形してビームLB1 として射出する。
The pulse laser light source 10 has a band narrowing wavelength stabilizing mechanism composed of an etalon, a dispersion element, and the like at a part between two resonance mirrors disposed at both ends of the laser tube. And a laser light source having a stable resonator. The emission beam LB0 from the pulse laser light source 10 is, for example, a deep UV region having a wavelength of 248 nm, and its beam cross section is a rectangle having an aspect ratio of about 1/2 to 1/5. The laser beam enters a beam expander 12 combined with a cylindrical lens, and the expander 12 shapes the beam cross section from a rectangle to a substantially square, and emits the beam as a beam LB1.

【0029】高速減光部13は入射したビームLB1 の
ビーム光量(エネルギー)を、例えば離散的な6段階又
は連続的に減衰させる。この高速減光部13は、レチク
ルRのパターンを投影レンズPLを介してウェハWに露
光している間に高速に減光率を切替えられるように構成
されている。一例としてレーザビームに対して透明な部
分と不透明な部分を有する2枚の明暗格子を一定の間隔
を置いて相対移動可能に配置したものが採用される。
The high-speed darkening section 13 attenuates the beam light amount (energy) of the incident beam LB1 in, for example, six discrete steps or continuously. The high-speed dimming unit 13 is configured to switch the dimming rate at a high speed while exposing the pattern of the reticle R to the wafer W via the projection lens PL. As an example, a structure in which two light-dark gratings having a transparent portion and an opaque portion with respect to a laser beam are arranged at a predetermined interval so as to be relatively movable.

【0030】図2は高速減光部13の一例を示す構成図
であり、高速減光部13は、2枚の明暗格子16a,1
6bと格子駆動部16cから成っている。明暗格子16
a及び16bは、石英ガラス等の紫外光に対して透過率
の良い材質のガラス板の上にクロム等の蒸着により紫外
光に対して不透明な部分を適当な間隔でスリット上に構
成したもので作られており、2枚の格子16a,16b
は適当な間隔で平行に並べられている。そして、一方の
格子16aはレーザビームLB1 に対して固定されてお
り、他方の格子16bには格子駆動部16cが結合され
ていて、光量制御部14からの指令により格子のピッチ
方向に微動するようになっている。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the high-speed dimming section 13. The high-speed dimming section 13 includes two light-dark gratings 16a, 1
6b and a grid driving section 16c. Bright and dark grid 16
a and 16b are formed by depositing chromium or the like on a glass plate made of a material having a high transmittance to ultraviolet light such as quartz glass and forming opaque portions to ultraviolet light at appropriate intervals on slits. Made, two grids 16a, 16b
Are arranged in parallel at appropriate intervals. One of the gratings 16a is fixed with respect to the laser beam LB1, and the other grating 16b is coupled with a grating driving unit 16c so that the grating 16a moves slightly in the pitch direction of the grating by a command from the light amount control unit 14. It has become.

【0031】図3に明暗格子の部分拡大図及びその動作
を示す。格子のピッチをGP 、不透明部(遮蔽部)の幅
をGW とする。図3(a)に於ては2つの格子は全くず
れておらず、透明部と遮蔽部が一致している場合であ
り、入射光LB1 に対する減光率はGw/Gpとなる。図3
(b)は明暗格子16a(固定)と明暗格子16b(可
動)がΔdだけずれている場合であり、入射光LB1 に
対する減光率は(Gw+Δd)/Gpとなる。但し、Δdは
Gw>Δdの範囲である。
FIG. 3 shows a partially enlarged view of the light and dark grid and its operation. Let GP be the pitch of the grating and GW be the width of the opaque part (shielding part). FIG. 3 (a) shows a case where the two gratings are not displaced at all, and the transparent portion and the shielding portion coincide with each other, and the extinction ratio for the incident light LB1 is Gw / Gp. FIG.
(B) is a case where the light-dark grating 16a (fixed) and the light-dark grating 16b (movable) are shifted by Δd, and the extinction ratio with respect to the incident light LB1 is (Gw + Δd) / Gp. Where Δd is
Gw> Δd.

【0032】例えばGpを10μm、Gwを2.5μmとす
るとこの構成により入射ビームLB1 に対して出射ビー
ムLB1 は75%から50%まで減光可能である。この
例の場合はΔdの最大の移動量はGwで規定される為、最
大2.5μm移動させれば良い。従って格子駆動部16
cはピエゾ素子等を用いても充分に機能を果たすことが
出来、一般的なエキシマレーザ等の場合のくり返し周波
数100Hz〜500Hzに対して、各パルス発光毎に
完全に追随して制御可能であり、高速減光が実現出来
る。
For example, when Gp is 10 μm and Gw is 2.5 μm, the output beam LB1 can be reduced from 75% to 50% with respect to the incident beam LB1 by this configuration. In the case of this example, since the maximum movement amount of Δd is defined by Gw, the maximum movement amount may be 2.5 μm. Therefore, the grid driving unit 16
c can sufficiently function even when a piezo element or the like is used, and can be controlled by completely following each pulse emission with respect to a repetition frequency of 100 Hz to 500 Hz in the case of a general excimer laser or the like. , High-speed dimming can be realized.

【0033】図1の説明に戻って、所定の減衰を受けた
ほぼ平行なビームLB1 は干渉縞を含むスペックルパタ
ーンを平滑化するためスペックル低減部20を通過する
ことにより、微小な角度で一次元(又は二次元)に振れ
る振動ビームとなった後、ミラー21で折り返されオプ
チカルインテグレーターとしてのフライアイレンズ28
に入射する。
Returning to the description of FIG. 1, the substantially parallel beam LB1 which has undergone a predetermined attenuation passes through a speckle reduction unit 20 in order to smooth a speckle pattern including interference fringes, so that the beam LB1 has a small angle. After becoming a vibrating beam that swings in one dimension (or two dimensions), it is turned back by the mirror 21 and a fly-eye lens 28 as an optical integrator
Incident on.

【0034】フライアイレンズ28は複数本のロッド状
のエレメントレンズを束ねたもので、その射出端にはエ
レメントレンズの数だけ2次光源像(ここではビームL
B1の部分光束の夫々の集光スポット)が形成される。
従ってフライアイレンズ28に入射するビームLB1
は、そのフライアイレンズ28の入射面における入射角
が時々刻々変化する。
The fly-eye lens 28 is formed by bundling a plurality of rod-shaped element lenses.
Each condensed spot of the partial light beam B1 is formed.
Therefore, the beam LB1 incident on the fly-eye lens 28
The angle of incidence on the incident surface of the fly-eye lens 28 changes every moment.

【0035】図4はフライアイレンズ28の入射ビーム
と2次元光源像(スポット光)との関係を示し、特開昭
59−226317号公報に開示された原理に従う模式
的な説明図である。フライアイレンズ28の各ロッドレ
ンズ28aは両端に凸球面が形成された石英の四角柱で
ある。光軸AXと平行にビームLBb (平行光束)がフ
ライアイレンズ28に入射すると、フライアイレンズ2
8の各ロッドレンズ28aの射出端、又は射出端から所
定量だけ空気中に出た位置には、スポット光SPb が集
光する。
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing the relationship between the incident beam of the fly-eye lens 28 and the two-dimensional light source image (spot light) according to the principle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226317. Each of the rod lenses 28a of the fly-eye lens 28 is a quadrangular prism made of quartz with convex spherical surfaces formed at both ends. When the beam LBb (parallel light beam) enters the fly-eye lens 28 in parallel to the optical axis AX, the fly-eye lens 2
The spot light SPb is condensed at the exit end of each of the rod lenses 28a of FIG.

