JPH0757992A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH0757992A
JPH0757992A JP5201649A JP20164993A JPH0757992A JP H0757992 A JPH0757992 A JP H0757992A JP 5201649 A JP5201649 A JP 5201649A JP 20164993 A JP20164993 A JP 20164993A JP H0757992 A JPH0757992 A JP H0757992A
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JP
Japan
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light
coherence
region
optical system
pattern
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Withdrawn
Application number
JP5201649A
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Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Shiraishi
直正 白石
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH0757992A publication Critical patent/JPH0757992A/en
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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
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70308Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system

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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the depth of focus even for an isolated pattern by disposing a coherence suppressing member on a plane, or a nearby plane, in a projection optical system having optical Fourier transform relationship with the pattern plane of a mask. CONSTITUTION:An coherence suppressing member CCM, disposed on a plane or a nearby plane in a projection optical system having optical Fourier transform relationship with the pattern plane of a mask, is prepared by applying a parallel planar transmissive object to an annular transmission part FB of radius from the center CC on a transparent parallel plate having high ultraviolet transmittance. In this regard, coherence is reduced between an imaging light distributed over the first and third regions FA, FC and the imaging light distributed over the second region FB. A phase difference of (2m+1) IV (m is an integer) is imparted between the imaging light distributed over the first region FA and the imaging light distributed over the third region FC. In the constitution, beta=0.85.alpha+0.58 (0.2<=alpha<=0.4) is satisfied when r1=alpha.r3 and r2=beta.r3.

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、例えば半導体集積回
路、又は液晶ディスプレイ等の微細パターンを形成する
際に用いられる投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus used for forming a fine pattern such as a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal display.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の投影型露光装置に使われている
投影光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立て調整を経て装置内に組み込
まれる。現在、半導体製造工程では、水銀ランプのi線
(波長365nm)を照明光としてレチクル(マスク)
を照射し、そのレチクル上の回路パターンの透過光を投
影光学系を介して感光基板(フォトレジストが塗布され
たウエハ等)上に結像するステッパーが主に使われてい
る。また、評価用あるいは研究用として、エキシマレー
ザ(波長248nmのKrFレーザ等)を照明光とする
所謂エキシマステッパーも使われている。エキシマステ
ッパー用の投影光学系は屈折レンズのみで構成した場
合、使用できる硝材が石英や蛍石等に限定される。
2. Description of the Related Art A projection optical system used in a projection type exposure apparatus of this type is incorporated into the apparatus through advanced optical design, careful selection of glass materials, ultra-precision processing of glass materials, and precise assembly and adjustment. Currently, in the semiconductor manufacturing process, the i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp is used as illumination light for a reticle (mask).
A stepper that mainly irradiates the light and forms an image of the transmitted light of the circuit pattern on the reticle on a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist or the like) via a projection optical system is mainly used. In addition, a so-called excimer stepper that uses an excimer laser (KrF laser having a wavelength of 248 nm or the like) as illumination light is also used for evaluation or research. When the projection optical system for the excimer stepper is composed of only a refracting lens, usable glass materials are limited to quartz and fluorite.

【0003】一般に、投影光学系を用いた露光によって
微細なレチクルパターンを感光基板へ忠実に転写するた
めには、投影光学系の解像力と焦点深度(DOF:デプ
スオブフォーカス)とが重要なファクタとなっている。
現在実用化されている投影光学系のうち、i線用のもの
で開口数(NA)として0.6程度のものが得られてい
る。使用する照明光の波長が同じであるとき、投影光学
系の開口数を大きくすると、それに応じて解像力も向上
する。しかしながら、焦点深度(DOF)は開口数NA
の増大に伴って減少する。焦点深度は照明光の波長をλ
としたとき、DOF=±λ/NA2 によって定義され
る。
Generally, in order to faithfully transfer a fine reticle pattern onto a photosensitive substrate by exposure using a projection optical system, the resolution and depth of focus (DOF: depth of focus) of the projection optical system are important factors. Has become.
Among the projection optical systems currently in practical use, those for the i-line having a numerical aperture (NA) of about 0.6 have been obtained. When the wavelengths of the illumination light used are the same, increasing the numerical aperture of the projection optical system improves the resolution accordingly. However, depth of focus (DOF) is numerical aperture NA
Decrease with increasing. The depth of focus is the wavelength of the illumination light λ
Is defined by DOF = ± λ / NA 2 .

【0004】図1は従来の投影光学系の結像光路を模式
的に表したものであり、投影光学系は前群のレンズ系G
Aと後群のレンズ系GBとによって構成される。この種
の投影光学系としてはレチクルR側とウエハW側との両
方をテレセントリックにしたもの、あるいはウエハW側
のみをテレセントリックにしたものが一般的である。さ
て、図1においてレチクルRのパターン面(投影光学系
の物体面)上に任意の3つの点A、B、Cを想定する。
点Aから様々の方向に進む光線L1 、L2 、L3 、L
a、La’、La”のうち、光線L1 は投影光学系のレ
ンズ系GAに入射できないような角度で発生する。ま
た、前群のレンズ系GAに入射した光線のうち、光線L
2 、L3 は投影光学系のフーリエ変換面FTPに位置す
る瞳epを通過することができない。一方、他の光線L
a、La’、La”は瞳epを通過して後群のレンズ系
GBに入射し、ウエハWの表面(投影光学系の像面)上
の点A’に収斂する。従って、レチクルR上の点Aから
発生した光線のうち、投影光学系の瞳ep(光軸AXを
中心とする円形領域)を通過した光線が点A’に点像を
結像するのに寄与する。ここで点Aから点A’に向かう
光線のうち、瞳epの中心点CC(光軸AX上の位置)
を通る光線Laを主光線と呼び、この主光線Laは両側
がテレセントリックな投影光学系の場合、物体面側、像
面側の夫々の空間で光軸AXと平行になっている。
FIG. 1 schematically shows an image forming optical path of a conventional projection optical system. The projection optical system is a lens system G of the front group.
A lens system GB of the rear group. As a projection optical system of this type, a system in which both the reticle R side and the wafer W side are telecentric or a system in which only the wafer W side is telecentric is generally used. Now, in FIG. 1, arbitrary three points A, B, and C are assumed on the pattern surface of the reticle R (the object surface of the projection optical system).
Rays L 1 , L 2 , L 3 , L traveling from point A in various directions
Of a, La ′, La ″, the light ray L 1 is generated at an angle so that it cannot be incident on the lens system GA of the projection optical system.
2 and L 3 cannot pass through the pupil ep located on the Fourier transform plane FTP of the projection optical system. On the other hand, the other ray L
a, La ′, La ″ pass through the pupil ep, enter the lens system GB of the rear group, and converge on the point A ′ on the surface of the wafer W (image plane of the projection optical system). Among the light rays generated from the point A, the light rays that have passed through the pupil ep (the circular area centered on the optical axis AX) of the projection optical system contribute to forming a point image at the point A ′. Of the rays traveling from A to the point A ′, the center point CC of the pupil ep (position on the optical axis AX)
A ray La that passes through is called a principal ray, and in the case of a telecentric projection optical system on both sides, this principal ray La is parallel to the optical axis AX in the respective spaces on the object plane side and the image plane side.

【0005】また、レチクルR上の他の点B、Cの夫々
から発生した光線についても全く同じであり、瞳epを
通過する光線のみが点像B’、C’の結像に寄与する。
同様に点B、Cの夫々から光軸AXと平行に進んでレン
ズ系GAに入射する光線Lb、Lcは、何れも瞳epの
中心点CCを通る主光線となる。このように瞳epはレ
チクルRのパターン面とウエハWの表面との夫々に対し
てフーリエ変換、及び逆フーリエ変換の関係にあり、レ
チクル上のパターンからの光線のうち結像に寄与する光
線は全て瞳epを重畳して通ることになる。
The same applies to the light rays generated from the other points B and C on the reticle R, and only the light rays passing through the pupil ep contribute to the formation of the point images B'and C '.
Similarly, the light rays Lb and Lc that travel from the points B and C in parallel with the optical axis AX and enter the lens system GA are principal rays that pass through the center point CC of the pupil ep. As described above, the pupil ep has a Fourier transform and an inverse Fourier transform relationship with respect to the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W, and the light rays from the pattern on the reticle that contribute to image formation are All the pupils ep will overlap and pass.

