JPH02166717A - Exposing method - Google Patents

Exposing method

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JPH02166717A
JPH02166717A JP63320615A JP32061588A JPH02166717A JP H02166717 A JPH02166717 A JP H02166717A JP 63320615 A JP63320615 A JP 63320615A JP 32061588 A JP32061588 A JP 32061588A JP H02166717 A JPH02166717 A JP H02166717A
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wafer
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恭一 諏訪
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茂 蛭川
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable a finer pattern to be transcribed without seeking extreme increase of number of openings of a projecting optical system and extreme lengthening of short wave of illumination light by decomposing the whole pattern to be formed on a photosensitive substrate into a plurality of patterns according to the partial shape of the pattern or pattern density, and laying one on top of the other after aligning them with each other so as to do exposure. CONSTITUTION:In each reticle R1, R2, and R3, a light shielding belt SB in accordance with a chip province CP is formed in the circumference, and in each inside pattern PTA1, PTA2 and PTA3, which are made by decomposing a pattern PA, and patterns PTB1, PTB2, and PTB3, which are made by decomposing a pattern PB, are formed, respectively. Also, in each reticle R1, and R2, and R3, marks RM1, RM2, RM3, and RM4 for alignment are provided, which are used for alignment with marks WM1, WM2, WM3 and WM4 which are provided incidentally in the chip province CP. After aligning the patterns PTA1 and PTB1 with the chip province CP and exposing it to the light, it is changed with the reticle R2, and the patterns PTA2 and PTB2 are aligned with the chip province CP and are exposed to the light, and next the reticle R3 is aligned so as to expose the patterns PTA3 and PTB3.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体素子や液晶素子等を製造するために、
マスクに形成された原画パターンを感応基板上に転写す
る露光方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention provides a method for manufacturing semiconductor devices, liquid crystal devices, etc.
The present invention relates to an exposure method for transferring an original pattern formed on a mask onto a sensitive substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体素子の製造においては年々微細化と高集積化が進
み、I Mbi tメモリ、4Mbitメモリと増々線
幅の細いリソグラフィ工程が要求されてきている。
In the manufacture of semiconductor devices, miniaturization and higher integration are progressing year by year, and lithography processes with increasingly narrower line widths are required, such as I Mbit memories and 4 Mbit memories.

この要求に答えるべく、現在リソグラフィ工程で使われ
る露光装置は、縮小投影型露光装置(ステッパー)が主
流である。特に原画パターンを有するレチクルを115
1i!小投影レンズで15×15薗角程度に縮小してウ
ェハ上のレジスト層に露光する方法が多用されている。
In order to meet this demand, reduction projection type exposure apparatuses (steppers) are currently the mainstream exposure apparatuses used in lithography processes. In particular, the reticle with the original pattern is 115
1i! A method is often used in which the resist layer on the wafer is exposed to light after reducing the size to about 15×15 angles using a small projection lens.

このステッパーの投影レンズは年々、解像力を上げるた
めに高開口数(N、 A、)化され、露光用照明光の波
長が436nm(g線)のとき、N、 A。
Year by year, the projection lens of this stepper has been made to have a higher numerical aperture (N, A,) to increase its resolution, and when the wavelength of the exposure illumination light is 436 nm (g-line), N, A.

=0.48程度のもが実用化されている。= about 0.48 is in practical use.

このように投影レンズの開口数を大きくすることは、そ
れに応じて実効的な焦点深度が小さくなることを意味し
、N、A、  =0.48にした投影レンズの焦点深度
は、例えば±0.8μm以下である。
Increasing the numerical aperture of the projection lens in this way means that the effective depth of focus decreases accordingly, and the depth of focus of the projection lens with N, A, = 0.48 is, for example, ±0. .8 μm or less.

すなわち、ウェハ上の1つのショット領域を15X15
m角とすると、この領域全体の表面(レジスト層)が、
投影レンズの最良結像面に対して±0.8μm以内(望
ましくは±0.2μm以内)に正確に位置決めされなけ
ればならない。
In other words, one shot area on the wafer is 15×15
If it is m square, the surface of this entire area (resist layer) is
It must be accurately positioned within ±0.8 μm (preferably within ±0.2 μm) with respect to the best imaging plane of the projection lens.

そこで投影レンズの焦点深度の不足に対応するために、
投影レンズに対してウェハを光軸方向に変位させつつ、
同一レチクルのパターンを多重露光する方法が提案され
ている。
Therefore, in order to cope with the lack of depth of focus of the projection lens,
While displacing the wafer in the optical axis direction relative to the projection lens,
A method of multiple exposure of the same reticle pattern has been proposed.

この方法は、投影レンズのみかけ上の焦点深度を増大さ
せることになり、1フの有効な露光方法である。
This method increases the apparent depth of focus of the projection lens and is an effective exposure method.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この多重焦点露光方法は、ベストフォーカスのコントラ
ストは若干低下させるものの、広い焦点範囲に渡ってコ
ントラストを保証しようとするものである。この方法は
実験等の結果から、レチクルのパターン面がほとんど暗
部(遮へい部)であり、その中に矩形の開口部(透過部
)が散在するような、所謂コンタクトホール工程用のパ
ターンに対しては有効であるが、その他のパターン、特
に明暗の直線状パターンが繰返されるような配線層等の
レチクルパターンに対してはコンタクトホールの場合は
どには有効でないのが現状である。
This multi-focus exposure method attempts to guarantee contrast over a wide focal range, although the contrast at the best focus is slightly lowered. Based on the results of experiments, etc., this method is suitable for patterns for so-called contact hole processes, where the pattern surface of the reticle is mostly dark areas (shielding areas) and rectangular openings (transparent areas) are scattered therein. However, it is currently not effective for other patterns, especially reticle patterns such as wiring layers where bright and dark linear patterns are repeated, and in the case of contact holes.

このような配線層等のレチクルパターンでは、焦点位置
を変化させるとウェハ上で本来暗線となるべき部分に明
線部のデフォーカス像による光強度が与えられる結果、
コントラストが急激に低下してレジストの膜減りが生じ
るためである。また投影露光方法では、投影レンズの性
能上、転写可能な繰返しパターンの周期はある値以上に
制限されている。この値は投影レンズの解像限界とも呼
ばれており、現在実用化されているものでは、g線で1
15w1小、N、 A、 =0.4517)(!−き繰
返シバターンの明線と暗線の線幅はウェハ上で0.8μ
m(レチクル上で4μm)程度となっている。
In such a reticle pattern such as a wiring layer, when the focus position is changed, the light intensity due to the defocused image of the bright line portion is given to the portion of the wafer that should originally be a dark line.
This is because the contrast rapidly decreases and the resist film decreases. Furthermore, in the projection exposure method, the period of the repeatable pattern that can be transferred is limited to a certain value or more due to the performance of the projection lens. This value is also called the resolution limit of the projection lens, and the one currently in practical use is 1
15w1 small, N, A, = 0.4517) (!-The line width of the bright and dark lines of the repeated Shiba turn is 0.8μ on the wafer.
m (4 μm on the reticle).

従って、レチクル上のパターンの線幅を細くしても、そ
れ以下の線幅のパターンは正常に露光されることがなく
、投影露光法によるリソグラフィの限界は、もっばら投
影レンズの性能(解像力)で決まると考えられている。
Therefore, even if the line width of the pattern on the reticle is made thinner, patterns with line widths smaller than that will not be exposed properly, and the limit of lithography using the projection exposure method is primarily the performance (resolution power) of the projection lens. It is thought that it is determined by

またプロキシミティ露光法においても、照明光の波長に
応じて生じる回折現象から、マスク上の明線と暗線の繰
り返し周期は、ある値よりも小さくすることは難しく、
極力波長を短くすることで対応している。このため軟X
線等の特別なエネルギー線を必要とした。
Also, in the proximity exposure method, it is difficult to make the repetition period of bright lines and dark lines on the mask smaller than a certain value due to the diffraction phenomenon that occurs depending on the wavelength of illumination light.
This is handled by making the wavelength as short as possible. Therefore, soft X
required a special energy beam such as a wire.

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、よ
り微細なパターンを投影光学系の開口数の極端な増大、
照明光の極端な短波長化を計ることなく転写可能にする
ことを第1の目的とする。
The present invention was made in view of these problems, and aims to dramatically increase the numerical aperture of the optical system for projecting finer patterns.
The first objective is to enable transfer without having to make the wavelength of illumination light extremely short.

さらに本発明は、投影露光法、プロヰシミティ露光法を
問わず、より微細なパターンの転写を可能とする方法を
得ることを第2の目的とする。
Furthermore, a second object of the present invention is to provide a method that enables the transfer of finer patterns, regardless of whether the projection exposure method or the proximity exposure method is used.

さらに本発明は、コンタクトホール以外のほとんどのパ
ターンに対しても、多重埠点露光法による効果が十分に
得られるような方法を得ることを第3の目的とする。
Furthermore, a third object of the present invention is to provide a method in which the effects of the multiple point exposure method can be sufficiently obtained for most patterns other than contact holes.

〔問題点を解決する為の手段〕[Means for solving problems]

本発明では、上記目的を達成するために、感応基板(エ
ネルギー線に感光する層を有する基板)上に形成すべき
全体パターンをパターンの局所的な形状やパターン密度
に応じて複数のパターンに分解し、分解されたパターン
を相互に位置合わせして重ね合わせ露光するようにした
In order to achieve the above object, the present invention decomposes the overall pattern to be formed on a sensitive substrate (a substrate having a layer sensitive to energy rays) into a plurality of patterns according to the local shape and pattern density of the pattern. Then, the separated patterns were aligned with each other and exposed overlapping each other.

ここで本発明の概要を第1図に基づいて説明する。第1
図において、感応基板上に形成すべき全体パターンは、
チップ(又はショツ日領域CP内に作られるパターンP
ASPBであり、パターンPAはライン・アンド・スペ
ース(L/S)状で90°に屈曲したパターンであり、
パターンPBは単純なL/Sパターンである。
Here, an outline of the present invention will be explained based on FIG. 1st
In the figure, the overall pattern to be formed on the sensitive substrate is
Chip (or pattern P created within the short area CP)
ASPB, the pattern PA is a line and space (L/S) pattern bent at 90°,
Pattern PB is a simple L/S pattern.

パターンPA、PBは、それぞれ3つの分解パターンに
分けられ、各分解パターンは3枚のレチクルR+ 、R
1、Rxに形成される。各レチクルR+ 、Rt 、R
2はチップ領域CPに対応した遮光帯SBが周囲に形成
され、その内部の夫々にパターンPAを分解した3つの
パターンPTA、、PTAx 、PTAsと、パターン
PBを分解した3つのパターンPTB+ 、PTBI 
、PTBsとが形成されている。また各レチクルR+ 
、Rz、R3にはアライメント用のマークRM、 、R
Mt、RM3 、RM、が設けられ、チップ領域CPに
付随して設けられたマークWM、 、WMtSWMs 
、WMaとの位置合わせに使われる。
Patterns PA and PB are each divided into three decomposition patterns, and each decomposition pattern consists of three reticles R+ and R.
1, formed in Rx. Each reticle R+, Rt, R
2, a light-shielding band SB corresponding to the chip area CP is formed around the periphery, and inside it there are three patterns PTA, , PTAx, and PTAs obtained by decomposing the pattern PA, and three patterns PTB+ and PTBI obtained by decomposing the pattern PB.
, PTBs are formed. Also, each reticle R+
, Rz, R3 have alignment marks RM, , R
Mt, RM3, RM are provided, and marks WM, , WMtSWMs are provided along with the chip area CP.
, used for alignment with WMa.

