JPH0620924A - レーザ光源を用いた処理装置 - Google Patents

レーザ光源を用いた処理装置

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JPH0620924A
JPH0620924A JP4176878A JP17687892A JPH0620924A JP H0620924 A JPH0620924 A JP H0620924A JP 4176878 A JP4176878 A JP 4176878A JP 17687892 A JP17687892 A JP 17687892A JP H0620924 A JPH0620924 A JP H0620924A
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laser light
trigger
pulse
exposure
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JP4176878A
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Katsuto Go
勝人 郷
Tsunesaburo Uemura
恒三郎 植村
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エキシマステッパー等の光量制御の設定時間
を短縮する。 【構成】 エキシマレーザ等のパルス光を交換可能な減
光フィルターで光量調整する際、フィルターの交換時の
移動中にパルス光路がフィルターの枠等によってけられ
なくなったら、ただちにパルス光を発振される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源を備えた露
光装置、或いはレーザ光を用いたウェハ、マスクのリペ
ア装置等の加工処理装置に関するものであり、特に半導
体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程におい
て、マスクに形成されたパターンを投影光学系を解して
半導体ウェハ等の感光基板上に焼きつける露光処理装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造におけるリソグラ
フィー工程において、マスクに形成されたパターンを投
影光学系を介して半導体ウェハ表面に塗布された被露光
部材(レジスト)に焼きつけを行なう露光装置(ステッ
パ)が従来から知られている。近年、半導体集積回路の
集積度が上がるにつれて回路の最小パターンは更に小さ
くなる傾向にあり、そのため、ステッパに要求される露
光量制御精度も±1%程度の再現性が要求されている。
【0003】また、露光光源として、従来主流であった
水銀ランプに代わって、より高解像度を得ることのでき
るエキシマレーザを用いた露光装置が開発されている。
一般に、エキシマレーザ等のパルス光源は、1パルス毎
に数〜十数%のエネルギーばらつきがあり、前記の様な
所望の露光量制御精度を達成するための制御方式とし
て、(a)レーザのパルスエネルギーを下げる、もしく
は露光装置内に装備した減光器にて露光エネルギーを下
げることで多くのパルス数で露光することにより、積算
エネルギーに対する1パルス当りのエネルギーのばらつ
きの影響を小さくするパルス数制御方式、又は、(b)
目標の露光量に大して、わずかに少ない露光量を与える
粗露光と、残りの必要とされる露光量を露光装置内に装
備した減光器(光量減衰フィルター)にて露光エネルギ
ーを下げた1パルスまたは複数パルスの修正露光とで実
行する修正露光方式等がある。
【0004】この他にも、1パルスまたは数パルス毎に
レーザの高電圧を変化させてパルスエネルギーを調整す
る「高電圧制御方式」等もあるが、制御方式の容易さ等
の理由により、上記(a)、(b)の2方式が主流とな
っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の露光
方式を使用した場合、次の様な問題点が生じていた。上
記(a)の方式においては、(b)の方式に比べて露光
