JPH0831734A - Semiconductor exposure device and optimizing method of multiple imagery exposure method - Google Patents

Semiconductor exposure device and optimizing method of multiple imagery exposure method

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JPH0831734A
JPH0831734A JP18896894A JP18896894A JPH0831734A JP H0831734 A JPH0831734 A JP H0831734A JP 18896894 A JP18896894 A JP 18896894A JP 18896894 A JP18896894 A JP 18896894A JP H0831734 A JPH0831734 A JP H0831734A
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JP
Japan
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light source
light
latent image
pattern
projection optical
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JP18896894A
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Japanese (ja)
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Masaya Uematsu
政也 植松
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Sony Corp
Original Assignee
Sony 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
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Exposure In Printing And Copying (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the optimum value of an FLEX step automatically by optically observing a pattern latent image formed to a photochromic material acquired by irradiating a reticle with light from a light source for a projection optical system. CONSTITUTION:Light sources 10, 20 for a projection optical system, the projection optical system 62 for forming an optical image obtained by irradiating a reticle 61 with light from the light sources 10, 20 for the projection optical system onto a substrate, and a substrate stage 66, on which the substrate is placed, are provided. A photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 and a latent-image detection system for optically observing a pattern latent image acquired by irradiating the reticle 61 with light from the light sources for the projection optical system and formed on the photochromic material 70 are provided. The pattern latent image is observed optically, thus automatically obtaining the optimum value of an FLEX step DELTAZ.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大きな焦点深度を付与
するための所謂多重結像露光法(FLEX法、Focus La
titude Enhancement Exposure法)を最適化する機構、
より詳しくは、多重結像露光法におけるFLEXステッ
プを自動的に最適化する機構を有する半導体露光装置、
並びにかかる半導体露光装置を用いた多重結像露光法の
最適化法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called multiple imaging exposure method (FLEX method, Focus Lath) for giving a large depth of focus.
A mechanism for optimizing the
More specifically, a semiconductor exposure apparatus having a mechanism for automatically optimizing a FLEX step in a multiple imaging exposure method,
Also, the present invention relates to an optimization method for a multiple imaging exposure method using such a semiconductor exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体露光装置においては、レジストの
露光に用いる光の波長をλ、レンズの開口数をNAとし
たとき、解像度及び焦点深度DOFは、以下の式で表わ
される。 解像度=k1λ/NA 式(1) DOF=k2λ/NA2 式(2) ここでk1、k2は半導体露光装置に依存した定数であ
る。
2. Description of the Related Art In a semiconductor exposure apparatus, when the wavelength of light used for exposing a resist is λ and the numerical aperture of a lens is NA, resolution and depth of focus DOF are expressed by the following equations. Resolution = k 1 λ / NA Equation (1) DOF = k 2 λ / NA 2 Equation (2) where k 1 and k 2 are constants depending on the semiconductor exposure apparatus.

【0003】従来の半導体露光装置においては、半導体
集積回路の集積度を高めるために、式(1)から明らか
なように、短波長の露光光源を使用する必要がある。こ
の露光光源として、例えば超高圧水銀アークランプやエ
キシマ・レーザを挙げることができる。
In the conventional semiconductor exposure apparatus, it is necessary to use an exposure light source having a short wavelength in order to increase the integration degree of the semiconductor integrated circuit, as is apparent from the equation (1). As the exposure light source, for example, an ultrahigh pressure mercury arc lamp or an excimer laser can be used.

【0004】従来の露光光源においては、射出される露
光光の波長は一定であり、単焦点であるため、波長λが
短くなるに従い、式(2)にて求められる焦点深度が十
分でなくなっている。そのため、段差を有するような領
域(例えば、コンタクトホール部)上のレジストにパタ
ーンを焼き付ける場合、十分な解像度を得ることが困難
になりつつある。
In the conventional exposure light source, since the wavelength of the emitted exposure light is constant and has a single focal point, as the wavelength λ becomes shorter, the depth of focus obtained by the equation (2) becomes insufficient. There is. Therefore, it is becoming difficult to obtain sufficient resolution when a pattern is printed on a resist on a region having a step (for example, a contact hole portion).

【0005】このような焦点深度の問題を解決するため
の一手段に多重結像露光法がある。この多重結像露光法
の概要を、以下、簡単に説明する。通常、レチクルに形
成されたパターンを縮小投影光学系(縮小投影レンズ
等)を用いて、ウエハステージに載置されたウエハ上に
形成されたレジストに転写する。この際、多重結像露光
法においては、ウエハ上に形成されたレジストと縮小投
影光学系との間の距離を変えて、最低2回露光を行う。
ウエハ上に形成されたレジストと縮小投影光学系との間
の距離(z)は、ウエハステージをZ軸方向に移動させ
ることで変化させることができる。
One of the means for solving the problem of the depth of focus is a multiplex imaging exposure method. The outline of this multiple imaging exposure method will be briefly described below. Usually, the pattern formed on the reticle is transferred to a resist formed on a wafer mounted on a wafer stage by using a reduction projection optical system (reduction projection lens or the like). At this time, in the multiple imaging exposure method, exposure is performed at least twice by changing the distance between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system.
The distance (z) between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system can be changed by moving the wafer stage in the Z-axis direction.

【0006】このような多重結像露光法によって得られ
るレジストの厚さ方向の光強度分布を模式的に図14及
び図15に示す。ウエハ上に形成されたレジストと縮小
投影光学系との間の距離がzの場合の露光によって、図
14の左側の(a)のような光強度分布が得られる。ま
た、ウエハ上に形成されたレジストと縮小投影光学系と
の間の距離をz−ΔZ(あるいはz+ΔZ)に変化させ
て露光することによって、図14の中央の(b)のよう
な光強度分布が得られる。尚、多重結像露光法におい
て、このように、ウエハ上に形成されたレジストと縮小
投影光学系との間の距離を各露光毎に変化させるが、こ
のような距離の変化量をFLEXステップと呼び、以
下、ΔZで示す。
14 and 15 schematically show the light intensity distribution in the thickness direction of the resist obtained by such a multiple imaging exposure method. When the distance between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system is z, the light intensity distribution as shown in (a) on the left side of FIG. 14 is obtained by exposure. In addition, by changing the distance between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system to z−ΔZ (or z + ΔZ) and performing exposure, the light intensity distribution as shown in the center (b) of FIG. 14 is obtained. Is obtained. In the multiple imaging exposure method, the distance between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system is changed for each exposure as described above, and the amount of change in such distance is referred to as the FLEX step. This is referred to below as ΔZ.

【0007】このような2回の露光の結果、図14の右
側の(c)に示すような、レジストの厚さ方向の光強度
分布を得ることができる。図14の(c)に示した光強
度分布のピークを結んだ光強度分布を図15の(A)に
示す。このような最低2回の露光を行うことによって、
通常の1回の露光と比較して光強度のピークコントラス
トは低下するものの、焦点深度DOFの値を大きくする
ことが可能になる。尚、露光回数は2回に限定されず、
最適焦点深度及びピークコントラストを得るように、適
宜変更することができる。尚、k回の露光の場合には、
ウエハ上に形成されたレジストと縮小投影光学系との間
の距離を、例えば、z、z+ΔZ、z+2ΔZ、・・
・、z+kΔZに変化させる。
As a result of such double exposure, a light intensity distribution in the thickness direction of the resist can be obtained as shown in (c) on the right side of FIG. The light intensity distribution obtained by connecting the peaks of the light intensity distribution shown in FIG. 14C is shown in FIG. By performing such exposure at least twice,
Although the peak contrast of the light intensity is lower than that of the normal single exposure, the depth of focus DOF can be increased. The number of exposures is not limited to 2 times,
It can be modified appropriately to obtain the optimum depth of focus and peak contrast. In the case of k times of exposure,
The distance between the resist formed on the wafer and the reduction projection optical system is, for example, z, z + ΔZ, z + 2ΔZ, ...
・, Change to z + kΔZ.

【0008】このような多重結像露光法は焦点深度の値
を大きくする効果的な方法である。そして、FLEXス
テップΔZの値を最適化することが重要である。もしも
FLEXステップΔZの値が大きすぎると、図15の
(B)に示すように、ベストフォーカス付近におけるコ
ントラストが低下する。一方、FLEXステップΔZの
値が小さすぎると、図15の(C)に示すように、焦点
深度DOFが狭くなる。
[0008] Such a multiple imaging exposure method is an effective method for increasing the value of the depth of focus. Then, it is important to optimize the value of the FLEX step ΔZ. If the value of the FLEX step ΔZ is too large, the contrast in the vicinity of the best focus is lowered as shown in FIG. On the other hand, if the value of the FLEX step ΔZ is too small, the depth of focus DOF becomes narrow as shown in FIG.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】多重結像露光法を採用
する上での問題点は、レジストに形成すべきパターンサ
イズ及びパターン密度に依存して、FLEXステップΔ
Zの最適値が変化する点にある。パターンサイズ0.4
μm、パターン密度1:2において、FLEXステップ
ΔZを種々変化させて露光したときのベストフォーカス
からの距離のずれと露光されたレジストにおけるパター
ンサイズの関係を、図16に示す。また、パターンサイ
ズ0.32μm、パターン密度1:2、及び、パターン
サイズ0.32μm、パターン密度1:1.7における
同様の関係を図17及び図18に示す。更に、図16〜
図18から求めた、それぞれの条件におけるFLEXス
テップΔZの最適値を下表に示す。尚、パターンサイズ
とは、ウエハ上に形成されたレジストに形成されるパタ
ーンの大きさ(幅)を意味し、パターン密度とは、レジ
ストに形成されたパターンの大きさ(幅)と、パターン
とパターンとの間のスペースの大きさ(幅)の比を意味
する。
The problem in adopting the multiple imaging exposure method is that the FLEX step Δ is dependent on the pattern size and pattern density to be formed on the resist.
There is a point where the optimum value of Z changes. Pattern size 0.4
FIG. 16 shows the relationship between the deviation of the distance from the best focus and the pattern size of the exposed resist when the FLEX step ΔZ is variously changed and the pattern density is 1: 2. 17 and 18 show the same relationship when the pattern size is 0.32 μm, the pattern density is 1: 2, and the pattern size is 0.32 μm and the pattern density is 1: 1.7. Further, FIG.
The optimum values of the FLEX step ΔZ under each condition obtained from FIG. 18 are shown in the table below. The pattern size means the size (width) of the pattern formed on the resist formed on the wafer, and the pattern density means the size (width) of the pattern formed on the resist and the pattern It means the ratio of the size (width) of the space between the patterns.

【0010】 パターンサイズ パターン密度 FLEXステップΔZの最適値 0.4μm 1:2 2.4μm 0.32μm 1:2 1.8μm 0.32μm 1:1.7 2.4μmPattern size Pattern density Optimum value of FLEX step ΔZ 0.4 μm 1: 2 2.4 μm 0.32 μm 1: 2 1.8 μm 0.32 μm 1: 1.7 2.4 μm

【0011】上記の表からも明らかなように、パターン
サイズ及びパターン密度が変化すると、FLEXステッ
プΔZの最適値も変化する。従って、従来の技術におい
ては、パターンサイズ及びパターン密度が変化する度
に、FLEXステップΔZの値を変化させて、実際にパ
ターンをウエハ上に形成されたレジストに焼き付け、か
かる焼き付けられたパターンの測長を例えば測長SEM
を用いて行い、FLEXステップΔZの最適値を求める
といった煩雑な作業を行わなければならなかった。
As is apparent from the above table, when the pattern size and the pattern density change, the optimum value of the FLEX step ΔZ also changes. Therefore, in the conventional technique, the value of the FLEX step ΔZ is changed every time the pattern size and the pattern density are changed, and the pattern is actually printed on the resist formed on the wafer, and the measurement of the baked pattern is performed. For example, length measurement SEM
It has been necessary to perform a complicated work such as obtaining the optimum value of the FLEX step ΔZ by using.

【0012】従って、本発明の目的は、大きな焦点深度
を付与するための所謂多重結像露光法の最適化を行うの
に適した、FLEXステッΔZの最適値を自動的に求め
得る一種の自己診断機構を有する半導体露光装置、並び
にかかる半導体露光装置を用いた多重結像露光法の最適
化法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a kind of self-timer which can automatically obtain an optimum value of FLEX step ΔZ, which is suitable for optimizing a so-called multiple imaging exposure method for giving a large depth of focus. It is an object to provide a semiconductor exposure apparatus having a diagnostic mechanism and an optimization method of a multiple imaging exposure method using such a semiconductor exposure apparatus.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の半導体露光装置は、(イ)投影光学系用光
源と、(ロ)投影光学系用光源からの光をレチクルに照
射することによって得られる光学像を基板に結像させる
ための投影光学系と、(ハ)基板を載置する基板ステー
ジと、(ニ)基板ステージ上に配置されたフォトクロミ
ック材料、(ホ)投影光学系用光源からの光をレチクル
に照射することによって得られたフォトクロミック材料
に形成されたパターン潜像を光学的に観察するための潜
像検出系、を具備したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor exposure apparatus of the present invention comprises: (a) a projection optical system light source and (b) a projection optical system light source for irradiating a reticle. A projection optical system for forming an optical image obtained on the substrate, (c) a substrate stage on which the substrate is mounted, (d) a photochromic material arranged on the substrate stage, and (e) projection optics. A latent image detection system for optically observing a pattern latent image formed on a photochromic material obtained by irradiating a reticle with light from a system light source.