【0006】このような投影光学系の開口数は一般にウ
エハ側の値として表されている。図1において、点像
A’の結像に寄与する光線のうち、瞳ep内の最外部を
通る光線La’、La”がウエハW上で主光線Laと成
す角度θwが、この投影光学系のウエハ(像面)側での
開口数NAwに相当し、NAw=sinθwで表され
る。従って、光線La’、La”がレチクルR側で主光
線Laと成す角度θrの正弦は、レチクル(物体面)側
での開口数NArと呼ばれ、NAr=sinθrで表さ
れる。更に投影光学系の結像倍率をM(1/5縮小の場
合はM=0.2)とすると、NAr=M・NAwの関係
にある。
The numerical aperture of such a projection optical system is generally expressed as a value on the wafer side. In FIG. 1, among the rays that contribute to the formation of the point image A ′, the angles θw formed by the rays La ′ and La ″ passing through the outermost part in the pupil ep with the principal ray La on the wafer W are the projection optical system. Corresponding to the numerical aperture NAw on the wafer (image plane) side of the reticle R, and is represented by NAw = sin θw. It is called the numerical aperture NAr on the (object surface) side and is represented by NAr = sin θr. Further, if the image forming magnification of the projection optical system is M (M = 0.2 in the case of ⅕ reduction), there is a relation of NAr = M · NAw.

【0007】ところで、解像力を高めるためには、開口
数NAw(NAr)を大きくする訳であるが、このこと
は換言すれば瞳epの径を大きくすること、更にレンズ
系GA、GBの有効径を大きくすることに他ならない。
ところが、焦点深度DOFの方は開口数NAwの2乗に
反比例して減少してしまうため、たとえ高開口数の投影
光学系が製造できたとしても、必要な焦点深度が得られ
ないことにより、実用上の大きな障害となる。
By the way, in order to increase the resolution, the numerical aperture NAw (NAr) is increased. In other words, this means that the diameter of the pupil ep is increased and the effective diameters of the lens systems GA and GB are increased. It is nothing but an increase in.
However, since the depth of focus DOF decreases in inverse proportion to the square of the numerical aperture NAw, even if a projection optical system with a high numerical aperture can be manufactured, the required depth of focus cannot be obtained, It becomes a big obstacle in practical use.

【0008】例えば、照明光の波長をi線の365nm
とし、開口数NAwを0.6とすると、焦点深度DOF
は幅で約1μm(±0.5μm)になってしまい、ウエ
ハW上の1つのショット領域(20mm角〜30mm角
程度)内で表面の凹凸や湾曲が焦点深度DOF以上の部
分については解像不良を起こすことになる。また、ステ
ッパーのシステム上でも、ウエハWのショット領域毎の
フォーカス合わせ、及びレベリング等を格段に高精度に
行う必要が生じ、機械系、電気系、及びソフトウエアの
負担(計測分解能、サーボ制御精度、設定時間等の向上
努力)が増大することになる。
For example, the wavelength of the illumination light is 365 nm for the i-line.
And the numerical aperture NAw is 0.6, the depth of focus DOF
Is about 1 μm (± 0.5 μm) in width, and within one shot area (about 20 mm square to 30 mm square) on the wafer W, the surface unevenness or curvature is resolved at a depth of focus DOF or more. It will cause defects. In addition, even on the stepper system, it becomes necessary to perform focusing, leveling, etc. for each shot area of the wafer W with extremely high precision, and the mechanical system, electrical system, and software burden (measurement resolution, servo control accuracy) , Efforts to improve the set time, etc.) will increase.

【0009】そこで本件出願人は、このような投影光学
系の諸問題を解決し、しかも特開昭62−50811号
公報に開示されているような位相シフトレチクルを使わ
なくとも、高い解像力と大きな焦点深度との両方を得る
ことができる新たな投影露光技術を、特開平4−101
148号公報、特開平4−225358号公報等で提案
した。この露光技術は、投影光学系は既存のままで、レ
チクルへの照明方法を特殊な形態に制御することで解像
力と焦点深度とを増大させるものであり、SHRINC
(Super High Resolution by IllumiNation Control) 法
と呼んでいる。このSHRINC法は、レチクルR上の
ライン・アンド・スペースパターン(L&Sパターン)
のピッチ方向に対称的に傾斜した2つの照明光(又は4
つの照明光)をレチクルへ照射し、L&Sパターンから
発生する0次回折光成分と±1次回折光成分の一方と
を、投影光学系の瞳ep内で中心点CCに関して対称的
に通し、2光束干渉(一方の1次回折光と0次回折光と
の干渉)の原理を利用して、L&Sパターンの投影像
(干渉縞)を生成するものである。
Therefore, the applicant of the present invention has solved the problems of the projection optical system as described above, and has a high resolution and a large power without using the phase shift reticle disclosed in JP-A-62-50811. A new projection exposure technique capable of obtaining both depth of focus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-101.
It was proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 148, Japanese Patent Laid-Open No. 4-225358 and the like. This exposure technique increases the resolving power and the depth of focus by controlling the reticle illumination method to a special form while maintaining the existing projection optical system.
(Super High Resolution by IllumiNation Control) method. The SHRINC method is a line and space pattern (L & S pattern) on the reticle R.
Of two illumination lights (or 4
Illuminating the reticle with two illuminating lights), the 0th-order diffracted light component and one of the ± 1st-order diffracted light components generated from the L & S pattern are passed symmetrically with respect to the center point CC in the pupil ep of the projection optical system, and two-beam interference is caused. By utilizing the principle of (interference between one first-order diffracted light and one zero-order diffracted light), a projected image (interference fringe) of the L & S pattern is generated.

【0010】このように2光束干渉を利用した結像によ
ると、デフォーカス時の波面収差の発生が従来の方法
(通常の垂直照明)の場合よりも抑えられるため、焦点
深度が大きくなるのである。ところが、このSHRIN
C法はレチクルR上に形成されるパターンがL&Sパタ
ーン(格子)のように、周期構造を持つときに所期の効
果が得られるのであり、コンタクトホールパターン等の
孤立したパターンに対してはその効果が得られない。一
般に、孤立した微小パターンの場合、そこからの回折光
は回折角方向にほとんど一様なフラウンホーファ回折と
して発生するため、投影光学系の瞳ep内では0次回折
光と高次回折光とに明確に分離しないためである。
According to the image formation utilizing the two-beam interference in this way, the occurrence of the wavefront aberration at the time of defocusing can be suppressed more than in the case of the conventional method (normal vertical illumination), so that the depth of focus becomes large. . However, this SHRIN
The C method has an intended effect when the pattern formed on the reticle R has a periodic structure like an L & S pattern (lattice), and is effective for an isolated pattern such as a contact hole pattern. No effect. Generally, in the case of an isolated minute pattern, the diffracted light from the minute pattern is generated as Fraunhofer diffraction that is almost uniform in the diffraction angle direction, so that the 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light are clearly separated in the pupil ep of the projection optical system. This is because it does not.