パルス数が多くなるために、ウェハ露光枚数に対するレ
ーザ光源内の電極材・電極素子等の消耗部品の交換時期
が早まり、そのメンテナンス間隔が短くなるため、装置
のダウンタイムが増大してしまう。また、レーザ光源内
のガス交換回数も増え、ランニングコストの増大を招く
という問題点がある。
【0006】一方、上記(b)の方式は、1チップの露
光中において、粗露光終了後、一旦レーザ発光を止め減
光器を駆動し、その後にレーザ発光を再開して修正露光
を実施するため、減光器の位置決め時間を充分に短くし
ないと(a)の方式よりもスループットの低下を招いて
しまう。例えば、(a)方式で60パルスの露光パルス
数が必要なところを、(b)方式で25パルスに減ら
し、かつ、スループットを低下させないためには、 f:レーザ発光周波数(現在主流のレーザで500Hz程
度) t:減光器の駆動設定時間 とすると、1チップの露光処理の時間関係は次式で表さ
れる。
【0007】60/500≧25/500+t この関係から、減光器の設定時間tは、t≦70msec
となる。このように、減光器の駆動時間には70msec
以下の高速駆動が必要となり、機構上・制御上の制約と
なる場合がある。また、今後レーザの発光周波数は高く
なる方向にあり、その制約は更にきびしくなる。
【0008】例えば、減光器をレーザ光(ビーム)の光
路中に連続的に出入りするように回転させ、減光器とレ
ーザ光路とが一致する時に、レーザ光源を発光させる方
法も考えられるが、この場合、その回転速度ムラを吸収
するために、レーザを最大周波数で発光させるのは難し
く、またモータ寿命が露光装置のダウンタイムを増大さ
せるという問題もある。
【0009】また、上記(a)、(b)の両方式ともに
目標露光量によっては、露光量制御制度を満たすに必要
な最少露光パルス数を得るために、露光開始前に減光器
を切り替える場合があり、この駆動時間も露光処理時間
に含まれてくる。本発明の目的は、従来の露光方式、特
に上記(b)方式に係るもので、減光器の駆動機構系に
大きな制約を与えることなく、高スループット・低ラン
ニングコストの露光装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決する為の手段】そこで本発明では、レーザ
光(ビーム)の光路中に挿脱可能な減光器の移動位置を
検出する位置検出手段を設け、さらに、パルス発振型の
レーザ光源を発光させるためのトリガパルス列を生成
し、減光器の所定の目標設定位置を中心とする設定許容
範囲内において光源に発光トリガ列を送出するトリガ制
御手段を設けるようにした。
【0011】
【作用】本発明では、レーザビームが減光器によってけ
られない位置であればただちに発光トリガ列を送出する
ため、減光器の駆動中、すなわち目標位置への完全な静
定を待たなくても光源を発光させることが可能となり、
発光処理時間を短縮することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を露光装置(ステッパー、アラ
イナー)に適用した場合の実施例を、図1〜図3を参照
して説明する。図1において、パルス発振型のエキシマ
レーザ光源1からのレーザビームは、第1の減光器(ア
ッテネータ)2、第2の減光器3を介して露光用の照明
光学系に入射する。図1の照明光学系では、代表的して
オプチカルインテグレータ(フライ・アイ・レンズ)4
とコンデンサーレンズ5のみを表す。コンデンサーレン
ズ5からのパルスビームは一様な照度分布をもってレチ
クルRを照射し、レチクルRのパターンは投影レンズP
Lを介してウェハW上に投影される。
【0013】光量モニター6は、オプチカル・インテグ
レータ4の後に斜設されたビームスプリッタ(透過率が
大きく反射率が小さい)で反射されたパルスビームの一
部を受光し、1パルス毎にそのエネルギーを積算して1
ショットの露光量をモニターする。その結果は露光制御
部7へ送られ、エキシマレーザ光源1へのトリガパルス
信号STgの出力制御に使われる。さらにその露光制御
部7は、第1の減光器2、第2の減光器3の各減衰率を
制御する。
【0014】第1の減光器2は、例えば比較的粗いステ
ップで段階的に減衰率(透過率)を変化させるものであ