パターンP TA+ 、P TAt 、 P TAs 
、P TB+ 5PTBt 、PTBIは図では暗線で
示すが、実際には光透過部による明線である。パターン
PTA、 、PTBIをチップ$I域CPに位置決めし
て露光した後、レチクルR8に変えて、パターンPTA
* 、PTBzをチップ領域CPに位置決めして露光し
、次いでレチクルR,を位置決めしてパターンPTAs
 、PTBsを露光する。
Patterns P TA+ , P TAt , P TAs
, P TB+ 5PTBt , and PTBI are shown as dark lines in the figure, but they are actually bright lines due to the light transmitting part. After positioning the patterns PTA, , and PTBI in the chip $I area CP and exposing them, change to the reticle R8 and print the patterns PTA,
*, PTBz is positioned in the chip area CP and exposed, and then the reticle R is positioned to form the pattern PTAs.
, expose the PTBs.

パターンPTB、 、PTBt、PTB、の夫々は、パ
ターンPBのL/Sパターンのうち、明線に対応した線
状パターンを2本おきに取り出してまとめたもので、ラ
イン・アンド・スペースのピッチは全体パターンのとき
の3倍(デユーティはl/3)になっている。パターン
PTA、 、PTA、 、PTAsの夫々についても同
様であるが、各パターン中には、パターンPAの各ライ
ンのように、90°で屈曲して連続したラインが生じな
いように分解しである。そして90°の屈曲部は互いに
直交する2本のライン(各ラインは別レチクルに形成)
の端部が一部重なり合うように定められている。このよ
うに、ライン・アンド・スペースパターンの場合は、互
いに隣り合う明線同志は、それぞれ別のレチクルに形成
するようにし、1枚のレチクル中では明線のパターン密
度を低下(第1図の場合は1/3)させて明線の孤立化
を計るようにした。
Each of the patterns PTB, , PTBt, and PTB is a collection of every two linear patterns corresponding to bright lines from the L/S pattern of pattern PB, and the line and space pitch is It is three times that of the entire pattern (duty is 1/3). The same goes for each of the patterns PTA, , PTA, , PTAs, but each pattern is decomposed so that it does not bend at 90 degrees and create a continuous line, like each line of pattern PA. . The 90° bend consists of two lines that are perpendicular to each other (each line is formed on a separate reticle).
The edges are set so that they partially overlap. In this way, in the case of line-and-space patterns, adjacent bright lines are formed on separate reticles, and the pattern density of bright lines is reduced in one reticle (as shown in Figure 1). (1/3) in order to isolate the bright line.

(作 用〕 第2図(A)はライン・アンド・スペース状の全体パタ
ーンP、をそのまま1枚のレチクルRに形成した場合を
示し、第2図(B)は第2図(A)のパターンP、の明
線を1本おきに形成した分解パターンP、の場合を示す
、ここでP、、P、の明線の幅は等しく、dである。こ
れらのレチクルRに照明光が照射されると、それぞれの
パターンピッチPに応じた方向に回折光が発生する。
(Function) FIG. 2(A) shows the case where the entire line-and-space pattern P is formed as it is on one reticle R, and FIG. This shows the case of a decomposed pattern P, in which every other bright line of the pattern P is formed, where the bright lines of P, , P, have the same width and are d.Illumination light is irradiated onto these reticles R. Then, diffracted light is generated in a direction corresponding to each pattern pitch P.

このn次回折光の回折角θは照明光の波長をλとして、 n λ sinθ=□(ただしn−0、±1、上2−)と表わさ
れる。すなわち、パターンピッチが大きい分解パターン
P、の方が同一回折次数の回折角が小さくなり、その結
果−次以上の結像に寄与する回折光が増加し、イメージ
・コントラストが大きくなることになる。以下にその実
例を示す。
The diffraction angle θ of this n-th order diffracted light is expressed as n λ sin θ=□ (where n-0, ±1, above 2-), where λ is the wavelength of the illumination light. That is, the resolved pattern P having a larger pattern pitch has a smaller diffraction angle for the same diffraction order, and as a result, the amount of diffracted light that contributes to image formation of -order or higher increases, resulting in a larger image contrast. An example is shown below.

第2図(C)、(D)、(E)にg線、N、A。Figures 2 (C), (D), and (E) show g-lines, N, and A.

−0,45、σ−0,5の投影レンズを用いて、感光基
板上に0.4μmL/S(0,4μm幅の明線と暗線の
繰り返しパターン)を投影露光する際のベストフォーカ
スでの空間像の計算値(シミュレーション)を示す、こ
こでσ値とは投影レンズの入射瞳の面積と光源像の面積
の比を表わす。第2図(C)は1枚のレチクルにより露
光した場合の空間像の強度分布を表わし、横軸はある明
線の中心を原点とした感光基板上の位置(μm)であり
、縦軸は相対強度である。第2図(F)は2枚のレチク
ルに分解して各々露光した空間像強度の和を示し、第2
図(D)、(E)はそれぞれ分解されたパターンの空間
像の強度分布を表わす、このシミュレーションより明ら
かなように、パターンを分割して露光することにより空
間像のコントラストが向上する。
-0.45, σ-0.5 projection lens to project and expose 0.4μmL/S (0.4μm wide repeating pattern of bright lines and dark lines) onto a photosensitive substrate at best focus. It shows a calculated value (simulation) of an aerial image, where the σ value represents the ratio of the area of the entrance pupil of the projection lens to the area of the light source image. Figure 2 (C) shows the intensity distribution of the aerial image when exposed with a single reticle, the horizontal axis is the position (μm) on the photosensitive substrate with the center of a certain bright line as the origin, and the vertical axis is the It is a relative strength. Figure 2 (F) shows the sum of the aerial image intensities of the two reticles separated and exposed respectively.
Figures (D) and (E) each represent the intensity distribution of the spatial image of the separated pattern.As is clear from this simulation, the contrast of the spatial image is improved by exposing the pattern in parts.

すなわち、L/S状のパターンの場合は、2つ以上の分
解パターンにすることで、同じ開口数の投影レンズを使
ったとしても、より多くの高次光を結像に使うことがで
きるのである。このことはより微細な線状パターンを、
投影レンズの性能で決まる解像限度まで最大限結像させ
ることを意味し、パターンの像質(レジストパターンの
像質)を良好なものにする。
That is, in the case of an L/S-shaped pattern, by using two or more separated patterns, even if projection lenses with the same numerical aperture are used, more high-order light can be used for imaging. This means that finer linear patterns,
It means to form an image to the maximum extent possible up to the resolution limit determined by the performance of the projection lens, and to improve the image quality of the pattern (image quality of the resist pattern).

さらに、全体パターンP1に対して明部の比率を低くし
たパターンPhにすることにより、投影レンズの最良結
像面と感光基板表面とがデフォーカスした場合でも、パ
ターンPbの暗部のデフォーカス像はあくまで暗部を維
持し、明線化することがなく、明線像のコントラストの
みが低下するだけになる。このため多重焦点露光法を各
分解パターン毎に行なえば、コンタクトホールのときと
同様にみかけ上の焦点深度を増大させた効果が得られる
Furthermore, by forming the pattern Ph with a lower ratio of bright areas to the overall pattern P1, even if the best imaging plane of the projection lens and the surface of the photosensitive substrate are defocused, the defocused image of the dark areas of pattern Pb is The dark areas are maintained to the last without becoming bright lines, and only the contrast of the bright line image is reduced. Therefore, if the multi-focus exposure method is performed for each separated pattern, the effect of increasing the apparent depth of focus can be obtained as in the case of contact holes.

[実施例〕 第3図は本発明の実施例に好適な投影型露光装置(ステ
ッパー)の構成を示す斜視図である。このステッパーの
基本構成は、例えば特開昭62−145’130号公報
に開示されたものと同様であるので、以下簡単に説明す
る。
[Embodiment] FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a projection type exposure apparatus (stepper) suitable for an embodiment of the present invention. The basic configuration of this stepper is the same as that disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 145'130/1982, and will therefore be briefly described below.

露光用光源2からの照明光は、レチクルブラインド(照
明視野絞り)等を有する照明光学系4を通り、レチクル
ステージ6上の1枚のレチクルを照明する。レチクルス
テージ6には、ここでは4枚のレチクルR+ 、Rt 
、Rx 、Raが同時に載置可能で、x、X方向に2次
元移動する。このレチクルステージ6には、位置計測用
のレーザ干渉計10からのレーザビームを反射する移動
鏡8x、8yが互いに直角に固定されている。レチクル
アライメント系12はレチクルのアライメントマークR
M t〜RM aを検出するとともに、ウェハW上のマ
ークWM1〜WM、も検出可能に設けられる。このため
、アライメント系12は4枚のうちの1枚のレチクルを
装置に対して位置決めする場合、あるいはマークRM 
r〜RM、とマークWM1〜WMaを同時に検出してダ
イ・パイ・ダイアライメントする場合の両方に利用でき
る。尚、第3図ではアライメント系12は1ケ所にしか
設けられていないが、第1図に示した各マークRM +
、RM! 、RMs 、RM、に対応して複数ケ所に配
置されている。マークRM、〜RM、 、又はマークW
M、〜WMaの光電検出は、マーク検出系14によって
行なわれる。
Illumination light from the exposure light source 2 passes through an illumination optical system 4 having a reticle blind (illumination field stop), etc., and illuminates one reticle on a reticle stage 6. Reticle stage 6 includes four reticles R+, Rt
, Rx, and Ra can be placed simultaneously and move two-dimensionally in the x and X directions. On the reticle stage 6, movable mirrors 8x and 8y that reflect a laser beam from a laser interferometer 10 for position measurement are fixed at right angles to each other. Reticle alignment system 12 is the reticle alignment mark R
In addition to detecting M t to RM a, the marks WM1 to WM on the wafer W are also provided so as to be detectable. For this reason, the alignment system 12 is used when positioning one of the four reticles with respect to the device, or when positioning the mark RM.
It can be used both when detecting r to RM and marks WM1 to WMa at the same time and performing die-to-die alignment. Although the alignment system 12 is provided at only one location in FIG. 3, each mark RM+ shown in FIG.
,RM! , RMs , are arranged at multiple locations corresponding to RM. Mark RM, ~RM, or mark W
Photoelectric detection of M, to WMa is performed by the mark detection system 14.

さて、レチクルのパターン領域の像は投影レンズ系16
を介してウェハW上に予め形成されたチップ領域CPに
結像投影される。ウェハWはX、X方向に移動するウェ
ハステージ26上に載置されるが、このウェハステージ
はX方向に移動するYステージ26y、Yステージ26
y上をX方向に移動するXステージ26x、Xステージ
26x上で投影光軸方向(Z方向)に微動するZステー
ジ26zで構成される。Zステージ262上には、レー
ザ干渉計30x、30yからのレーザビームを反射する
移I#5鏡28x、28yが互いに直角に固定されてい
る。またZステージ26zには、ウェハWとほぼ同じ高
さになるように基準マークFMが固定されている。Xス
テージ26x、Yステージ26yの各軸方向の駆動はモ
ータ27x、27yで行なわれる。ここで投影レンズ系
16には、結像補正機構18が組み込まれ、露光光の入
射によるエネルギー蓄積状態、環境条件等によって変動
する投影レンズ系16の光学特性(倍率、焦点、ある種
のデイスト−ジョン等)を時々刻々自動的に補正してい
る。この結像補正機構18は、例えば特開昭60−78
454号公報に詳しく開示されているので、ここでは説
明を省略する。また、このステッパーには、レチクルス
テージ6の下方から投影レンズ系16のみを介してウェ
ハW上のマーク(WM、〜WM、等)を検出するアライ
メント光学系20と、このアライメント光学系20で検
出されたマーク光情報を光電検出するマーク検出系22
とで構成されたTTL(スルーザレンズ)方式のアライ
メント系と、投影レンズ系16の直近に別設されたオフ
・アクシス方式のアライメント系24とを備えている。
Now, the image of the pattern area of the reticle is captured by the projection lens system 16.
The image is projected onto a chip area CP previously formed on the wafer W via the wafer W. The wafer W is placed on a wafer stage 26 that moves in the X and X directions;
It is composed of an X stage 26x that moves in the X direction on y, and a Z stage 26z that moves slightly in the projection optical axis direction (Z direction) on the X stage 26x. On the Z stage 262, movable mirrors 28x and 28y that reflect the laser beams from the laser interferometers 30x and 30y are fixed at right angles to each other. Further, a reference mark FM is fixed to the Z stage 26z so as to be at approximately the same height as the wafer W. The X stage 26x and the Y stage 26y are driven in each axial direction by motors 27x and 27y. Here, the projection lens system 16 has an image formation correction mechanism 18 incorporated therein, and the optical characteristics (magnification, focus, certain types of distortion, John, etc.) are automatically corrected from time to time. This image formation correction mechanism 18 is, for example, JP-A-60-78
Since it is disclosed in detail in the No. 454 publication, the explanation will be omitted here. This stepper also includes an alignment optical system 20 that detects marks (WM, ~WM, etc.) on the wafer W from below the reticle stage 6 only through the projection lens system 16; A mark detection system 22 that photoelectrically detects the marked optical information
The lens system includes a TTL (through-the-lens) type alignment system consisting of a TTL (through-the-lens) type alignment system, and an off-axis type alignment system 24 that is separately installed immediately adjacent to the projection lens system 16.