【0036】このスポット光SPb は図4では1つのロ
ッドレンズのみについて表わしたが、ビームLBb の照
射されるロッドレンズの全ての射出側に形成され、ビー
ムLBb に対して、各スポット光SPb はロッドレンズ
射出面のほぼ中心に集光される。さらに光軸AXに対し
て右に傾いた平行なビームLBc がフライアイレンズ2
8に入射すると、各ロッドレンズ28aの射出面の左側
にスポット光SPc として集光される。
Although this spot light SPb is shown for only one rod lens in FIG. 4, it is formed on all the exit sides of the rod lens irradiated with the beam LBb, and each spot light SPb is The light is focused on almost the center of the lens exit surface. Further, a parallel beam LBc inclined rightward with respect to the optical axis AX is formed by the fly-eye lens 2.
8, the light is condensed as spot light SPc on the left side of the exit surface of each rod lens 28a.

【0037】従ってスペックル低減部20内でのビーム
の一次元の振動によって、フライアイレンズ28の射出
側に生じる複数のスポット光の全てが、フライアイレン
ズ28(光軸AX)に対して一方向に同時に往復移動す
ることになる。こうして、フライアイレンズ28の射出
側にできた各スポット光を成す複数のビームは、図1に
示されるようにビームスプリッタ29で大部分が透過
し、コンデンサーレンズ30に入射し、レチクルR上で
それぞれ重ね合わされる。これによってレチクルRは、
ほぼ一様な照度分布で照明され、レチクルRのパターン
は投影レンズPLによってステージ上に載置されたウェ
ハWのレジスト層に所定の露光量で転写される。
Therefore, due to the one-dimensional vibration of the beam in the speckle reduction unit 20, all of the plurality of spot lights generated on the exit side of the fly-eye lens 28 are one-shot with respect to the fly-eye lens 28 (optical axis AX). In the same direction. In this way, a plurality of beams forming each spot light formed on the exit side of the fly-eye lens 28 are mostly transmitted by the beam splitter 29 as shown in FIG. 1, enter the condenser lens 30, and enter the reticle R on the reticle R. Each is superimposed. Thus, reticle R
Illumination is performed with a substantially uniform illuminance distribution, and the pattern of the reticle R is transferred to the resist layer of the wafer W mounted on the stage by the projection lens PL at a predetermined exposure amount.

【0038】即ち、スペックル低減部20は、フライア
イレンズ28に入射するビームを振動することにより、
レチクル面又はウェハ面に生じる干渉縞(一次元のスペ
ックルパターン)を微小量移動させて、露光完了時にお
いては、結果的にレジスト層に転写された明暗縞を平滑
化し、干渉縞のビジビリティを低減させる。(ただし、
各スポット光からの光の干渉による露光ムラは生じ
る。)像(ウェハ)側テレセントリックの投影レンズP
Lの瞳(入射瞳)epには、フライアイレンズ28の射
出端にできる複数のスポット光が再結像され、所謂ケー
ラー照明系が構成される。
That is, the speckle reduction section 20 vibrates the beam incident on the fly-eye lens 28,
The interference fringes (one-dimensional speckle pattern) generated on the reticle surface or wafer surface are moved by a very small amount, and when exposure is completed, the resulting light and dark fringes transferred to the resist layer are smoothed, thereby improving the visibility of the interference fringes. Reduce. (However,
Exposure unevenness occurs due to interference of light from each spot light. ) Image-centric (wafer) side telecentric projection lens P
On the L pupil (entrance pupil) ep, a plurality of spot lights formed at the exit end of the fly-eye lens 28 are re-imaged, thereby forming a so-called Koehler illumination system.

【0039】なお、この実施例ではスペックルパターン
を平滑化するにあたって、フライアイレンズ28に入射
するレーザ光を振動させているが、この他に例えば回転
拡散板をパルス光の発光に同期して回転させる構成とし
ても良い。次に、ビームスプリッター29で分割された
一部のビームは集光光学系23によって受光素子24に
集光される。受光素子24はビームLB0 (又はLB1
)の各パルス発光の光量に応じた光電信号を正確に出
力するように、紫外域において十分な感度を有するPI
Nフォトダイオード等で構成される。その光電信号は光
量モニター部26に入力され、ここで各パルス発光毎の
光量が順次積算される。
In this embodiment, when smoothing the speckle pattern, the laser light incident on the fly-eye lens 28 is vibrated. In addition to this, for example, a rotary diffuser is synchronized with the emission of pulsed light. It may be configured to rotate. Next, a part of the beam split by the beam splitter 29 is focused on the light receiving element 24 by the focusing optical system 23. The light receiving element 24 outputs the beam LB0 (or LB1).
), A PI having sufficient sensitivity in the ultraviolet region so as to accurately output a photoelectric signal corresponding to the light quantity of each pulse emission
It is composed of N photodiodes and the like. The photoelectric signal is input to the light amount monitor 26, where the light amount for each pulse emission is sequentially integrated.

【0040】受光素子24、光量モニター部26は光量
計測手段を構成し、計測された実測値(実際の光量に対
応した値であれば良く、光量自体である必要はない。以
下同様。)は、主制御系8に送られる。この主制御系8
はトリガ制御部9、光量制御部14、スペックル制御部
22にそれぞれ指令信号を送り装置全体の動作を制御す
る。主制御系8に備えられた入出力装置7はオペレータ
と装置本体とのマン・マシンインターフェイスであり、
露光に必要な各種パラメータをオペレータから受け付け
るとともに、装置の状態をオペレータに知らせる。
The light receiving element 24 and the light amount monitor 26 constitute light amount measuring means, and the measured actual value (the light amount may be a value corresponding to the actual light amount, and need not be the light amount itself; the same applies hereinafter). , To the main control system 8. This main control system 8
Sends a command signal to the trigger control unit 9, the light amount control unit 14, and the speckle control unit 22 to control the operation of the entire apparatus. The input / output device 7 provided in the main control system 8 is a man-machine interface between the operator and the device main body.
Various parameters required for exposure are received from the operator, and the state of the apparatus is notified to the operator.

【0041】またメモリ6には、入出力装置7から入力
された露光動作及び各種演算等に必要なパラメータ(定
数)やテーブル等が記憶されている。本実施例では、ビ
ームが半周期だけ振動する間に良好にスペックルパター
ンを平滑化するのに必要な最小発光パルス数を決定する
ための情報がメモリ6に記憶されている。ここでビーム
の半周期とは、図4においてスポット光をSPa →SP
b →SPc の順(又は逆)に移動させるのに、ビームを
LBa →LBb →LBc (又は逆)の順の揺動角α°だ
け傾けることに対応している。
The memory 6 stores parameters (constants), tables, and the like necessary for the exposure operation and various calculations input from the input / output device 7. In the present embodiment, information for determining the minimum number of light emission pulses required for satisfactorily smoothing the speckle pattern while the beam vibrates for a half cycle is stored in the memory 6. Here, the half cycle of the beam means that the spot light is SPa → SP in FIG.
In order to move in the order of b → SPc (or reverse), it corresponds to tilting the beam by the swing angle α ° in the order of LBa → LBb → LBc (or reverse).