【0014】本発明の半導体露光装置においては、投影
光学系用光源は、レーザ光源、並びにこのレーザ光源か
ら射出された光が入射されそしてこの光の第2高調波に
基づいた波長を有する光を射出する第2高調波発生装置
から成り、レーザ光源は、潜像検出系用光源及びパター
ン潜像を消色するための消色用光源を兼ねていることが
好ましい。この場合、レーザ光源は、レーザダイオー
ド、Nd:YAGから成る固体レーザ媒質及び非線形光
学結晶素子から構成されたLD励起固体レーザから成
り、非線形光学結晶素子から射出された光を潜像検出系
用光源及び消色用光源として用いることができる。ある
いは又、レーザ光源は、レーザダイオード、Nd:YA
Gから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子から
構成されたLD励起固体レーザから成り、レーザダイオ
ードから射出された光を潜像検出系用光源及び消色用光
源として用いることができる。
In the semiconductor exposure apparatus of the present invention, the light source for the projection optical system emits the laser light source and the light having the wavelength based on the second harmonic of the light which is emitted from the laser light source. It is preferable that the laser light source is composed of a second harmonic wave generating device that emits light, and that the laser light source also serves as a light source for a latent image detection system and a color erasing light source for erasing the pattern latent image. In this case, the laser light source includes a laser diode, a solid-state laser medium made of Nd: YAG, and an LD-pumped solid-state laser made up of a nonlinear optical crystal element. And a light source for erasing. Alternatively, the laser light source is a laser diode, Nd: YA
A solid-state laser medium made of G and an LD-pumped solid-state laser made of a nonlinear optical crystal element are used, and light emitted from a laser diode can be used as a latent image detection system light source and a color erasing light source.

【0015】あるいは又、本発明の半導体露光装置にお
いては、投影光学系用光源は、レーザ光源、並びにこの
レーザ光源から射出された光が入射されそしてこの光の
第2高調波に基づいた波長を有する光を射出する第2高
調波発生装置から成り、第2高調波発生装置から射出さ
れた光から長波長成分を有する光を分光するバンドパス
フィルターを更に備え、かかる長波長成分を有する光を
潜像検出系用光源及び消色用光源として用いることが好
ましい。
Alternatively, in the semiconductor exposure apparatus of the present invention, the light source for the projection optical system is a laser light source, and light emitted from the laser light source is incident on the light source and a wavelength based on the second harmonic of the light is emitted. The second harmonic generation device for emitting light, and further comprising a bandpass filter for splitting light having a long wavelength component from the light emitted from the second harmonic generation device. It is preferably used as a light source for a latent image detection system and a light source for erasing.

【0016】本発明の半導体露光装置においては、潜像
検出系と、オフアクシス・アライメント検出系とを兼用
させることができる。この場合、投影光学系用光源から
の光をオフアクシス・アライメント検出系を通してフォ
トクロミック材料に照射することが望ましい。
In the semiconductor exposure apparatus of the present invention, the latent image detection system and the off-axis alignment detection system can be combined. In this case, it is desirable to irradiate the photochromic material with light from the light source for the projection optical system through the off-axis alignment detection system.

【0017】上記の目的を達成するための本発明の多重
結像露光法の最適化法は、(イ)投影光学系から基板ス
テージ上に配置されたフォトクロミック材料までの距離
初期値をZ0とし、投影光学系から基板ステージ上に配
置されたフォトクロミック材料までの距離ZをZ0+Δ
Z×i(但し、i=0,1,2,・・・,K)に順次変
えて、パターンが形成されたレチクルに投影光学系用光
源からの光を照射して得られたパターン光学像を投影光
学系を介してフォトクロミック材料に(K+1)回結像
させる多重結像露光法によってフォトクロミック材料へ
パターンの潜像を形成する工程を、ΔZの値を一定とし
て、距離初期値Z0の値を変化させてM回繰り返し、Z
の値が異なるM個のパターン潜像を形成し、(ロ)前記
工程(イ)を、ΔZの値を変えてN回繰り返し、最終的
にM×(N+1)個のパターン潜像を形成し、(ハ)得
られたパターン潜像を光学的に観察し、(ニ)このパタ
ーン潜像観察結果に基づき最適なΔZの値を求める、各
工程から成ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method of optimizing the multiplex imaging exposure method of the present invention is: (a) The initial distance from the projection optical system to the photochromic material placed on the substrate stage is Z 0. , The distance Z from the projection optical system to the photochromic material arranged on the substrate stage is Z 0 + Δ
A pattern optical image obtained by irradiating a reticle on which a pattern is formed with light from a light source for a projection optical system by sequentially changing to Z × i (where i = 0, 1, 2, ..., K). A step of forming a latent image of a pattern on the photochromic material by a multiple imaging exposure method of forming (K + 1) times on the photochromic material via a projection optical system, with the value of ΔZ being constant and the value of the initial distance value Z 0 being Is changed and repeated M times, Z
Forming M pattern latent images having different values of (b), (b) repeating the step (a) N times by changing the value of ΔZ, and finally forming M × (N + 1) pattern latent images. (C) The obtained pattern latent image is optically observed, and (d) the optimum ΔZ value is obtained based on the result of the pattern latent image observation.

【0018】本発明の多重結像露光法の最適化法におい
ては、フォトクロミック材料に形成されたパターン潜像
に消色用光源からの光を照射することによってパターン
潜像を消色する工程を更に含むことができる。また、パ
ターン潜像の光学的な観察はパターン潜像のコントラス
トの測定から成り、オフアクシス・アライメント検出系
を用いて行うことができる。
In the method for optimizing the multiple imaging exposure method of the present invention, the step of erasing the pattern latent image by irradiating the pattern latent image formed on the photochromic material with light from the erasing light source is further included. Can be included. The optical observation of the latent pattern image consists of measuring the contrast of the latent pattern image and can be performed using an off-axis alignment detection system.

【0019】[0019]

【作用】本発明においては、投影光学系用光源からの光
をレチクルに照射することによって得られるフォトクロ
ミック材料に形成されたパターン潜像を光学的に観察す
ることによって、FLEXステッΔZの最適値を自動的
に求めることができる。それ故、レチクルの交換等によ
ってレジストに形成すべきパターンサイズ及びパターン
密度が変化した場合でも、従来技術のような時間、労
力、費用を費やすことなく、容易に且つ短時間で多重結
像露光法におけるFLEXステップΔZの最適化を図る
ことができる。また、パターン潜像が形成されたフォト
クロミック材料を消色することによって、多重結像露光
法の最適化法を繰り返し実行することができる。尚、本
発明の半導体露光装置の好ましい態様においては、投影
光学系用光源が潜像検出系用光源や消色用光源を兼ねて
いるので、半導体露光装置の構造を簡素化することがで
きる。
In the present invention, the optimum value of the FLEX step ΔZ is determined by optically observing the pattern latent image formed on the photochromic material obtained by irradiating the reticle with the light from the light source for the projection optical system. It can be automatically requested. Therefore, even when the pattern size and the pattern density to be formed on the resist are changed due to the exchange of the reticle and the like, the multiple imaging exposure method can be performed easily and in a short time without spending time, labor and cost unlike the conventional technique. It is possible to optimize the FLEX step ΔZ in. Further, by decoloring the photochromic material on which the pattern latent image is formed, the optimization method of the multiple imaging exposure method can be repeatedly executed. In a preferred embodiment of the semiconductor exposure apparatus of the present invention, the light source for the projection optical system also serves as the light source for the latent image detection system and the light source for erasing, so that the structure of the semiconductor exposure apparatus can be simplified.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings.

【0021】(実施例1)実施例1の半導体露光装置
は、図1、図2、図3及び図9に概念図を示すように、
投影光学系用光源10,20と、投影光学系用光源1
0,20からの光をレチクル61に照射することによっ
て得られる光学像を基板64に結像させるための投影光
学系62と、基板64を載置する基板ステージ66とを
具備している。更に、基板ステージ66上に配置された
フォトクロミック材料70と、投影光学系用光源からの
光をレチクル61に照射することによって得られた、フ
ォトクロミック材料70に形成されたパターン潜像を光
学的に観察するための潜像検出系を具備している。尚、
実施例1においては、更に、フォトクロミック材料70
に形成されたパターン潜像を消色するための消色用光源
が備えられており、投影光学系用光源が、潜像検出系用
光源及び消色用光源を兼ねている。また、パターン潜像
を光学的に観察するための(具体的にはパターン潜像の
コントラストを測定するための)潜像検出系は、オフア
クシス・アライメント検出系を兼用している。
(Embodiment 1) A semiconductor exposure apparatus of Embodiment 1 is as shown in the conceptual diagrams of FIGS. 1, 2, 3 and 9.
Projection optical system light sources 10 and 20, and projection optical system light source 1
A projection optical system 62 for forming an optical image obtained by irradiating the reticle 61 with light from 0 and 20 on a substrate 64, and a substrate stage 66 on which the substrate 64 is mounted. Further, the photochromic material 70 disposed on the substrate stage 66 and the pattern latent image formed on the photochromic material 70 obtained by irradiating the reticle 61 with light from the light source for the projection optical system are optically observed. It is equipped with a latent image detection system for doing so. still,
In the first embodiment, the photochromic material 70 is further added.
An erasing light source is provided for erasing the pattern latent image formed in 1., and the projection optical system light source also serves as the latent image detecting system light source and the erasing light source. Further, the latent image detection system for optically observing the pattern latent image (specifically, for measuring the contrast of the pattern latent image) also serves as the off-axis alignment detection system.

【0022】フォトクロミック材料70に形成されるパ
ターン潜像は、例えば回路パターンの一部から成る。そ
して、図1に示すように、投影光学系用光源10,20
からの光を回路パターンが形成されたレチクル61の一
部分に照射して得られた回路パターン光学像を投影光学
系62によってフォトクロミック材料70に結像させ
る。これによって、フォトクロミック材料70にパター
ン潜像を形成することができる。尚、レチクル61にテ
スト用パターンを形成しておいてもよい。パターン潜像
の形成に関しては後述する。
The pattern latent image formed on the photochromic material 70 is composed of, for example, a part of a circuit pattern. Then, as shown in FIG. 1, the light sources 10, 20 for the projection optical system are used.
A part of the reticle 61 on which the circuit pattern is formed is irradiated with the light from the circuit pattern optical image to form an image on the photochromic material 70 by the projection optical system 62. Thereby, a pattern latent image can be formed on the photochromic material 70. A test pattern may be formed on the reticle 61. The formation of the pattern latent image will be described later.

【0023】フォトクロミック材料70は、例えばスピ
ロピラン系材料から成り、基板チャック67の近傍の基
板ステージ66の表面に蒸着法若しくはスパッタ法にて
形成することができる。フォトクロミック材料70の表
面をPVAあるいはガラス板にて被覆し、フォトクロミ
ック材料70を保護することが望ましい。
The photochromic material 70 is made of, for example, a spiropyran-based material, and can be formed on the surface of the substrate stage 66 near the substrate chuck 67 by vapor deposition or sputtering. It is desirable to cover the surface of the photochromic material 70 with PVA or a glass plate to protect the photochromic material 70.

【0024】投影光学系用光源は、図11に模式図を示
すように、例えば、レーザ光源10、並びにこのレーザ
光源10から射出された光が入射されそしてこの入射光
の第2高調波に基づいた波長を有する光を射出する第2
高調波発生装置20から成る。レーザ光源10は、レー
ザダイオード11、Nd:YAGから成る固体レーザ媒
質12及び非線形光学結晶素子13から構成されたLD
励起固体レーザから成る。また、第2高調波発生装置2
0は、非線形光学結晶素子21、光共振器22及び共振
器長制御装置30から成る。これらのレーザ光源10、
第2高調波発生装置20及び共振器長制御装置30の詳
細については後述する。
The light source for the projection optical system is, for example, as shown in the schematic view in FIG. 11, based on the laser light source 10, the light emitted from the laser light source 10, and the second harmonic of the incident light. Second, which emits light with different wavelengths
It is composed of a harmonic generator 20. The laser light source 10 is an LD including a laser diode 11, a solid-state laser medium 12 made of Nd: YAG, and a nonlinear optical crystal element 13.
It consists of a pumped solid-state laser. In addition, the second harmonic generation device 2
Reference numeral 0 is composed of a nonlinear optical crystal element 21, an optical resonator 22, and a resonator length control device 30. These laser light sources 10,
Details of the second harmonic generation device 20 and the resonator length control device 30 will be described later.

【0025】実施例1においては、投影光学系用光源を
構成するレーザ光源10が、潜像検出系用光源及び消色
用光源を兼ねており、レーザ光源10(より具体的に
は、非線形光学結晶素子13)から射出された光が、パ
ターン潜像の光学的な観察並びにフォトクロミック材料
70の消色のために用いられる。レーザ光源10は、更
に、オフアクシス・アライメント検出系光源をも兼ねて
いる。
In the first embodiment, the laser light source 10 constituting the light source for the projection optical system also serves as the light source for the latent image detection system and the light source for erasing, and the laser light source 10 (more specifically, nonlinear optical The light emitted from the crystal element 13) is used for the optical observation of the pattern latent image and the decolorization of the photochromic material 70. The laser light source 10 also serves as an off-axis alignment detection system light source.

【0026】潜像検出系を兼用しているオフアクシス・
アライメント検出系は、図10に示すように、アライメ
ント顕微鏡40、0次の回析光を検出する第1の光検出
器41、±1次の回析光を検出する第2の光検出器4
2、基板64に形成されたアライメントマーク65で反
射された0次の回析光を第1の光検出器41に入射させ
るためのハーフミラー43、光検出器41,42からの
信号出力を処理する信号処理装置44から構成されてい
る。アライメント顕微鏡40は、小さな開口数NAを有
する通常の光学顕微鏡である。オフアクシス・アライメ
ント検出系用の照明光は、レーザ光源10(具体的に
は、非線形光学結晶素子13)から射出された光を光路
分割手段50で分割することによって得ることができ
る。
Off-axis, which also serves as a latent image detection system
As shown in FIG. 10, the alignment detection system includes an alignment microscope 40, a first photodetector 41 for detecting 0th-order diffracted light, and a second photodetector 4 for detecting ± 1st-order diffracted light.
2. Processing a signal output from the half mirror 43 and the photodetectors 41 and 42 for causing the 0th-order diffracted light reflected by the alignment mark 65 formed on the substrate 64 to enter the first photodetector 41. Signal processing device 44. The alignment microscope 40 is an ordinary optical microscope having a small numerical aperture NA. The illumination light for the off-axis alignment detection system can be obtained by splitting the light emitted from the laser light source 10 (specifically, the nonlinear optical crystal element 13) by the optical path splitting means 50.