また第3図には示していないが、特開昭60−7845
4号公報に開示されているのと同様に、ウェハWの表面
の高さ位置を高分解能で検出する斜入射光式フォーカス
センサーが設けられ、2ステージ26zとともに、投影
レンズ系の最良結像面とウェハ表面とを常に合致させる
自動焦点合わせ機構として動作する。
Although not shown in Figure 3, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-7845
Similar to the one disclosed in Publication No. 4, an oblique incident light type focus sensor that detects the height position of the surface of the wafer W with high resolution is provided, and together with the two stages 26z, it is used to detect the best imaging plane of the projection lens system. It operates as an automatic focusing mechanism that always aligns the wafer surface with the wafer surface.

二二で第3図の構成における照明光学系4と投影レンズ
系16との光学的な関係を第4図を用いて説明する。照
明光学系4は、投影レンズ系16の瞳EP内に2次光源
像(面光源)を投射するように構成され、所謂ケーラー
照明法が採用される。
In Section 22, the optical relationship between the illumination optical system 4 and the projection lens system 16 in the configuration shown in FIG. 3 will be explained using FIG. 4. The illumination optical system 4 is configured to project a secondary light source image (surface light source) into the pupil EP of the projection lens system 16, and employs the so-called Koehler illumination method.

111EPの大きさに対して、面光源像はわずかに小さ
くなるように設定されている。今、全体パターンP、を
有するレチクルRの1点に着目してみると、この点に到
達する照明光!Lには、ある立体角θ、/2が存在する
。この立体角θ、/2は全体パターンP、を透過した後
も保存され、0次光の光束り、。として投影レンズ系1
6に入射する。
The surface light source image is set to be slightly smaller than the size of 111EP. Now, if we focus on one point on the reticle R that has the overall pattern P, the illumination light that reaches this point! A certain solid angle θ, /2 exists in L. This solid angle θ,/2 is preserved even after passing through the entire pattern P, and the luminous flux of the 0th order light is. As projection lens system 1
6.

この照明光ILの立体角θ、/2は、照明光の開口数と
も呼ばれている。また投影レンズ系16が両側テレセン
トリック系であるものとすると、レチクルR側とウェハ
W側の夫々で、瞳EPの中心(光軸AXが通る点)を通
る主光線l、は光軸AXと平行になる。こうして瞳EP
を通った光束はウェハW側で結像光束IL、となってウ
ェハW上の1点に結像する。この場合、投影レンズ系1
6の縮小倍率が115であると、光束lLoの立体角θ
l、/2はθ、−5・θ、の関係になる。立体角θユ/
2はウェハW上での結像光束の開口数とも呼ばれている
。また投影レンズ系16単体でのウェハ側の開口数は、
瞳EPいっぽいに光束を通したときの光束IL、の立体
角で定義される。
The solid angle θ, /2 of this illumination light IL is also called the numerical aperture of the illumination light. Further, assuming that the projection lens system 16 is a double-sided telecentric system, the chief ray l, which passes through the center of the pupil EP (the point through which the optical axis AX passes) on the reticle R side and the wafer W side, is parallel to the optical axis AX. become. In this way Hitomi EP
The light beam that has passed becomes an imaging light beam IL on the wafer W side, and is focused on one point on the wafer W. In this case, the projection lens system 1
When the reduction magnification of 6 is 115, the solid angle θ of the luminous flux lLo is
l, /2 has the relationship θ, -5·θ. Solid angle θyu/
2 is also called the numerical aperture of the imaging light beam on the wafer W. Also, the numerical aperture on the wafer side of the projection lens system 16 alone is
It is defined by the solid angle of the luminous flux IL when the luminous flux passes through the pupil EP.

さて、全体パターンP、が第2図(A)で示したものと
同等であると、1次以上の高次回折光D1、D、!、・
・・・・・が発生する。これら高次光には、0次光束D
1゜の外側に広がって発生するものと、0次光束り、。
Now, if the overall pattern P is equivalent to that shown in FIG. 2(A), then the higher-order diffraction lights D1, D,! ,・
...occurs. These higher-order lights include the zero-order luminous flux D
The one that spreads out to the outside of 1° and the zero-order luminous flux.

の内側に分布して発生するものとがある。特に0次光束
り、。の外側に分布する高次光の一部は、例え投影レン
ズ系16に入射したとしても瞳EPでけられることにな
り、ウェハWへは達しない。従って、より多くの高次回
折光を結像に利用するとなると、瞳EPの径をできるだ
け大きくすること、すなわち投影レンズ系16の開口数
(N、A、)をさらに大きくしなければならない。
There are some that occur distributed inside the . Especially the 0th order luminous flux. Even if some of the high-order light distributed outside the wafer W enters the projection lens system 16, it will be blocked by the pupil EP and will not reach the wafer W. Therefore, if more high-order diffracted light is to be used for imaging, the diameter of the pupil EP must be made as large as possible, that is, the numerical aperture (N, A,) of the projection lens system 16 must be further increased.

あるいは、照明光TLの開口数(立体角θ、/2)を小
さくすること(面光源像の径を小さくすること)で、パ
ターンP、からの高次光D0、D1□等の広がり角を小
さく押えることも可能である。
Alternatively, by reducing the numerical aperture (solid angle θ, /2) of the illumination light TL (reducing the diameter of the surface light source image), the spread angle of the higher-order lights D0, D1□, etc. from the pattern P can be kept small. It is also possible.

ただしこの場合、ウェハW側での0次の結像光束IL、
の開口数(立体角θ、/2)を極端に小さくしてしまう
と、本来の解像性能を損うことにな、る。さらに元来、
パターンP、のピッチやデユーティによって高次光の回
折角は一義的に決まってしまうので、仮りに照明光!L
の立体角θ1/2を零に近づけることが可能だとしても
、高次回折光のうちのある次数以上は瞳BPでけられる
ことになる。ところが、本実施例のように、全体パター
ンを複数の分解パターンに分けると、第2図(B)から
も明らかなように、0次光束の外側に広がる高次光の回
折角が小さく押えられるため、瞳BPを容易に通過させ
ることが可能となる。
However, in this case, the zero-order imaging light flux IL on the wafer W side,
If the numerical aperture (solid angle θ, /2) is made extremely small, the original resolution performance will be impaired. Furthermore, originally
The diffraction angle of higher-order light is uniquely determined by the pitch and duty of pattern P, so let's assume that it is illumination light! L
Even if it is possible to bring the solid angle θ1/2 of However, when the entire pattern is divided into a plurality of decomposition patterns as in this example, as is clear from FIG. It becomes possible to easily pass through the pupil BP.

ところで、第3図においては4枚のレチクルR〜R4が
同一のレチクルステージ6上に載置され、そのうち任意
の1枚のレチクルの中心が投影レンズ系16の光軸AX
上に位置するように交換可能である。この交換時の各レ
チクルの位置決め精度は、レーザ干渉計10を用いてい
るため、極めて高精度(例えば±0.02μm)にでき
る、このため、4枚のレチクルR1〜R1の相互の位置
関係を予め精密に計測しておけば、レーザ干渉計10の
座標計測値のみに基づいてレチクルステージ6を移動さ
せることで各レチクルを位置決めできる。また各レチク
ルR6〜R4の相互位置関係を予め計測しない場合であ
っても、各レチクル毎にアライメント系12、マーク検
出系14、基準マークFM等を用いて精密に位置決めす
ることができる。
By the way, in FIG. 3, four reticles R to R4 are placed on the same reticle stage 6, and the center of any one of them is aligned with the optical axis AX of the projection lens system 16.
It can be exchanged to be located above. Since the laser interferometer 10 is used, the positioning accuracy of each reticle during this exchange can be extremely high (for example, ±0.02 μm). Therefore, the mutual positional relationship of the four reticles R1 to R1 can be If precise measurements are made in advance, each reticle can be positioned by moving the reticle stage 6 based only on the coordinate measurement values of the laser interferometer 10. Further, even if the mutual positional relationship of each reticle R6 to R4 is not measured in advance, precise positioning can be performed for each reticle using the alignment system 12, mark detection system 14, reference mark FM, etc.

さらに本実施例では、分解パターンを有する各レチクル
R1〜R4の露光時に、多重焦点露光法を併用するもの
とする。このため、ウェハW上の1つのチップ領域(シ
ョッHJ[域)CPを、あるレチクルを用いる露光する
際、斜入射光式フォーカスセンサーがベストフォーカス
点として検出したウェハ表面の高さ位置Z、と、この位
置Z0から例えば0.5μm程度上の高さ位置ハ、及び
Z。から例えば0.5μm程度下の高さ位置Z2の3つ
の焦点位置の各々で繰り返し露光を行なうようにする。
Furthermore, in this embodiment, a multifocal exposure method is used in conjunction with the exposure of each reticle R1 to R4 having a separated pattern. Therefore, when exposing one chip area (shot HJ [area) CP on the wafer W] using a certain reticle, the height position Z on the wafer surface detected by the oblique incident light type focus sensor as the best focus point is , a height position C, for example, about 0.5 μm above this position Z0, and Z. Exposure is repeatedly carried out at each of the three focal positions of the height position Z2, which is, for example, about 0.5 μm below.

従っであるチップ領域CPを1つのレチクルで露光する
間に、ウェハWの高さはZステージ26zにより0.5
μmステップで上下動される。
Therefore, while exposing a certain chip area CP with one reticle, the height of the wafer W is reduced by 0.5 by the Z stage 26z.
It is moved up and down in μm steps.

尚、Zステージ26zを露光動作中に上下動させる代り
に、結像補正機構18を用いて、投影レンズ系16その
ものの最良結像面(レチクル共役面)を上下動させても
同様の効果が得られる。この場合、特開昭60−784
54号公報に開示されているように、結像補正機構18
は投影レンズ系16内の密封されたレンズ空間内の気体
圧力を調整する方式であるので、本来の補正のための圧
力調整値に、結像面を±0.5μm程度上下動させるた
めのオフセント圧力値を露光動作中に加えればよい、こ
の際、圧力オフセットによって焦点面のみを変動させ、
倍率やデイスト−ジョン等は変動させないようなレンズ
空間の組み合わせを選定する必要がある。
Incidentally, instead of moving the Z stage 26z up and down during the exposure operation, the same effect can be obtained by moving the best imaging plane (reticle conjugate plane) of the projection lens system 16 itself up and down using the imaging correction mechanism 18. can get. In this case, JP-A-60-784
As disclosed in Japanese Patent No. 54, the imaging correction mechanism 18
Since this is a method of adjusting the gas pressure in the sealed lens space in the projection lens system 16, an offset is added to the pressure adjustment value for the original correction to move the image plane up and down by about ±0.5 μm. It is only necessary to apply a pressure value during the exposure operation. At this time, only the focal plane is changed by pressure offset,
It is necessary to select a combination of lens spaces that does not change the magnification, distortion, etc.