【0042】主制御系8では、メモリ6に予め記憶され
ているところのスペックルパターンを平滑化するために
必要なパルス数とウェハWに塗布されたレジストの適正
露光量に関するデータに基づいて、第1演算手段(図示
せず)によって各パルス光の平均光量値が決定される。
主制御系8は、さらにこの平均光量値で各パルスを照射
した時にウェハWに与えられるべき目標積算光量に対応
する目標値を第2演算手段(図示せず)によって算出
し、第3演算手段(図示せず)によって、この目標値と
前述した光量モニター部26から送られてきた実測値と
の差分を算出する。そして、この差分に基づいて、光量
制御部14に対して高速減光部13での光量調整のため
の指令を出力する。
In the main control system 8, the number of pulses necessary for smoothing the speckle pattern stored in the memory 6 in advance and the data on the proper exposure amount of the resist applied to the wafer W are calculated based on the data. An average light amount value of each pulse light is determined by the first calculating means (not shown).
The main control system 8 further calculates a target value corresponding to a target integrated light amount to be given to the wafer W when each pulse is irradiated with the average light amount value by a second calculating means (not shown), and a third calculating means. (Not shown), the difference between the target value and the actually measured value sent from the light amount monitor 26 described above is calculated. Then, based on the difference, a command for adjusting the light amount in the high-speed darkening unit 13 is output to the light amount control unit 14.

【0043】また、主制御系8はレーザ光源10のパル
ス発光とスペックル低減部20によるビームの振れ角と
が同期するように、スペックル制御部22に駆動信号を
出力する。尚、この同期は、ビームの振れ角を高精度に
モニターする検出器の出力に追従してトリガ制御部9へ
発振開始及び停止の信号を出力するようにしても良い。
Further, the main control system 8 outputs a drive signal to the speckle control unit 22 so that the pulse emission of the laser light source 10 and the deflection angle of the beam by the speckle reduction unit 20 are synchronized. In this synchronization, an oscillation start and stop signal may be output to the trigger controller 9 following the output of a detector that monitors the beam deflection angle with high accuracy.

【0044】ところで、以上の説明では、高速減光部1
3を2枚の明暗格子にて構成する場合を示したが、高速
減光部13はこれに限定されるものではなく、例えばレ
ーザビームLB0 (LB1 )を直線偏光とした場合等で
は、偏光板を回転させる構成にしてもよい。この場合は
偏光板の回転位置によってビームの透過率を連続可変す
ることができる。
By the way, in the above description, the high-speed dimming unit 1
3 is composed of two light-dark gratings, but the high-speed darkening section 13 is not limited to this. For example, when the laser beam LB0 (LB1) is linearly polarized, a polarizing plate is used. May be rotated. In this case, the transmittance of the beam can be continuously varied depending on the rotation position of the polarizing plate.

【0045】また、高速減光部13としてレーザの波長
帯域を狭くする為に用いられるエタロンを使用しても良
い。一般にエタロンは2枚のガラス板(この場合は紫外
光に対する透過率を上げる為に石英ガラスを用いる。)
を一定の間隔をおいて平行に保持したものであり、その
間隔に応じて特定の波長に対して高い透過率を有するも
のである。
Further, an etalon used for narrowing the wavelength band of the laser may be used as the high-speed dimming unit 13. Generally, the etalon is composed of two glass plates (in this case, quartz glass is used to increase the transmittance with respect to ultraviolet light).
Are held in parallel at regular intervals, and have a high transmittance for a specific wavelength according to the intervals.

【0046】このエタロンを用いた時の高速減光部の構
成を図5に示す。図5に於ける高速減光部は2枚の石英
ガラス板40、2枚の石英ガラス板40を一定の間隔を
おいて平行に保持する為のスペーサー41、エタロンを
保持する為の保持枠45、エタロンを支点44のまわり
に回転微動させる為のアクチュエータ42及び保持枠を
固定部46に引きつけておく為のバネ43から構成され
ている。
FIG. 5 shows the structure of the high-speed light reduction section when this etalon is used. The high-speed dimming unit in FIG. 5 includes two quartz glass plates 40, a spacer 41 for holding the two quartz glass plates 40 in parallel at a predetermined interval, and a holding frame 45 for holding the etalon. , An actuator 42 for finely rotating the etalon about a fulcrum 44 and a spring 43 for attracting the holding frame to the fixing portion 46.

【0047】かかる構成のエタロンにおいては、2枚の
ガラス板40の間隔をdとし、光軸に対して垂直な面に
対する傾き角をθとすると 2d cosθ=mλ …(1) の関係の成り立つ波長λに最も高い透過率が得られる。
ここでmは整数値であり、一例としてθ=0°、d=5
9.984μm、λ=248.380nmの条件では、
m=483という値で最大透過率を有する。逆に言えば
mが一定の条件に於ては、角度θを可変にすることによ
り最大透過率を得る波長λを変えることができる。
In the etalon having such a configuration, assuming that the interval between the two glass plates 40 is d and the inclination angle with respect to a plane perpendicular to the optical axis is θ, the wavelength satisfying the relationship 2d cos θ = mλ (1) The highest transmittance is obtained for λ.
Here, m is an integer value, and as an example, θ = 0 ° and d = 5
Under the conditions of 9.984 μm and λ = 248.380 nm,
It has a maximum transmittance at a value of m = 483. Conversely, under the condition that m is constant, the wavelength λ at which the maximum transmittance is obtained can be changed by changing the angle θ.

【0048】エタロンの波長に対する透過率の代表的な
例を図6に示す。図6に示す様にエタロンの波長に対す
る透過率特性はいわゆる“くし形”のBand−Pas
sフィルター特性となっており、mの次数によりほぼ一
定の間隔で透過率の高い部分が存在する。透過率のピー
ク間の間隔Rは一般にフリースペクトルレンジと呼ば
れ、(1)式の関係が成立している場合には R=(2d cosθ/m)−(2d cosθ/(m+1)) …(2) となる。又、各帯域に於けるフィルターのQ値は、フィ
ネスと呼ばれる表現が用いられており、R/ΔBで表現
される。ΔBは図6に示す様に、フィルターの1つの山
の半値幅を示している。
FIG. 6 shows a typical example of the transmittance with respect to the wavelength of the etalon. As shown in FIG. 6, the transmittance characteristic of the etalon with respect to the wavelength is a so-called "comb-shaped" Band-Pas.
The filter has an s-filter characteristic, and there are high transmittance portions at substantially constant intervals depending on the order of m. The interval R between the transmittance peaks is generally called a free spectral range, and when the relationship of the formula (1) holds, R = (2d cos θ / m) − (2 d cos θ / (m + 1)) ( 2) The Q value of the filter in each band uses an expression called finesse, and is expressed by R / ΔB. ΔB indicates the half width of one peak of the filter as shown in FIG.

【0049】上記で示したエタロンを高速減光部13と
して用いる場合には、レーザ光の波長帯域幅より少し広
い帯域幅を有するエタロンを用いると都合が良い。通常
露光装置に用いられるレーザの波長帯域幅は5/100
0〜3/1000nm程度である為、10/1000n
m以上の帯域を有するエタロンを使用すると良い。エタ
ロンを使用してレーザ光を減光する場合の原理を図7に
示す。図7に於て(a)はパルスレーザ光源10より発
するレーザの波長に対する強度分布を示しており、その
帯域幅は3/1000nmから5/1000nm程度で
ある。又、その中心波長はパルスレーザ光源10内又は
外部で安定化され、安定性は1/1000nm以下に制
御されている。
When the etalon described above is used as the high-speed darkening section 13, it is convenient to use an etalon having a bandwidth slightly wider than the wavelength bandwidth of the laser light. The wavelength bandwidth of a laser used in an ordinary exposure apparatus is 5/100.
Since it is about 0 to 3/1000 nm, 10/10000 n
It is preferable to use an etalon having a band of not less than m. FIG. 7 shows the principle in the case where the laser beam is dimmed using an etalon. FIG. 7A shows the intensity distribution with respect to the wavelength of the laser emitted from the pulse laser light source 10, and its bandwidth is about 3/1000 nm to 5/1000 nm. The center wavelength is stabilized inside or outside the pulse laser light source 10, and the stability is controlled to 1/1000 nm or less.