【0027】尚、オフアクシス・アライメント検出系に
は、例えば多面回転ミラー(ポリゴンミラー)(図示せ
ず)が設けられており、光路分割手段50から分割され
た光がスキャンされるようになっている。即ち、レーザ
光源10から射出されそして光路分割手段50にて分割
されたオフアクシス・アライメント検出系用の照明光
は、多面回転ミラーを介して、ハーフミラー43、アラ
イメント顕微鏡40を通過し、レジスト63及びアライ
メントマーク65が形成された基板64を一定速度で照
射・スキャンする。アライメントマーク65で回析、散
乱、屈折反射した光を、第1及び第2の光検出器41,
42で検出する。
The off-axis alignment detection system is provided with, for example, a multi-faceted rotating mirror (polygon mirror) (not shown) so that the split light from the optical path splitting means 50 can be scanned. There is. That is, the illumination light for the off-axis alignment detection system emitted from the laser light source 10 and split by the optical path splitting means 50 passes through the multi-face rotation mirror, the half mirror 43 and the alignment microscope 40, and the resist 63. The substrate 64 on which the alignment mark 65 is formed is irradiated and scanned at a constant speed. The light diffracted, scattered, and refracted and reflected by the alignment mark 65 is reflected by the first and second photodetectors 41,
42.

【0028】フォトクロミック材料70には、多重結像
露光法の最適化法におけるパターン潜像形成工程(詳細
は後述する)において、パターン潜像が形成される。ま
た、実施例1の半導体露光装置においては、図2及び図
3に示すように、レーザ光源10(より具体的には、非
線形光学結晶素子13)から射出された光によって、フ
ォトクロミック材料70に形成されたパターン潜像を光
学的に観察し、あるいはパターン潜像を消色する。具体
的には、図2及び図3に示すように、レーザ光源10か
ら射出され、ビームスプリッターあるいはハーフミラー
50、ハーフミラー43、アライメント顕微鏡40を透
過した光によって、基板ステージ66上に配置されたフ
ォトクロミック材料70を照射し、これによって、フォ
トクロミック材料70に形成されたパターン潜像を光学
的に観察し、あるいはパターン潜像を消色する。
A pattern latent image is formed on the photochromic material 70 in a pattern latent image forming step (details will be described later) in the optimization method of the multiple imaging exposure method. In addition, in the semiconductor exposure apparatus of the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the photochromic material 70 is formed by the light emitted from the laser light source 10 (more specifically, the nonlinear optical crystal element 13). The formed pattern latent image is optically observed or the pattern latent image is erased. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the light is emitted from the laser light source 10 and transmitted onto the beam splitter or the half mirror 50, the half mirror 43, and the alignment microscope 40 to be arranged on the substrate stage 66. The photochromic material 70 is irradiated, whereby the pattern latent image formed on the photochromic material 70 is optically observed or the pattern latent image is erased.

【0029】以下、図1、図2及び図4を参照して、本
発明の多重結像露光法の最適化法、より具体的には多重
結像露光法におけるFLEXステップΔZの最適化法に
ついて説明する。尚、このFLEXステップΔZの最適
化法のフロー図を図6に示す。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1, 2 and 4, an optimization method of the multiple imaging exposure method of the present invention, more specifically, an optimization method of the FLEX step ΔZ in the multiple imaging exposure method will be described. explain. A flow chart of the optimization method of this FLEX step ΔZ is shown in FIG.

【0030】[パターン潜像形成工程−1]先ず、図1
に示すように、投影光学系62から基板ステージ66上
に配置されたフォトクロミック材料70までの距離初期
値をZ0とする。そして、投影光学系62から基板ステ
ージ66上に配置されたフォトクロミック材料70まで
の距離ZをZ0+ΔZ×i(但し、i=0,1,2,・
・・,K)に順次変えて、パターンが形成されたレチク
ル61に投影光学系用光源10,20からの光を照射す
る。これによって得られたパターン光学像を投影光学系
62を介してフォトクロミック材料に(K+1)回結像
させる多重結像露光法によって、フォトクロミック材料
70へパターンの潜像を形成する。このようなパターン
潜像形成工程を、ΔZの値を一定として、距離初期値Z
0の値を変化させてM回繰り返し、Zの値が異なるM個
のパターン潜像を形成する。ここで、ΔZがFLEXス
テップである。距離Zの変更は、基板ステージ66をZ
軸方向に移動させることで行うことができる。
[Pattern Latent Image Forming Step-1] First, referring to FIG.
As shown in, the initial value of the distance from the projection optical system 62 to the photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 is Z 0 . Then, the distance Z from the projection optical system 62 to the photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 is Z 0 + ΔZ × i (where i = 0, 1, 2, ...
.., K), and the reticle 61 on which the pattern is formed is irradiated with light from the light sources 10 and 20 for the projection optical system. A latent image of the pattern is formed on the photochromic material 70 by a multiple imaging exposure method in which the pattern optical image thus obtained is imaged (K + 1) times on the photochromic material via the projection optical system 62. In such a pattern latent image forming process, the distance initial value Z
By changing the value of 0 and repeating M times, M pattern latent images having different values of Z are formed. Here, ΔZ is the FLEX step. To change the distance Z, move the substrate stage 66 to Z
This can be done by moving in the axial direction.

【0031】実施例1においては、K=1、M=21と
した。即ち、投影光学系62から基板ステージ66上に
配置されたフォトクロミック材料70までの距離Zを、
0及びZ0+ΔZに順次変えて、フォトクロミック材料
に(K+1)=2回、パターン光学像を結像させて、フ
ォトクロミック材料70へパターン潜像を形成する。そ
して、ΔZの値を一定(例えばΔZ=2.0μm)とし
て、距離初期値Z0の値を例えば0.2μm刻みで変化
させて、上記のパターン潜像形成工程をM=21回繰り
返し、Zの値が異なるM=21個のパターン潜像を形成
した。尚、この際、基板ステージ66を(X,Y)方向
に適宜移動して、フォトクロミック材料70におけるパ
ターン潜像形成位置を変えた。
In the first embodiment, K = 1 and M = 21. That is, the distance Z from the projection optical system 62 to the photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 is
By sequentially changing to Z 0 and Z 0 + ΔZ, a pattern optical image is formed on the photochromic material twice (K + 1) = 2, and a pattern latent image is formed on the photochromic material 70. Then, the value of ΔZ is kept constant (for example, ΔZ = 2.0 μm), the value of the initial distance value Z 0 is changed in steps of 0.2 μm, and the above-described pattern latent image forming step is repeated M = 21 times, Z M = 21 pattern latent images having different values of were formed. At this time, the substrate stage 66 was appropriately moved in the (X, Y) directions to change the pattern latent image forming position on the photochromic material 70.

【0032】フォトクロミック材料70に投影光学系用
光源からの光を照射してパターン潜像を形成すると、図
4に模式的に示すように、パターン潜像が形成された部
分のフォトクロミック材料70の光吸収特性は、短波長
領域に吸収ピークを有する特性(図4に(a)で示す)
から、長波長領域に吸収ピークを有する特性(図4に
(b)で示す)に変化する。
When the pattern latent image is formed by irradiating the photochromic material 70 with light from the light source for the projection optical system, the light of the photochromic material 70 in the portion where the pattern latent image is formed is schematically shown in FIG. The absorption characteristic is a characteristic having an absorption peak in the short wavelength region (shown by (a) in FIG. 4).
Changes to a characteristic having an absorption peak in the long wavelength region (shown by (b) in FIG. 4).

【0033】[パターン潜像形成工程−2]次に、[パ
ターン潜像形成工程−1]を、ΔZを0.2μm刻みで
変えてN回(実施例1においては、N=2)繰り返し、
最終的にM×(N+1)個=63個のパターン潜像を形
成した。尚、[パターン潜像形成工程−1]の繰り返し
の際、距離初期値Z0の値や変化量は常に同じでなくと
もよいし、MやKの値を代えてもよい。
[Pattern latent image forming step-2] Next, [Pattern latent image forming step-1] is repeated N times (N = 2 in the first embodiment) by changing ΔZ in steps of 0.2 μm,
Finally, M × (N + 1) = 63 pattern latent images were formed. When the [pattern latent image forming step-1] is repeated, the distance initial value Z 0 and the amount of change may not always be the same, or the values of M and K may be changed.

【0034】[パターン潜像のコントラスト測定工程]
次に、得られたM×(N+1)個のパターン潜像の光学
的な観察を行う。具体的には、潜像検出系を兼用するオ
フアクシス・アライメント検出系を用いて、パターン潜
像のコントラストの測定を行う(図2参照)。そのため
に、先ず、フォトクロミック材料70に形成されたパタ
ーン潜像がアライメント顕微鏡40の直下に位置するよ
うに、基板ステージ66を移動させる。そして、フォト
クロミック材料70に形成されたパターン潜像のコント
ラストをオフアクシス・アライメント検出系を用いて測
定する。即ち、レーザ光源10から射出されそして光路
分割手段50にて分割され、多面回転ミラーを介して、
ハーフミラー43及びアライメント顕微鏡40を通過し
た光(この光は、オフアクシス・アライメント検出系の
照明光と同等である)で、フォトクロミック材料70の
パターン潜像を照射・スキャンする。パターン潜像が形
成されたフォトクロミック材料70の領域にて反射され
た光は、アライメント顕微鏡40及びハーフミラー43
を経由して、CCDカメラから成る第1の光検出器41
に入射する。
[Contrast measurement process of pattern latent image]
Next, the M × (N + 1) pattern latent images thus obtained are optically observed. Specifically, the contrast of the pattern latent image is measured using an off-axis alignment detection system that also serves as a latent image detection system (see FIG. 2). For this purpose, first, the substrate stage 66 is moved so that the pattern latent image formed on the photochromic material 70 is located immediately below the alignment microscope 40. Then, the contrast of the pattern latent image formed on the photochromic material 70 is measured using an off-axis alignment detection system. That is, the light is emitted from the laser light source 10 and is split by the optical path splitting means 50.
The pattern latent image of the photochromic material 70 is irradiated and scanned with the light that has passed through the half mirror 43 and the alignment microscope 40 (this light is equivalent to the illumination light of the off-axis alignment detection system). The light reflected by the region of the photochromic material 70 on which the pattern latent image is formed is the alignment microscope 40 and the half mirror 43.
Via the first photodetector 41 consisting of a CCD camera
Incident on.

【0035】第1の光検出器41からの信号出力は信号
処理装置44によって信号処理され、図4に(b)にて
示したフォトクロミック材料70の光吸収曲線、即ちコ
ントラストを得ることができる。
The signal output from the first photodetector 41 is signal-processed by the signal processing device 44, and the light absorption curve of the photochromic material 70 shown in FIG. 4B, that is, the contrast can be obtained.

【0036】例えば基板ステージ66をZ方向に移動さ
せることによってアライメント顕微鏡40からフォトク
ロミック材料70までの距離を変えて、各パターン潜像
に対して、最もシャープなコントラスト(最も高いピー
クを有する吸収曲線及び/又は最も狭い半値幅を有する
吸収曲線)を有するフォトクロミック材料70の潜像が
得られたときのコントラスト値(ピーク値)を決定す
る。このような操作を各パターン潜像に対して実行す
る。そして、ΔZの値毎に、投影光学系62から基板ス
テージ66上に配置されたフォトクロミック材料70ま
での距離Zをパラメータとして、コントラスト値(ピー
ク値)を結び、コントラストカーブを得る。このような
コントラストカーブを模式的に図5に示す。実施例1に
おいては、N=2としたので、合計3本のコントラスト
カーブを得る。尚、このようなコントラストカーブの作
成は小型コンピュータを用いて容易に行うことができ
る。
For example, by moving the substrate stage 66 in the Z direction to change the distance from the alignment microscope 40 to the photochromic material 70, the sharpest contrast (absorption curve having the highest peak and And / or the contrast value (peak value) when the latent image of the photochromic material 70 having the absorption curve with the narrowest half-width) is obtained. Such an operation is executed for each pattern latent image. Then, for each value of ΔZ, the contrast value (peak value) is connected using the distance Z from the projection optical system 62 to the photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 as a parameter to obtain a contrast curve. Such a contrast curve is schematically shown in FIG. In Example 1, since N = 2, a total of three contrast curves are obtained. Note that such a contrast curve can be easily created using a small computer.

【0037】[最適FLEXステップΔZの算出工程]
その後、パターン潜像の光学的な観察結果(具体的に
は、パターン潜像のコントラスト測定結果)に基づき、
多重結像露光法におけるFLEXステップΔZの最適値
を求める。
[Calculation Step of Optimal FLEX Step ΔZ]
After that, based on the optical observation result of the pattern latent image (specifically, the contrast measurement result of the pattern latent image),
The optimum value of the FLEX step ΔZ in the multiple imaging exposure method is obtained.