さらに、投影レンズ系16が両側テレセンドリンクであ
る利点を使って、レチクルを上下動させることで、同様
に最良結像面の高さ位置を変化させることができる。一
般に縮小投影の場合、像側(ウェハ側)での焦点ずれ量
は、物体側(レチクル側)の焦点ずれ量に換算すると、
縮小倍率の2乗で決まってくる。このため、ウェハ側で
±0.5μmの焦点ずれが必要なとき、縮小倍率を11
5とすると、レチクル側では±0.5 / (115)
”=±12.5μmとなる。
Furthermore, by taking advantage of the fact that the projection lens system 16 is a double-sided telecenter link, by moving the reticle up and down, it is possible to similarly change the height position of the best imaging plane. Generally, in the case of reduction projection, the amount of defocus on the image side (wafer side) is converted to the amount of defocus on the object side (reticle side).
It is determined by the square of the reduction magnification. Therefore, when a focus shift of ±0.5 μm is required on the wafer side, the reduction magnification is set to 11
5, on the reticle side ±0.5 / (115)
”=±12.5 μm.

次に、先の第1図面の簡単な説明したが、全体パターン
を分解パターンへ分割するいくつかの例を第5図、第6
図、第7図、第8図を参照して説明する。
Next, although the first drawing has been briefly explained, some examples of dividing the entire pattern into decomposed patterns are shown in FIGS. 5 and 6.
This will be explained with reference to FIGS.

第5図は全体パターンが、第5図(A)に示すように幅
D1の明線パターンPLcと幅り、  (D2ζD、)
の暗線パターンPL、とが交互に繰り返されたライン・
アンド・スペースの場合に、2枚のレチクルの夫々に第
5図(B)、(C)に示すような分解パターンを形成す
る例である。第5図(B)の分解パターンと第5図(C
)の分解パターンでは、ともに明線パターンPLcが全
体パターンにくらべて1本おきに形成されている。そし
て2つの分解パターン同志では、明線パターンPLcの
位置が相補的になっている。この場合、全体パターンで
のピッチはDI +Dt  (!’i2D+)、デユー
ティはDI / (D、 +I)z)−1/2であるが
、分解パターンでのピッチは2D、+2Dz(−4D、
)、デユーティはDI / (2DI + 2 Dz)
L:、)/4になる。このため各レチクル上での明線パ
ターンPLcの孤立化が計られることになる。
In FIG. 5, the overall pattern has a bright line pattern PLc with a width D1 and a width (D2ζD,) as shown in FIG. 5(A).
The dark line pattern PL is repeated alternately.
In the case of AND SPACE, this is an example in which decomposed patterns as shown in FIGS. 5(B) and 5(C) are formed on each of two reticles. The decomposition pattern in Fig. 5(B) and the decomposition pattern in Fig. 5(C)
), bright line patterns PLc are formed every other line compared to the entire pattern. In the two decomposition patterns, the positions of the bright line patterns PLc are complementary. In this case, the pitch in the overall pattern is DI +Dt (!'i2D+) and the duty is DI / (D, +I)z) - 1/2, but the pitch in the decomposed pattern is 2D, +2Dz (-4D,
), duty is DI / (2DI + 2 Dz)
L:, )/4. Therefore, the bright line pattern PLc on each reticle is isolated.

第6図は、全体パターンが第6図(A)のようにL/S
状のときに、各明線パターンPLc毎に別々のレチクル
へふり分けるのではなく、各明線パターンを全て微小な
矩形明部PL、に分解して、第6図(B)、(C)のよ
うに互いに相補的にR1した様子を示すものである。こ
の方法では、2つの分解パターンは、ともに孤立化した
矩形明部PLaがL/Sのピッチ方向では互いに直交す
る方向にずれるように定められている。従って任意の1
つの矩形明部PL4に着目すると、L/Sのピッチ方向
の両脇については、幅(DI + 2 Di)の暗部が
存在することになり、ピッチ方向のデユーティは約1/
4になっている。
In Fig. 6, the overall pattern is L/S as shown in Fig. 6 (A).
Instead of dividing each bright line pattern PLc into a separate reticle, each bright line pattern is divided into minute rectangular bright areas PL, as shown in FIGS. 6(B) and (C). This shows how R1 is complementary to each other. In this method, the two decomposition patterns are determined such that the isolated rectangular bright portions PLa are shifted in directions perpendicular to each other in the L/S pitch direction. Therefore any 1
Focusing on the rectangular bright area PL4, there is a dark area with a width of (DI + 2 Di) on both sides of the L/S in the pitch direction, and the duty in the pitch direction is approximately 1/
It is now 4.

第7図は、第7図(A)のように全体パターンでは直角
に屈曲する線状パターンを第7図(B)、(C)に示す
ように屈曲部で方向別に分割して2本の直線状パターン
PT、 、PT、にした様子を示す。ここでパターンP
T、 、PTfの内部は透明部で、その周囲が遮ノ\い
部である。ここで2つのパターンPT、、PTrが明部
であると、屈曲部のところでは一部オーバーラップさせ
るとよい。
Figure 7 shows a linear pattern that bends at right angles in the overall pattern as shown in Figure 7 (A), and is divided into two lines at the bending part according to direction as shown in Figures 7 (B) and (C). It shows how the linear patterns PT, , PT are formed. Here pattern P
The inside of T, PTf is a transparent part, and the surrounding area is a shielding part. Here, if the two patterns PT, PTr are bright parts, it is preferable that they partially overlap at the bending part.

ただしオーバーラツプする部分は2つのパターンPT、
 、PT、の夫々の長手方向に対してともに約45”に
なるようにする、このため、パターンPT、 、PTf
の接続部は、直角にするのではな(、例えば45°で切
り取った形状にしておく。
However, the overlapping part has two patterns PT,
, PT, are both about 45'' in the longitudinal direction. Therefore, the patterns PT, , PTf
The connection part should not be made at a right angle (for example, it should be cut at a 45° angle).

このように、90°で屈曲した線状パターンを2本のパ
ターンPT、 、p’rrに分解して重ね合わせ露光す
ると、特に屈曲部のレジスト上での像再生が良好になり
、90”でまがった内側のコーナ一部の形状がきれいに
露光される。またその他の角度で屈曲した直線状パター
ンについても同様の方法を適用し得る。さらに直線状パ
ターンでな(とも、鋭角(90°以下)で屈曲したエツ
ジをもつパターンの場合は、エツジの2つの方向によっ
て2つのパターンに分解するとよい。
In this way, when a linear pattern bent at 90° is decomposed into two patterns PT, , p'rr and exposed in a superimposed manner, image reproduction on the resist at the bent part is particularly good, and even at 90" The shape of a part of the curved inner corner is exposed clearly.The same method can also be applied to linear patterns bent at other angles. In the case of a pattern with curved edges, it is preferable to separate it into two patterns depending on the two directions of the edges.

第8図は、第8図(A)のようにT字状に交差する全体
パターンを、第8図(B)、(C)のように方向によっ
て2つの線状パターンPT、、PT、に分解した場合を
示す。線状パターンPT。
Fig. 8 shows that the overall pattern that intersects in a T-shape as shown in Fig. 8 (A) is divided into two linear patterns PT, PT, depending on the direction as shown in Fig. 8 (B) and (C). Shown when disassembled. Linear pattern PT.

、PT、はともに明部であるものとすると、線状パター
ンPT、の先端は90”以上の角度をもつ二等辺三角形
にしておき、この三角形の部分が第8図(C)のように
パターンPThの直線エツジに一部オーバーラップする
ようにする。このようにすると、T字状パターンの90
°のコーナ一部が、レジスト像の上では極めて鮮明にな
り、丸みをおびたりすることが少なくなる。
, PT, are both bright parts, the tip of the linear pattern PT, is an isosceles triangle with an angle of 90" or more, and this triangular part forms the pattern as shown in FIG. 8(C). Make it partially overlap the straight edge of PTh.In this way, the 90° of the T-shaped pattern
A part of the corner of the angle becomes extremely clear on the resist image and becomes less rounded.

以上、パターン分解のいくつかの例を示したが、第1図
で示した全体パターンPAに対しては、第5図の方法と
第7図の方法を併用して、複数の分解パターンPTA、
、PTAz 、PTAsに分けたのである。尚、分解す
る数は2以上であればよく、特に制限はない。ただし、
分解したパターン(レチクル)の数が多いと、重ね合わ
せ露光時の誤差がそれだけ累積されることになり、スル
ープットの点でも不利である。
Several examples of pattern decomposition have been shown above, but for the entire pattern PA shown in FIG. 1, multiple decomposition patterns PTA,
, PTAz, and PTAs. Note that the number of decompositions is not particularly limited as long as it is 2 or more. however,
If the number of separated patterns (reticles) is large, errors during overlapping exposure will accumulate, which is disadvantageous in terms of throughput.

さらに分解した各パターンは、それぞれ別のレチクルR
1〜R4に形成するようにしたが、特開昭62−145
730号公報に開示されているように、−枚の大型ガラ
ス基板上に、複数の同一サイズのパターン領域を設け、
分解した各パターンを各パターン領域内に設けるように
してもよい。
Each further decomposed pattern has a separate reticle R.
1 to R4, but JP-A-62-145
As disclosed in Japanese Patent No. 730, a plurality of pattern areas of the same size are provided on two large glass substrates,
Each decomposed pattern may be provided within each pattern area.

次に第9図を参照して本実施例の代表的なシーケンスを
説明する。
Next, a typical sequence of this embodiment will be explained with reference to FIG.

〔ステップ100〕 まず分解パターンを有する各レチクルR1〜R4をレチ
クルステージ6上に!!2置し、各レチクルR3〜R4
をレチクルステージ6上でアライメント系12を用いて
正確に位置決めする。特に各レチクルR1〜R4のロー
テーション誤差は十分な精度で小さくする。このため、
レチクルステージ6上の各レチクルR1〜R4を保持す
る部分には微小回転機構を設ける。ただし、各レチクル
R〜R#をX’−、V方向に微小移動させるa横は省略
できる。それはレチクルステージ6そのものがレーザ干
渉計10によって座標位置を精密に管理されているから
であり、各レチクルR7〜R4のマークRM、〜RM、
をアライメント系12で検出するようにレチクルステー
ジ6を位置決めしたときの各座標値を記憶しておけばよ
い。また各レチクルR1〜R2のローテーションの基準
は、実際にはウェハステージ側のレーザ干渉計30x、
3oyで規定される座標系であるから、基準マークFM
とマークRMI−RM、をアライメント系12で検出し
て、各レチクルR1〜R4のローチーシロン誤差がウェ
ハステージ側の座標系において零になるように追い込む
必要がある。このようなレチクルのローテーションに関
するアライメント手法は、例えば特開昭60−1868
45号公報に詳しく開示されている。
[Step 100] First, each reticle R1 to R4 having a decomposition pattern is placed on the reticle stage 6! ! 2 positions, each reticle R3 to R4
is accurately positioned on the reticle stage 6 using the alignment system 12. In particular, the rotation error of each reticle R1 to R4 is made small with sufficient accuracy. For this reason,
A minute rotation mechanism is provided on the reticle stage 6 at a portion that holds each reticle R1 to R4. However, the a-lateral movement in which each reticle R to R# is minutely moved in the X'- and V directions can be omitted. This is because the coordinate position of the reticle stage 6 itself is precisely controlled by the laser interferometer 10, and the marks RM, ~RM, of each reticle R7 to R4,
It is sufficient to store each coordinate value when the reticle stage 6 is positioned so that the alignment system 12 detects the . In addition, the rotation criteria for each reticle R1 to R2 is actually the laser interferometer 30x on the wafer stage side,
Since the coordinate system is defined by 3oy, the fiducial mark FM
It is necessary to detect the marks RMI-RM and RMI-RM by the alignment system 12, and drive the low chiron errors of each reticle R1 to R4 to zero in the coordinate system on the wafer stage side. An alignment method related to such reticle rotation is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1868-1868.
This is disclosed in detail in Publication No. 45.