り、第2の減光器3は例えば入射ビームのエネルギーを
数%〜十数%の間で細く調整するものである。この第2
の減光器は、減衰率を段階的に変化させる方式、又は連
続的に変化させる方式のいずれであってもよい。さて、
図2(A)は第1の減光器2の構成の一例を示し、本実
施例ではターレット板の円周上に、減衰率の異なる円板
状の6枚の減光(ND)フィルター2A、2B、2C、
2D、2E、2Fを等角度間隔で設けてある。図2
(A)でCXはターレット板の回転軸を表わし、CPは
減光フィルター2A〜2Fの中心点を表わす。第2の減
光器3についても、図2と同様の構成にすることができ
る。この図2(A)に示した6枚の減光フィルター2A
〜2Fは、露光制御部7からの指令に応答して、いずれ
か1枚のフィルターがレーザビームの光路中に挿入され
る。
【0015】図2(B)は、一例として減光フィルター
2A(他のフィルター2B〜2Fも同じ)とレーザビー
ムBMとの配置関係を示し、回転軸CXを中心とする円
SLは、フィルター2Aの中心点CPの移動軌跡を表わ
し、軸CXを通る直線lcはターレット板の回転時の目標
設定位置を表わす。すなわち、フィルター2Aの中心点
CPが直線lcと一致するように、ターレット板が回転さ
れる。
【0016】ところで、エキシマレーザ光源1からのビ
ーム断面は矩形状になっており、フィルター2Aが目標
位置(直線lc上)に静定した状態では、ビームBMの中
心がフィルター2Aの中心点CPと合致するように設定
されている。しかしながら、ビームBMの断面積はフィ
ルター2Aの有効面積よりも小さいため、図2(B)に
示すように、フィルター2Aの中心点CPが、軸CXを
通る直線l1 又は直線l2 上にある場合(2A1 、2A
2 )、ビームBMはフィルター2Aにけられることなく
(ビームBMがフィルター2A内に完全に包含された状
態で)透過していく。すなわち、ターレット板の回転角
度位置が図2(B)中で、θ1 〜θ2 の間にあれば、例
えターレット板が目標位置に静定していなくとも、ビー
ムBMはフィルター2Aで決まる減衰率で透過すること
ができるのである。
【0017】本実施例では、フィルター2A(2B〜2
Fも同じ)の中心点CPが直線lc上に静定したときを、
第1の減光器2の目標設定位置とし、直線lcをはさむ2
本の直線l1 、l2 が成す角度(θ2 −θ1 )範囲を、
設定許容範囲とする。尚、第1の減光器、第2の減光器
をそれぞれ上記(b)の方式で述べた粗露光用と修正露
光用とに使い分けるようにしてもよい。
【0018】その場合の各減光器の機能について、以下
に簡単に説明する。第1の減光器2は、露光装置に入射
されるレーザ光源1からの出力ビームの強度、および被
露光部材(レジスト)を感光させるに適正な露光量等か
ら、予め算定されたパルス数で目標露光量に達する様な
エネルギー量に入射光を減光するために、露光前に切り
替えを行なう粗露光用減光フィルターとして使う。減光
率が離散値の場合、小さめのパルスエネルギーとなるフ
ィルターを選択する。
【0019】一方、第2の減光器3は粗露光終了後(粗
露光ではそのパルスエネルギーを1パルス露光しても目
標露光量を越えてしまうようなレベルまで追い込まれて
いる)、残りの必要とされる露光量を1パルスもしくは
複数パルスで露光するために、更にパルスエネルギーを
減光するのに切り替えを行なう修正露光用の減光フィル
ターとして使う。
【0020】ところで図2(B)では各フィルター上で
のビーム断面がほぼ正方形であるように示したが、一般
的なエキシマレーザ光源では、その発振源の位置でのビ
ーム断面は長方形になっている。そこでビーム断面が長
方形のところでフィルターを交換する場合には、ビーム
断面が長方形の長手方向がターレット板の径方向とほぼ
一致するようにするとよい。このようにすると、各フィ
ルターの径が図2(B)の場合と同じであるとき、角度
(θ2 −θ1 )の許容設定範囲は図2(B)の場合よの
も広くなり、ターレット板の駆動機構のハンチングが大
きくても十分に使用できることになる。
【0021】またビームがフィルター上の同一位置に照
射され続けると、フィルターの特性がその部分だけ劣化