【0038】例えば、図5の曲線(c)に示すコントラ
ストカーブは、FLEXステップΔZの値が大きすぎる
ために、凹部が生じ、ピークが2つ存在する。従って、
ベストフォーカス付近におけるコントラストが低下して
しまい、このようなコントラストカーブを得たときのF
LEXステップΔZの値は最適値ではない。図5の曲線
(a)に示すコントラストカーブは、FLEXステップ
ΔZの値が小さすぎるために、平坦部が狭い。即ち、焦
点深度DOFの値が小さい。従って、このようなコント
ラストカーブを得たときのFLEXステップΔZの値も
最適値ではない。一方、図5の曲線(b)に示すコント
ラストカーブは、FLEXステップΔZの値が最適であ
り、平坦部が広く、しかも凹部は存在しない。即ち、焦
点深度DOFの値が大きく、しかもコントラストカーブ
が広い焦点深度領域に亙って平坦である。従って、この
ようなコントラストカーブを得たときのFLEXステッ
プΔZの値が最適値である。このようにして、FLEX
ステップΔZの最適値を決定する。
For example, in the contrast curve shown in the curve (c) of FIG. 5, since the value of the FLEX step ΔZ is too large, a concave portion is formed and two peaks exist. Therefore,
When the contrast curve like this is obtained because the contrast near the best focus is lowered.
The value of LEX step ΔZ is not the optimum value. The contrast curve shown by the curve (a) in FIG. 5 has a narrow flat portion because the value of the FLEX step ΔZ is too small. That is, the value of the depth of focus DOF is small. Therefore, the value of the FLEX step ΔZ when obtaining such a contrast curve is also not the optimum value. On the other hand, in the contrast curve shown in the curve (b) of FIG. 5, the value of the FLEX step ΔZ is optimum, the flat portion is wide, and there is no recess. That is, the depth of focus DOF is large, and the contrast curve is flat over a wide depth of focus region. Therefore, the value of the FLEX step ΔZ when obtaining such a contrast curve is the optimum value. In this way, FLEX
The optimum value of step ΔZ is determined.

【0039】[パターン潜像消色工程]以上の操作で、
多重結像露光法の最適化が行われる。即ち、具体的に
は、FLEXステップΔZの最適値が求まる。その後、
フォトクロミック材料70に形成されたパターン潜像に
消色用光源からの光を照射することによってパターン潜
像を消色することが望ましい。実施例1の半導体露光装
置においては、図3に示すように、消色用光源を兼ねた
レーザ光源10(より具体的には、非線形光学結晶素子
13)から射出された光を用いて、フォトクロミック材
料70に形成されたパターン潜像を消色する。
[Pattern latent image erasing process] With the above operation,
The multiple imaging exposure method is optimized. That is, specifically, the optimum value of the FLEX step ΔZ is obtained. afterwards,
It is desirable to erase the pattern latent image by irradiating the pattern latent image formed on the photochromic material 70 with light from the erasing light source. In the semiconductor exposure apparatus of Example 1, as shown in FIG. 3, the light emitted from the laser light source 10 (more specifically, the nonlinear optical crystal element 13) that also serves as the light source for erasing is used to perform photochromic. The pattern latent image formed on the material 70 is erased.

【0040】即ち、レーザ光源10から射出され、ビー
ムスプリッターあるいはハーフミラー50、ハーフミラ
ー43、アライメント顕微鏡40を通過した光で、基板
ステージ66上に配置されたフォトクロミック材料70
を照射する。[パターン潜像のコントラスト測定工程]
において、フォトクロミック材料70に形成されたパタ
ーン潜像のコントラストを測定する場合には、フォトク
ロミック材料70へのレーザ光源10からの光の照射時
間を短時間にする。こうすることによって、フォトクロ
ミック材料70に形成されたパターン潜像が消色される
ことを防ぎ得る。フォトクロミック材料70に形成され
たパターン潜像を消色する場合には、フォトクロミック
材料70をレーザ光源10からの光に長時間晒せばよ
い。
That is, the light emitted from the laser light source 10 and passing through the beam splitter or the half mirror 50, the half mirror 43, and the alignment microscope 40 is used to dispose the photochromic material 70 on the substrate stage 66.
Is irradiated. [Pattern latent image contrast measurement process]
When measuring the contrast of the pattern latent image formed on the photochromic material 70, the irradiation time of the light from the laser light source 10 to the photochromic material 70 is shortened. This can prevent the pattern latent image formed on the photochromic material 70 from being erased. When the pattern latent image formed on the photochromic material 70 is erased, the photochromic material 70 may be exposed to the light from the laser light source 10 for a long time.

【0041】以下、参考のために、レジスト露光工程及
びオフアクシス・アライメント方式によるアライメント
操作について、簡単に説明する。
For reference, the resist exposure process and the alignment operation by the off-axis alignment method will be briefly described below.

【0042】レジスト露光工程においては、図9に示す
ように、レーザ光源10から射出された光は第2高調波
発生装置20に入射される。第2高調波発生装置20
は、この入射光の第2高調波に基づいた波長を有する光
を射出する。第2高調波発生装置20から射出された光
は、レチクル61を照射し、レチクル61に形成された
回路パターン等を投影光学系(例えば、縮小投影レン
ズ)62を介して基板64上に形成されたレジスト63
に転写する。レチクル61に形成されたパターンは、レ
ジスト63上に形成すべきパターンが例えば5倍に拡大
されたものである。投影光学系62は、入射した光を透
過し、例えば1/5に縮小した光学像を基板64に形成
されたレジスト63に投影する。これによって、レジス
ト63には微細な回路パターン等が形成される。尚、基
板64は基板ステージ66に載置されている。
In the resist exposure process, as shown in FIG. 9, the light emitted from the laser light source 10 is incident on the second harmonic generator 20. Second harmonic generation device 20
Emits light having a wavelength based on the second harmonic of the incident light. The light emitted from the second harmonic generation device 20 irradiates the reticle 61, and the circuit pattern or the like formed on the reticle 61 is formed on the substrate 64 via the projection optical system (for example, reduction projection lens) 62. Resist 63
Transfer to. The pattern formed on the reticle 61 is a pattern to be formed on the resist 63 magnified five times, for example. The projection optical system 62 transmits the incident light and projects, for example, an optical image reduced to ⅕ onto the resist 63 formed on the substrate 64. As a result, a fine circuit pattern or the like is formed on the resist 63. The substrate 64 is placed on the substrate stage 66.

【0043】レジスト露光工程においては、[最適FL
EXステップΔZの算出工程]にて求めたFLEXステ
ップΔZの最適値を用いた多重結像露光法によって、レ
ジストを露光する。即ち、基板64上に形成されたレジ
スト63と縮小投影光学系62との間の距離をzとし
て、レチクル61に形成された回路パターン等をレジス
ト63に焼き付ける。次に、基板64上に形成されたレ
ジスト63と縮小投影光学系62との間の距離をz−Δ
Z×i(あるいはz+ΔZ×i)(但し、i=1,2,
・・・k)に順次変えて、レジスト露光を行う。これを
k回繰り返す。
In the resist exposure process, the [optimal FL
The step of calculating EX step ΔZ] is performed to expose the resist by the multiple imaging exposure method using the optimum value of FLEX step ΔZ. That is, with the distance between the resist 63 formed on the substrate 64 and the reduction projection optical system 62 set as z, the circuit pattern or the like formed on the reticle 61 is printed on the resist 63. Next, the distance between the resist 63 formed on the substrate 64 and the reduction projection optical system 62 is set to z-Δ.
Z × i (or z + ΔZ × i) (where i = 1, 2,
The resist exposure is performed by sequentially changing to (k). This is repeated k times.

【0044】オフアクシス・アライメント方式によるア
ライメント操作においては、図10に示すように、レー
ザ光源10から射出したオフアクシス・アライメント検
出系用の照明光によって、アライメントマーク65を照
射する。そして、アライメントマーク65で回析、散
乱、屈折反射した光を、第1及び第2の光検出器41,
42で検出する。
In the alignment operation by the off-axis alignment method, as shown in FIG. 10, the alignment mark 65 is illuminated by the illumination light for the off-axis alignment detection system emitted from the laser light source 10. Then, the light diffracted, scattered, refracted and reflected by the alignment mark 65 is reflected by the first and second photodetectors 41,
42.

【0045】この場合、0次の回析光を受光した第1の
光検出器41からの出力信号を信号処理装置44で信号
処理することによって、明視野像を得ることができる。
この明視野像をCRTにて観察する。明視野像は、信号
の重ね合わせ処理を行うことによって得ることができ、
信号出力の平均化効果により再現性の良い像を得ること
ができるが、アライメントマーク検出分解能は低い。基
板64に形成されたグレーティングから成るアライメン
トマーク65からの±1次の回析光を受光した第2の光
検出器42からの出力信号を信号処理装置44で信号処
理することによって、暗視野像を得ることができる。明
視野像と比較して、この暗視野像はアライメントマーク
検出分解能は高いが、像の再現性が低い。回析角がアラ
イメントマーク65の形状等に大きく依存するからであ
る。図10に、基板に形成されたアライメントマーク6
5が観察されたときの第1及び第2の光検出器41,4
2からの信号出力を模式的に示した。明視野像及び暗視
野像を組み合わせることによって、アライメントマーク
65の位置を高い精度で検出することができる。
In this case, a bright field image can be obtained by signal-processing the output signal from the first photodetector 41 which has received the 0th-order diffracted light by the signal processing device 44.
This bright field image is observed on a CRT. A bright field image can be obtained by performing signal superposition processing,
An image with good reproducibility can be obtained by the averaging effect of the signal output, but the alignment mark detection resolution is low. The signal processing device 44 performs signal processing on the output signal from the second photodetector 42 that receives the ± 1st-order diffracted light from the alignment mark 65 formed of a grating formed on the substrate 64, and thereby the dark field image is obtained. Can be obtained. Compared with the bright field image, this dark field image has a higher alignment mark detection resolution, but the image reproducibility is lower. This is because the diffraction angle greatly depends on the shape of the alignment mark 65 and the like. FIG. 10 shows the alignment mark 6 formed on the substrate.
First and second photodetectors 41, 4 when 5 is observed
The signal output from 2 is shown schematically. By combining the bright field image and the dark field image, the position of the alignment mark 65 can be detected with high accuracy.

【0046】このように、潜像検出系用光源、消色用光
源及びオフアクシス・アライメント検出系用の光源をレ
ーザ光源10が兼ねることによって、従来の半導体露光
装置において用いられているHe−Neレーザ等から成
る独立したオフアクシス・アライメント検出系用光源が
不要となり、あるいは独立した潜像検出系用光源や消色
用光源が不要となり、半導体露光装置の製造コストや保
守コストの低減を図ることができる。尚、レーザ光源1
0から射出される光は干渉性が強いので、オフアクシス
・アライメント検出系のアライメントマーク検出分解能
を向上させることができる。
In this way, the laser light source 10 also serves as the light source for the latent image detection system, the light source for the erasing color, and the light source for the off-axis alignment detection system, so that the He-Ne used in the conventional semiconductor exposure apparatus is used. A separate light source for off-axis / alignment detection system, such as a laser, is not required, or a separate light source for latent image detection system or light source for erasing is not required, and the manufacturing cost and maintenance cost of the semiconductor exposure apparatus are reduced. You can The laser light source 1
Since the light emitted from 0 has strong coherence, it is possible to improve the alignment mark detection resolution of the off-axis alignment detection system.

【0047】(実施例2)実施例2は、実施例1の変形
である。レーザ光源10を、レーザダイオード11、N
d:YAGから成る固体レーザ媒質12及び非線形光学
結晶素子13から成るLD励起固体レーザから構成する
点は、実施例1と同様である。実施例1においては、非
線形光学結晶素子13から射出された光を、潜像検出系
用光源及び消色用光源として用いた。これに対して、実
施例2においては、図7に概念図を示すように、レーザ
ダイオード11から射出された光を、潜像検出系用光源
及び消色用光源として用いる。この点が実施例1と相違
する。即ち、レーザ光源10を構成するレーザダイオー
ド11から射出され、ビームスプリッターあるいはハー
フミラー50を介して、ハーフミラー43、アライメン
ト顕微鏡40を通過した光で、基板ステージ66上に配
置されたフォトクロミック材料70を照射し、パターン
潜像の光学的観察あるいは消色を行う。その他の半導体
露光装置の構造及び多重結像露光法の最適化法は、実施
例1と同様とすることができるので、詳細な説明は省略
する。尚、レーザダイオード11から射出された光を、
オフアクシス・アライメント検出系用の照明光として用
いることもできる。
(Embodiment 2) Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1. The laser light source 10 is replaced by a laser diode 11, N
The solid-state laser medium 12 made of d: YAG and the LD-pumped solid-state laser made of the nonlinear optical crystal element 13 are the same as in the first embodiment. In Example 1, the light emitted from the nonlinear optical crystal element 13 was used as the latent image detection system light source and the erasing light source. On the other hand, in the second embodiment, as shown in the conceptual diagram of FIG. 7, the light emitted from the laser diode 11 is used as the latent image detection system light source and the erasing light source. This point is different from the first embodiment. That is, the light emitted from the laser diode 11 constituting the laser light source 10 and passing through the half mirror 43 and the alignment microscope 40 via the beam splitter or the half mirror 50 causes the photochromic material 70 arranged on the substrate stage 66 to be removed. Irradiate and perform optical observation or erasing of the latent pattern image. Other structures of the semiconductor exposure apparatus and the optimization method of the multiple imaging exposure method can be the same as those in the first embodiment, and thus detailed description will be omitted. The light emitted from the laser diode 11 is
It can also be used as illumination light for an off-axis alignment detection system.

【0048】(実施例3)実施例3における投影光学系
用光源は、実施例1あるいは実施例2と同様に、レーザ
光源10、並びにこのレーザ光源から射出された光が入
射されそしてこの入射光の第2高調波に基づいた波長を
有する光を射出する第2高調波発生装置20から成る。
実施例3が実施例1若しくは実施例2と相違する点は、
図8に概念図を示すように、(A)半導体露光装置が第
2高調波発生装置から射出された光から長波長成分を有
する光を分光するバンドパスフィルター80を備えてい
る点、及び、(B)かかる長波長成分を有する光を、潜
像検出系用光源及び消色用光源として用いる点にある。
(Third Embodiment) The light source for the projection optical system in the third embodiment is similar to the first or second embodiment in that the laser light source 10 and the light emitted from the laser light source are incident on the incident light. The second harmonic generation device 20 emits light having a wavelength based on the second harmonic of.
Example 3 is different from Example 1 or Example 2 in that
As shown in the conceptual diagram of FIG. 8, (A) the semiconductor exposure apparatus includes a bandpass filter 80 that disperses light having a long wavelength component from the light emitted from the second harmonic generation device, and (B) The light having such a long wavelength component is used as a light source for a latent image detection system and a light source for erasing.