〔ステップ101J 次に照明光学系4内に設けられた照明視野絞りとしての
レチクルブラインドの開口形状や寸法を、レチクルの遮
光帯SBに合わせるように設定する。
[Step 101J Next, the opening shape and dimensions of the reticle blind as an illumination field stop provided in the illumination optical system 4 are set to match the light-shielding band SB of the reticle.

〔ステップ102〕 続いて、フォトレジストを塗布したウェハWをウェハス
テージ上にローディングし、オフ・アクシス方式のアラ
イメント系24、あるいはTTL方式のアライメント光
学系20を用いて、ウェハW上のいくつかのチップ領域
CPに付随したマークを検出して、ウェハ全体のアライ
メント(グローバルアライメント)を行ない、ウェハW
上のチップ領域CPの配列座標と投影レンズ系16の光
mAX(レチクルのパターン領域中心点)トのX−y平
面内での位置関係を規定する。ここで、ウェハWへの露
光がファースト・プリントのときは、マークWM、−W
M、が存在しないので、ステン(ステップ103) 次に分解パターンの数、すなわちレチクルの枚数に対応
したパターン番号nと、ウェハW上に露光すべきチップ
領域CPの数に対応したチップ番号mがコンピュータを
含む主制御装置に登録される。ここでパターン番号nは
、レチクルの枚数Aのうちのいずれか1つの数にセット
され、チップ番号mは最大9として、初期状態ではlに
セットされる。
[Step 102] Subsequently, the wafer W coated with photoresist is loaded onto the wafer stage, and several alignments on the wafer W are performed using the off-axis alignment system 24 or the TTL alignment optical system 20. The mark attached to the chip area CP is detected, the entire wafer is aligned (global alignment), and the wafer W
The positional relationship between the arrangement coordinates of the upper chip area CP and the light mAX (center point of the pattern area of the reticle) of the projection lens system 16 in the X-y plane is defined. Here, when the exposure to the wafer W is the first print, the marks WM, -W
Since M does not exist, step 103 is performed.Next, the pattern number n corresponding to the number of decomposed patterns, that is, the number of reticles, and the chip number m corresponding to the number of chip areas CP to be exposed on the wafer W are determined. Registered in the main controller including the computer. Here, the pattern number n is set to any one of the number A of reticles, and the chip number m is set to 9 at maximum and to l in the initial state.

〔ステップ104〕 次にパターン番号nに対応したレチクルが投影レンズ系
16の直上にくるように、レチクルステージ6を精密に
位置決めする。
[Step 104] Next, the reticle stage 6 is precisely positioned so that the reticle corresponding to pattern number n is directly above the projection lens system 16.

〔ステップ105〕 そして、ウェハステージを、チップ番号mに基づいて、
ステッピングさせ、露光すべきm番目のチップ領域CP
を投影レンズ系16の直下に位置決めする。このとき、
n番目のレチクルの中心とm番目のチップ領域CPの中
心とは、グローバルアライメント時の結果に応じて、通
常±1μm程度の範囲内にアライメントされる。
[Step 105] Then, the wafer stage is changed based on the chip number m.
m-th chip area CP to be stepped and exposed
is positioned directly below the projection lens system 16. At this time,
The center of the n-th reticle and the center of the m-th chip region CP are usually aligned within a range of about ±1 μm, depending on the result of global alignment.

〔ステップ106〕 次に、グイ・パイ・グイ・アライメントを実行するもの
とすると、アライメント光学系12、あるいはアライメ
ント光学系20を用いてチップ領域CPに付随したマー
クWM、〜W M 4のレチクルマークRM、〜RM 
aに対する位置ずれを精密に計測し、その位置ずれが許
容範囲内になるまでウェハステージ26、又はレチクル
ステージ6のいずれか一方を微動させる。
[Step 106] Next, if the Gui-Pai-Gui alignment is to be performed, the alignment optical system 12 or the alignment optical system 20 is used to align the reticle marks of marks WM to WM4 attached to the chip area CP. RM, ~RM
The positional deviation with respect to a is precisely measured, and either the wafer stage 26 or the reticle stage 6 is slightly moved until the positional deviation falls within an allowable range.

尚、TTL方式のアライメント光学系20、又はアライ
メント光学系12によってグイ・バイグイ・アライメン
トを行なう代りに、特開昭61−44429号公報に開
示されているように、ウェハW上の3〜9個のチップ領
域CPのマークWM、〜WM、の各位置を計測し、その
計測値に基づいて統計的な演算手法により全てのチップ
領域のステッピング位置を求めるエンハンスト・グロー
バルアライメント(E、G、A)法等を採用してもよい
Incidentally, instead of using the TTL type alignment optical system 20 or the alignment optical system 12 to perform the guide-by- guide alignment, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429, 3 to 9 points on the wafer W can be aligned. Enhanced global alignment (E, G, A) that measures the positions of the marks WM, ~WM, in the chip area CP, and calculates the stepping positions of all chip areas using a statistical calculation method based on the measured values. Laws, etc. may be adopted.

〔ステップ107〕 次に、m番目のチップ領域CPに対して、n番目のレチ
クルで露光を行なうが、ここでは各チップ領域毎に多重
焦点露光法を適用するので、まず、チップ領域に対して
斜入射光式デフォーカスセンサーを働かせ、最良結像面
に対するチップ領域表面の高さ位置を精密に計測する。
[Step 107] Next, the m-th chip area CP is exposed using the n-th reticle, but since the multi-focus exposure method is applied to each chip area, first, the chip area is The oblique incident light defocus sensor is used to precisely measure the height position of the chip area surface relative to the best imaging plane.

そして、Zステージ26zによってベストフォーカス位
置に調整してから、通常の露光量の1/3程度でレチク
ルのパターンを露光する。次に、例えばウェハW上で0
.5μmのL/Sパターンが正確に結像される位置をベ
ストフォーカスとした場合、この高さ位置に対して+0
.5μm、−〇、5μm程度変化させた2ケ所の各々に
Zステージ26zをオフセットさせ、各高さ位置でそれ
ぞれ約1/3の露光量で露光を行う。すなわち本実施例
では、ベストフォーカス点、その前後の点の計3つの高
さ位置で3重露光を行なう、多重露光の各露光時におけ
る露光量は、はぼ通常の露光量の173でよいが、微妙
に調整するとよい、尚、結像補正機構18を使って、最
良結像面そのものを上下動させるときは、段階的に像面
位置を固定する代りに、±0.5μmの間で連続的に像
面を移動させつつ露光を行なうこともできる。この場合
、照明光学系4内に設けられたシャッターは、1つのデ
ツプ領域CPに対して1回だけ開けばよく、スループッ
ト的には極めて有利である。
Then, after adjusting to the best focus position using the Z stage 26z, the pattern on the reticle is exposed with about 1/3 of the normal exposure amount. Next, for example, 0 on the wafer W.
.. If the best focus is the position where the 5 μm L/S pattern is accurately imaged, +0 for this height position.
.. The Z stage 26z is offset to each of two locations changed by about 5 μm, −0, and 5 μm, and exposure is performed with about 1/3 of the exposure amount at each height position. In other words, in this embodiment, triple exposure is performed at a total of three height positions including the best focus point and points before and after the best focus point.The exposure amount for each multiple exposure may be approximately 173, which is the normal exposure amount. When moving the best image plane itself up and down using the image correction mechanism 18, instead of fixing the image plane position in steps, it is better to make slight adjustments. Exposure can also be performed while moving the image plane. In this case, the shutter provided in the illumination optical system 4 only needs to be opened once for one depth region CP, which is extremely advantageous in terms of throughput.

〔ステップ10日〕 m番目のチップ領域の露光が完了すると、セットされた
mの値を1だけインクリメントする。
[Step 10] When the exposure of the m-th chip area is completed, the set value of m is incremented by 1.

〔ステップ109〕 ここでウェハW上のすべてのチップ領域の露光が完了し
たか否かを判断する。ここではmの最大値を9としたの
で、この時点でmが10以上になっていれば次のステッ
プ110へ進み、9以下のときはステップ105に戻り
、次のチップ領域へのステッピングが行なわれる。
[Step 109] Here, it is determined whether exposure of all chip areas on the wafer W has been completed. Here, the maximum value of m is set to 9, so if m is 10 or more at this point, the process advances to the next step 110, and if it is 9 or less, the process returns to step 105, and stepping to the next chip area is performed. It will be done.

〔ステップ110〕 ウェハW上にn番目のレチクルが露光されると、ウェハ
ステージを1番目のチップ領域に対する露光位置ヘリセ
ットし、チップ番号mを1にセットする。
[Step 110] When the nth reticle is exposed on the wafer W, the wafer stage is set to the exposure position for the first chip area, and the chip number m is set to 1.

〔ステップ111〕 ここで用意した分解パターンのすべてのレチクルが露光
されているときは、1枚のウェハに対する露光が終了し
たことになる。まだ残っているレチクルがあるときは、
ステップ112に進む。
[Step 111] When all the reticles of the decomposition pattern prepared here have been exposed, it means that the exposure for one wafer has been completed. If there are still reticles left,
Proceed to step 112.

〔ステップ112〕 次にパターン番号nは他のレチクルに対応した値に変更
し、再びステップ104へ戻り、同様の動作を繰り返す
[Step 112] Next, the pattern number n is changed to a value corresponding to another reticle, and the process returns to step 104 to repeat the same operation.

以上の各ステップで、ファースト・プリントの際は先の
ステップ102以外に、ステップ106も省略されるこ
とは言うまでもない。
Of the above steps, it goes without saying that in addition to step 102, step 106 is also omitted during first printing.

以上のようにして、次々にウェハWの処理を行なうが、
例えば同一プロセスをへた複数枚のウェハを処理すると
きは、そのロフト内の全てのウェハに対して1枚目のレ
チクルで露光してから、レチクル交換を行ない、次のレ
チクルでロフト内の全てのウェハを露光するようなシー
ケーンスにしてもよい。また、ステップ106でグイ・
パイ・グイ・アライメントを行なうときは、チップ領域
CPに付随した1種類のマークを、各レチクルR〜R4
の夫々とのアライメント時に共通に使うようにしておけ
ば、ウェハW上に転写される各レチクル毎のパターンの
間での相対位置ずれを最小にすることができる。
As described above, wafers W are processed one after another, but
For example, when processing multiple wafers that have undergone the same process, all wafers in the loft are exposed with the first reticle, the reticle is replaced, and the next reticle is used to expose all the wafers in the loft. The sequence may also be such that several wafers are exposed. Also, in step 106,
When performing pie-gui alignment, one type of mark attached to the chip area CP is placed on each reticle R to R4.
If they are used in common during alignment with each of the reticles, the relative positional deviation between the patterns of each reticle transferred onto the wafer W can be minimized.

さらに、E、G、A法を採用するときは、露光シーケン
ス中の各アライメント系、駆動系等のドリフトが問題と
なる可能性もあるが、基準マークFMを使ってレチクル
交換のたび、又はウェハ露光終了のたびに各県のドリフ
トをチエツクすることで、仮りにドリフトが生じてもた
だちに補正することができる。
Furthermore, when adopting the E, G, A method, drift of each alignment system, drive system, etc. during the exposure sequence may become a problem, but using the fiducial mark FM every time the reticle is replaced or the wafer By checking the drift in each prefecture every time exposure is completed, even if a drift occurs, it can be corrected immediately.

以上本実施例では、孤立化された分解パターンの夫々を
、複数点の焦点位置で多重露光を行なうために、解像限
界の増大と焦点深度の増大とがともに得られることにな
る。ここで言う解像限界とは、レチクル上の全体パター
ンがL/S状のように密なために、回折現象等によって
、レジスト上にパターン転写したときの明線と暗線が良
好に分離して解像されない限界のことを意味し、投影レ
ンズ系16単体の理論解像力とは別の意味である。
As described above, in this embodiment, since multiple exposure is performed for each isolated separated pattern at a plurality of focus positions, both an increase in the resolution limit and an increase in the depth of focus can be obtained. The resolution limit referred to here means that because the entire pattern on the reticle is dense like an L/S shape, the bright lines and dark lines when the pattern is transferred onto the resist are well separated due to diffraction phenomena, etc. This means the limit at which images cannot be resolved, and has a different meaning from the theoretical resolving power of the projection lens system 16 alone.