【0011】そこで、コンタクトホールパターン等の孤
立パターンに対して見かけ上の焦点深度を拡大させる露
光方法として、ウエハWの1つのショット領域に対する
露光を複数回に分け、各露光の間にウエハWを光軸方向
に一定量だけ移動させる方法が、例えば特開昭63−4
2122号公報で提案された。この露光方法はFLEX
(Focus Latitude enhancement EXposure) 法と呼ばれ、
コンタクトホールパターン等の孤立パターンに対しては
十分な焦点深度拡大効果を得ることができる。但し、F
LEX法は、僅かにデフォーカスしたコンタクトホール
パターン像を多重露光することを必須とするため、現像
後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭度が低下したも
のとなる。この鮮鋭度低下(プロファイル悪化)の問題
は、ガンマ値が高いフォトレジストを用いたり、多層レ
ジストを用いたり、あるいはCEL(Contrast Enhancem
ent Layer)を用いたりすることで補うことができる。
Therefore, as an exposure method for expanding the apparent depth of focus with respect to an isolated pattern such as a contact hole pattern, the exposure for one shot area of the wafer W is divided into a plurality of times, and the wafer W is exposed between each exposure. A method of moving a fixed amount in the optical axis direction is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-4.
No. 2122. This exposure method is FLEX
(Focus Latitude enhancement EXposure) method,
A sufficient depth of focus expansion effect can be obtained for isolated patterns such as contact hole patterns. However, F
Since the LEX method requires multiple exposure of a slightly defocused contact hole pattern image, the resist image obtained after development inevitably has a reduced sharpness. The problem of sharpness deterioration (profile deterioration) is that a photoresist with a high gamma value is used, a multilayer resist is used, or CEL (Contrast Enhancem) is used.
ent Layer).

【0012】また、FLEX法のように露光動作中にウ
エハWを光軸方向に移動させなくても、コンタクトホー
ルパターンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、
1991年春季応用物理学会の予稿集29a−ZC−
8、9で発表されたSuper−FLEX法も知られて
いる。このSuper−FLEX法は、投影光学系の瞳
epに透明な位相板を設け、この位相板によって結像光
に与えられる複素振幅透過率が光軸AXから周辺に向か
って順次変化するような特性を持つものである。このよ
うにすると、投影光学系によって結像された像はベスト
フォーカス面(レチクルRと共役な面)を中心に光軸方
向に一定の幅(従来よりは広い)でシャープさを保つこ
とになり、焦点深度が増大するのである。
As an attempt to expand the depth of focus when projecting the contact hole pattern without moving the wafer W in the optical axis direction during the exposure operation as in the FLEX method,
1991 Spring Applied Physics Society Proceedings 29a-ZC-
The Super-FLEX method announced in 8 and 9 is also known. In this Super-FLEX method, a transparent phase plate is provided in the pupil ep of the projection optical system, and the complex amplitude transmittance given to the imaging light by the phase plate changes sequentially from the optical axis AX toward the periphery. Is to have. By doing so, the image formed by the projection optical system maintains sharpness with a constant width (wider than before) around the best focus surface (the surface conjugate with the reticle R) in the optical axis direction. , The depth of focus increases.

【0013】なお、上記のSuper−FLEX法の如
く投影光学系の瞳面でのフィルタリングにより透過率分
布や位相差を変化させて焦点深度を向上する方法は、多
重焦点フィルター法として一般に知られている。多重焦
点フィルターについては、昭和36年1月23日付で発
行された機械試験所報告第40号の「光学系における結
像性能とその改良方法に関する研究」と題する論文中の
第41頁〜第55頁に詳しく述べられている。
A method of increasing the depth of focus by changing the transmittance distribution or the phase difference by filtering on the pupil plane of the projection optical system like the Super-FLEX method is generally known as a multi-focus filter method. There is. Regarding the multi-focus filter, pages 41 to 55 in a paper entitled "Study on imaging performance in optical system and its improvement method" of Mechanical Testing Laboratory Report No. 40 issued on January 23, 1936. See page for details.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上で述べた各種従来
技術のうち、FLEX法、及びSuper−FLEX法
では、孤立的なコンタクトホールパターンに対して十分
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、露光作業中にウエハを光軸方向に連続的に移動又は
振動する方式のFLEX法では走査露光方式の露光装置
への適用が難しく、また、露光を第1の露光と第2の露
光とに分割し、各露光間にウエハを光軸方向に移動する
方式では処理能力の低下が大きく、スループットが著し
く低下するという不都合がある。
Among the various conventional techniques described above, the FLEX method and the Super-FLEX method can obtain a sufficient depth of focus increasing effect for an isolated contact hole pattern. .. However, it is difficult to apply the scanning exposure type exposure apparatus by the FLEX method of the type in which the wafer is continuously moved or vibrated in the optical axis direction during the exposure work, and the exposure is performed by the first exposure and the second exposure. In the method of dividing the wafer into two and moving the wafer in the optical axis direction between each exposure, there is a disadvantage that the throughput is largely lowered and the throughput is significantly lowered.

【0015】本発明は斯かる点に鑑み、コンタクトホー
ルパターン等の孤立したパターンの投影露光の際に、焦
点深度を拡大した投影露光装置を提供することを目的と
し、特に比較的接近した複数の孤立パターンに対しても
忠実な転写を可能とし、同時に焦点深度拡大効果が得ら
れる投影露光装置を提供することを目的とする。
In view of the above point, the present invention has an object to provide a projection exposure apparatus having an increased depth of focus in projection exposure of an isolated pattern such as a contact hole pattern. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus that enables faithful transfer to an isolated pattern and at the same time obtains a depth of focus expansion effect.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図8及び図10に示すように、転写用のパ
ターンが形成されたマスク(R)を露光用の照明光で照
射する照明手段(1〜14)と、その照明光のもとでマ
スク(R)のパターンの像を感光性の基板(W)上に結
像投影する投影光学系(PL)とを備えた投影露光装置
において、投影光学系(PL)内のマスク(R)のパタ
ーン形成面に対する光学的フーリエ変換面(FTP)又
はその近傍の結像光の通過面上の、投影光学系(PL)
の光軸(AX)を中心とする投影光学系(PL)の開口
数に相当する半径r3 の領域を、光軸(AX)を中心と
して半径r1 の第1の領域(FA)と、光軸(AX)を
中心として半径がr1 からr2 までの輪帯状の第2の領
域(FB)と、光軸(AX)を中心として半径がr2
らr3 までの輪帯状の第3の領域(FC)とに分割する
(但し、r1 <r2 <r3)。
A projection exposure apparatus according to the present invention is, for example, as shown in FIGS. 8 and 10, an illumination for irradiating a mask (R) on which a transfer pattern is formed with exposure illumination light. Projection exposure apparatus including means (1 to 14) and a projection optical system (PL) for projecting an image of a pattern of a mask (R) onto a photosensitive substrate (W) under the illumination light thereof In the projection optical system (PL), the projection optical system (PL) on the optical Fourier transform surface (FTP) with respect to the pattern forming surface of the mask (R) or on the passing surface of the imaging light in the vicinity thereof.
An area having a radius r 3 centered on the optical axis (AX) of the projection optical system (PL) and having a radius r 1 centered on the optical axis (AX), A ring-shaped second region (FB) having a radius r 1 to r 2 centered on the optical axis (AX) and a ring-shaped second region having a radius r 2 to r 3 centered on the optical axis (AX). It is divided into three areas (FC) (however, r 1 <r 2 <r 3 ).

【0017】そして、第1の領域(FA)及び第3の領
域(FC)に分布する結像光と第2の領域(FB)に分
布する結像光との間の可干渉性を低減すると共に、第1
の領域(FA)に分布する結像光と第3の領域(FC)
に分布する結像光との間に(2m+1)πの位相差(m
は整数)を与える干渉性低減部材(CCM)を設け、半
径r1 及びr2 を、半径r3 及び所定の係数α及びβを
用いてそれぞれ次のように表す。
Then, the coherence between the image forming light distributed in the first area (FA) and the third area (FC) and the image forming light distributed in the second area (FB) is reduced. With the first
Light distributed in the area (FA) and the third area (FC)
(2m + 1) π phase difference (m
A coherence reducing member (CCM) that gives an integer) is provided, and the radii r 1 and r 2 are represented as follows using the radius r 3 and predetermined coefficients α and β, respectively.