【0049】第2高調波発生装置20から射出される光
には、レーザ光源10から射出された光の波長(長波長
成分)を有する光が混在している。実施例3において
は、かかる長波長成分を有する光をバンドパスフィルタ
ー80によって分光する。そして、こうして得られた光
を、フォトクロミック材料70に形成されたパターン潜
像の観察用(コントラスト測定用)あるいは消色用とし
て用いる。即ち、第2高調波発生装置20から射出さ
れ、バンドパスフィルター80を介して、ハーフミラー
43、アライメント顕微鏡40を通過した光で、基板ス
テージ66上に配置されたフォトクロミック材料70を
照射する。その他の半導体露光装置の構造及び多重結像
露光法の最適化法は、実施例1と同様とすることができ
るので、詳細な説明は省略する。尚、バンドパスフィル
ター80によって得られた長波長成分を有する光を、オ
フアクシス・アライメント検出系用の照明光として用い
ることもできる。
The light emitted from the second harmonic generation device 20 contains a mixture of light having the wavelength (long wavelength component) of the light emitted from the laser light source 10. In the third embodiment, the bandpass filter 80 disperses the light having the long wavelength component. Then, the light thus obtained is used for observing the pattern latent image formed on the photochromic material 70 (for contrast measurement) or for erasing. That is, the photochromic material 70 disposed on the substrate stage 66 is irradiated with the light emitted from the second harmonic generation device 20 and passing through the bandpass filter 80 and the half mirror 43 and the alignment microscope 40. Other structures of the semiconductor exposure apparatus and the optimization method of the multiple imaging exposure method can be the same as those in the first embodiment, and thus detailed description will be omitted. The light having the long wavelength component obtained by the bandpass filter 80 can be used as the illumination light for the off-axis alignment detection system.

【0050】以上、各実施例にて説明した投影光学系用
光源としての使用に適したレーザ光源10及び第2高調
波発生装置20を、図11、図12及び図13を参照し
て、以下、説明する。
The laser light source 10 and the second harmonic generation device 20 suitable for use as the light source for the projection optical system described in each of the above embodiments will be described below with reference to FIGS. 11, 12 and 13. ,explain.

【0051】図11に示すように、レーザ光源10は、
レーザダイオード11、Nd:YAGから成る固体レー
ザ媒質12、非線形光学結晶素子13から構成された、
第2高調波を射出し得るLD励起固体レーザから成る。
また、第2高調波発生装置20は、非線形光学結晶素子
21及び光共振器22から成る。第2高調波発生装置2
0には、光共振器22の共振器長を制御するための共振
器長制御装置30が更に備えられている。
As shown in FIG. 11, the laser light source 10 is
A laser diode 11, a solid-state laser medium 12 made of Nd: YAG, and a non-linear optical crystal element 13,
It consists of an LD-pumped solid-state laser capable of emitting the second harmonic.
The second harmonic generation device 20 includes a nonlinear optical crystal element 21 and an optical resonator 22. Second harmonic generator 2
0 further includes a resonator length control device 30 for controlling the resonator length of the optical resonator 22.

【0052】実施例1及び実施例2においては、レーザ
光源10から射出された光は、光路分割手段50によっ
て分割され、多重結像露光法の最適化法の実行時及びア
ライメント操作時にはオフアクシス・アライメント検出
系に送られ、一方、レジスト露光時には、第2高調波発
生装置20を構成する光共振器22に入射する。第2高
調波発生装置20は、光共振器22に入射された光の第
2高調波に基づいた波長を有する光(固体レーザ媒質が
生成するレーザ光を基準とした場合、第4高調波)を射
出する。実施例3においては、第2高調波発生装置20
から射出された光は、バンドパスフィルター80によっ
て分光され、多重結像露光法の最適化法の実行時及びア
ライメント操作時にはオフアクシス・アライメント検出
系に送られ、一方、レジスト露光時には、レチクル61
へと送られる。尚、図11には、実施例1での使用に適
した投影光学系用光源を図示した。
In the first and second embodiments, the light emitted from the laser light source 10 is split by the optical path splitting means 50, and is off-axis during the execution of the optimization method of the multiple imaging exposure method and during the alignment operation. It is sent to the alignment detection system, and on the other hand, at the time of resist exposure, it is incident on the optical resonator 22 which constitutes the second harmonic generation device 20. The second harmonic generation device 20 has light having a wavelength based on the second harmonic of the light incident on the optical resonator 22 (fourth harmonic when the laser light generated by the solid-state laser medium is used as a reference). Inject. In the third embodiment, the second harmonic generation device 20
The light emitted from the reticle 61 is dispersed by the bandpass filter 80 and is sent to the off-axis alignment detection system when the optimization method of the multiple imaging exposure method is performed and when the alignment operation is performed.
Sent to. Note that FIG. 11 illustrates a light source for a projection optical system suitable for use in the first embodiment.

【0053】図11に示すように、レーザ光源10は、
例えば、複数のレーザダイオード11(射出光の波長:
808nm)、Nd:YAGから成る固体レーザ媒質1
2(射出光の波長:1064nm)、及びKTP(KT
iOPO4)から成る非線形光学結晶素子13から構成
されている。固体レーザ媒質12は、端面励起方式であ
る。このような構成により、レーザ光源10からは、N
d:YAGから成る固体レーザ媒質の第2高調波である
532nmの光が射出される。レーザ光源10には、N
d:YAGから成る固体レーザ媒質12の前方に1/4
波長板14が配置されている。これによって、レーザ光
源において、所謂ホールバーニング効果による多モード
発振を抑制することができる。
As shown in FIG. 11, the laser light source 10 is
For example, a plurality of laser diodes 11 (wavelength of emitted light:
808 nm), Nd: YAG solid-state laser medium 1
2 (wavelength of emitted light: 1064 nm), and KTP (KT
It is composed of a nonlinear optical crystal element 13 made of iOPO 4 ). The solid-state laser medium 12 is an end face excitation type. With this configuration, the laser light source 10 emits N
Light of 532 nm, which is the second harmonic of the solid-state laser medium made of d: YAG, is emitted. The laser light source 10 has N
1/4 in front of the solid-state laser medium 12 made of d: YAG
The wave plate 14 is arranged. Thereby, in the laser light source, multimode oscillation due to the so-called hole burning effect can be suppressed.

【0054】非線形光学結晶素子13は、平面鏡15及
び凹面鏡16から成る光共振器の光路内に配置されてお
り、所謂外部SHG方式(レーザ発振器の外部に構成し
た光共振器中に配置する方式)を構成する。平面鏡15
は光の殆どを反射する。また、凹面鏡16はNd:YA
Gから成る固体レーザ媒質の第2高調波の殆どを透過
し、その他の波長を有する光を殆ど反射する。凹面鏡1
6は、例えばダイクロイックミラーで構成することがで
きる。
The non-linear optical crystal element 13 is arranged in the optical path of the optical resonator composed of the plane mirror 15 and the concave mirror 16, and is a so-called external SHG method (a method of arranging in the optical resonator formed outside the laser oscillator). Make up. Plane mirror 15
Reflects most of the light. The concave mirror 16 is Nd: YA
It transmits most of the second harmonics of the solid-state laser medium made of G and reflects most of the light having other wavelengths. Concave mirror 1
6 can be constituted by a dichroic mirror, for example.

【0055】図11に示すように、第2高調波発生装置
20は、例えばBBO(β−BaB24)から成る非線
形光学結晶素子21及び光共振器22から構成されてい
る。第2高調波発生装置20を構成する非線形光学結晶
素子21は、光共振器22の光路内に配置されている。
即ち、第2高調波発生装置20は、所謂外部SHG方式
である。この光共振器22においては、所謂フィネス値
(共振のQ値に相当する)を例えば100〜1000程
度と大きくして、光共振器22内部の光密度を、光共振
器22に入射される光の光密度の数百倍とすることによ
って、光共振器22内に配置された非線形光学結晶素子
21の非線形効果を有効に利用することができる。
As shown in FIG. 11, the second harmonic generation device 20 is composed of a nonlinear optical crystal element 21 made of, for example, BBO (β-BaB 2 O 4 ) and an optical resonator 22. The nonlinear optical crystal element 21 that constitutes the second harmonic generation device 20 is arranged in the optical path of the optical resonator 22.
That is, the second harmonic generation device 20 is a so-called external SHG system. In this optical resonator 22, the so-called finesse value (corresponding to the Q value of resonance) is increased to, for example, about 100 to 1000, and the optical density inside the optical resonator 22 is changed to the light incident on the optical resonator 22. By setting the light density to several hundred times, it is possible to effectively utilize the nonlinear effect of the nonlinear optical crystal element 21 arranged in the optical resonator 22.

【0056】光共振器22は、一対の凹面鏡23,24
及び一対の平面鏡25,26から構成されている。第2
高調波発生装置20に入射した光(例えば、532nm
の波長を有する光)は、第1の凹面鏡23を透過し、非
線形光学結晶素子21を透過して少なくとも一部が第2
高調波(例えば、波長266nmの光)にされた後、第
2の凹面鏡24によって反射され、次に、平面鏡25,
26によって反射され、更には、第1の凹面鏡23によ
って反射される。このような状態において、第2の凹面
鏡24に入射した光(例えば、波長266nmの光)の
少なくとも一部が第2の凹面鏡24を透過し、第2高調
波発生装置20からレチクル61に向かって射出され
る。また、平面鏡26から第1の凹面鏡23へと入射し
た光の一部分(例えば、波長532nmの光)は、第1
の凹面鏡23を透過し、後述する共振器長制御装置30
へと入射する。尚、第1及び第2の凹面鏡23,24、
平面鏡25,26は、以上の説明のように光を反射・透
過させるように設計する。第2の凹面鏡24は、例えば
ダイクロイックミラーで構成することができる。尚、実
施例3での使用に適した光共振器22においては、光共
振器22へ入射した光の一部を第2の凹面鏡24から射
出させ得る構造とする。
The optical resonator 22 comprises a pair of concave mirrors 23, 24.
And a pair of plane mirrors 25 and 26. Second
Light incident on the harmonic generator 20 (for example, 532 nm
Light having a wavelength of 2) passes through the first concave mirror 23, the nonlinear optical crystal element 21, and at least a part of the second
After being made into a harmonic wave (for example, light having a wavelength of 266 nm), it is reflected by the second concave mirror 24, and then the plane mirror 25,
It is reflected by 26 and further by the first concave mirror 23. In such a state, at least a part of the light (for example, light having a wavelength of 266 nm) incident on the second concave mirror 24 is transmitted through the second concave mirror 24 and is directed from the second harmonic generation device 20 toward the reticle 61. Is ejected. In addition, a part (for example, light having a wavelength of 532 nm) of the light that has entered the first concave mirror 23 from the plane mirror 26 is the first light.
Is transmitted through the concave mirror 23 and the resonator length control device 30 to be described later.
Incident on. Incidentally, the first and second concave mirrors 23, 24,
The plane mirrors 25 and 26 are designed to reflect / transmit light as described above. The second concave mirror 24 can be composed of, for example, a dichroic mirror. The optical resonator 22 suitable for use in the third embodiment has a structure in which a part of the light incident on the optical resonator 22 can be emitted from the second concave mirror 24.

【0057】第2高調波発生装置20から射出された光
の波長は、第2高調波発生装置20に入射する光を基準
とすれば、かかる入射光の第2高調波である。即ち、第
2高調波発生装置20に入射する入射光の波長は532
nmであり、第2高調波発生装置20から射出する光は
266nmである。尚、Nd:YAGから成る固体レー
ザ媒質12から射出されるレーザ光の波長(1064n
m)を基準とすれば、第2高調波発生装置20から射出
される光は第4高調波に相当する。第2高調波発生装置
20からは、波長266nmの狭帯域を有するレーザ光
が連続的に射出され、かかる光のモード均一性は高い。
尚、第2高調波発生装置20から射出された光には、5
32nmの波長を有する光も混在する。
The wavelength of the light emitted from the second harmonic generation device 20 is the second harmonic of the incident light with reference to the light incident on the second harmonic generation device 20. That is, the wavelength of the incident light incident on the second harmonic generation device 20 is 532
and the light emitted from the second harmonic generation device 20 is 266 nm. The wavelength of the laser light emitted from the solid-state laser medium 12 made of Nd: YAG (1064n
Based on m), the light emitted from the second harmonic generation device 20 corresponds to the fourth harmonic. Laser light having a narrow band with a wavelength of 266 nm is continuously emitted from the second harmonic generation device 20, and the mode uniformity of such light is high.
The light emitted from the second harmonic generation device 20 has a
Light having a wavelength of 32 nm is also mixed.

【0058】第2高調波発生装置20には、更に、共振
器長制御装置30が備えられている。光共振器22の共
振器長(L)は、共振器長制御装置30によって精密に
制御され一定長に保持される。この光共振器22の共振
器長(L)を一定長に精密に保持することにより、第2
高調波発生装置20から射出される射出光の強度を一定
に保持することができる。尚、共振器長(L)は、第1
の凹面鏡23、第2の凹面鏡24、平面鏡25、平面鏡
26、及び第1の凹面鏡23のそれぞれの反射面を結ん
だ光路長に相当する。
The second harmonic generator 20 is further provided with a resonator length controller 30. The resonator length (L) of the optical resonator 22 is precisely controlled by the resonator length control device 30 and is maintained at a constant length. By precisely maintaining the resonator length (L) of the optical resonator 22 at a constant length, the second
The intensity of the emitted light emitted from the harmonic generator 20 can be kept constant. The resonator length (L) is the first
Of the concave mirror 23, the second concave mirror 24, the plane mirror 25, the plane mirror 26, and the first concave mirror 23.