本実施例では全体パターン中の各線状パターンを孤立化
するように分解しておき、孤立化されたパターンを投影
するので、はとんど投影レンズ系16の理論解像力まで
いっばいに使って、より微細な線状パターンを転写する
ことができる。この効果は多重焦点露光法を併用しない
場合、すなわち第9図中のステップ107でZステージ
26zをベストフォーカスに固定したまま、各分解パタ
ーンのレチクルR1〜R4を重ね合わせ露光する場合で
あっても同様に得られるものである。
In this embodiment, each linear pattern in the overall pattern is separated into isolated patterns, and the isolated patterns are projected, so the theoretical resolving power of the projection lens system 16 is used at once. It is possible to transfer finer linear patterns. This effect can be obtained even when the multi-focus exposure method is not used together, that is, when the reticles R1 to R4 of each separation pattern are exposed in a superimposed manner while the Z stage 26z is fixed at the best focus in step 107 in FIG. The same can be obtained.

次に本発明の第2の実施例によるパターン分解の手法と
、それに伴った露光方法を説明する。第1θ図(A)は
ウェハW上に形成される回路パターン構成の一例を模式
的に表わした断面であり、製造の後半ではウェハ表面に
微小な凹凸が形成される。この微小凹凸は場合によって
は投影レンズ系16の焦点深度(例えば±0.8μm)
よりも大きくなることもある。第1O図(A)ではウェ
ハ表面にレジスト層PRが形成され、ウェハ上の凸部に
パターンP0、Po、Pr4を露光し、凹部にパターン
Prlを露光する場合を示す、この場合、従来の露光方
法では、1枚のレチクル上に透明部としてのパターンP
 rl〜P r4の全てを形成していたが、本実施例で
は凸部のところに露光されるパターンP□、Po、P、
は第1O図(B)のようにレチクルR2上に透過部Ps
l、P1□、PI4として形成しておき、凹部のところ
に露光されるパターンP、は第10図(C)のようにレ
チクルR2上に透過部P0として形成しておく。
Next, a pattern separation method and an accompanying exposure method according to a second embodiment of the present invention will be explained. FIG. 1θ (A) is a cross section schematically showing an example of a circuit pattern configuration formed on a wafer W, and in the latter half of manufacturing, minute irregularities are formed on the wafer surface. Depending on the case, this minute unevenness may be the depth of focus of the projection lens system 16 (for example, ±0.8 μm).
It can sometimes be larger than. FIG. 1O (A) shows a case where a resist layer PR is formed on the wafer surface, and patterns P0, Po, and Pr4 are exposed on the convex portions of the wafer, and patterns Prl are exposed on the concave portions. In this case, conventional exposure In this method, a pattern P as a transparent part is placed on one reticle.
All of rl to P r4 were formed, but in this example, the patterns P□, Po, P,
There is a transparent part Ps on the reticle R2 as shown in Figure 1O (B).
1, P1□, and PI4, and the pattern P to be exposed in the recessed portion is formed as a transparent portion P0 on the reticle R2 as shown in FIG. 10(C).

そして、それぞれのレチクルR1、R1を用いて重ね合
わせ露光する際、レチクルR3のときは投影レンズ系1
6の最良結像面をウェハW上の凸部側に合わせるようし
て露光し、レチクルR2のときは最良結像面を凹部側に
合わせるようにして露光する。このようにすれば、チッ
プ領域CP内の全てのパターンが極めて解像力よく露光
され、凸部、凹部に影響されて、部分的なデフォーカス
を起すことが防止できる。
When performing overlapping exposure using the respective reticles R1 and R1, when the reticle R3 is used, the projection lens system 1
For reticle R2, exposure is performed so that the best image forming surface of No. 6 is aligned with the convex portion side of the wafer W, and in the case of reticle R2, the best image forming surface is aligned with the concave portion side of the wafer W. In this way, all the patterns in the chip area CP are exposed with extremely high resolution, and it is possible to prevent partial defocusing from occurring due to the influence of the convex portions and concave portions.

本実施例ではさらに、各レチクルR,,R,の露光時に
、第1実施例で説明した多重焦点霧光法を併用してもよ
い。また線状パターンがウェハW上の凹部から凸部にか
けて露光されるようなときは、レチクル上ではその線状
パターンを長手方向で分解して凸部にかかる部分と凹部
にかかる部分とに分ければよい。さらにウェハW上の凸
部、凹部を3段階に分けて、3つの分解パターンを作り
、3つの焦点位置に分けて露光してもよい。もちろん、
第5図〜第8図で説明した分解ルールを併用してもよい
In this embodiment, the multifocal fogging method described in the first embodiment may also be used in conjunction with the exposure of each reticle R, , R,. Furthermore, when a linear pattern is exposed from concave to convex parts on the wafer W, the linear pattern can be disassembled in the longitudinal direction on the reticle and divided into parts covering the convex parts and parts covering the concave parts. good. Furthermore, the convex portions and concave portions on the wafer W may be divided into three stages, three separated patterns may be created, and exposure may be performed separately at three focal positions. of course,
The decomposition rules explained in FIGS. 5 to 8 may be used together.

第11図は、第3の実施例によるパターン分解手法を説
明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a pattern decomposition method according to the third embodiment.

近年、レチクル上に形成された微小孤立パターン(コン
タクトホール等)やコーナーエツジの形状を正確に再現
して露光する目的でサブ・スペース・マークを入れるこ
とが提案されている。第11図(A)はコンタクトホー
ルとしてレチクル上に形成される微小矩形開口部P e
llを表わし、この開口部P。はウェハ上に露光したと
き1〜2μm角程度になる。この種の開口部p cmは
投影露光すると、レジスト上では90″の角部がつぶれ
て丸まることが多い、そこで投影光学系では解像されな
い程小さいサイズ(例えばウェハ上で0.2μm角)の
サブ・スペース・マークM1を開口部P−の4隅の角部
近傍に設ける。
In recent years, it has been proposed to insert sub-space marks in order to accurately reproduce the shapes of minute isolated patterns (contact holes, etc.) and corner edges formed on a reticle for exposure. FIG. 11(A) shows a minute rectangular opening P e formed on the reticle as a contact hole.
ll and this opening P. When exposed onto a wafer, it becomes about 1 to 2 μm square. When this type of opening p cm is exposed by projection, the 90" corner on the resist often collapses and becomes rounded. Therefore, the size of the opening p cm is so small that it cannot be resolved by the projection optical system (for example, 0.2 μm square on the wafer). Sub-space marks M1 are provided near the four corners of the opening P-.

このように本来の開口部P。の他にサブ・スペース・マ
ークM spを形成する場合、開口部P−の配列ピッチ
が狭くなると、従来のレチクルではサブ・スペース・マ
ークM□を入れることが難しくなる。ところが本発明の
ように、全体パターンにおける開口部P−を1つおきに
サブ・スペース・マークM0と共に別々のレチクル(又
は別々の分解パターン)に形成しておけば、1つの開口
部PC1の周囲には充分なスペース(遮へい部)ができ
るので、サブ・スペース・マークM3.の設は方に自由
度が得られるといった利点がある。
In this way, the original opening P. In addition, when forming a sub-space mark Msp, if the arrangement pitch of the openings P- becomes narrower, it becomes difficult to insert the sub-space mark M□ with a conventional reticle. However, as in the present invention, if every other opening P- in the overall pattern is formed in separate reticles (or separate separated patterns) together with sub-space marks M0, the surroundings of one opening PC1 can be Since there is enough space (shielding part) for sub space mark M3. It has the advantage of giving you more freedom when it comes to setting it up.

第11図(B)はラインパターンP−の端部近傍の両側
に線状のサブ・スペース・マークM−を設けた場合を示
す。全体パターンを分解パターンに分けたとき、露光す
べき矩形状、又はライン状パターンに付随したサブ・ス
ペース・マークM6.。
FIG. 11(B) shows a case where linear sub-space marks M- are provided on both sides near the end of the line pattern P-. When the entire pattern is divided into separated patterns, sub-space marks M6. .

はかならず分解されたそのパターンとともにレチクル上
に形成しておく必要がある。また1つの全体パターン(
例えば屈曲した線状パターン)を複数のパターンに分解
したとき、各分解パターン中にコーナーエツジが生まれ
たときは、そのコーナーエツジ近傍等に新たにサブ・ス
ペース・マークを設けておいてもよい。
It must be formed on the reticle together with the decomposed pattern. Also, one overall pattern (
For example, when a curved linear pattern is decomposed into a plurality of patterns, if a corner edge is generated in each decomposed pattern, a new sub-space mark may be provided near the corner edge.

第12図は第4の実施例によるパターン分解手法を説明
する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a pattern decomposition method according to the fourth embodiment.

本実施例では、いままでの各実施例で説明した効果以外
に、投影光学系の解像限界を超えた微小線幅のりソグラ
フィが達成されるといった効果が得られる。
In addition to the effects described in each of the previous embodiments, this embodiment provides the effect of achieving fine line width lithography that exceeds the resolution limit of the projection optical system.

第12図(A)はウェハWの断面の一例を示し、レジス
)jiPHに紙面と直交する方向に伸びた細いラインパ
ターンPr5、Pr6、Pr?をレジスト像として残す
場合を示す。
FIG. 12(A) shows an example of the cross section of the wafer W, and shows thin line patterns Pr5, Pr6, Pr? This shows the case where the image is left as a resist image.

レジスト層PR上でパターンP 、ss P l’6、
Pr?の周囲は全て感光させるものとすると、レチクル
上の分解パターンは第12図(B)、(C)のように2
つに分ける。第12図(B)、(C)で、2枚のレチク
ルの夫々には、パターンP、5、Po、prtのところ
で互いにオーバーラツプするような遮光部が形成される
。オーバーラツプする遮光部の幅ΔDがパターンPrS
、P rb、Plの線幅を決定する。ここで明らかなよ
うに、従来の方法では、パターンPrS、Po、Prv
の夫々に対応した1本の暗線パターンを露光するため、
各パターンPrS〜P、、、の線幅は投影レンズの性能
等で制限されてしまう。しかしながら本実施例では2枚
のレチクルの夫々に分解されたパターン上での暗部の幅
は極めて大きなものになり、回折の影響をほとんど受け
ない。このため投影レンズの性能、回折等の制限を受け
ずに、幅ΔDを極めて小さくでき、例えば0.8μmを
解像限界とする露光装置を使って0.4μmのラインパ
ターンを作ることができる。
On the resist layer PR, patterns P, ss P l'6,
Pr? Assuming that the entire surrounding area of
Divide into parts. In FIGS. 12(B) and 12(C), light shielding portions are formed on each of the two reticles so as to overlap each other at the patterns P, 5, Po, and prt. The width ΔD of the overlapping light shielding part is the pattern PrS.
, P rb and Pl line widths are determined. As is clear here, in the conventional method, the patterns PrS, Po, Prv
In order to expose one dark line pattern corresponding to each of
The line width of each pattern PrS to P, . . . is limited by the performance of the projection lens, etc. However, in this embodiment, the width of the dark area on the pattern separated into each of the two reticles is extremely large, and is hardly affected by diffraction. Therefore, the width ΔD can be made extremely small without being limited by the performance of the projection lens, diffraction, etc., and for example, a line pattern of 0.4 μm can be created using an exposure device with a resolution limit of 0.8 μm.

本実施例の場合、ウェハW上へ転写されるパターン像の
寸法情度は、2枚のレチクル(各分解パターン)の各ア
ライメント精度、ウェハW上の各チップ領域CPとのア
ライメント精度、及び2枚のレチクル間でのパターン領
域の作成誤差等に依存して悪化することが考えられる。
In the case of this embodiment, the dimensional accuracy of the pattern image transferred onto the wafer W is determined by the alignment accuracy of the two reticles (each separated pattern), the alignment accuracy with each chip area CP on the wafer W, and the two reticles. It is conceivable that the problem may deteriorate depending on the error in creating the pattern area between the reticles.