【0018】r1 =α・r3 、r2 =β・r3 (1) この場合、本発明においては、それら係数α及びβにつ
いて次の2つの関係が同時に成立する。 β=0.85・α+0.58 (2) 0.2≦α≦0.4 (3) この場合、干渉性低減部材(CCM)の一例は、第1の
領域(FA)及び第3の領域(FC)に分布する結像光
と第2の領域(FB)に分布する結像光との間に、その
照明光の波長域に応じて定まる可干渉距離以上の光路差
を与える時間的コヒーレンシィ低減部材である。
R 1 = α · r 3 and r 2 = β · r 3 (1) In this case, in the present invention, the following two relations are simultaneously established for the coefficients α and β. β = 0.85 · α + 0.58 (2) 0.2 ≦ α ≦ 0.4 (3) In this case, an example of the coherence reducing member (CCM) is the first area (FA) and the third area. Temporal coherency that gives an optical path difference of a coherence length or more determined according to the wavelength range of the illumination light between the imaging light distributed in (FC) and the imaging light distributed in the second region (FB). It is a reduction member.

【0019】また、干渉性低減部材(CCM)の他の例
は、第1の領域(FA)及び第3の領域(FC)に分布
する結像光の偏光状態と第2の領域(FB)に分布する
結像光の偏光状態とを互いに干渉しない状態とする偏光
制御部材である。また、照明手段(1〜14)として、
輪帯照明系、又は変形光源系を使用してもよい。
Another example of the coherence reducing member (CCM) is a polarization state of the image forming light distributed in the first area (FA) and the third area (FC) and the second area (FB). It is a polarization control member that makes the polarization states of the image-forming light distributed in the state not interfere with each other. Also, as the illumination means (1-14),
An annular illumination system or a modified light source system may be used.

【0020】[0020]

【作用】斯かる本発明においては、マスク(以下、「レ
チクル」とする)のパターン面に対して、光学的にフー
リエ変換の関係となる投影光学系内の面(以下、「瞳
面」と略称する)、又はその近傍の面に干渉性低減部材
(CCM)を設け、その瞳面内で円形又は輪帯状の領域
(FA,FC)に分布する結像光の一部と、それ以外の
領域(FB)に分布する結像光とを互いに干渉し合わな
い状態とする。この結果、レチクルパターン中の、特に
コンタクトホールパターンを透過、回折した露光用の照
明光(結像光)は瞳面内で干渉し合わない2種類の光束
に空間的に分割され、被露光体としての感光性の基板
(以下、「ウエハ」とする)に到達する。
According to the present invention, a plane in the projection optical system (hereinafter referred to as "pupil plane") that optically has a Fourier transform relationship with the pattern plane of the mask (hereinafter referred to as "reticle"). (Abbreviated) or a surface in the vicinity thereof is provided with a coherence reducing member (CCM), and a part of the imaging light distributed in a circular or ring-shaped region (FA, FC) in the pupil plane, and other The imaging lights distributed in the region (FB) are set in a state where they do not interfere with each other. As a result, the exposure illumination light (image forming light) in the reticle pattern, which has been transmitted through the contact hole pattern and diffracted, is spatially divided into two types of light beams that do not interfere with each other in the pupil plane, and the exposed object is exposed. As a photosensitive substrate (hereinafter referred to as a “wafer”).

【0021】ウエハ上でも2種類の光束は干渉し合わな
い(インコヒーレントである)ために、それぞれの光束
が作りだす像(コンタクトホールパターンの像)の光量
上での強度合成像が得られる。従来の露光方式ではレチ
クル上の微小コンタクトホールパターンを透過、回折し
た光束は投影光学系を経てウエハ面に達すると、ここで
全て振幅的に合成(コヒーレント加算)されてレチクル
パターンの像(光学像)を形成していた。従来のSup
er−FLEX法においても、瞳面に分布する結像光を
部分的に位相シフトさせているだけなので、コヒーレン
ト加算であることに変わりはない。
Since the two kinds of light beams do not interfere with each other (incoherently) even on the wafer, an intensity combined image of the images (contact hole pattern images) produced by the respective light beams can be obtained. In the conventional exposure method, when the light flux that has transmitted through the minute contact hole pattern on the reticle and diffracted reaches the wafer surface through the projection optical system, all of them are amplitude-wise combined (coherent addition), and the reticle pattern image (optical image ) Was formed. Conventional Sup
Also in the er-FLEX method, since the imaging light distributed on the pupil plane is only partially phase-shifted, it is still coherent addition.

【0022】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
が無いものとすると、ベストフォーカス状態(合焦状
態)では、レチクル上の任意の1点からウエハ上の対応
する像点までの光路長は投影光学系中のどの光線路を通
るかに拘らず全て等しく(フェルマーの原理)、従って
ウエハ上の振幅合成は位相差のない光の合成となり、全
てコンタクトホールパターンの強度を増大する方向に作
用する。
Assuming that the projection optical system has no phase shift plate on the pupil plane, in the best focus state (focus state), the optical path from any one point on the reticle to the corresponding image point on the wafer. The lengths are the same regardless of which optical path in the projection optical system (Fermat's principle). Therefore, the amplitude composition on the wafer is the composition of light with no phase difference, and all the directions increase the intensity of the contact hole pattern. Act on.

【0023】ところが、ウエハにデフォーカス(ウエハ
表面とベストフォーカス面との光軸方向のずれ)が生ず
ると、上記の光路長は投影光学系内の光線路によって異
なった長さとなる。この結果、上記の振幅合成は光路差
(位相差)を有する光の加算となり、一部で相殺効果が
生じ、コンタクトホールパターンの中心強度を弱めるこ
とになる。このとき生じる光路差はウエハ上の1つの像
点に入射する任意の光線の入射角をθとし、且つウエハ
に垂直に入射する光線(主光線)の光路長を基準(=
0)とすると、ほぼ(1/2)(△F・sin2 θ)と
表される。ここで△Fはデフォーカス量を表す。sin
θの最大値は投影光学系のウエハ側の開口数NAwであ
るから、従来の如く微小コンタクトホールパターンから
の回折光のうち瞳epを通過した全ての光がウエハ上で
振幅合成される場合、最大で(1/2)(△F・NAw
2)の光路差を生じてしまうことになる。このとき焦点深
度としてλ/4の光路差までを許容すると仮定すれば、
以下の関係が成り立つ。
However, when defocusing (deviation in the optical axis direction between the wafer surface and the best focus surface) occurs on the wafer, the above optical path length becomes different depending on the optical path in the projection optical system. As a result, the above-described amplitude synthesis is the addition of light having an optical path difference (phase difference), and a canceling effect is partially generated, which weakens the central strength of the contact hole pattern. The optical path difference generated at this time is defined by the incident angle of an arbitrary light ray incident on one image point on the wafer as θ, and the optical path length of the light ray (main ray) perpendicularly incident on the wafer as a reference (=
0), it is expressed as approximately (1/2) (ΔF · sin 2 θ). Here, ΔF represents the defocus amount. sin
Since the maximum value of θ is the numerical aperture NAw on the wafer side of the projection optical system, when all the light that has passed through the pupil ep among the diffracted light from the minute contact hole pattern is amplitude-combined on the wafer as in the conventional case, Up to (1/2) (△ F ・ NAw
The optical path difference of 2 ) will occur. At this time, assuming that the depth of focus allows an optical path difference of λ / 4,
The following relationship holds.

【0024】(1/2)(△F・NAw2 )=λ/4 (4) この式をまとめ直すと、△F=λ/(2NAw2)となっ
て、一般に言われる焦点深度幅と一致する。例えば露光
用照明光の波長として現在使われているi線(波長0.
365μm)を前提とし、開口数NAwとして0.50
を想定すると、焦点深度±△F/2は±0.73μmと
なり、ウエハ上のプロセス段差1μm程度に対してほと
んど余裕のない値となっている。
(1/2) (ΔF · NAw 2 ) = λ / 4 (4) When this equation is put together, ΔF = λ / (2NAw 2 ), which is in agreement with the generally-known depth of focus. To do. For example, i-line (wavelength 0 ..
365 μm), the numerical aperture NAw is 0.50
, The depth of focus ± ΔF / 2 is ± 0.73 μm, which is a value with almost no margin for a process step difference of 1 μm on the wafer.