【0050】一方、高速減光部13として用いられるエ
タロンの特性は図7(b)に示され、くし形のフィルタ
ー特性を有している。エタロンを実際に高速減光部13
として用いる場合には、フィルターの中心波長λmは、
フィルターの帯域幅ΔBに対し、λo ±ΔBの間で制御
される(実際にはλo +ΔB〜λo の間で制御を行うか
又はλo −ΔB〜λo の間で制御を行えば良い)。フィ
ルターの中心波長λmの制御は先述した様にエタロンの
傾き角を変えることで実現可能である。
On the other hand, the characteristics of the etalon used as the high-speed darkening portion 13 are shown in FIG. 7B, and have a comb-shaped filter characteristic. The etalon is actually used as the high-speed darkening unit 13
, The center wavelength λm of the filter is
The bandwidth ΔB of the filter is controlled between λo ± ΔB (actually, control may be performed between λo + ΔB and λo or control may be performed between λo−ΔB and λo). Control of the center wavelength λm of the filter can be realized by changing the tilt angle of the etalon as described above.

【0051】高速減光部を透過したあとのレーザ強度は
図7(a)のプロファイルと図7(b)のプロファイル
の積で決定され、図7(c)に示す様なパワーのレーザ
が出力される。ここでλo とλm を完全に一致させてお
けば最大の透過率が得られ、実際には90%以上の透過
率となる。一方、λo に対してλm =λo −ΔBとして
設定すると透過率は10%ぐらいの値が得られる。(λ
m =λo +ΔBとしても同様の効果が得られる。)又、
λm をλm =λo −ΔBの値よりももう少し小さい値に
設定すれば、0%近いレベルの透過率も得られる。
The laser intensity after passing through the high-speed darkening portion is determined by the product of the profile shown in FIG. 7A and the profile shown in FIG. 7B, and the laser having the power shown in FIG. Is done. Here, if λo and λm are completely matched, the maximum transmittance can be obtained, and in practice, the transmittance is 90% or more. On the other hand, if .lambda.m is set to .lambda.m = .lambda.o -.DELTA.B, the transmittance is about 10%. (Λ
The same effect can be obtained when m = λo + ΔB. )or,
If .lambda.m is set to a value slightly smaller than the value of .lambda.m = .lambda.o -.DELTA.B, a transmittance at a level close to 0% can be obtained.

【0052】実際の制御に際しては、エタロンの角度に
対する光の透過率をあらかじめ測定しておき、このデー
タをメモリー6に格納しておき、所望の透過率に対する
エタロンの角度制御量を求めることによりアクチュエー
タ42に対し駆動指令を与えれば良い。一例としてガラ
ス板の間隔が60μmのエタロンを用いてλo =24
8.380nmのレーザに対して減光制御を行う場合に
は、θ=6.5262度にてλoとλm が一致する。こ
の時mの次数は480である。1つ隣りの次数m=48
1の時の中心周波数はλ=247.864nmである
為、このエタロンのフリースペクトルレンジは0.51
6nmとなる。フィネスを10とすれば帯域の半値幅は
約0.05nmとなる。
In actual control, the transmittance of the light with respect to the angle of the etalon is measured in advance, this data is stored in the memory 6, and the amount of angle control of the etalon with respect to the desired transmittance is obtained. What is necessary is just to give a drive command to 42. As an example, using an etalon in which the distance between the glass plates is 60 μm, λo = 24
When dimming control is performed on the 8.380 nm laser, λo and λm match at θ = 6.5262 degrees. At this time, the order of m is 480. Next degree m = 48
Since the center frequency at 1 is λ = 247.864 nm, the free spectral range of this etalon is 0.51
6 nm. If the finesse is 10, the half width of the band is about 0.05 nm.

【0053】従って、0.05nm分の中心波長シフト
を行えば透過率は10%程度になり、この時の角度は
6.4246度となる。故に、約0.1°のエタロンの
傾斜により90%から10%まで透過率の制御が可能に
なる。エタロンの回転中心44に対して半径50nmの
位置にて駆動する場合0.1°の傾きを制御するには駆
動点にて約90μm移動すれば良い。この程度で制御可
能である為、アクチュエータとしては、ピエゾ素子等を
用いれば十分に高速に駆動することが可能である。
Therefore, if the center wavelength is shifted by 0.05 nm, the transmittance becomes about 10%, and the angle at this time becomes 6.4246 degrees. Thus, a tilt of the etalon of about 0.1 ° allows control of the transmittance from 90% to 10%. When driving at a position with a radius of 50 nm with respect to the rotation center 44 of the etalon, a tilt of 0.1 ° can be controlled by moving about 90 μm at the driving point. Since control is possible at this level, it is possible to drive at a sufficiently high speed by using a piezo element or the like as an actuator.

【0054】なお、かかる高速減光部13は、図1にて
示した位置のみでなく、パルスレーザ光源10とエクス
パンダー12の間、又はパルスレーザ光源10の共振器
ミラーの間に入れても同様の効果が得られる。さらにス
ペックル低減部で、前述したビームを微小角振動させる
方式を採らない場合はスペックル低減部20とフライア
イレンズ28の間に入れても良い。しかし、いづれにし
てもこの高速減光部13は、フライアイレンズ28にレ
ーザ光を入射する前の段階に入れておく必要が有る。
The high-speed dimming unit 13 can be inserted not only at the position shown in FIG. 1 but also between the pulse laser light source 10 and the expander 12 or between the resonator mirrors of the pulse laser light source 10. Similar effects can be obtained. Further, when the speckle reduction unit does not employ the above-described method of causing the beam to vibrate at a small angle, the beam may be inserted between the speckle reduction unit 20 and the fly-eye lens 28. However, in any case, the high-speed dimming section 13 needs to be placed in a stage before the laser light is incident on the fly-eye lens 28.

【0055】なんとなればエタロンの透過率はそのGa
p値にも依存する為、エタロンの透光部に対し極力均一
なGap値に保つことが好ましいが、製造誤差もある
為、全面で全く同じ透過率に維持することは事実上不可
能である。従って、エタロンによる照度均一性の劣化
(ビーム断面での強度分布のむら)をフライアイレンズ
によって解消するためには、フライアイレンズの前段に
このエタロンを挿入することが望ましい。エタロンを用
いた場合の特徴は、制御出来る減光比が大きくとれるこ
と、最大透過率が高いこと、又、図2に示した明暗格子
による方式に比較して照明むらや、干渉(格子エッジか
ら発生)が生じにくいという利点を有することである。
The reason is that the transmittance of the etalon is higher than that of Ga.
Since it depends on the p-value, it is preferable to keep the Gap value as uniform as possible with respect to the translucent portion of the etalon, but it is practically impossible to maintain the same transmittance over the entire surface due to manufacturing errors. . Therefore, in order to eliminate the deterioration of the illuminance uniformity (unevenness of the intensity distribution in the beam cross section) due to the etalon, it is desirable to insert this etalon in front of the fly-eye lens. The features of using an etalon include a large controllable extinction ratio, a high maximum transmittance, and uneven illumination and interference (from the edge of the grid) as compared with the method using the light-dark grid shown in FIG. Is less likely to occur).