【0059】第2高調波発生装置20から射出される射
出光(第2高調波発生装置20に入射する入射光の第2
高調波)の波長をλとしたとき、光共振器22の共振器
長L0が、λ=L0/N(但し、Nは正数)を満足すると
き(ロック状態とも呼ぶ)、光共振器22は共振し、第
2高調波発生装置20は高強度の光を安定に射出する。
言い換えれば、光共振器22における光路位相差Δが2
πの整数倍のとき、第2高調波発生装置20を構成する
光共振器22は共振状態となる。即ち、ロック状態とな
る。ここで、非線形光学結晶素子21の屈折率をn、厚
さをlとしたとき、光路位相差Δは(4πnl/λ)で
表わすことができる。
Emitted light emitted from the second harmonic generation device 20 (second incident light incident on the second harmonic generation device 20
When the wavelength of the higher harmonics is λ, and the resonator length L 0 of the optical resonator 22 satisfies λ = L 0 / N (where N is a positive number) (also referred to as a lock state), the optical resonance The container 22 resonates, and the second harmonic generation device 20 stably emits high-intensity light.
In other words, the optical path phase difference Δ in the optical resonator 22 is 2
When it is an integral multiple of π, the optical resonator 22 forming the second harmonic generation device 20 is in a resonance state. That is, the lock state is set. Here, when the refractive index of the nonlinear optical crystal element 21 is n and the thickness is 1, the optical path phase difference Δ can be expressed by (4πnl / λ).

【0060】また、光共振器22の共振器長L0±ΔL0
が、λ≠(L0±ΔL0)/N’(但し、N’は正数)の
とき(アンロック状態とも呼ぶ)、第2高調波発生装置
20は低強度の光を射出する。言い換えれば、光共振器
22における光路位相差Δが2πの整数倍からずれたと
き、第2高調波発生装置20を構成する光共振器22は
非共振状態となる。即ち、アンロック状態となる。
The resonator length of the optical resonator 22 L 0 ± ΔL 0
However, when λ ≠ (L 0 ± ΔL 0 ) / N ′ (where N ′ is a positive number) (also referred to as an unlocked state), the second harmonic generation device 20 emits light of low intensity. In other words, when the optical path phase difference Δ in the optical resonator 22 deviates from an integer multiple of 2π, the optical resonator 22 forming the second harmonic generation device 20 is in a non-resonant state. That is, the unlocked state is set.

【0061】従って、第2高調波発生装置20から波長
λの光を安定に射出するためには、光共振器22の共振
器長(L)の経時的な変動(具体的には、例えば、凹面
鏡23,24、平面鏡25,26の位置の変動)を出来
る限り小さくする必要がある。そこで、共振器長制御装
置30の制御によって、第1の凹面鏡23と第2の凹面
鏡24とを結ぶ光軸上で、第1の凹面鏡23を移動させ
たり、かかる光軸に対する第1の凹面鏡23の配置角度
を変化させ、光共振器22の共振器長(L)の経時的な
変動を抑制し、光共振器22の共振器長(L)を一定に
保持する。
Therefore, in order to stably emit the light of wavelength λ from the second harmonic generation device 20, the resonator length (L) of the optical resonator 22 changes with time (specifically, for example, It is necessary to minimize the fluctuation of the positions of the concave mirrors 23 and 24 and the plane mirrors 25 and 26. Therefore, under the control of the resonator length control device 30, the first concave mirror 23 is moved on the optical axis connecting the first concave mirror 23 and the second concave mirror 24, or the first concave mirror 23 with respect to the optical axis. By changing the arrangement angle of the optical resonator 22 to suppress the temporal change of the resonator length (L) of the optical resonator 22 and keep the resonator length (L) of the optical resonator 22 constant.

【0062】共振器長制御装置30は、本出願人が平成
4年3月2日付で特許出願した「レーザ光発生装置」
(特開平5−243661号)に詳述されている。
The resonator length control device 30 is a “laser light generator” for which a patent application was filed by the applicant of the present invention on March 2, 1992.
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-243661).

【0063】この形式の共振器長制御装置30は、図1
1に示すように、フォトダイオード等の光検出器31、
ボイスコイルモータ(VCM)32、ボイスコイルモー
タ制御回路(VCM制御回路)33、位相変調器34か
ら構成される。位相変調器34は、レーザ光源10と第
2高調波発生装置20との間の光路内に配置されてお
り、レーザ光源10から射出された光を位相変調する所
謂EO(電気光学)素子やAO(音響光学)素子から成
る。位相変調器34と第2高調波発生装置20との間に
は、集光レンズ35が配置されている。ボイスコイルモ
ータ32には、光共振器22を構成する第1の凹面鏡2
3が取り付けられている。
A resonator length control device 30 of this type is shown in FIG.
1, a photodetector 31, such as a photodiode,
A voice coil motor (VCM) 32, a voice coil motor control circuit (VCM control circuit) 33, and a phase modulator 34 are included. The phase modulator 34 is arranged in the optical path between the laser light source 10 and the second harmonic generation device 20, and is a so-called EO (electro-optical) element or AO that phase-modulates the light emitted from the laser light source 10. (Acousto-optic) element. A condenser lens 35 is arranged between the phase modulator 34 and the second harmonic generation device 20. The voice coil motor 32 includes the first concave mirror 2 that constitutes the optical resonator 22.
3 is attached.

【0064】図12に模式図を示すように、ボイスコイ
ルモータ32は、磁性材料から成る基体320、1つ以
上の電磁石(所謂ボイスコイル)322、磁性体から成
るヨーク323、及び少なくとも1つのコイルバネ(あ
るいは渦巻き状の板バネ)321から構成された電磁ア
クチュエータである。コイルバネ321は、その一端が
基体320に取り付けられ、そして他端がヨーク323
に取り付けられている。また、ヨーク323には、第1
の凹面鏡23及び電磁石322が取り付けられている。
電磁石322に電流を流すと、磁界が形成され、ヨーク
323と基体320との間の距離が変化する。その結
果、第1の凹面鏡23の位置を移動させることができ
る。即ち、電磁石322に流す電流を制御することによ
って、光共振器22の共振器長(L)を変化させること
ができる。ボイスコイルモータ32に対して、サーボ制
御が行われる。
As shown in the schematic view of FIG. 12, a voice coil motor 32 includes a base 320 made of a magnetic material, one or more electromagnets (so-called voice coils) 322, a yoke 323 made of a magnetic material, and at least one coil spring. (Or a spiral leaf spring) 321 is an electromagnetic actuator. The coil spring 321 has one end attached to the base body 320 and the other end attached to the yoke 323.
Attached to. Further, the yoke 323 has a first
The concave mirror 23 and the electromagnet 322 are attached.
When a current is applied to the electromagnet 322, a magnetic field is formed and the distance between the yoke 323 and the base 320 changes. As a result, the position of the first concave mirror 23 can be moved. That is, the resonator length (L) of the optical resonator 22 can be changed by controlling the current flowing through the electromagnet 322. Servo control is performed on the voice coil motor 32.

【0065】ボイスコイルモータ32の駆動電流は数十
〜数百mA程度である。従って、駆動回路構成を安価に
作製することができる。しかも、サーボループの複共振
の周波数を数十kHz〜100kHz以上とすることが
でき、位相回りの少ない周波数特性を有するため、サー
ボ帯域を数十MHzと広帯域化することができ、安定し
た制御を得ることができる。
The drive current of the voice coil motor 32 is about several tens to several hundreds mA. Therefore, the drive circuit configuration can be manufactured at low cost. Moreover, the frequency of multiple resonance of the servo loop can be set to several tens of kHz to 100 kHz or more, and since the frequency characteristics with few phase rotations are provided, the servo band can be widened to several tens of MHz and stable control can be performed. Obtainable.

【0066】光共振器22がロック状態にあるとき、例
えば第1の凹面鏡23から射出され光検出器31に到達
する光の強度が極小となり、また、かかる光の位相が大
きく変化する。このような変化を利用して光共振器の制
御を行うことが、例えば、R.W.P.Drever, et al. "Lase
r Phase and Frequency Stabilization Using an Optic
al Resonator", Applied Physics B31. 97-105(1983)に
開示されている。光共振器22のロック状態の制御は、
基本的にはこの技術を応用している。
When the optical resonator 22 is in the locked state, for example, the intensity of the light emitted from the first concave mirror 23 and reaching the photodetector 31 is minimized, and the phase of the light is greatly changed. Controlling an optical resonator using such changes is described in, for example, RWP Drever, et al. "Lase
r Phase and Frequency Stabilization Using an Optic
al Resonator ", Applied Physics B31. 97-105 (1983). Control of the locked state of the optical resonator 22 is described in
Basically, this technology is applied.

【0067】即ち、例えば第1の凹面鏡23を透過し、
光検出器31に到達する光の強度が常に極小値(例えば
0)となるように、VCM制御回路33によってボイス
コイルモータ32を駆動して第1の凹面鏡23の位置を
変化させれば、光共振器22のロック状態を安定して保
持することができる。言い換えれば、レーザ光源10か
ら射出された光を位相変調信号に基づき位相変調を施し
て、第2高調波発生装置20に入射させ、第2高調波発
生装置20からの戻り光を光検出器31によって検出す
ることで検出信号を得る。そして、かかる検出信号を、
位相変調信号にて同期検波し、誤差信号を取り出す。こ
の誤差信号が0となるようにVCM制御回路33によっ
て、ボイスコイルモータ32を駆動して第1の凹面鏡2
3の位置を変化させる。
That is, for example, the light is transmitted through the first concave mirror 23,
If the VCM control circuit 33 drives the voice coil motor 32 to change the position of the first concave mirror 23 so that the intensity of the light reaching the photodetector 31 is always a minimum value (for example, 0), The locked state of the resonator 22 can be stably maintained. In other words, the light emitted from the laser light source 10 is phase-modulated based on the phase-modulated signal, is incident on the second harmonic generation device 20, and the return light from the second harmonic generation device 20 is detected by the photodetector 31. A detection signal is obtained by detecting with. Then, the detection signal is
Synchronous detection is performed using the phase modulation signal, and the error signal is extracted. The VCM control circuit 33 drives the voice coil motor 32 so that this error signal becomes 0, and the first concave mirror 2
Change the position of 3.

【0068】VCM制御回路33は、図13に構成図を
示すように、例えば、発振器330、位相変調器駆動回
路331、同期検波回路332、ローパスフィルタ33
3、及びボイスコイルモータ駆動回路(VCM駆動回
路)334から構成されている。
The VCM control circuit 33 has, for example, an oscillator 330, a phase modulator drive circuit 331, a synchronous detection circuit 332, a low pass filter 33, as shown in the configuration diagram of FIG.
3 and a voice coil motor drive circuit (VCM drive circuit) 334.

【0069】発振器330から出力された周波数f
m(例えば10MHz)の変調信号は、位相変調器駆動
回路331を介して位相変調器34に送られる。位相変
調器34においては、レーザ光源10から射出された光
(周波数fO。1014Hzオーダー)に位相変調が施さ
れ、周波数fO±fmのサイドバンドが生成される。
The frequency f output from the oscillator 330
The m (for example, 10 MHz) modulation signal is sent to the phase modulator 34 via the phase modulator driving circuit 331. In the phase modulator 34, the light emitted from the laser light source 10 (frequency f O, on the order of 10 14 Hz) is subjected to phase modulation, and sidebands having a frequency f O ± f m are generated.

【0070】光共振器22を構成する第1の凹面鏡23
を通過して光共振器22の系外に射出された光(周波
数:fO及びfO±fm)は、光検出器31によって検出
される。このような周波数(fO及びfO±fm)を有す
る光の間のビートを検出するFMサイドバンド法によっ
て、極性を有する誤差信号を得ることができ、かかる誤
差信号に基づき光共振器22の共振器長(L)を制御す
る。
The first concave mirror 23 constituting the optical resonator 22.
The light (frequency: f O and f O ± f m ) that has passed through and exited the system of the optical resonator 22 is detected by the photodetector 31. The FM sideband method for detecting the beat between the light having such a frequency (f O and f O ± f m), it is possible to obtain an error signal having a polarity, such on the basis of the error signal optical resonator 22 Control the cavity length (L) of the.

【0071】即ち、この光検出器31から出力された信
号は、同期検波回路332に送られる。この信号は、周
波数fOの光の強度信号と、周波数fmの変調信号に対応
する信号とが重畳された信号である。同期検波回路33
2には、発振器330から出力された変調信号も(必要
に応じて波形整形や位相遅延等が施されて)供給され
る。光検出器31から出力された信号と変調信号とは同
期検波回路322において乗算され、同期検波が行われ
る。同期検波回路332から出力された検波出力信号は
ローパスフィルタ333に入力され、ローパスフィルタ
333においてこの検波出力信号から変調信号成分を除
去することで、光共振器22の共振器長の誤差信号が生
成される。ここで、誤差信号とは、光共振器22の設定
共振器長(L0)に対する測定共振器長(L0±ΔL0
の差(±ΔL0)を表わす信号である。
That is, the signal output from the photodetector 31 is sent to the synchronous detection circuit 332. This signal is a signal in which a light intensity signal of frequency f O and a signal corresponding to a modulation signal of frequency f m are superimposed. Synchronous detection circuit 33
The modulated signal output from the oscillator 330 (with waveform shaping and phase delay applied as necessary) is also supplied to 2. The signal output from the photodetector 31 and the modulated signal are multiplied in the synchronous detection circuit 322 to perform synchronous detection. The detection output signal output from the synchronous detection circuit 332 is input to the low-pass filter 333. By removing the modulation signal component from the detection output signal in the low-pass filter 333, an error signal of the resonator length of the optical resonator 22 is generated. To be done. Here, the error signal means the measured resonator length (L 0 ± ΔL 0 ) with respect to the set resonator length (L 0 ) of the optical resonator 22.
Is a signal representing the difference (± ΔL 0 ).

【0072】この誤差信号はVCM駆動回路334に送
られ、かかる誤差信号に基づきボイスコイルモータ32
が駆動され(具体的には、電磁石322に流れる電流を
制御し)、第1の凹面鏡23を透過しそして光検出器3
1に到達する光が極小値となるように(言い換えれば、
光共振器22の共振器長がL0となり、誤差信号が0と
なるように)、光共振器22の共振器長(L)が調整さ
れる。
This error signal is sent to the VCM drive circuit 334, and the voice coil motor 32 is based on this error signal.
Are driven (specifically, by controlling the current flowing through the electromagnet 322), the light is transmitted through the first concave mirror 23 and the photodetector 3
So that the light reaching 1 has a minimum value (in other words,
The resonator length (L) of the optical resonator 22 is adjusted so that the resonator length of the optical resonator 22 becomes L 0 and the error signal becomes 0).