【0025】以上の原理を模式的に表したものが図6で
ある。図6の横軸は光軸を中心(0)とした瞳の径方向
の距離を表す。図6(A)中の矩形の分布曲線tcは瞳
の振幅透過率を表すが、通常の結像では瞳面には位相シ
フト板や、吸光物質を置かないので、コンスタントに+
1の振幅透過率となっている。図6(B)はウエハに入
射する光束の角度範囲を表し、sinθn=NA(ウエ
ハ側開口数)であり、角度θn、及び開口数NAの最大
値はそれぞれθw、及びNAwである。
FIG. 6 schematically shows the above principle. The horizontal axis of FIG. 6 represents the distance in the radial direction of the pupil with the optical axis as the center (0). The rectangular distribution curve tc in FIG. 6 (A) represents the amplitude transmittance of the pupil, but in a normal image formation, a phase shift plate and a light absorbing substance are not placed on the pupil surface, so that it is constantly +.
The amplitude transmittance is 1. FIG. 6B shows the angular range of the light beam incident on the wafer, sin θn = NA (wafer side numerical aperture), and the maximum values of the angle θn and the numerical aperture NA are θw and NAw, respectively.

【0026】さて、瞳面に位相板等がなく、且つ−θn
から+θnの入射角度範囲の光がウエハに達するとき、
即ちベストフォーカス(△F=0)状態のときは、図6
(C)に示すように、レチクル上の一点とウエハ上の像
点との光路長差△LCOはウエハへの入射角度又はその
正弦(sin)に依らず等しくなる(△LCO=0)。
一方、ウエハWがFだけデフォーカスすると(ΔF=
F)、上記の光路長差は入射角度(θ)の正弦に応じて
(1/2)△Fsin2 θだけ異なってくる。これを図
6(D)に示す。θ=0からsinθ=NAwの間には
△LCFだけの光路差(デフォーカスによる波面収差)
が生じる。この光路差(波面収差)が像のプロファイル
を悪化させる。これが即ちデフォーカスによる像の劣化
である。
Now, there is no phase plate on the pupil plane, and -θn
When the light in the incident angle range from to + θn reaches the wafer,
That is, in the best focus (ΔF = 0) state, as shown in FIG.
As shown in (C), the optical path length difference ΔLCO between one point on the reticle and the image point on the wafer becomes equal regardless of the incident angle on the wafer or its sine (ΔLCO = 0).
On the other hand, when the wafer W is defocused by F (ΔF =
F), the above optical path length difference differs by (1/2) ΔFsin 2 θ depending on the sine of the incident angle (θ). This is shown in FIG. Between θ = 0 and sin θ = NAw, the optical path difference is only ΔLCF (wavefront aberration due to defocus).
Occurs. This optical path difference (wavefront aberration) deteriorates the profile of the image. This is the deterioration of the image due to defocus.

【0027】一方、図7は所謂多重焦点フィルターの一
例として2重焦点フィルターによる結像の原理を模式的
に示すものである。ここでは図7(A)のように二重焦
点フィルターとして瞳面の中心部と周辺部とで透過光の
位相をπ[rad]だけ異ならしめるフィルターを用い
る。即ち、フィルターの振幅透過率は中心(円形領域)
で負、周辺(輪帯領域)で正となるが、この符号関係は
相対的なものであり、正負を反対にしても無論構わな
い。
On the other hand, FIG. 7 schematically shows the principle of image formation by a double focus filter as an example of a so-called multi-focus filter. Here, as shown in FIG. 7A, a filter that makes the phase of the transmitted light different by π [rad] between the central portion and the peripheral portion of the pupil plane is used as the bifocal filter. That is, the amplitude transmittance of the filter is the center (circular area)
Is negative and positive in the periphery (ring zone), but this sign relationship is relative, and it is of course possible to reverse the sign.

【0028】振幅透過率が負である領域は、図7(B)
のようにウエハへの入射角として、−θ1 <θ<θ1
あり、振幅透過率率が正である領域はウエハへの入射角
θの範囲が、−θw<θ<θ1 及びθ1 <θ<θwとな
る(sinθ1 =NA1 とする)。さて、レチクル上の
一点からウエハ上の像点までの光路長差は、図7(C)
のように使用する二重焦点フィルタのためにベストフォ
ーカス(△F=0)においても、△LF0=λ/2だけ
の光路差を含んでいる。このためベストフォーカス(△
F=0)における像は、通常の(二重焦点フィルタを用
いない)場合の像よりもむしろ劣化したものとなる。と
ころが、△F=Fのデフォーカス状態においては、図7
(D)のように二重焦点フィルターの位相シフト効果に
より発生する位相差△LFFを、図6(D)の通常の光
路長差△LCFよりも少なくすることができる。従っ
て、二重焦点フィルターにより或る程度デフォーカスし
た位置での像を改善できることとなり、焦点深度を増大
することができる。
The region where the amplitude transmittance is negative is shown in FIG.
As described above, the incident angle on the wafer is −θ 1 <θ <θ 1 , and the range of the incident angle θ on the wafer is −θw <θ <θ 1 and θ in the region where the amplitude transmittance is positive. 1 <θ <θw (sin θ 1 = NA 1 ). Now, the optical path length difference from one point on the reticle to the image point on the wafer is shown in FIG.
Even in the best focus (ΔF = 0) due to the bifocal filter used as described above, the optical path difference of ΔLF0 = λ / 2 is included. Therefore, the best focus (△
The image at F = 0 is degraded rather than the normal (no bifocal filter used) image. However, in the defocus state of ΔF = F, as shown in FIG.
The phase difference ΔLFF caused by the phase shift effect of the dual focus filter as shown in (D) can be made smaller than the normal optical path length difference ΔLCF in FIG. 6 (D). Therefore, the image at a position defocused to some extent can be improved by the bifocal filter, and the depth of focus can be increased.

【0029】なお、上記の説明では片側(正方向)のみ
のデフォーカスを考えたが、逆側(負方向)のデフォー
カスに対しても同様に二重焦点フィルターの効果は表れ
る。逆側のデフォーカスでは、図6(D)、図7(D)
共に放物線が上に凸となるが、このとき図6(D)中で
−NAw〜−NA1 、及びNA1 〜NAwの間に相当す
る光束は、図7(D)に示した−NA1 〜NA1 の間の
光束より1波長ずれた(−側の)光束と干渉し、従って
△F=−Fの場合も光路差は同様に△LFFとなる。
In the above description, defocusing on only one side (positive direction) is considered, but the effect of the bifocal filter also appears for defocusing on the opposite side (negative direction). In the defocus on the opposite side, FIG. 6 (D) and FIG. 7 (D)
Although both parabola is convex upward, -NA 1 light flux corresponding to during this time -NAw~-NA 1 in FIG. 6 (D), the and NA 1 ~NAw is shown in FIG. 7 (D) shifted one wavelength than the light beam between the ~NA 1 - interferes with (side) light flux, thus the optical path difference in the case of △ F = -F becomes likewise △ LFF.