【0056】高速減光部13のさらに別の例としては、
図8に示したような透過型二重位相格子がある。かかる
位相格子は、一定のピッチで所定の段差を有する2枚の
回折格子を、一定の間隔をおいて平行に保持したもので
ある。回折格子の段差dは格子の部材(この場合は紫外
光に対して透明な部材を用いる。)の屈折率をnとする
と d=λ/2(n−1) …(3) となる様に作られている。ここでλはこの位相格子を透
過する光の波長である。
As still another example of the high-speed dimming unit 13,
There is a transmission type double phase grating as shown in FIG. In such a phase grating, two diffraction gratings having a predetermined step at a predetermined pitch are held in parallel at a predetermined interval. The step d of the diffraction grating is such that d = λ / 2 (n−1) (3) where n is the refractive index of a member of the grating (in this case, a member transparent to ultraviolet light is used). It is made. Here, λ is the wavelength of light transmitted through this phase grating.

【0057】図8のように2つの位相格子を一定量ずら
して配置することにより、光の通る道筋(以下パスとい
う)としては、A(凹−凸)、B(凸−凸)、C(凸−
凹)、D(凹−凹)の4種類が考えられる。この中でA
とCは光路長的には全く同一であるが、BのパスはAの
パスと比較するとd(n−1)の光路差がある(但し空
気の屈折率を1とした)。
By arranging the two phase gratings with a certain amount of shift as shown in FIG. 8, the paths through which light passes (hereinafter referred to as paths) are A (concave-convex), B (convex-convex), and C (convex-convex). Convex
Concave) and D (concave-concave). A in this
And C have exactly the same optical path length, but the path of B has an optical path difference of d (n-1) as compared with the path of A (however, the refractive index of air is set to 1).

【0058】従って(3)式よりAとBの光路差はλ/
2となりAの部分とBの部分の光は互いに干渉し合って
打ち消し合い、結果としてこの2枚の位相格子による光
の透過率が減少する。この減光の度合は2枚の位相格子
のずれ量(Δx)に依存する。上記と同様にBとC、C
とD、DとAの部分を透過する光がそれぞれお互いに干
渉し合うことにより減光される。本方式の場合も回折格
子の凹凸ピッチは10μm程度で良く、従って2枚の回
折格子を相対移動させる為のアクチュエータもピエゾ素
子を用いれば十分に高速に駆動することが可能である。
Therefore, from equation (3), the optical path difference between A and B is λ /
The light in the portion A and the light in the portion B interfere with each other and cancel each other, and as a result, the light transmittance of the two phase gratings decreases. The degree of this dimming depends on the amount of displacement (Δx) between the two phase gratings. B and C, C as above
And D, and the light passing through the portions D and A interfere with each other and are dimmed. Also in the case of this method, the pitch of the unevenness of the diffraction grating may be about 10 μm. Therefore, the actuator for relatively moving the two diffraction gratings can be driven at a sufficiently high speed by using the piezo element.

【0059】次に、図9のフローチャート図を用いて実
施例の動作を説明する。動作開始後、まず最初にステッ
プ101において、予めメモリ6に格納されているスペ
ックルの低減に必要なパルス数Nmin 、ウェハに塗布さ
れたレジストに見あった最適(目標)総露光量S、露光
量制御の許容精度の各データに基づいて、主制御系8に
備えられた第1演算手段により1パルス当りの平均光量
値を算出する。
Next, the operation of the embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. After the start of the operation, first, in step 101, the pulse number Nmin necessary for reducing speckles previously stored in the memory 6, the optimum (target) total exposure amount S found in the resist applied to the wafer, and the exposure An average light amount per pulse is calculated by the first calculation means provided in the main control system 8 based on each data of the allowable accuracy of the amount control.

【0060】ここで、スペックルの低減に必要なパルス
数Nmin は、スペックル(一次元の干渉縞も含む)のビ
ジビリティーをどこまで低減するかによって決まる値で
あり、大きな値とすればそれだけスペックルの影響は少
なくなり照度の均一化が計れるが余り大きな値とすると
露光時間が長くなり、露光装置としてのスループットが
低下してしまうので、これらを考慮して設定される。
Here, the number of pulses Nmin required to reduce the speckle is a value determined by how much the visibility of the speckle (including one-dimensional interference fringes) is reduced. However, if the value is too large, the exposure time becomes longer and the throughput of the exposure apparatus is reduced. Therefore, the value is set in consideration of these factors.

【0061】一方、単位パルス当たりの平均露光エネル
ギー(露光前に高速減光部13でセットされた初期減光
値のもとで)をPとし、1つの露光域に対する総エネル
ギー(目標とする適正露光量)をSとすると、1つの露
光域に対する露光パルス数Nexp はNexp =iNT(S
/P)となる。ここでiNT(α)は実数値αに0.5
を加え四捨五入により整数値に変換することを示してい
る。
On the other hand, the average exposure energy per unit pulse (under the initial dimming value set by the high-speed dimming unit 13 before exposure) is set to P, and the total energy for one exposure area (target appropriate (Exposure amount) is S, the number of exposure pulses Nexp for one exposure area is Nexp = iNT (S
/ P). Here, iNT (α) is 0.5 to the real value α.
And rounding off to convert to an integer value.

【0062】ところで、この露光パルス数Nexp はスペ
ックル低減の為には前述したNminの整数倍でなければ
ならない。従って Nexp =(S/Pβ)=mNmin …(4) となる。ここでmは1以上の整数値、βは1以下、0以
上の係数であり、平均減光率と称する。
The number of exposure pulses Nexp must be an integral multiple of Nmin to reduce speckle. Therefore, Nexp = (S / Pβ) = mNmin (4) Here, m is an integer value of 1 or more, β is a coefficient of 1 or less, and 0 or more, and is referred to as an average dimming rate.

【0063】又、各パルス毎の光強度のバラツキをΔP
とすると、各パルス毎に光量を制御する場合にあって
は、最終的な積算露光量の誤差は最終パルスの強度バラ
ツキΔE=ΔP・βとなるから、これが露光量制御の許
容誤差に入る様にすれば良い。即ち、露光量制御精度を
Aとすれば (ΔP・β)/S ≦ A …(5) ∴ β ≦ A・S/ΔP 又、(4)式よりβ=S/(P・mNmin )であるか
ら、S/(P・mNmin ) ≦ A・S/ΔPの関係が成
り立つ。 故に m ≧ ΔP/(APNmin ) …(6) 又、βは1以下である為、 S/(P・mNmin ) ≦ 1 ∴ m ≧ S/(P・Nmin ) …(7) よって、(6)、(7)式を満足する整数値mを求め、
露光パルス数を決定するとともに平均減光率β(即ち平
均光量値Pβ)を決定すれば良い。
The variation of the light intensity for each pulse is ΔP
In the case where the light amount is controlled for each pulse, the error in the final integrated exposure amount is the intensity variation ΔE = ΔP · β of the final pulse. You can do it. That is, assuming that the exposure control accuracy is A, (ΔP · β) / S ≦ A (5) β ≦ AS / ΔP From Expression (4), β = S / (P · mNmin). Therefore, the relationship of S / (P · mNmin) ≦ A · S / ΔP holds. Therefore, m ≧ ΔP / (APNmin) (6) Since β is 1 or less, S / (P · mNmin) ≦ 1 ≦ m ≧ S / (P · Nmin) (7) Therefore, (6) , (7), an integer value m that satisfies the expression
The number of exposure pulses and the average extinction rate β (that is, the average light amount Pβ) may be determined.