することもあり得るので、フィルター変換がおこなわれ
るたびにそのフィルターの使用繁度に応じて静定位置を
少しずらすようにしてもよい。図3は、本実施例の露光
装置に使われる減光器の駆動制御、露光制御の系を示す
ブロック図である。第1の減光器2はモータ11によっ
て回転制御され、その角度位置はロータリーエンコーダ
12によって検出される。モータ11は露光量制御(C
PUを含む)ユニット10からの駆動信号SDVに応答
してドライブされるが、このとき露光量制御ユニット1
0はエンコーダ12からの検出信号ECをフィードバッ
ク情報として入力し、減光器2のターレット板が設定目
標位置まで回転するようにサーボ制御する。ただし、モ
ータ11をステッピングモータ等にした場合、駆動信号
SDVはパルス信号となり、設定目標位置まで回転する
のに必要なパルス数がモータ11へ印加される。このた
め、エンコーダ12からの検出信号ECによるサーボ
(フィードバック)制御はことさら必要ではなく。
【0022】さて、露光量制御ユニット10は、予め定
められている設定許容範囲(図2(B)の角度θ1 〜θ
2 の間)に対応したデータTDを、比較器13の一方の
入力に印加し、エンコーダ12からの検出信号ECを他
方の入力に印加する。比較器13内には検出信号EC
(通常はアップ、ダウンパルス)を計数するカウンタが
設けられ、比較器13はこのカウンタによる計数値(3
60゜毎にリセット)とデータTDとを比較し、計数値
が許容範囲内にある間は出力信号SGをイネーブル(例
えば論理H)にする。この出力信号SGはゲート回路1
4の一方の入力に印加され、他方の入力にはパルス自掃
回路15からのパルス信号SPgが印加される。パルス
自掃回路15は、エキシマレーサ光源1が安定して繰り
返し発光することが可能な周波数(例えば500Hz)と
同じ周波数でパルス信号SPgを発振し続けている。そ
してゲート回路14は出力信号SGがイネーブルのとき
だけ、パルス信号SPgをエキシマレーサ光源1の発光
用のトリガパルス信号STgとして出力する。
【0023】次にこの図3の制御系の動作を図4を参照
して説明する。図4(B)は、ロータリーエンコーダ1
2によって検知される。減光器2(ターレット板)の回
転角度位置の時間特性の一例を示し、減光器2が目標角
度位置に向けて収束する様子を表わしている。減光器2
は時刻Tin1で許容範囲の下限θ1 に入り、時刻Tout
1で許容範囲の上限θ2 から飛び出し、時刻Tin2で再
び上限θ2 から許容範囲内に入り、静定へ向う。このと
き比較器13の出力信号SGは図4(C)のように、時
刻Tin1とTout 1との間で一度イネーブルになった
後、時刻Tout 1とTin2の間でディスエーブルにな
り、再び時刻Tin2からイネーブルになる。
【0024】ゲート回路14は図4(C)の出力信号S
Gと図4(D)に示したパルス信号SPgとのアンド
(論理積)をとって、図4(E)に示したトリガパルス
信号STgを出力する。一方、図4(A)には比較のた
めに従来方式のトリガパルス信号の生成の様子を示し
た。従来では、減光器2が目標角度位置を中心とした許
容範囲(θ1 〜θ2 )内に入った瞬間から一定の待ち時
間(予め設定)の間、許容範囲からはずれなかったとき
に静定したものとみなして、発光トリガを開始してい
た。このため図4(A)と図4(E)をくらべると明ら
かなように、本実施例の方式は、従来方式よりも確実に
スループットが向上する。
【0025】以上のように、減光器(フィルター)を駆
動して目標位置に完全に静定する前からエキシマレーザ
光を発光させることが可能となり、1ショット当りの露
光処理時間を短縮することができる。ところで、図4
(C)、(D)をよくみてみると、時刻Tin1で出力信
号SGがイネーブルになった直後に最初に出力されるパ
ルス信号SPgの発生時刻T1と時刻Tin1との間に
は、最大、パルス信号SPgのほぼ周期分のタイムラグ
が生じる可能性がある。このことは時刻Tin2と、時刻
Tin2直後のパルス信号SPgの発生時刻T1 ' との間
でも同様に起り得る。
【0026】そこで図3の制御系の変形例として、パル
ス自掃回路15を外部トリガ(他励)方式の発振回路に