【0030】一方、本発明では図2に示すように、投影
光学系の瞳面(FTP)に干渉性低減部材CCMを設け
る。このとき、レチクルRのパターン面に形成された孤
立パターンPrで回折した結像光束(主光線はLLp)
は投影光学系PLの前群レンズ系GAに入射した後、フ
ーリエ変換面FTPに達する。そしてフーリエ変換面F
TPにおいて、瞳内の中心部の円形状透過部FA及び周
辺部の輪帯状透過部FCを透過する光束(それぞれLF
a及びLFc)と、中間部の輪帯状透過部FBを透過す
る光束(LFb)とが互いに干渉し合わない状態に制御
(変換)される。このため、ウエハW上では干渉性低減
部材CCMの円形状の透過部FA及び周辺の輪帯状透過
部FCを透過した光束LFa、LFcと、中間の透過部
FBを通過した光束LFbとは干渉を起こさない。その
結果、中心透過部FA及び周辺透過部FCからの光束L
Fa、LFcと中間の透過部FBからの光束LFbとは
それぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、それぞれ
コンタクトホールパターンの像(強度分布)Pr’を形
成する。即ち、光束LFa、LFcのみの干渉によって
ウエハW上に生成される像と、光束LFbのみの干渉に
よって生成される像とを、単純に強度的に加算したもの
が、本発明によって得られるコンタクトホール等の孤立
パターンの像Pr’となる。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2, a coherence reducing member CCM is provided on the pupil plane (FTP) of the projection optical system. At this time, an imaging light beam (the principal ray is LLp) diffracted by the isolated pattern Pr formed on the pattern surface of the reticle R
Enters the front lens group GA of the projection optical system PL and then reaches the Fourier transform plane FTP. And the Fourier transform plane F
In TP, the luminous flux (each LF) that passes through the circular transmissive portion FA at the center and the annular transmissive portion FC at the peripheral portion in the pupil
a and LFc) and the light flux (LFb) transmitted through the ring-shaped transmission portion FB in the middle portion are controlled (converted) to a state where they do not interfere with each other. Therefore, on the wafer W, the light fluxes LFa and LFc that have passed through the circular transmissive portion FA of the coherence reducing member CCM and the peripheral annular transmissive portion FC and the light flux LFb that has passed through the intermediate transmissive portion FB interfere with each other. Do not wake up. As a result, the luminous flux L from the central transmitting portion FA and the peripheral transmitting portion FC
Fa and LFc and the light beam LFb from the intermediate transmitting portion FB independently interfere with each other by themselves to form contact hole pattern images (intensity distribution) Pr ′. That is, a contact hole obtained by the present invention is obtained by simply adding in intensity the image generated on the wafer W by the interference of only the light beams LFa and LFc and the image generated by the interference of only the light beams LFb. An image Pr ′ of an isolated pattern such as

【0031】なお、レチクルRへの照明光ILBは従来
と同様に一定の開口数sinψ/2を持つものとする。
但し、投影光学系PLのレチクル側の開口数NArに対
しては、NAr>sinψ/2の条件に設定される。そ
こで、本発明における結像原理を、更に図3、図4、及
び図5を参照して説明する。図3は本発明で用いる瞳フ
ィルターとしての干渉性低減部材CCMの平面図及び振
幅透過率を表す。
Illumination light ILB to reticle R is assumed to have a constant numerical aperture sin ψ / 2 as in the conventional case.
However, the numerical aperture NAr on the reticle side of the projection optical system PL is set to the condition of NAr> sin ψ / 2. Therefore, the principle of image formation in the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. FIG. 3 shows a plan view and an amplitude transmittance of a coherence reducing member CCM as a pupil filter used in the present invention.

【0032】前述の如く中心の半径r1 の円形透過部F
A、及び周辺の内半径r2 の輪帯状透過部FCに対し
て、中間部の内半径r1 、外半径r2 の輪帯状透過部F
Bには、上記透過部FA、FCの各透過光との可干渉性
を低減する部材が設けられている。従って、透過部F
A、FCと透過部FBとの振幅透過率を同一の座標上に
表すことはあまり意味がない。なぜなら、2つの透過部
FA、FCの各透過光(LFa、LFc)と透過部FB
の透過光(LFb)とは、振幅的に合成(干渉)し合う
ことがないからである。従って図3では、図3(B)、
(C)のように夫々の振幅透過率を別々に、|a〉(ケ
ットa)、及び|b〉(ケットb)として表した。これ
ら|a〉、|b〉は互いに干渉しない光を意味する。
As described above, the circular transmitting portion F having the center radius r 1
A and an annular transmissive portion FC having an inner radius r 2 in the periphery, an annular transmissive portion F having an inner radius r 1 and an outer radius r 2 in the middle portion
B is provided with a member that reduces the coherence with the transmitted light of the transmission parts FA and FC. Therefore, the transparent portion F
It does not make much sense to represent the amplitude transmittances of A and FC and the transmission part FB on the same coordinate. Because the transmitted light (LFa, LFc) of each of the two transmission parts FA and FC and the transmission part FB
This is because they do not amplitude-wise combine (interfere) with the transmitted light (LFb). Therefore, in FIG. 3, FIG.
As in (C), the respective amplitude transmittances are separately represented as | a> (ket a) and | b> (ket b). These | a> and | b> mean lights that do not interfere with each other.

【0033】この場合、|a〉(透過部FA及びFCの
振幅透過率)については、本発明では両部の透過光に
(2m+1)π[rad]の位相差を与える位相シフト
手段を用いるので、中央部(FA)と周辺部(FC)と
では逆符号となる。図3(B)では中心を負とし、外周
を正としたが、この符号関係は相対的なものなので、正
負を逆の関係にしても構わない。また図3(C)に示す
ように、中間の輪帯透過部FBの振幅透過率はここでは
正としたが、この値はその絶対値が1であればどのよう
なものであっても良い。また、図3(C)の振幅透過率
と図3(B)の振幅透過率とは全く無関係なものであ
る。
In this case, with respect to | a> (amplitude transmissivity of the transmissive portions FA and FC), the present invention uses the phase shift means for imparting a phase difference of (2m + 1) π [rad] to the transmitted light of both portions. , The central part (FA) and the peripheral part (FC) have opposite signs. In FIG. 3B, the center is negative and the outer periphery is positive, but since this sign relationship is relative, positive and negative may be reversed. Further, as shown in FIG. 3 (C), the amplitude transmittance of the intermediate annular zone FB is positive here, but this value may be any value as long as its absolute value is 1. . Further, the amplitude transmittance of FIG. 3C and the amplitude transmittance of FIG. 3B are completely unrelated.

【0034】図4の如く、中間の輪帯透過部FBを通る
光束LFb内での振幅合成では、光束LFbのウエハへ
の入射角度θは輪帯透過部FBの半径r1 、r2 に対応
してθ1 <θ<θ2 の範囲となるので、△F=Fのとき
の光路長差△LBFは図4(D)で示すように次のよう
になる。 △LBF=(1/2)F(sin2 θ2-sin2 θ1) (5) 勿論、△F=0では、図4(C)のように光路長差△L
B0は0である。
As shown in FIG. 4, in the amplitude composition within the light flux LFb passing through the intermediate ring-shaped transmission portion FB, the incident angle θ of the light flux LFb on the wafer corresponds to the radii r 1 , r 2 of the ring-shaped transmission portion FB. Then, the range of θ 1 <θ <θ 2 is established , and the optical path length difference ΔLBF when ΔF = F is as follows as shown in FIG. ΔLBF = (1/2) F (sin 2 θ 2 −sin 2 θ 1 ) (5) Of course, when ΔF = 0, the optical path length difference ΔL is as shown in FIG. 4C.
B0 is 0.

【0035】一方、図5の如く中心透過部FA、及び周
辺透過部FCの透過光LFa、LFbによる像(振幅合
成)は、透過率分布|a〉が前述の二重焦点フィルター
と同様になっている。従って、ベストフォーカス状態
(△F=0)においても、図5(C)のように△LA0
=λ/2の光路長差を生じるが、△F=Fのデフォーカ
ス時には光路長差が図5(D)のように△LAF程度と
なり、デフォーカス時(△F=±F)の方が波面収差が
少ない、即ちプロファイルの良い像が得られることにな
る。第1の光束LFa及びLFcと第2の光束LFbと
は互いには干渉し合わないので、光束LFa、LFcの
みの干渉による像Pr'1、及び光束LFbのみの干渉に
よる像Pr'2の劣化は、各光束内での光路長差△LB
F、△LAO、△LAFのみに起因する。
On the other hand, in the images (amplitude synthesis) of the transmitted light LFa and LFb of the central transmission part FA and the peripheral transmission part FC as shown in FIG. ing. Therefore, even in the best focus state (ΔF = 0), as shown in FIG.
The optical path length difference is equal to λ / 2, but the optical path length difference is about ΔLAF as shown in FIG. 5D when ΔF = F is defocused, and is smaller when defocused (ΔF = ± F). An image with a small wavefront aberration, that is, a good profile can be obtained. Since the first light flux LFa and LFc and second beam LFb do not interfere each other, the light beam LFa, LFc image Pr by interference of only degradation of 2 '1, and the light beam LFb interference image Pr by only' is , Optical path length difference within each luminous flux ΔLB
It is caused only by F, ΔLAO, and ΔLAF.