しかしながらアライメント精度は年々向上してきており
、また各レチクルのパターン領域の作成誤差、マーク打
ち込み誤差等は、予め計測して、アライメント時に位置
補正するようなシーケンスをとれば実用上の問題は少な
いと考えられる。さらに第12図(B)、(C)のパタ
ーン分解手法からも明らかではあるが、2つの分解パタ
ーンの夫々での露光時の光量は、どちらの分解パターン
に対してもほぼ適正露光量にしておけばよい。またレジ
スl−層PRはポジ型、ネガ型のいずれでもよく、多重
焦点露光法との併用もを効である。
However, alignment accuracy has been improving year by year, and we believe that there will be fewer practical problems if errors in creating the pattern area of each reticle, marking errors, etc. are measured in advance and a sequence is taken to correct the position during alignment. It will be done. Furthermore, as is clear from the pattern decomposition method shown in Figures 12 (B) and (C), the amount of light during exposure for each of the two decomposition patterns is approximately the appropriate exposure amount for both decomposition patterns. Just leave it there. Further, the resist l-layer PR may be of either a positive type or a negative type, and it is also effective to use it in combination with a multifocal exposure method.

次に本発明の第5の実施例を第13図(A)、(B)を
参照して説明する。第3図に示したステッパーの光源と
して、近年エキシマレーザ光源を用いることが注目され
ている。エキシマレーザ光源はレーザ媒質として希ガス
・ハライド(XeC2、KrF、ArF等)のように、
レーザ・ゲインの高いものが使われる。このためレーザ
デユープ内の電極間に高圧放電を起すと、特別な共振ミ
ラーがなくても紫外域の強力な光を誘導放出し得る。こ
の場合放出された光のスペクトルはブロードなものであ
り、時間的にも空間的にもコヒーレンシイは低い。この
ようなブロードバンドの光は、投影レンズの材質にもよ
るが、著しく大きな色収差を発生する。紫外域の光を効
率よく透過させるために、エキシマレーザ用の投影レン
ズは石英のみで作られることが多い。このためエキシマ
レーザ光のスペクトル幅は極めて狭くする必要があると
ともに、その絶対波長も一定にさせる必要があそこで本
実施例では、第13図(A)に示すようにエキシマレー
ザチューブ202の外部に共振器として作用する全反射
ミラー(リアミラー201)、低反射率ミラー(フロン
トミラー)205とを設けてコヒーレンシイを少し高め
るとともに、レーザチューブ202の外部でミラー20
1とミラー205との間に、2つの可変t’lJ1角の
ファブリ・ペロー・エタロン203.204 ヲ配置し
テレーザ光の狭帯化を計るようにした。ここでエタロン
203.204は2枚の石英板を所定のギャップで平行
に対向させたもので、一種のバンドパスフィルターとし
て1肋く、エタロン203.204のうちエタロン20
3は粗調用で、エタロン204は微調用であり、このエ
タロン204の頭角を調整することで、出力されるレー
ザ光の波長の絶対値が一定値になるように、波長変動を
モニターしつつ逐次フィードパ・ツク制御する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13(A) and 13(B). In recent years, the use of an excimer laser light source as a light source for the stepper shown in FIG. 3 has attracted attention. An excimer laser light source uses a rare gas halide (XeC2, KrF, ArF, etc.) as a laser medium.
A laser with high gain is used. Therefore, when a high-pressure discharge is generated between the electrodes in the laser duplex, strong light in the ultraviolet region can be stimulated and emitted without a special resonant mirror. In this case, the emitted light has a broad spectrum and low coherency both temporally and spatially. Such broadband light generates significantly large chromatic aberration, depending on the material of the projection lens. In order to efficiently transmit light in the ultraviolet region, projection lenses for excimer lasers are often made only of quartz. For this reason, it is necessary to make the spectral width of the excimer laser light extremely narrow, and it is also necessary to make its absolute wavelength constant. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. A total reflection mirror (rear mirror 201) and a low reflectance mirror (front mirror) 205 that act as a resonator are provided to slightly increase the coherency, and a mirror 20 is provided outside the laser tube 202.
1 and the mirror 205, two Fabry-Perot etalons 203 and 204 with variable t'lJ1 angles are arranged to narrow the band of the teleser light. Here, the etalons 203 and 204 are two quartz plates facing each other in parallel with a predetermined gap, and are used as a kind of band pass filter.
3 is for coarse adjustment, and the etalon 204 is for fine adjustment. By adjusting the head angle of this etalon 204, the wavelength fluctuations are successively monitored so that the absolute value of the wavelength of the output laser light becomes a constant value. Feed pack control.

そこで本実施例では、このようなエキシマレーザ光源の
構成と投影レンズの軸上色収差とを積極的に利用して、
最良結像面を光学的上下動させることで、多重焦点露光
法を行なうようにした。すなわち、あるチップ領域CP
を露光する際、エキシマレーザ光源内のエタロン2.0
4、又は203のうちいずれか一方を、絶対波長安定化
に必要な頭角から所定量だけずらしながらエキシマレー
ザ(パルス等)を照射する。エタロンの頭角をずらすと
、絶対波長がわずかにシフトするので、投影レンズの軸
上色収差に対応して最良結像面は光軸方向に位置変動を
起す。このため50〜100パルスのエキシマレーザで
露光する間にエタロンの頭角を離散的、又は連続的に変
化させれば、レチクル、ウェハ間のメカ的な移動をまっ
たく行なうことなく同様の多重焦点露光法が実施できる
Therefore, in this embodiment, the configuration of the excimer laser light source and the axial chromatic aberration of the projection lens are actively utilized.
By optically moving the best imaging plane up and down, a multi-focal exposure method is performed. That is, a certain chip area CP
When exposing, the etalon 2.0 inside the excimer laser light source
4 or 203 is irradiated with an excimer laser (pulse or the like) while shifting the head angle by a predetermined amount from the angle required for absolute wavelength stabilization. When the head angle of the etalon is shifted, the absolute wavelength shifts slightly, so the position of the best imaging plane changes in the optical axis direction in response to the axial chromatic aberration of the projection lens. Therefore, if the head angle of the etalon is changed discretely or continuously during exposure with 50 to 100 pulses of excimer laser, the same multi-focus exposure method can be used without any mechanical movement between the reticle and wafer. can be implemented.

第13図(B)は、同様のエキシマレーザの他の構成を
示し、リアミラー201の代りに波長選択素子としての
反射型の回折格子(グレーティング)206を傾斜可能
に設けたものである。この場合、グレーティング206
は波長設定時の粗調に使い、エタロン204を微調に使
う。多重焦点露光法のためには、エタロン204、又ハ
クレーティング206のうちいずれか一方を傾斜させれ
ば発振波長が変化し、最良像面が上下動する。
FIG. 13(B) shows another configuration of a similar excimer laser, in which a reflective diffraction grating 206 as a wavelength selection element is provided in place of the rear mirror 201 so as to be tiltable. In this case, grating 206
is used for coarse adjustment when setting the wavelength, and etalon 204 is used for fine adjustment. For the multi-focus exposure method, by tilting either the etalon 204 or the filtering 206, the oscillation wavelength changes and the best image plane moves up and down.

以上のように、エキシマレーザを用いると色収差という
物理次段を使って像面(焦点位置)を変化させることが
できるが、色収差には縦色収差(軸上色収差)と横色収
差(倍率色収差)の2つがあり、それぞれが波長の変化
によって同時に生じることがある。倍率色収差は、投影
倍率を狂わせることを意味するので、無視できる程度に
補正しておく必要がある。そこで−例としては、両側テ
レセントリックな投影レンズの場合は投影レンズ内の最
もレチクル側に設けられたテレセン維持用のフィールド
レンズ群(補正光学系)を光軸方向に上下動させる構成
とし、エタロン204の傾斜と同期させてフィールドレ
ンズ群を上下動させれば、倍率色収差を補正することが
できる。
As mentioned above, when using an excimer laser, the image plane (focal position) can be changed using the next physical step called chromatic aberration, but chromatic aberration includes longitudinal chromatic aberration (axial chromatic aberration) and lateral chromatic aberration (lateral chromatic aberration). There are two, and each can occur simultaneously due to a change in wavelength. Since lateral chromatic aberration means that the projection magnification is distorted, it is necessary to correct it to a negligible degree. Therefore, for example, in the case of a projection lens that is telecentric on both sides, a field lens group (correction optical system) for maintaining telecentricity provided closest to the reticle in the projection lens is configured to move up and down in the optical axis direction, and the etalon 20 By moving the field lens group up and down in synchronization with the inclination of the lens, chromatic aberration of magnification can be corrected.

また第3図に示した結像補正機構18を連動して用いて
、投影レンズ16内の制御圧力にオフセットを加える方
式であっても、同様に横色収差(倍率誤差)を補正する
ことができる。
Further, even if the image forming correction mechanism 18 shown in FIG. 3 is used in conjunction with the system to apply an offset to the control pressure within the projection lens 16, the lateral chromatic aberration (magnification error) can be similarly corrected. .

次に、先に説明した多重焦点露光法の他のシーケンスを
第6の実施例として説明する。
Next, another sequence of the multifocal exposure method described above will be described as a sixth embodiment.

このシーケンスのために、第3図に示したステッパーに
はウェハステージ26のヨーイングを計測するための差
動干渉計が設けられ、移動鏡28X、又は2Byに一定
間隔で平行に並んだ2本の測長用ビームを投射し、2本
の測長ビームの光路差の変化を計測する。この計測値は
ウェハステージ26の移動中、又はステッピング後に生
じる微小回転誤差量に対応している。
For this sequence, the stepper shown in FIG. 3 is equipped with a differential interferometer for measuring the yawing of the wafer stage 26, and two parallel interferometers are arranged at regular intervals on the movable mirror 28X or 2By. A length measurement beam is projected, and a change in the optical path difference between the two length measurement beams is measured. This measured value corresponds to the minute rotational error amount that occurs during movement of the wafer stage 26 or after stepping.

そこでまずウェハW上の全てのチップ領域に対して、1
つの焦点位置でステップアンドリピート方式で順次露光
している。このとき、各チップ領域の露光中に、ウェハ
ステージ26のヨーイング量を計測して記憶していく。
Therefore, first, for all chip areas on the wafer W, 1
Exposure is performed sequentially using a step-and-repeat method at two focal positions. At this time, the amount of yawing of the wafer stage 26 is measured and stored during exposure of each chip area.

そしてZステージ26Zの高さ変更、又はエキシマレー
ザ光の波長シフト等を行なって第2の焦点位置で同様に
ステップアンドリピート方式で1番目のチップ領域から
順次露光を行なっていく。このとき各チップ領域にステ
ッピングしたときのヨーイング量と、先に記憶された当
該チップ領域露光時のヨーイング量とを比較し、許容値
内の差しかないときはそのまま露光を行なう。比較の結
果が差が大きいときは、ウェハWを保持して微小回転す
るθテーブルで回転補正するか、レチクルを保持するθ
テーブルを回転させて補正する。
Then, by changing the height of the Z stage 26Z or shifting the wavelength of the excimer laser beam, exposure is sequentially performed from the first chip area in the same step-and-repeat manner at the second focal position. At this time, the amount of yawing when stepping to each chip area is compared with the previously stored yawing amount when exposing the chip area, and if the difference is within the tolerance value, exposure is performed as is. If the comparison results show a large difference, either correct the rotation with a θ table that holds the wafer W and slightly rotates it, or adjust the θ table that holds the reticle.
Correct by rotating the table.