変更し、その外部トリガを比較器13からの出力信号S
Gにすると、出力信号SGがイネーブルになった瞬間に
一定周波数(例えば500Hz)でトリガパルス信号ST
gを発生させることが可能となる。またその外部トリガ
方式の発振回路は、出力信号SGがイネーブルからディ
スエーブルに反転したときに発振動作を中止するように
構成される。
【0027】このような構成としたときの動作を図5を
参照して簡単に説明する。図5(A)は先の図4(B)
と同じものであり、図5(B)に示すように出力信号S
Gの立上りエッジでパルス発振回路15をトリガして図
5(C)のようにパルス信号SPgを発生させ、出力信
号SGの立下りエッジでパルス発振回路15の発振動作
を中止する。従ってパルス発振回路15からのパルス信
号SPgがそのままエキシマレーザ光源1へのトリガパ
ルス信号STgとして図5(D)のように生成される。
【0028】以上のように比較器13の出力信号SGの
イネーブルによって発振を開始する発振回路を設けれ
ば、図4で説明したようなタイムラグは実質的に存在し
なくなり、露光処理時間を更に短縮することができる。
以上の変形例の他に、図4に示した制御動作の他の例を
以下に述べる。図4において、時刻Tout 1で減光器が
許容範囲から外れてトリガパルス信号STgの送出を停
止した状態から、再度時刻Tin2で許容範囲に入った
後、前回の出力信号SGのイネーブル時に最後に送出さ
れた内部パルスSPgの時刻T2 から、時刻Tin2以降
の最初に送出される内部パルスSPgの時刻T1 ’まで
の時間(T 1 ' −T2 )が、レーザ光源が安定に繰り返
し発光する最小の周期(Δtとする)未満であれば、時
刻T1 ' でのトリガパルス信号STgは送出せず、時刻
1 ' からΔtだけ待ってから、それ以降の内部パルス
(時刻T2 ' 、T3 ' …)を送出するようにする。この
ようにすることで、エキシマレーザ光源1の発振が安定
し、いわゆるミス・トリガが防止される。
【0029】このようなことは、図5に示した制御方式
においても同様に考慮すべきことであり、図5(C)に
示したパルス信号SPgのうち、時刻T3 で送出される
パルスと時刻T1 ' で送出されるパルスとの時間(T1
' −T3 )が最小周期Δtよりも短くなるようなとき
は、最小周期Δtが維持されるような制限回路等を設け
る必要がある。
【0030】図6は、そのような制限回路の一例を示
し、比較器13からの出力信号SGを2入力アンド回路
20の一方の入力に印加する。アンド回路20の他方の
入力には、信号SGの立下りエッジでトリガーされるデ
ィレー回路21の出力信号SDが印加される。このディ
レー回路21の出力信号SDは通常はイネーブル(論理
H)であるが、信号SGの立下りエッジを受信すると、
その時点からレーザのパルス発振の最小周期Δt、もし
くはそれ以上の一定時間だけディスエーブル(論理L)
になる。
【0031】従ってその動作は図7に示すように、アン
ド回路20の出力信号SG’は信号SGの立下りエッジ
から常に時間Δt以上のディスエーブル期間をあけてか
らイネーブルになる。このため図7のようにもとの出力
信号SGの時刻Tout 1以後のディスエーブル期間が時
間Δtよりも短くなっても、最終的なトリガパルス信号
STgのパルス列は、どこでも最小周期Δt以上に維持
(制限)される。
【0032】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は機械的な移動、駆動を伴う減光器を用いてパルス発
振型のレーザビームの光量を制御する方式の処理装置で
あれば、どのようなものにも適用できる。さらにレーザ
光に限らず、パルス状のエネルギーの量を制御するもの
にも広く応用できる。また、本実施例では、ターレット
板の回転によって任意の1枚の減光フィルターをビーム
光路に挿入することで光量制御を行なったが、ターレッ
ト板以外にリニアスライド方式で多数枚のフィルターを
切り換える方式、ビームスプリッタ(又はハーフミラ
ー)の入射ビームに対する角度を変えて、ビームに対す
る透過率と反射率との比を連続的、又は段階的に変化さ
せ、その透過光、又は反射光を利用する方式等、種々の