【0036】これらの光路長差のうち、△LBF、△L
AFについては、図4、図5より明明かなように、従来
の△F=Fのデフォーカス時の光路長差△LCF(=
(1/2)F・NAw2)より小さい。また、△LA0=
λ/2については二重焦点フィルター用の光路長差であ
り、一概に像を悪化させるものではない。この結果、本
発明では同一量のデフォーカス時において、従来の結像
より光路長差を少なくすることができ、即ちより大きな
焦点深度を得ることができるようになる。このように投
影光学系PLの瞳面FTP又はこの近傍の面において、
結像光束を互いに干渉しない複数の光束に変換する手法
を、以下、SFINCS(Spatial Filter for INCohere
nt Stream)法と呼ぶことにする。
Of these optical path length differences, ΔLBF, ΔL
Regarding AF, as is clear from FIGS. 4 and 5, the optical path length difference ΔLCF (=
It is smaller than (1/2) F · NAw 2 ). Also, ΔLA0 =
λ / 2 is the optical path length difference for the bifocal filter, and does not generally deteriorate the image. As a result, in the present invention, when the same amount of defocus is applied, the optical path length difference can be made smaller than that of the conventional image formation, that is, a larger depth of focus can be obtained. In this way, in the pupil plane FTP of the projection optical system PL or the surface in the vicinity thereof,
A method for converting an imaging light flux into a plurality of light fluxes that do not interfere with each other will be described below in SFINCS (Spatial Filter for INCohere).
nt Stream) method.

【0037】また、本発明によると、前述のような従来
の二重焦点フィルター、あるいは三重焦点フィルターの
みの使用時に問題となるリンギングも、全く問題がなく
なるが、この作用については実施例中で詳しく述べる。
また、本発明では、投影光学系の瞳面又はこの近傍の面
上の第1の領域(FA)、第2の領域(FB)及び第3
の領域(FC)の形状について、(1)式〜(3)式の
条件を課しているが、この条件を満たすときに特に焦点
深度の拡大幅が大きくなる。
Further, according to the present invention, ringing, which is a problem when only the conventional bifocal filter or trifocal filter as described above is used, has no problem at all. Describe.
Further, according to the present invention, the first area (FA), the second area (FB) and the third area on the pupil plane of the projection optical system or on the surface in the vicinity of the pupil plane.
Regarding the shape of the region (FC), the conditions of the formulas (1) to (3) are imposed, and when this condition is satisfied, the expansion width of the depth of focus becomes particularly large.

【0038】更に、照明手段(1〜14)として、輪帯
照明系、又は変形光源系を使用すると、輪帯照明系、又
は変形光源系の使用による焦点深度拡大作用が付加され
るため、全体として焦点深度幅が更に拡大する。
Furthermore, when a ring-shaped illumination system or a modified light source system is used as the illumination means (1 to 14), the effect of expanding the depth of focus by the use of the ring-shaped illumination system or the modified light source system is added. As a result, the depth of focus further expands.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の実施例に
つき図面を参照して説明する。図8は本発明の実施例に
よる投影露光装置の全体的な構成を示す。図8におい
て、水銀ランプ1から放射された光輝度光は楕円鏡2に
よって第2焦点に収斂した後、発散光となってコリメー
タレンズ4に入射する。その第2焦点の位置にはロータ
リーシャッター3が配置され、ロータリーシャッター3
により照明光の通過、遮断を制御する。コリメータレン
ズ4によってほぼ平行光束に変換された照明光は、干渉
フィルター5に入射し、ここで露光に必要とされる所望
のスペクトル、例えばi線のみが抽出される。干渉フィ
ルター5を射出した照明光(i線)は、オプティカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ7に入射する。
勿論、i線以外の波長、あるいは複数の波長を使用して
もよく、また光源自体もレーザー光源等でもよい。図8
中で、干渉フィルター5とフライアイレンズ7との間の
偏光制御部材6は本発明の実施形態によって使用する場
合があるものであり、詳しくは後述する。
Embodiments of the projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 shows the overall configuration of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 8, the brightness light emitted from the mercury lamp 1 is converged on the second focal point by the elliptical mirror 2 and then becomes divergent light and enters the collimator lens 4. The rotary shutter 3 is arranged at the position of the second focus, and the rotary shutter 3
Controls the passage and blocking of illumination light. The illumination light converted into a substantially parallel light flux by the collimator lens 4 is incident on the interference filter 5, where a desired spectrum required for exposure, for example, only the i-line is extracted. The illumination light (i-line) emitted from the interference filter 5 enters a fly-eye lens 7 as an optical integrator.
Of course, a wavelength other than the i-line or a plurality of wavelengths may be used, and the light source itself may be a laser light source or the like. Figure 8
Among them, the polarization control member 6 between the interference filter 5 and the fly-eye lens 7 may be used according to the embodiment of the present invention, and will be described in detail later.

【0040】さて、フライアイレンズ7に入射した照明
光(ほぼ平行光束)は、フライアイレンズ7の複数のレ
ンズエレメントによって分割され、各レンズエレメント
の夫々の射出側には2次光源像(水銀ランプ1の発光点
の像)が形成される。従ってフライアイレンズ7の射出
側にはレンズエレメントの数と同じ数の点光源像が分布
し、面光源像が作られる。フライアイレンズ7の射出側
には、面光源像の大きさを調整するための可変絞り8が
設けられている。この絞り8を通った照明光(発散光)
はミラー9で反射され、集光レンズ系10に入射した
後、レチクルブラインド11の矩形の開口部を均一な照
度分布で照射する。図8では、フライアイレンズ7の射
出側に形成される複数の2次光源像(点光源)のうち、
光軸AX上に位置する1つの2次光源像からの照明光の
みを代表的に図示してある。また集光レンズ系10によ
って、フライアイレンズ7の射出側(2次光源像が形成
される面)はレチクルブラインド11の矩形開口面に対
するフーリエ変換面になっている。従って、フライアイ
レンズ7の複数の2次光源像の夫々から発散して集光レ
ンズ系10に入射した各照明光は、レチクルブラインド
11上で互いに僅かずつ入射角が異なる平行光束となっ
て重畳される。
The illumination light (substantially parallel luminous flux) incident on the fly-eye lens 7 is divided by a plurality of lens elements of the fly-eye lens 7, and a secondary light source image (mercury) is provided on the exit side of each lens element. An image of the light emitting point of the lamp 1) is formed. Therefore, the same number of point light source images as the number of lens elements are distributed on the exit side of the fly-eye lens 7 to form a surface light source image. A variable diaphragm 8 for adjusting the size of the surface light source image is provided on the exit side of the fly-eye lens 7. Illumination light (divergent light) that has passed through this diaphragm 8
After being reflected by the mirror 9 and entering the condenser lens system 10, the rectangular opening of the reticle blind 11 is illuminated with a uniform illuminance distribution. In FIG. 8, among the plurality of secondary light source images (point light sources) formed on the exit side of the fly-eye lens 7,
Only the illumination light from one secondary light source image located on the optical axis AX is representatively shown. Further, by the condenser lens system 10, the exit side of the fly-eye lens 7 (the surface on which the secondary light source image is formed) is a Fourier transform surface with respect to the rectangular aperture surface of the reticle blind 11. Therefore, the respective illumination lights that diverge from the plurality of secondary light source images of the fly-eye lens 7 and enter the condenser lens system 10 are superimposed on the reticle blind 11 as parallel light beams having slightly different incident angles. To be done.