【0064】一例として、1パルスの平均エネルギーP
が2mJ/cm2 、適正露光量が153mJ/cm2 、
Nmin を50パルスとすると、適正露光制御のみの場合
に必要なパルス数は77パルスとなるが、m・Nmin が
50の整数倍でなければならないことから、m=2、即
ち100パルスで露光を行う様になる。この時の平均減
光率βは0.765となる。又、1パルスの露光エネル
ギーのバラツキを±10%とすれば、ΔPは±0.2m
J/cm2 となりβ・ΔP=±0.153mJ/cm2
となる。
As an example, the average energy P of one pulse
Is 2 mJ / cm2, the proper exposure is 153 mJ / cm2,
If Nmin is 50 pulses, the number of pulses required for proper exposure control alone is 77 pulses. However, since m · Nmin must be an integer multiple of 50, exposure is performed with m = 2, that is, 100 pulses. I will do it. The average extinction ratio β at this time is 0.765. If the variation of the exposure energy of one pulse is ± 10%, ΔP is ± 0.2 m
J / cm2 and β · ΔP = ± 0.153 mJ / cm2
Becomes

【0065】続いて、ステップ102で高速減光部13
の減光率をβに設定し、ステップ103でパルスカウン
ターn及び光量モニタ部26の積算光量に対応する値S
a を、それぞれNexp 及び零に設定する。そして、次の
ステップ104でパルスカウンタの値が零であるか否か
を判断し、零でなければ、ステップ105に進んで、ト
リガ制御部9からトリガ信号を光源10に送って1パル
スを発光させるとともに、受光素子24で発光したパル
スの実際の光量に対応する値Pa を検出する。続く、ス
テップ106では光量モニタ部26における積算光量の
設定をSa +Pa とするとともに、パルスカウンタの設
定をn−1とする。
Subsequently, at step 102, the high-speed darkening section 13
Is set to β, and a value S corresponding to the integrated light amount of the pulse counter n and the light amount monitor unit 26 is set in step 103.
Set a to Nexp and zero, respectively. Then, in the next step 104, it is determined whether or not the value of the pulse counter is zero. If not, the process proceeds to step 105, in which a trigger signal is sent from the trigger control unit 9 to the light source 10 to emit one pulse. At the same time, a value Pa corresponding to the actual light amount of the pulse emitted from the light receiving element 24 is detected. In the subsequent step 106, the setting of the integrated light amount in the light amount monitoring section 26 is set to Sa + Pa, and the setting of the pulse counter is set to n-1.

【0066】次に、ステップ107で、(8)式に従っ
て第2演算手段で先のステップ101で決定した平均光
量値Pβによって与えられるべき目標積算光量を求める
とともに、第3演算手段で目標積算光量と実測した積算
光量の差分Dを求める。D=(Nexp −n)・P・β−
Sa …(8)そして、この差分Dに基づいて次のパル
スにおける減光率βn を(9)式によって決定する。
Next, in step 107, the second calculating means calculates the target integrated light quantity to be given by the average light quantity Pβ determined in step 101 according to equation (8), and the third calculating means calculates the target integrated light quantity. And the difference D between the actually measured integrated light amounts is obtained. D = (Nexp−n) · P · β-
Sa (8) Then, based on the difference D, the extinction ratio βn in the next pulse is determined by the equation (9).

【0067】βn =(P・β+D)/P …(9) 但し、各パルス光の露光エネルギーのバラツキをa%と
した時に、βn >1−a/100である場合には、βn
=1−a/100(最大透過率)とする。次に、ステッ
プ109において、光量制御部14によって高速減光部
13の減光率を前のステップ108で決定したβn に設
定し、ステップ104に戻る。このステップ104で前
述したと同様にパルスカウンターの値が零であるか否か
判断し、零でなければステップ105に進んで前述した
と同様の動作を行なって再びステップ104に戻り、零
であれば露光動作を終了する。
Βn = (P · β + D) / P (9) where βn> 1−a / 100 when the variation of the exposure energy of each pulse light is a%, βn> 1−a / 100
= 1−a / 100 (maximum transmittance). Next, in step 109, the light amount control unit 14 sets the dimming rate of the high-speed dimming unit 13 to βn determined in the previous step 108, and returns to step 104. In step 104, it is determined whether the value of the pulse counter is zero as described above. If not, the process proceeds to step 105 to perform the same operation as described above, and returns to step 104 again. If so, the exposure operation ends.

【0068】次に、図10のパルス数と積算露光量の関
係を示すグラフを用いて本実施例における露光量制御の
状態を説明する。図10は8パルスで露光が終了する場
合を示しており、横軸がパルス数、縦軸が積算露光量で
ある。図において、二点鎖線で示した直線はステップ1
01で決定した平均光量値のパルス光によって与えられ
るべき積算光量の目標値を示しており、本実施例ではこ
の目標値に添って露光が行なわれるように各パルス光毎
に光量を制御する。
Next, the state of the exposure control in this embodiment will be described with reference to the graph of FIG. 10 showing the relationship between the number of pulses and the integrated exposure. FIG. 10 shows a case where exposure is completed with eight pulses, where the horizontal axis represents the number of pulses and the vertical axis represents the integrated exposure amount. In the figure, the straight line indicated by the two-dot chain line
A target value of the integrated light amount to be given by the pulse light having the average light amount determined in step 01 is shown. In this embodiment, the light amount is controlled for each pulse light so that the exposure is performed according to the target value.

【0069】第1発目のパルス光がP1 という露光量を
目標として発光され、発光後の実際に検出された露光量
がP'1 であったとすると、第2発目は目標露光量2P1
とP'1 の差(2P1 −P )=P2 の光量に設定され
て発光が行なわれることになる。同様に、2発目の光量
の実測値がP'2であったとすると第3発目は3P1−P'
1−P'2に設定された光量で発光を行う。これをくり返
してゆくことにより二点鎖線の目標ラインからのずれが
少ない状態で8パルス目で露光が完了する。最終的な制
御精度(適正露光量に対する誤差)は8パルス目の光量
誤差となる。
Assuming that the first pulse light is emitted with an exposure amount of P1 as a target and the actually detected exposure amount after emission is P'1, the second pulse light is a target exposure amount 2P1
The light is emitted with the difference between (P2) and P'1 (2P1-P) = P2. Similarly, if the actually measured value of the light quantity of the second shot is P'2, the third shot is 3P1-P '
Light emission is performed with the light amount set to 1−P′2. By repeating this, the exposure is completed at the eighth pulse in a state where the displacement of the two-dot chain line from the target line is small. The final control accuracy (error with respect to the proper exposure amount) is the light amount error of the eighth pulse.

【0070】なお、上記の例では次のパルス光を設定す
る場合に、次のパルス光が発光したあとの積算露光量の
目標値と過去の積算光量の差から次のパルスの光量を設
定したが、パルス毎のばらつき方に何らかの傾向がある
場合には、単位パルス毎の目標値と単位パルス毎の実測
値の比を過去の複数パルスに対して平均し、目標値をこ
の比の平均値で除算したもので新たな目標値を設定して
も良い。
In the above example, when the next pulse light is set, the light amount of the next pulse is set from the difference between the target value of the integrated exposure amount after the emission of the next pulse light and the past integrated light amount. However, if there is some tendency in the variation method for each pulse, the ratio of the target value for each unit pulse and the actual measurement value for each unit pulse is averaged over past multiple pulses, and the target value is the average value of this ratio. A new target value may be set by dividing by.