ものが適宜利用可能である。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、減光部材
の駆動量、移動位置をモニターし、それが目標値に対し
て許容範囲に入っていればただちにレーザビームをパル
ス発光させるようにしたので、減光部材に特別に高速な
駆動機構(静定までの時間が短い系)を採用しなくて
も、スループットを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される露光装置の全体的な構成を
示す図
【図2】減光器の構成と設定許容範囲について説明する
【図3】図2に示した減光器を制御するための制御系の
構成を示すブロック図
【図4】図3の制御系の動作を説明するタイミングチャ
ート図
【図5】図3の制御系の変形例による動作を説明するタ
イミングチャート図
【図6】レーザ発光の時間間隔を一定値以上に制限する
回路の図
【図7】図6の回路の動作を説明するタイミングチャー
ト図
【符号の説明】
1 エキシマレーザ光源 2 第1の減光器 3 第2の減光器 7 露光制御部 11 モータ 12 ロータリーエンコーダ 13 比較器 14 ゲート回路 15 パルス自掃回路 STg トリガパルス信号 EC 検出信号(アップダウンパルス) TD 許容範囲データ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のトリガ信号に応答してパルス発振
    するレーザ光源を備え、該レーザ光源からの放射ビーム
    を対象物へ照射して所定の処理を加える処理装置におい
    て、 前記放射ビームの光路中に挿脱可能に設けられ、前記放
    射ビームを所定の比率で減衰させる光量可変部材と;該
    光量可変部材の移動位置を検出する位置検出手段と;該
    位置検出手段によって検出される位置が、前記光量可変
    部材の設定許容範囲内にある間だけ前記トリガ信号を前
    記レーザ光源へ送出するトリガ制御手段とを備えたこと
    を特徴とする処理装置。
  2. 【請求項2】 トリガパルス信号に応答してパルス状ビ
    ームを発振するレーザ光源と、該パルス状ビームの光路
    中に挿脱可能に配置され、該ビームの断面積よりも大き
    な面積をもって前記ビームの強度を所定の比率で減衰さ
    せる減光部材と、該減衰されたビームを対象物へ照射し
    て所望の加工を施す加工装置とを備えた処理装置におい
    て、 前記減光部材が前記ビームの光路中に挿入されるときの
    移動位置を検出する位置検出手段と;該位置検出手段で
    検出された移動位置に基づいて、前記減光部材の面積内
    に前記ビームの断面積がほぼ完全に包含されたときだ
    け、検知信号を出力する検知手段と;該検知信号に応答
    して前記レーザ光源に印加すべきトリガパルス信号を生
    成するトリガ制御手段とを備えたことを特徴とする処理
    装置。
  3. 【請求項3】 前記トリガ制御手段は、前記レーザ光源
    の繰り返し発振可能な周波数で前記トリガパルス信号を
    自掃発振するパルス発生回路と、該パルス発生回路から
    連続的に出力されるトリガパルス信号を、前記検知手段
    からの検知信号に応答して前記レーザ光源へ印加するゲ
    ート回路とを含むことを特徴とする請求項第2項に記載
    の装置。
  4. 【請求項4】 前記トリガ制御手段は、前記検知信号を
    受信したときからほぼ一定の周波数でパルス列を発振
    し、前記検知信号が消失したときに発振を中止する他励
    型の発振回路を有し、該発振回路からのパルス列を前記
    トリガパルス信号として前記レーザ光源へ印加すること
    を特徴とする請求項第2項に記載の装置。
JP4176878A 1992-07-03 1992-07-03 レーザ光源を用いた処理装置 Pending JPH0620924A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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