【0073】光共振器22の共振器長(L)がL0に設
定されている場合(即ち、ロック状態においては)、共
振器長制御装置30の制御によって、光共振器22の共
振器長(L)の経時的な変動を、第2高調波発生装置2
0に入射する光の波長の1/1000〜1/10000
に抑えることができる。
When the resonator length (L) of the optical resonator 22 is set to L 0 (that is, in the locked state), the resonator length control device 30 controls the resonator length of the optical resonator 22. The fluctuation of (L) over time is measured by the second harmonic generation device 2
1/1000 to 1/10000 of the wavelength of light incident on 0
Can be suppressed to

【0074】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した[パターン潜像形成工程−
1]、[パターン潜像形成工程−2]及び[パターン潜
像のコントラスト測定工程]の順序を以下のように変更
することも、本発明の多重結像露光法の最適化法に包含
される。 (1)[パターン潜像形成工程−1] (2)[パターン潜像のコントラスト測定工程] (3)[パターン潜像形成工程−2] (4)[パターン潜像のコントラスト測定工程] (5)必要に応じて(3)及び(4)の繰り返し
The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. [Pattern latent image forming step-
1], [pattern latent image forming step-2] and [pattern latent image contrast measuring step] may be changed as follows, which is also included in the optimization method of the multiple imaging exposure method of the present invention. . (1) [Pattern latent image forming step-1] (2) [Pattern latent image contrast measuring step] (3) [Pattern latent image forming step-2] (4) [Pattern latent image contrast measuring step] (5 ) Repeat (3) and (4) if necessary

【0075】更には、[パターン潜像形成工程−1]に
て説明したパターン潜像形成工程の実行の後、直ちに
[パターン潜像のコントラスト測定工程]を行い、これ
らの操作を必要回数繰り返すことも、本発明の多重結像
露光法の最適化法に包含される。
Further, immediately after the execution of the pattern latent image forming step described in [Pattern latent image forming step-1], the [Pattern latent image contrast measuring step] is performed and these operations are repeated a necessary number of times. Is also included in the optimization method of the multiple imaging exposure method of the present invention.

【0076】光ファイバを使用して、光路分割手段50
やバンドパスフィルター80からアライメント顕微鏡4
0を介さず、直接、フォトクロミック材料70へと光を
伝達することができる。光路分割手段50は、ビームス
プリッターやハーフミラー以外にも、光路を分割し得る
如何なる手段とすることもできる。
Optical path splitting means 50 using an optical fiber
Or bandpass filter 80 to alignment microscope 4
Light can be directly transmitted to the photochromic material 70 without passing through 0. The optical path splitting means 50 may be any means capable of splitting the optical path other than the beam splitter and the half mirror.

【0077】本発明の半導体露光装置は、上述した実施
例のような屈折系の光学系を用いた投影露光装置にのみ
限定されるものでなく、例えば反射系の光学系を用いた
半導体露光装置や近接露光装置にも応用することができ
る。
The semiconductor exposure apparatus of the present invention is not limited to the projection exposure apparatus using the refraction-type optical system as in the above-mentioned embodiments, and for example, the semiconductor exposure apparatus using the reflection-type optical system. And a proximity exposure apparatus.

【0078】フォトクロミック材料は、スピロピラン以
外にも、各種有機系フォトクロミック材料あるいは無機
系フォトクロミック材料を用いることができる。有機系
フォトクロミック材料として、光酸化還元(メチレンブ
ルー+Fe2+)、光解離反応による遊離基の生成(βテ
トラクロロ−1−ケトジヒドロナフタレン)、分子内水
素移動に伴う互変異性化(サリチリデンアニリン)、シ
ス−トランス光異性化(アゾベンゼン)、光重合(アン
トラセン)等の反応形態によるフォトクロミック材料を
例示することができる。また、無機系フォトクロミック
材料として、SrTiO3などの酸化物に遷移金属元素
をドープしたもの、CaF2などのフッ化物に稀土類元
素をドープしたもの、ケイ酸塩ガラスなどのガラスに銀
ハライドを分散させたものを用いることができる。以下
に、物質とドーパントを例示する。 物質 ドーパント SrTiO3 Fe/Mo,Ni/Mo CaTiO3 Fe,Zn,Sb,V,Ni/Mo TiO2 Fe,Cr,Cu,Na,Mn BaTiO3 Fe,Zn,Sb,V CaWO4 Bi Nb25 Fe SnO2 Cu CaF2 Ce,Gd,Tb,La CaF2 Eu/Sm BaF2 Eu/Sm ケイ酸塩ガラス Eu,Ce,Zr ケイ酸塩ガラス AgBr,AgCl AgI・HgI2 −−
As the photochromic material, various organic photochromic materials or inorganic photochromic materials other than spiropyran can be used. As organic photochromic materials, photo-oxidation reduction (methylene blue + Fe 2+ ), generation of free radicals by photodissociation reaction (β-tetrachloro-1-ketodihydronaphthalene), tautomerization associated with intramolecular hydrogen transfer (salicylidene) Examples of the photochromic material include a reaction form such as aniline), cis-trans photoisomerization (azobenzene), and photopolymerization (anthracene). As an inorganic photochromic material, oxides such as SrTiO 3 doped with transition metal elements, fluorides such as CaF 2 doped with rare earth elements, and silver halides dispersed in glass such as silicate glass. What was made to use can be used. Examples of substances and dopants are shown below. Material Dopant SrTiO 3 Fe / Mo, Ni / Mo CaTiO 3 Fe, Zn, Sb, V, Ni / Mo TiO 2 Fe, Cr, Cu, Na, Mn BaTiO 3 Fe, Zn, Sb, V CaWO 4 Bi Nb 2 O 5 Fe SnO 2 Cu CaF 2 Ce, Gd, Tb, La CaF 2 Eu / Sm BaF 2 Eu / Sm Silicate glass Eu, Ce, Zr Silicate glass AgBr, AgCl AgI · HgI 2 ---

【0079】投影光学系用光源を構成するレーザ光源1
0、第2高調波発生装置20及び共振器長制御装置30
の構造は例示であり、適宜設計変更することができる
し、他の形式の投影光学系用光源を用いることもでき
る。潜像検出系や消色用光源を投影光学系用光源とは独
立して設けてもよい。
Laser light source 1 constituting a light source for projection optical system
0, the second harmonic generation device 20, and the resonator length control device 30
The above structure is an example, and the design can be changed as appropriate, and a light source for a projection optical system of another type can be used. The latent image detection system and the erasing light source may be provided independently of the projection optical system light source.

【0080】レーザ光源10、第2高調波発生装置20
及び共振器長制御装置30から投影光学系用光源を構成
する場合、固体レーザ媒質は、Nd:YAG以外にも、
Nd:YVO4、Nd:BEL、LNP等から構成する
ことができる。レーザダイオードによる固体レーザ媒質
の励起方式も、端面励起方式だけでなく、側面励起方式
や表面励起方式とすることができ、更にはスラブ固体レ
ーザを用いることもできる。また、非線形光学結晶素子
として、KTPやBBOの他にも、LN、QPM L
N、LBO、KN等、入射光や射出光に要求される光の
波長に依存して適宜選定することができる。
Laser light source 10 and second harmonic generator 20
In the case of configuring the projection optical system light source from the resonator length control device 30, the solid-state laser medium is not limited to Nd: YAG.
It can be composed of Nd: YVO 4 , Nd: BEL, LNP and the like. The pumping method of the solid-state laser medium by the laser diode can be not only the edge pumping method but also the side pumping method and the surface pumping method, and further, a slab solid-state laser can be used. In addition to KTP and BBO, LN and QPM L are also used as nonlinear optical crystal elements.
N, LBO, KN or the like can be appropriately selected depending on the wavelength of light required for incident light or emitted light.

【0081】一対の反射鏡から成る光共振器の光路内に
固体レーザ媒質と非線形光学結晶素子が配置された、所
謂内部SHG方式のレーザ光源を用いることもできる。
また、固体レーザ媒質12からの射出光を非線形光学結
晶素子13に通すような構造(即ち、平面鏡15及び凹
面鏡16から成る光共振器を省略する構造)とすること
もできる。更には、レーザ光源として、LD励起固体レ
ーザの代わりに、例えば青色半導体レーザを使用し、か
かる半導体レーザの射出光を第2高調波発生装置に直接
入射させることもできるし、かかる半導体レーザと非線
形光学結晶素子とを組み合わせた所謂内部SHG方式か
ら成るレーザ光源と第2高調波発生装置との組み合わせ
構造とすることもできる。また、平面鏡15及び凹面鏡
16から成る光共振器の共振器長の制御のために、共振
器長制御装置30を別途設けることもできる。
It is also possible to use a so-called internal SHG type laser light source in which a solid-state laser medium and a nonlinear optical crystal element are arranged in the optical path of an optical resonator composed of a pair of reflecting mirrors.
Further, it is also possible to adopt a structure in which light emitted from the solid-state laser medium 12 is passed through the nonlinear optical crystal element 13 (that is, a structure in which the optical resonator including the plane mirror 15 and the concave mirror 16 is omitted). Further, as the laser light source, for example, a blue semiconductor laser can be used instead of the LD pumped solid-state laser, and the emitted light of such a semiconductor laser can be directly incident on the second harmonic generation device, or it can be nonlinear with the semiconductor laser. It is also possible to have a combination structure of a laser light source of a so-called internal SHG system in which an optical crystal element is combined and a second harmonic generation device. Further, a resonator length control device 30 may be separately provided for controlling the resonator length of the optical resonator including the plane mirror 15 and the concave mirror 16.

【0082】第2高調波発生装置20における光共振器
22の構造を、例えば、凹面鏡と平面鏡から構成された
ファブリ−ペロー型共振器とすることもできる。この場
合、第2高調波発生装置20に入射する入射光を透過
し、そして第2高調波発生装置20からの戻り光を反射
する反射鏡を、第2高調波発生装置20の手前に配置
し、かかる反射鏡で反射された光を光検出器31で検出
すればよい。光共振器22の共振器長を変えるために
は、第1の凹面鏡23を移動させるだけでなく、他の鏡
を移動させてもよい。
The structure of the optical resonator 22 in the second harmonic generation device 20 may be, for example, a Fabry-Perot type resonator composed of a concave mirror and a plane mirror. In this case, a reflecting mirror that transmits the incident light incident on the second harmonic generation device 20 and reflects the returned light from the second harmonic generation device 20 is arranged in front of the second harmonic generation device 20. The light reflected by the reflecting mirror may be detected by the photodetector 31. In order to change the resonator length of the optical resonator 22, not only the first concave mirror 23 may be moved but other mirrors may be moved.

【0083】共振器長制御装置30の別の態様として、
PZT等から成る共振器長制御装置を挙げることができ
る。即ち、光共振器22を構成する第1の凹面鏡23を
移動させるために、PZT等から成る積層圧電素子及び
共振器長(L)の長さ変化に比例した信号をこの積層圧
電素子に供給する制御装置から成る共振器長制御装置を
用い、かかる信号をフィードバックしてサーボループを
構成する。これによって、光共振器22の共振器長の制
御を行い、第2高調波発生装置20から射出される射出
光の強度制御を行うこともできる。
As another mode of the resonator length control device 30,
An example of the resonator length control device is PZT. That is, in order to move the first concave mirror 23 forming the optical resonator 22, a laminated piezoelectric element made of PZT or the like and a signal proportional to the length change of the resonator length (L) are supplied to this laminated piezoelectric element. A resonator length control device including a control device is used to feed back such a signal to form a servo loop. Thereby, the resonator length of the optical resonator 22 can be controlled, and the intensity of the emitted light emitted from the second harmonic generation device 20 can be controlled.

【0084】第2高調波発生装置から射出される光は、
レーザ光源からの入射光の第2高調波に基づいた波長を
主に有する光であるが、この第2高調波発生装置から射
出される光の波長は、実施例にて説明したように、固体
レーザ媒質の射出する光を基準とした第4高調波だけで
なく、第5高調波とすることもできる。この場合には、
例えばNd:YAGから成る固体レーザ媒質から射出さ
れる光(波長:1064nm)と、第2高調波発生装置
20から射出される光(波長:266nm)とを合成し
て、再び別の第2高調波発生装置20(例えば、非線形
光学結晶素子として有機結晶の urea CO(NH22
を用いる)を通すことによって、Nd:YAGから成る
固体レーザ媒質の第5高調波(波長:213nm)を生
成することができる。
The light emitted from the second harmonic generator is
Although the light mainly has a wavelength based on the second harmonic of the incident light from the laser light source, the wavelength of the light emitted from the second harmonic generator is the solid state as described in the embodiment. Not only the fourth harmonic wave based on the light emitted from the laser medium but also the fifth harmonic wave can be used. In this case,
For example, the light (wavelength: 1064 nm) emitted from the solid-state laser medium made of Nd: YAG and the light (wavelength: 266 nm) emitted from the second harmonic generation device 20 are combined, and another second harmonic is generated again. Wave generator 20 (for example, urea CO (NH 2 ) 2 which is an organic crystal as a nonlinear optical crystal element)
The fifth harmonic (wavelength: 213 nm) of the solid-state laser medium made of Nd: YAG can be generated.