【0071】また、上記の実施例では、光源から発振さ
れるパルスエネルギーが可干渉性のレーザ光である場合
について述べたが、露光装置の光源が非干渉性のパルス
光を射出する場合や、例えばX線等の光以外のパルスエ
ネルギーを射出する場合には、スペックルの低減という
ことについては考慮する必要がないので、パルスエネル
ギーの変動範囲と許容制御精度に基づいて必要パルス数
を定め、この必要パルス数と最適露光量の値から各パル
ス毎の目標値を設定すれば良い。即ち、最終的な適正露
光量に対する誤差は最終パルスの誤差によって決まるわ
けであるから、1パルスのばらつきが許容誤差内に入る
ように1パルスのエネルギー量を設定すれば良い。
In the above embodiment, the case where the pulse energy oscillated from the light source is a coherent laser beam has been described. However, the case where the light source of the exposure apparatus emits a non-coherent pulse light, For example, in the case of emitting pulse energy other than light such as X-rays, it is not necessary to consider the reduction of speckle, so the necessary number of pulses is determined based on the pulse energy variation range and the allowable control accuracy. A target value for each pulse may be set from the required number of pulses and the value of the optimum exposure amount. That is, since the error with respect to the final proper exposure amount is determined by the error of the final pulse, the energy amount of one pulse may be set so that the variation of one pulse falls within the allowable error.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上のように、本発明においては第2物
体(感光基板)上の所定領域に対する露光中に射出され
るパルス数が予め設定された一定の値となっているとと
もに、各パルス毎に露光量制御が行なわれるので、干渉
パターンをパルス毎に第1物体または第2物体に対して
相対移動させて平滑化する上で好都合であり、かつ、必
要最低限のパルス数で露光が行われるので生産性の向上
を図ることができる。又、露光量制御が1パルス毎に設
定される目標露光量を参照して行なわれることから、従
来に比較してより正確に光量(エネルギー量)の制御が
できる。
As described above, according to the present invention, the number of pulses emitted during exposure to a predetermined area on the second object (photosensitive substrate) has a predetermined constant value, and each pulse has a predetermined value. Since the exposure amount control is performed for each pulse, it is convenient for smoothing the interference pattern relative to the first object or the second object for each pulse, and the exposure is performed with the minimum necessary number of pulses. Since it is performed, productivity can be improved. Further, since the exposure amount control is performed with reference to the target exposure amount set for each pulse, the light amount (energy amount) can be controlled more accurately than in the related art.

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

【図1】 本発明の実施例による露光装置の構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 高速減光部の一例を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a high-speed darkening unit.

【図3】 図2の構成により減光を行う場合の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram in the case of performing dimming by the configuration of FIG.

【図4】 オプチカルインテグレーターとしてのフライ
アイレンズと入射ビームの関係を模式的に示す図。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a relationship between a fly-eye lens as an optical integrator and an incident beam.

【図5】 高速減光部の別の例を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of the high-speed light reduction unit.

【図6】 図5の構成により減光を行なう場合の説明
図。
FIG. 6 is an explanatory diagram in the case of performing dimming by the configuration of FIG. 5;

【図7】 図5の構成により減光を行なう場合の説明
図。
FIG. 7 is an explanatory diagram in the case of performing dimming by the configuration of FIG. 5;

【図8】 さらに別の高速減光部の例を示す構成図。FIG. 8 is a configuration diagram showing still another example of the high-speed darkening unit.

【図9】 図1に示された実施例の動作を示すフローチ
ャート図。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the embodiment shown in FIG. 1;

【図10】図1に示された実施例における露光量制御の
様子を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing a state of exposure amount control in the embodiment shown in FIG. 1;

【主要部分の符号の説明】[Description of Signs of Main Parts]

R・・・レチクル W・・・ウェハ PL・・・投影レンズ 8・・・主制御系 10・・・光源 13・・・高速減光部 14・・・光量制御部 20・・・スペックル低減部 22・・・スペックル制御部 26・・・光量モニタ部 1 R: Reticle W: Wafer PL: Projection lens 8: Main control system 10: Light source 13: High-speed darkening unit 14: Light amount control unit 20: Speckle reduction Unit 22: Speckle control unit 26: Light amount monitor unit 1

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−110722(JP,A) 特開 昭63−81420(JP,A) 特開 昭63−190333(JP,A) 特開 平1−257327(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-110722 (JP, A) JP-A-63-81420 (JP, A) JP-A-63-190333 (JP, A) 257327 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/027

Claims (16)