この際、X1y方向のレチクルとチップ領域の位置ずれ
は、アライメント系12等によりグイ・パイ・ダイ方式
でモニターしつつ、リアルタ・fムにアライメント(位
置ずれ補正)するとよい。すなわち、X1y方向のアラ
イメント誤差は、チップ領域に付随したマークWM、〜
WM4、レチクルマークRM、〜RM、を検出しつつ、
そのアライメント誤差が零になるようにレチクルステー
ジ6又は、ウェハステージ26をサーボ制御する状態に
しておき、同時にレチクル又はウェハを差動干渉計から
のヨーイング計測値に基づいて回転補正する。
At this time, it is preferable to monitor the positional deviation between the reticle and the chip area in the X1y direction using the alignment system 12 or the like using a Gui-Pie-Die method, and perform alignment (correction of positional deviation) in real time. That is, the alignment error in the X1y direction is the mark WM attached to the chip area, ~
While detecting WM4, reticle mark RM, ~RM,
The reticle stage 6 or wafer stage 26 is servo-controlled so that the alignment error becomes zero, and at the same time, the rotation of the reticle or wafer is corrected based on the yawing measurement value from the differential interferometer.

このようなシーケンスにすると、各チップ領域に対する
アライメント時間が短かくなるとともに、チップローテ
ーション、ウェハローテーションの誤差による重ね合わ
せ精度の低下が無視できる。
With such a sequence, the alignment time for each chip region is shortened, and the decrease in overlay accuracy due to errors in chip rotation and wafer rotation can be ignored.

またウェハステージのヨーイング量を記憶しておくので
、IN目の露光(ファーストプリント)時から多重焦点
露光法を使うときでも、分解したレチクルによる重ね合
わせ露光の精度を何ら低下させることがない。
Furthermore, since the yawing amount of the wafer stage is memorized, even when using the multi-focus exposure method from the initial exposure (first print), there is no reduction in the accuracy of the overlapping exposure using the disassembled reticle.

以上、本実施例では各チップ領域の露光のたびに焦点位
置を変えるのではなく、1枚のウェハに対する1回目の
露光が終了した時点で焦点位置を変えるだけなので、ス
ループットの向上が期待できる。
As described above, in this embodiment, the focus position is not changed each time each chip area is exposed, but is changed only when the first exposure of one wafer is completed, so that throughput can be expected to be improved.

以上、本発明の各実施例を説明したが、分解されたパタ
ーンの各々は、バクーン形状が異なるために必然的に像
強度も異なってくる。そのため、各分解パターン毎に適
正露光量が異なることがある。そこで分解されたパター
ンの各々について、レチクルのパターン領域の透過率等
を計測して各分解パターン毎に適正露光量を決定するよ
うにしてもよい、また、投影露光時の結像光束の開口数
を小さくすることも焦点深度を増大させるのに役立つ、
結像光束の開口数は、投影レンズのtiEPに可変開口
絞り仮を設けること、照明光学系内の2次光源像の大き
さを絞りや変倍光学系等を用いて変えること等で調整で
きる。さらに瞳BPを通る光束を第14図のような絞り
でリング状(輪帯状)に制限してもよい、あるいは2次
光源像を径や幅を可変、又は切替え可能なリング状に形
成してもよい。
The embodiments of the present invention have been described above, but since each of the separated patterns has a different backbone shape, the image intensities also inevitably differ. Therefore, the appropriate exposure amount may differ for each separated pattern. For each of the separated patterns, the transmittance of the pattern area of the reticle may be measured to determine the appropriate exposure amount for each separated pattern.Also, the numerical aperture of the imaging light beam during projection exposure may be determined. Reducing the size also helps increase the depth of focus,
The numerical aperture of the imaging light beam can be adjusted by providing a temporary variable aperture diaphragm in the tiEP of the projection lens, and by changing the size of the secondary light source image in the illumination optical system using an aperture, variable magnification optical system, etc. . Furthermore, the light flux passing through the pupil BP may be restricted to a ring shape (zonal shape) with an aperture as shown in Fig. 14, or the secondary light source image may be formed into a ring shape whose diameter and width can be varied or switched. Good too.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、従来は多重焦点露光法の
適用が難かしかったパターンに対しても同方法を適用で
きるようになる。また、パターンの空間周波数を低減で
きるために、フォーカス位置を変化させない場合につい
ても、より微細なパターンの形成が可能である。
As described above, according to the present invention, the multifocal exposure method can be applied to patterns to which it has been difficult to apply the same method in the past. Further, since the spatial frequency of the pattern can be reduced, even when the focus position is not changed, it is possible to form a finer pattern.

また、エキシマ露光等で波長を変化させて多重露光を行
うことで焦点深度の拡大方法の選択が広がる。
Further, by performing multiple exposure by changing the wavelength using excimer exposure or the like, the selection of methods for expanding the depth of focus is expanded.

これらは、光を用いる0、5μm以下のりソグラフィで
焦点深度をいかにして増大させるかという物理的限界に
対する解法のを力な手法である。
These are powerful methods for solving the physical limitations of how to increase the depth of focus in sub-0.5 μm lithography using light.

更に、レチクルを分割する方法は近年、各パターンにサ
ブ・スペース・マーク等を入れる技術が開発され、同一
のレチクルに本パターンとともにサブ・スペース・マー
クを入れることがスペース的にむずかしいことへの解決
ともなる。
Furthermore, in recent years, a method for dividing a reticle has been developed in which a sub-space mark, etc. is added to each pattern, and this solves the problem of space-related difficulties in inserting sub-space marks along with the main pattern on the same reticle. It also becomes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法を模式的に表わした図、第2図(
A)、(B)はライン・アンド・スペースパターンとそ
の間引きパターンとの回折光の発生の様子を示す図、第
2図(C)はライン・アンド・スペースパターンのとき
の像強度分布のシミュレーション結果を表わすグラフ、
第2図(D)、(E)は間引きパターンのときの像強度
分布のシミュレーションを表わすグラフ、第2図(F)
は第2図(D)、(E)の像強度を重ね合わせたシミュ
レーション結果を表わすグラフ、第3図は本発明の実施
に好適なステッパーの構成を示す斜視図、第4図はステ
ッパーの投影光学系における結像の様子を示す図、第5
図、第6図、第7図、第8図はそれぞれ本発明の方法の
パターン分解法を説明する図、第9図は本発明の方法を
用いた1つの露光手順を説明するフローチャート図、第
10図は第2の実施例によるパターン分解法を説明する
図、第11図は第3の実施例によるパターン形成法を説
明する図、第12図は第4の実施例によるパターン分解
法を説明する図、第13図は第5の実施例による露光方
法を実施するのに好適なレーザ光源の構成を示す図、第
14図は結像光束の開口数を調整するための輪帯状フィ
ルターを示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 R,R,、R1、R,、R,・・・レチクル、W・・・
ウェハ、 CP・・・ショット領域、 PA、、PB・・・全体パターン、 PTA+ 、PTA! 、PTAz ・・・PAの分解パターン、 PTB、  、PTBt、PTB。 ・・・PBの分解パターン、 2・・・光源部、 4・・・照明光学系、 6・・・レチクルステージ、 16・・・投影レンズ、 18・・・結像補正機構。
Figure 1 is a diagram schematically representing the method of the present invention, Figure 2 (
A) and (B) are diagrams showing how diffracted light is generated in a line-and-space pattern and a thinning pattern, and Figure 2 (C) is a simulation of the image intensity distribution for a line-and-space pattern. A graph showing the results,
Figures 2 (D) and (E) are graphs showing simulations of image intensity distribution in the case of a thinning pattern, Figure 2 (F)
is a graph showing the simulation results obtained by superimposing the image intensities of FIGS. 2(D) and (E), FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a stepper suitable for carrying out the present invention, and FIG. 4 is a projection of the stepper. Diagram showing the state of image formation in the optical system, No. 5
6, 7, and 8 are diagrams each explaining the pattern decomposition method of the method of the present invention, and FIG. 9 is a flowchart diagram explaining one exposure procedure using the method of the present invention, and FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining the pattern decomposition method according to the second embodiment, FIG. 11 is a diagram for explaining the pattern formation method according to the third embodiment, and FIG. 12 is a diagram for explaining the pattern decomposition method according to the fourth embodiment. FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a laser light source suitable for carrying out the exposure method according to the fifth embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing an annular filter for adjusting the numerical aperture of the imaging light beam. FIG. [Explanation of symbols of main parts] R, R,, R1, R,, R,... Reticle, W...
Wafer, CP...shot area, PA,,PB...whole pattern, PTA+, PTA! , PTAz ... PA decomposition pattern, PTB, , PTBt, PTB. ...PB decomposition pattern, 2.. Light source section, 4.. Illumination optical system, 6.. Reticle stage, 16.. Projection lens, 18.. Image formation correction mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)所定のエネルギー線に対する透過部と遮へい部と
により幾何学的なパターンが形成されたマスクに前記エ
ネルギー線を照射し、該パターンを感応基板に露光する
方法において、前記感応基板上に形成すべき全体パター
ンを、パターンの局所的な形状、もしくはパターンの密
度に応じて複数の分解されたパターンに分け、該分解パ
ターンの夫々をマスクに形成した後、該複数の分解パタ
ーンの夫々を前記感応基板上に順次位置合わせして重ね
合わせ露光することを特徴とする露光方法。 (2)前記全体パターンのなかで、前記透過部と遮へい
部とによる線状パターンが所定間隔でほぼ平行に複数形
成されているとき、前記透過部による線状パターンのう
ち隣接する2つの線状パターンは互いに異なる分解パタ
ーンに含まれるように分けたことを特徴とする請求項第
1項に記載の方(3)前記全体パターンのなかで、前記
透過部、もしくは前記遮へい部による線状パターンが所
定の角度で屈曲して形成されているとき、該屈曲した線
状パターンは、屈曲部で2つに分けて互いに異なる分解
パターンに含まれるようにしたことを特徴とする請求項
第1項、又は第2項に記載の方法。 (4)前記複数の分解パターンを重ね合わせ露光する際
、各分解パターンの像を所定の像面内に結像する投影光
学系を備えた露光装置を使用し、該各分解パターンの露
光時に、前記投影光学系によるパターン結像面と前記感
応基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に変位さ
せて露光することを特徴とする請求項第1項記載の方法
。 (5)前記露光装置は前記マスクを特定の波長を有する
エネルギー線で照射する照射手段を有し、前記投影光学
系は前記特定の波長のエネルギー線からずれた波長に対
しては所定量の軸上色収差を発生するように定められ、
前記パターン結像面と感応基板との光軸方向の相対的な
変位を、前記エネルギー線の波長を変化させて行なうこ
とを特徴とする請求項第4項に記載の方法。
Scope of Claims: (1) A method of irradiating a mask with a geometric pattern formed by a transmitting part and a shielding part for a predetermined energy ray, and exposing the pattern to a sensitive substrate, The entire pattern to be formed on the sensitive substrate is divided into a plurality of decomposed patterns according to the local shape of the pattern or the density of the pattern, and each of the decomposed patterns is formed on a mask, and then the plurality of decomposed patterns are separated. An exposure method characterized by sequentially aligning each of the decomposed patterns on the sensitive substrate and exposing them to light in an overlapping manner. (2) In the overall pattern, when a plurality of linear patterns formed by the transparent parts and shielding parts are formed substantially parallel to each other at predetermined intervals, two adjacent linear patterns among the linear patterns formed by the transparent parts (3) In the overall pattern, the linear pattern formed by the transparent part or the shielding part is divided into different decomposition patterns. Claim 1, wherein when the linear pattern is bent at a predetermined angle, the bent linear pattern is divided into two parts at the bending part and included in different decomposition patterns. or the method described in paragraph 2. (4) When superimposing and exposing the plurality of separated patterns, an exposure apparatus equipped with a projection optical system that forms an image of each separated pattern in a predetermined image plane is used, and when exposing each separated pattern, 2. The method according to claim 1, wherein the exposure is performed by relatively displacing the pattern image formation surface of the projection optical system and the sensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system. (5) The exposure apparatus has an irradiation means for irradiating the mask with an energy beam having a specific wavelength, and the projection optical system has an axis of a predetermined amount for a wavelength that is shifted from the energy beam of the specific wavelength. determined to produce upper chromatic aberration,
5. The method according to claim 4, wherein the relative displacement of the pattern imaging surface and the sensitive substrate in the optical axis direction is performed by changing the wavelength of the energy beam.
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