【0085】基板としては、シリコン半導体基板や、G
aAs等の化合物半導体基板、TFT等を形成するため
のガラス基板等を例示することができる。
As the substrate, a silicon semiconductor substrate or G
Examples thereof include compound semiconductor substrates such as aAs, glass substrates for forming TFTs, and the like.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明の多重結像露光法の最適化法によ
り、レチクルの交換等によってレジストに形成すべきパ
ターンサイズ及びパターン密度が変化した場合でも、従
来技術のような時間、労力、費用を費やすことなく、容
易に短時間で多重結像露光法におけるFLEXステップ
ΔZの最適化を図ることができる。また、パターン潜像
が形成されたフォトクロミック材料を消色することによ
って、多重結像露光法の最適化法を繰り返し実行するこ
とができる。更には、本発明の半導体露光装置の好まし
い態様においては、投影光学系用光源が潜像検出系の光
源や消色用光源を兼ねているので、半導体露光装置の構
造を簡素化することができ、半導体露光装置のコストア
ップや保守のために多くの費用を必要とすることがな
い。
According to the optimization method of the multiple imaging exposure method of the present invention, even when the pattern size and the pattern density to be formed on the resist are changed due to the exchange of the reticle, the time, labor and cost as in the prior art are required. It is possible to easily optimize the FLEX step ΔZ in the multiplex imaging exposure method without spending time. Further, by decoloring the photochromic material on which the pattern latent image is formed, the optimization method of the multiple imaging exposure method can be repeatedly executed. Furthermore, in a preferred aspect of the semiconductor exposure apparatus of the present invention, the light source for the projection optical system also serves as the light source for the latent image detection system and the light source for erasing, so that the structure of the semiconductor exposure apparatus can be simplified. Therefore, it does not require much cost for increasing the cost and maintenance of the semiconductor exposure apparatus.

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

【図1】実施例1の半導体露光装置の概念図であり、多
重結像露光法の最適化法における潜像形成工程を示す図
である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus according to a first embodiment and is a diagram showing a latent image forming step in an optimization method of a multiplex image formation exposure method.

【図2】実施例1の半導体露光装置の概念図であり、多
重結像露光法の最適化法における潜像のコントラスト測
定工程を示す図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus according to a first embodiment, and is a diagram showing a latent image contrast measurement step in an optimization method of a multiple imaging exposure method.

【図3】実施例1の半導体露光装置の概念図であり、多
重結像露光法の最適化法における潜像消色工程を示す図
である。
FIG. 3 is a conceptual diagram of the semiconductor exposure apparatus according to the first embodiment, and is a diagram showing a latent image erasing step in the optimization method of the multiple imaging exposure method.

【図4】フォトクロミック材料の光吸収曲線の変化を模
式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing changes in a light absorption curve of a photochromic material.

【図5】種々のΔZにおけるコントラストカーブを模式
的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing contrast curves at various ΔZ.

【図6】多重結像露光法の最適化法の工程のフロー図で
ある。
FIG. 6 is a flow chart of steps of an optimization method of a multiplex imaging exposure method.

【図7】実施例2の半導体露光装置の概念図であり、多
重結像露光法の最適化法における潜像のコントラスト測
定工程を示す図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus according to a second embodiment, and is a diagram showing a latent image contrast measurement step in an optimization method of a multiple imaging exposure method.

【図8】実施例3の半導体露光装置の概念図であり、多
重結像露光法の最適化法における潜像のコントラスト測
定工程を示す図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus according to a third embodiment, and is a diagram showing a latent image contrast measurement step in an optimization method of a multiple imaging exposure method.

【図9】レジスト露光工程を説明するための半導体露光
装置の概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus for explaining a resist exposure process.

【図10】オフアクシス・アライメント方式によるアラ
イメント操作を説明するための半導体露光装置の概念図
である。
FIG. 10 is a conceptual diagram of a semiconductor exposure apparatus for explaining an alignment operation by an off-axis alignment method.

【図11】レーザ光源、第2高調波発生装置及び共振器
長制御装置の模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a laser light source, a second harmonic generation device, and a resonator length control device.

【図12】ボイスコイルモータの模式図である。FIG. 12 is a schematic view of a voice coil motor.

【図13】共振器長制御装置を構成するVCM制御回路
の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a VCM control circuit that constitutes a resonator length control device.

【図14】多重結像露光法によって得られるレジストの
厚さ方向の光強度分布を模式的に示す図である。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a light intensity distribution in the thickness direction of a resist obtained by a multiple imaging exposure method.

【図15】多重結像露光法によって得られるレジストの
厚さ方向の光強度分布を模式的に示す図である。
FIG. 15 is a diagram schematically showing a light intensity distribution in the thickness direction of a resist obtained by a multiple imaging exposure method.

【図16】FLEXステップΔZを変化させて露光した
ときのベストフォーカスからの距離のずれと露光パター
ンサイズの関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the deviation of the distance from the best focus and the exposure pattern size when exposure is performed by changing the FLEX step ΔZ.

【図17】FLEXステップΔZを変化させて露光した
ときのベストフォーカスからの距離のずれと露光パター
ンサイズの関係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the deviation of the distance from the best focus and the exposure pattern size when exposure is performed while changing the FLEX step ΔZ.

【図18】FLEXステップΔZを変化させて露光した
ときのベストフォーカスからの距離のずれと露光パター
ンサイズの関係を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the deviation of the distance from the best focus and the exposure pattern size when exposure is performed by changing the FLEX step ΔZ.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ光源 11 レーザダイオード 12 固体レーザ媒質 13 非線形光学結晶素子 14 1/4波長板 15 平面鏡 16 凹面鏡 20 第2高調波発生装置 21 非線形光学結晶素子 22 光共振器 23 第1の凹面鏡 24 第2の凹面鏡 25,26 平面鏡 30 共振器長制御装置 31 光検出器 32 ボイスコイルモータ 320 基体 321 コイルバネ 322 電磁石 323 ヨーク 33 VCM制御回路 330 発振機 331 位相変調器駆動回路 332 同期検波回路 333 ローパスフィルタ 334 VCM駆動回路 34 位相変調器 35 集光レンズ 40 アライメント顕微鏡 41,42 光検出器 43,71 ハーフミラー 44 信号処理装置 50 光路分割手段 61 レチクル 62 投影光学系 63 レジスト 64 基板 65 アライメントマーク 66 基板ステージ 67 基板チャック 70 フォトクロミック材料 80 バンドパスフィルター 10 Laser Light Source 11 Laser Diode 12 Solid State Laser Medium 13 Nonlinear Optical Crystal Element 14 Quarter Wave Plate 15 Plane Mirror 16 Concave Mirror 20 Second Harmonic Generator 21 Nonlinear Optical Crystal Element 22 Optical Cavity 23 First Concave Mirror 24 Second Concave mirror 25, 26 Plane mirror 30 Resonator length control device 31 Photodetector 32 Voice coil motor 320 Base body 321 Coil spring 322 Electromagnet 323 Yoke 33 VCM control circuit 330 Oscillator 331 Phase modulator drive circuit 332 Synchronous detection circuit 333 Low-pass filter 334 VCM drive Circuit 34 Phase modulator 35 Condenser lens 40 Alignment microscope 41, 42 Photodetector 43, 71 Half mirror 44 Signal processing device 50 Optical path splitting means 61 Reticle 62 Projection optical system 63 Resist 64 Substrate 65 Alignment Over click 66 substrate stage 67 substrate chuck 70 photochromic material 80 band-pass filter

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(イ)投影光学系用光源と、 (ロ)投影光学系用光源からの光をレチクルに照射する
ことによって得られる光学像を基板に結像させるための
投影光学系と、 (ハ)基板を載置する基板ステージと、 (ニ)基板ステージ上に配置されたフォトクロミック材
料、 (ホ)投影光学系用光源からの光をレチクルに照射する
ことによって得られたフォトクロミック材料に形成され
たパターン潜像を光学的に観察するための潜像検出系、
を具備したことを特徴とする半導体露光装置。
1. A light source for a projection optical system, and a projection optical system for forming an optical image obtained by irradiating a reticle with light from the light source for a projection optical system on a substrate. (C) A substrate stage on which a substrate is placed, (d) a photochromic material placed on the substrate stage, and (e) a photochromic material obtained by irradiating a reticle with light from a light source for a projection optical system. Latent image detection system for optically observing the formed pattern latent image,
A semiconductor exposure apparatus comprising:
【請求項2】投影光学系用光源は、レーザ光源、並びに
該レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第2高調波に基づいた波長を有する光を射出する第2高
調波発生装置から成り、 該レーザ光源は、潜像検出系用光源及びパターン潜像を
消色するための消色用光源を兼ねていることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体露光装置。
2. A light source for a projection optical system, a laser light source, and a second harmonic wave generating light which has a wavelength based on a second harmonic wave of the light when the light emitted from the laser light source is incident. 2. The semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein the laser light source also serves as a latent image detection system light source and a color erasing light source for erasing the pattern latent image.
【請求項3】レーザ光源は、レーザダイオード、Nd:
YAGから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子
から構成されたLD励起固体レーザから成り、非線形光
学結晶素子から射出された光を潜像検出系用光源及び消
色用光源として用いることを特徴とする請求項2に記載
の半導体露光装置。
3. A laser light source is a laser diode, Nd:
A solid-state laser medium made of YAG and an LD-pumped solid-state laser made up of a non-linear optical crystal element, and light emitted from the non-linear optical crystal element is used as a light source for a latent image detection system and a light source for erasing. The semiconductor exposure apparatus according to claim 2.
【請求項4】レーザ光源は、レーザダイオード、Nd:
YAGから成る固体レーザ媒質及び非線形光学結晶素子
から構成されたLD励起固体レーザから成り、レーザダ
イオードから射出された光を潜像検出系用光源及び消色
用光源として用いることを特徴とする請求項2に記載の
半導体露光装置。
4. The laser light source is a laser diode, Nd:
7. A solid-state laser medium made of YAG and an LD-pumped solid-state laser made up of a non-linear optical crystal element, wherein light emitted from a laser diode is used as a latent image detection system light source and a color erasing light source. 2. The semiconductor exposure apparatus according to item 2.
【請求項5】投影光学系用光源は、レーザ光源、並びに
該レーザ光源から射出された光が入射されそして該光の
第2高調波に基づいた波長を有する光を射出する第2高
調波発生装置から成り、 第2高調波発生装置から射出された光から長波長成分を
有する光を分光するバンドパスフィルターを更に備え、 かかる長波長成分を有する光を、潜像検出系用光源及び
パターン潜像を消色するための消色用光源として用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体露光装置。
5. A light source for a projection optical system, a laser light source, and a second harmonic generation that emits light having a wavelength based on the second harmonic of the light upon receipt of the light emitted from the laser light source. The apparatus further comprises a bandpass filter for separating light having a long wavelength component from the light emitted from the second harmonic generation device, the light having such a long wavelength component being used as a light source for a latent image detection system and a pattern latent image. The semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor exposure apparatus is used as a erasing light source for erasing an image.
【請求項6】前記潜像検出系は、オフアクシス・アライ
メント検出系を兼用していることを特徴とする請求項1
乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体露光装置。
6. The latent image detection system also serves as an off-axis alignment detection system.
The semiconductor exposure apparatus according to claim 5.
【請求項7】(イ)投影光学系から基板ステージ上に配
置されたフォトクロミック材料までの距離初期値をZ0
とし、投影光学系から基板ステージ上に配置されたフォ
トクロミック材料までの距離ZをZ0+ΔZ×i(但
し、i=0,1,2,・・・,K)に順次変えて、パタ
ーンが形成されたレチクルに投影光学系用光源からの光
を照射して得られたパターン光学像を投影光学系を介し
てフォトクロミック材料に(K+1)回結像させる多重
結像露光法によってフォトクロミック材料へパターンの
潜像を形成する工程を、ΔZの値を一定として、距離初
期値Z0の値を変化させてM回繰り返し、Zの値が異な
るM個のパターン潜像を形成し、 (ロ)前記工程(イ)を、ΔZの値を変えてN回繰り返
し、最終的にM×(N+1)個のパターン潜像を形成
し、 (ハ)得られたパターン潜像を光学的に観察し、 (ニ)該パターン潜像観察結果に基づき最適なΔZの値
を求める、各工程から成ることを特徴とする多重結像露
光法の最適化法。
7. An initial value of the distance from the projection optical system to the photochromic material arranged on the substrate stage is Z 0.
Then, the pattern is formed by sequentially changing the distance Z from the projection optical system to the photochromic material arranged on the substrate stage to Z 0 + ΔZ × i (where i = 0, 1, 2, ..., K). A pattern optical image obtained by irradiating the reticle with light from a light source for a projection optical system forms a pattern on the photochromic material by a multiple imaging exposure method that forms (K + 1) times on the photochromic material via the projection optical system. The step of forming the latent image is repeated M times while keeping the value of ΔZ constant and changing the value of the distance initial value Z 0 to form M pattern latent images having different values of Z. (A) is repeated N times while changing the value of ΔZ, finally M × (N + 1) pattern latent images are formed, and (C) the obtained pattern latent image is optically observed. ) Based on the pattern latent image observation result, the optimum Δ Determination of the value, the optimization method of multiple-imaging exposure method, characterized in that it consists of the steps.
【請求項8】フォトクロミック材料に形成されたパター
ン潜像に消色用光源からの光を照射することによってパ
ターン潜像を消色する工程を更に含むことを特徴とする
請求項7に記載の多重結像露光法の最適化法。
8. The multiplex according to claim 7, further comprising the step of erasing the pattern latent image by irradiating the pattern latent image formed on the photochromic material with light from a erasing light source. Optimizing the imaging exposure method.
【請求項9】パターン潜像の光学的な観察はパターン潜
像のコントラストの測定から成り、オフアクシス・アラ
イメント検出系を用いて行うことを特徴とする請求項7
又は請求項8に記載の多重結像露光法の最適化法。
9. The optical observation of the pattern latent image consists of measuring the contrast of the pattern latent image, and is performed using an off-axis alignment detection system.
Or the optimization method of the multiple imaging exposure method of Claim 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008210814A (en) * 2008-04-28 2008-09-11 Hitachi Ltd Modulator
KR20200055130A (en) * 2017-10-19 2020-05-20 사이머 엘엘씨 How to form multiple aerial images with a single lithography exposure pass

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