(57)【明細書】 【特許請求の範囲】(57) [Specification] [Claims] 【請求項1】 第1物体のパターンを感光性の第2物
体上の所定領域に投影する投影光学系と、パルス光源か
ら発振される複数のパルスエネルギーを前記第1物体に
向けて照射する照射系とを備えた露光装置を用いて前記
第2物体上にパターンを露光する方法において、 第1物体のパターンを第2物体上に投影する間は、所定
の発振周波数に対応した時間間隔で前記パルス光源から
パルスエネルギーを繰り返し射出させるとともに、射出
されたパルスエネルギー毎に第2物体上での露光量に対
応した値を検出し、その検出結果と予め各パルスエネル
ギー毎に設定された目標露光量とに基づいて前記繰り返
し発振の時間間隔内でパルスエネルギーの強度を高速に
調整することを特徴とする露光方法。
1. A projection optical system for projecting a pattern of a first object onto a predetermined area on a photosensitive second object, and irradiation for irradiating the first object with a plurality of pulse energies oscillated from a pulse light source. And exposing a pattern on the second object using an exposure apparatus having a system, wherein the pattern of the first object is projected onto the second object at a time interval corresponding to a predetermined oscillation frequency. Pulse energy is repeatedly emitted from the pulse light source, and a value corresponding to the exposure amount on the second object is detected for each emitted pulse energy, and the detection result and a target exposure amount set in advance for each pulse energy are detected. And adjusting the intensity of the pulse energy at high speed within the time interval of the repetitive oscillation based on
【請求項2】 前記第2物体上の所定領域に与えるべ
き複数のパルスエネルギーのパルス数は、前記第2物体
に与えるべき適正露光量と前記パルス光源からのパルス
エネルギーの強度ばらつきとを考慮して所定の露光量制
御精度が得られるような決定されることを特徴とする請
求項1に記載の方法。
2. The number of pulses of a plurality of pulse energies to be applied to a predetermined area on the second object is determined in consideration of a proper exposure amount to be applied to the second object and a variation in intensity of pulse energy from the pulse light source. 2. The method according to claim 1, wherein the predetermined exposure amount control accuracy is determined.
【請求項3】 前記パルス光源からのパルスエネルギ
ーの照射によって前記第1物体又は第2物体上に干渉パ
ターンが生じる場合、前記所定の露光量制御精度が得ら
れるように決定されるパルス数は、前記干渉パターンの
ビジビリティを所定精度まで低減させるのに必要な最小
のパルス数以上に設定されることを特徴とする請求項2
に記載の方法。
3. When the irradiation of pulse energy from the pulse light source causes an interference pattern on the first object or the second object, the number of pulses determined so as to obtain the predetermined exposure amount control accuracy is: 3. The apparatus according to claim 2, wherein the number of pulses is set to be equal to or more than a minimum number of pulses necessary to reduce the visibility of the interference pattern to a predetermined accuracy.
The method described in.
【請求項4】 前記パルス光源は、狭帯化波長安定機
構を含むディープUV域のレーザ光を射出する光源、又
はX線等のパルスエネルギーを射出する光源であること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方
法。
4. The light source according to claim 1, wherein the pulse light source is a light source that emits laser light in a deep UV region including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism, or a light source that emits pulse energy such as X-rays. The method according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記パルスエネルギーの調整は、前記
パルス光源からのパルスエネルギーの透過率を連続的に
変更可能な減光部材によって行われることを特徴とする
請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
5. The pulse energy adjustment according to claim 1, wherein the pulse energy is adjusted by a dimming member capable of continuously changing the transmittance of the pulse energy from the pulse light source. The method described in.
【請求項6】 パルス光源からの複数のパルスエネル
ギーを第1物体に照射し、該第1物体に形成されたパタ
ーンを半導体素子製造用の第2物体上の所定領域に露光
する露光装置を用いて前記第2物体上に半導体素子を形
成する製造方法において、 前記パルス光源からの各パルスエネルギー間の強度ばら
つき、第2物体の所定領域に与えるべき適正露光量、及
び該適正露光量に対する制御精度とを考慮して決まる露
光パルス数に基づいて各パルスエネルギーの平均強度を
決定する段階と;第2物体上の所定領域に対する露光の
ために前記決定された平均強度のパルスエネルギーによ
って前記第1物体への照射を開始する段階と;露光中
は、パルスエネルギーの照射で実際に与えられる露光量
と各パルスエネルギー毎に予め設定された目標露光量と
に基づいて次に照射されるパルスエネルギーを調整する
ことを、前記露光パルス数の間に繰り返す段階とを含む
ことを特徴とする半導体素子製造方法。
6. An exposure apparatus for irradiating a first object with a plurality of pulse energies from a pulse light source and exposing a pattern formed on the first object to a predetermined region on a second object for manufacturing a semiconductor device. A manufacturing method for forming a semiconductor element on the second object by using the pulse light source, the intensity variation between pulse energies from the pulse light source, an appropriate exposure to be given to a predetermined area of the second object, and control accuracy for the appropriate exposure. Determining the average intensity of each pulse energy based on the number of exposure pulses determined in consideration of: and the first object by the determined average intensity pulse energy for exposure to a predetermined area on the second object. Starting irradiation to the substrate; during exposure, an exposure amount actually given by irradiation of pulse energy and a target exposure preset for each pulse energy Semiconductor device manufacturing method characterized by adjusting the next pulse energy irradiated on the basis of the bets, and a step of repeating between the number of exposure pulses.
【請求項7】 前記目標露光量は、前記露光パルス数
の増加に伴って前記第2物体上の所定領域に積算される
露光量として設定されることを特徴とする請求項6に記
載の方法。
7. The method according to claim 6, wherein the target exposure amount is set as an exposure amount integrated in a predetermined area on the second object as the number of exposure pulses increases. .
【請求項8】 前記目標露光量は、前記露光パルス数
の各パルスエネルギー毎の露光量として設定されること
を特徴とする請求項6に記載の方法。
8. The method according to claim 6, wherein the target exposure amount is set as an exposure amount for each pulse energy of the exposure pulse number.
【請求項9】 前記パルス光源は、狭帯化波長安定機
構を含むディープUV域のパルスレーザ光を100Hz
以上の繰り返し周波数で射出する光源、又はX線等のパ
ルスエネルギーを射出する光源であることを特徴とする
請求項7又は8に記載の方法。
9. The pulsed light source emits a pulsed laser light in a deep UV region including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism at a frequency of 100 Hz.
9. The method according to claim 7, wherein the light source emits light at the above repetition frequency or emits pulse energy such as X-rays.
【請求項10】 前記パルス光源からのパルスエネルギ
ーの照射によって前記第1物体又は第2物体上に干渉パ
ターンが生じる場合、前記露光パルス数は前記干渉パタ
ーンのビジビリティを所定精度まで低減させるのに必要
な最小のパルス数以上に設定されることを特徴とする請
求項9に記載の方法。
10. When an interference pattern is generated on the first object or the second object by irradiation of pulse energy from the pulse light source, the number of exposure pulses is necessary to reduce the visibility of the interference pattern to a predetermined accuracy. The method according to claim 9, wherein the number of pulses is set to be equal to or greater than a minimum pulse number.
【請求項11】 前記露光装置は、前記第1物体に形成
されたパターンの像を前記第2物体上の所定領域に投影
する投影光学系と、前記パルス光源からのパルスエネル
ギーを前記第1物体上でほぼ一様な照度分布にするため
のインテグレーターを含む照射系とを備え、露光中にパ
ルスエネルギーの照射で実際に与えられる露光量は前記
インテグレーターから射出されるパルスエネルギーを受
光する受光素子によって検出されることを特徴とする請
求項10に記載の方法。
11. A projection optical system for projecting an image of a pattern formed on the first object onto a predetermined area on the second object, and a pulse energy from the pulse light source to the first object. An irradiation system including an integrator for making the illumination distribution substantially uniform on the upper side, the exposure amount actually given by irradiation of pulse energy during exposure is performed by a light receiving element that receives pulse energy emitted from the integrator. The method of claim 10, wherein the method is detecting.
【請求項12】 前記パルスエネルギーの調整は、前記
インテグレーターの前に配置されて前記パルス光源から
のパルスエネルギーの透過率を連続的に変更可能な減光
部材によって行われることを特徴とする請求項11に記
載の方法。
12. The pulse energy is adjusted by a dimming member that is disposed in front of the integrator and that can continuously change the transmittance of pulse energy from the pulse light source. 12. The method according to 11.
【請求項13】 パルス光源からの複数のパルスエネル
ギーを第1物体に照射し、該第1物体に形成されたパタ
ーンを半導体素子製造用の第2物体上の所定領域に露光
する露光装置を用いて前記第2物体上に半導体素子を形
成する製造方法において、 前記パルス光源から出力される各パルスエネルギーの変
動と第2物体の所定領域に与えるべき適正露光量とを考
慮して露光に必要な露光パルス数を決定するとともに、
該露光パルス数毎に前記第2物体の所定領域に与えてお
きたい目標露光量を予め設定する段階と;前記第2物体
の所定領域を前記露光パルス数で露光していく間、前記
パルス光源から実際に出力された各パルスエネルギーを
実測し、その実測されたエネルギーと前記予め設定され
た各露光パルス数毎の目標露光量とに基づいて前記第1
物体に照射されるパルスエネルギーを調整することを繰
り返す段階とを含むことを特徴とする半導体素子製造方
法。
13. An exposure apparatus for irradiating a first object with a plurality of pulse energies from a pulse light source and exposing a pattern formed on the first object to a predetermined region on a second object for manufacturing a semiconductor device. A method for forming a semiconductor element on the second object by the method described above, wherein a variation in pulse energy output from the pulse light source and an appropriate exposure amount to be given to a predetermined area of the second object are required for exposure. Determine the number of exposure pulses and
Presetting a target exposure amount to be given to a predetermined area of the second object for each number of exposure pulses; and a pulse light source while exposing a predetermined area of the second object with the number of exposure pulses. The pulse energy actually output from is measured, and the first energy is measured based on the actually measured energy and the target exposure amount for each of the preset number of exposure pulses.
Repeating the step of adjusting the pulse energy applied to the object.
【請求項14】 前記目標露光量は、前記露光パルス数
の増加に伴って前記第2物体上の所定領域に積算される
露光量として設定されることを特徴とする請求項13に
記載の方法。
14. The method according to claim 13, wherein the target exposure amount is set as an exposure amount that is integrated in a predetermined area on the second object as the number of exposure pulses increases. .
【請求項15】 前記目標露光量は、前記露光パルス数
の各パルスエネルギー毎の露光量として設定されること
を特徴とする請求項13に記載の方法。
15. The method according to claim 13, wherein the target exposure amount is set as an exposure amount for each pulse energy of the exposure pulse number.
【請求項16】 前記パルス光源は、狭帯化波長安定機
構を含むディープUV域のパルスレーザ光を射出する光
源、又はX線等のパルスエネルギーを射出する光源であ
ることを特徴とする請求項14又は15に記載の方法。
16. The pulse light source according to claim 1, wherein the pulse light source is a light source that emits a pulse laser beam in a deep UV region including a band narrowing wavelength stabilizing mechanism, or a light source that emits pulse energy such as X-rays. 16. The method according to 14 or 15.
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