【0041】レチクルブラインド11の矩形開口を通過
した照明光はレンズ系12、ミラー13を介してコンデ
ンサーレンズ14に入射し、コンデンサーレンズ14を
射出する光が照明光ILBとなってレチクルRに達す
る。ここでレチクルブラインド11の矩形開口面とレチ
クルRのパターン面とは、レンズ系12とコンデンサー
レンズ14との合成系によって互いに共役に配置され、
レチクルブラインド11の矩形開口の像が、レチクルR
のパターン面内に形成された矩形のパターン形成領域を
含むように結像される。図8に示すように、フライアイ
レンズ7の2次光源像のうち光軸AX上に位置する1つ
の2次光源像側からの照明光ILBは、レチクルR上で
は光軸AXに対して傾きのない平行光束になっている
が、これは投影光学系PLのレチクル側がテレセントリ
ックだからである。勿論、フライアイレンズ7の射出側
には光軸AX上からずれて位置する多数の2次光源像
(軸外の点光源)が形成されるから、それらからの照明
光は何れもレチクルR上では光軸AXに対して傾いた平
行光束となってパターン形成領域内で重畳される。
The illumination light passing through the rectangular opening of the reticle blind 11 enters the condenser lens 14 via the lens system 12 and the mirror 13, and the light emitted from the condenser lens 14 reaches the reticle R as the illumination light ILB. Here, the rectangular opening surface of the reticle blind 11 and the pattern surface of the reticle R are arranged conjugate with each other by a composite system of the lens system 12 and the condenser lens 14,
The image of the rectangular opening of the reticle blind 11 is the reticle R
The image is formed so as to include a rectangular pattern formation region formed in the pattern surface of the. As shown in FIG. 8, the illumination light ILB from one secondary light source image side located on the optical axis AX in the secondary light source image of the fly-eye lens 7 tilts on the reticle R with respect to the optical axis AX. There is no parallel light flux because this is because the reticle side of the projection optical system PL is telecentric. Of course, a large number of secondary light source images (off-axis point light sources) that are displaced from the optical axis AX are formed on the exit side of the fly-eye lens 7, so that any illumination light from them is on the reticle R. Then, it becomes a parallel light beam inclined with respect to the optical axis AX and is superimposed in the pattern formation region.

【0042】なお、レチクルRのパターン面とフライア
イレンズ7の射出側面とが、集光レンズ系10、レンズ
系12、及びコンデンサーレンズ14よりなる合成系に
よって光学的にフーリエ変換の関係になっていることは
言うまでもない。また、レチクルRへの照明光ILBの
入射角度範囲ψ(図2参照)は絞り8の開口径によって
変化し、絞り8の開口径を小さくして面光源の実質的な
面積を小さくすると、入射角度範囲ψも小さくなる。そ
のため絞り8は、照明光の空間的コヒーレンシィを調整
することになる。その空間的コヒーレンシィの度合いを
表すファクタとして、照明光ILBの最大入射角ψ/2
の正弦と投影光学系PLのレチクル側の開口数NArと
の比(σ値)が用いられている。このσ値は通常、σ=
sin(ψ/2)/NArで定義され、現在稼働中のス
テッパーの多くは、σ=0.5〜0.7程度の範囲で使
われている。本発明では、そのσ値がどのような値であ
ってもよく、極端な場合σ=0.1〜0.3程度であっ
てもよい。
The pattern surface of the reticle R and the exit side surface of the fly-eye lens 7 are optically Fourier-transformed by a composite system including a condenser lens system 10, a lens system 12, and a condenser lens 14. Needless to say Further, the incident angle range ψ (see FIG. 2) of the illumination light ILB to the reticle R changes depending on the aperture diameter of the diaphragm 8. If the aperture diameter of the diaphragm 8 is reduced to reduce the substantial area of the surface light source, the incident light ILB is incident. The angle range ψ also becomes smaller. Therefore, the diaphragm 8 adjusts the spatial coherency of the illumination light. As a factor indicating the degree of spatial coherency, the maximum incident angle ψ / 2 of the illumination light ILB is set.
The ratio (σ value) between the sine of σ and the numerical aperture NAr of the projection optical system PL on the reticle side is used. This σ value is usually σ =
It is defined by sin (ψ / 2) / NAr, and most of the steppers currently in operation are used in the range of σ = 0.5 to 0.7. In the present invention, the σ value may be any value, and in an extreme case, σ may be about 0.1 to 0.3.

【0043】さて、レチクルRのパターン面にはクロム
層によって所定のレチクルパターンが形成されている
が、ここではクロム層が全面に蒸着され、その内に微小
な矩形開口部(クロム層のない透明部)で形成された複
数のコンタクトホールパターンが存在するものとする。
コンタクトホールパターンはウエハW上に投影したと
き、0.5μm角(又は径)以下の寸法になるように設
計されていることもあり、投影光学系PLの投影倍率M
を考慮してレチクルRでの寸法が決められている。また
互いに隣接するコンタクトホールパターン間の寸法は、
通常1つのコンタクトホールパターンの開口部寸法に対
してかなり大きくなっているため、各コンタクトホール
パターンはそれぞれ孤立的な微小パターンとして存在す
る。即ち、隣接する2つのコンタクトホールパターン
は、それぞれから発生した光(回折、散乱光)が、回折
格子のように互いに強く影響し合うことが無い程度に離
れていることが多い。ところが後で詳しく述べるが、か
なり接近した配置でコンタクトホールパターンを形成し
たレチクルも存在する。
A predetermined reticle pattern is formed of a chrome layer on the pattern surface of the reticle R. Here, the chrome layer is vapor-deposited on the entire surface and a minute rectangular opening (transparent without the chrome layer is formed therein). It is assumed that there are a plurality of contact hole patterns formed in part).
The contact hole pattern may be designed to have a size of 0.5 μm square (or diameter) or less when projected onto the wafer W, and the projection magnification M of the projection optical system PL may be designed.
The size of the reticle R is determined in consideration of the above. The dimension between adjacent contact hole patterns is
Since the size of each contact hole pattern is usually considerably larger than that of one contact hole pattern, each contact hole pattern exists as an isolated minute pattern. That is, the two adjacent contact hole patterns are often separated to the extent that the light (diffraction, scattered light) generated from each of them does not strongly influence each other like a diffraction grating. However, as will be described later in detail, there is also a reticle in which contact hole patterns are formed in close proximity to each other.

【0044】図8において、レチクルRはレチクルステ
ージRST上に保持され、レチクルRのコンタクトホー
ルパターンの光学像(光強度分布)は投影光学系PLを
介してウエハWの表面のフォトレジスト層に結像され
る。ここで、図8中のレチクルRからウエハWまでの光
路は、結像光束の主光線のみで示す。そして投影光学系
PL内のフーリエ変換面FTPには、先の図2、及び図
3で説明した干渉性低減部材CCMが設けられる。この
干渉性低減部材CCMは、瞳epの最大径をカバーする
直径を有し、スライダー機構20によって光路外へ退出
したり、光路内に進入したりできる。仮にそのステッパ
ーが専らコンタクトホールパターンを露光するために使
われるのであれば、干渉性低減部材CCMは投影光学系
PL内に固定しておいてもよい。
In FIG. 8, the reticle R is held on the reticle stage RST, and the optical image (light intensity distribution) of the contact hole pattern of the reticle R is formed on the photoresist layer on the surface of the wafer W via the projection optical system PL. To be imaged. Here, the optical path from the reticle R to the wafer W in FIG. 8 is shown only by the chief ray of the imaging light flux. The Fourier transform plane FTP in the projection optical system PL is provided with the coherence reducing member CCM described in FIGS. 2 and 3 above. The coherence reducing member CCM has a diameter that covers the maximum diameter of the pupil ep, and can be moved out of the optical path or into the optical path by the slider mechanism 20. If the stepper is used exclusively for exposing the contact hole pattern, the coherence reducing member CCM may be fixed in the projection optical system PL.

【0045】しかしながら、複数台のステッパーによっ
てリソグラフィ工程の露光作業を行う場合、各ステッパ
ーの最も効率的な運用を考えると、特定の一台のステッ
パーをコンタクトホールパターン専用の露光に割り当て
ることは躊躇される。そのため、干渉性低減部材CCM
は投影光学系PLの瞳epに対して挿脱自在に設け、コ
ンタクトホールパターン以外のレチクルパターンの露光
時にも、そのステッパーが使えるようにしておくことが
望ましい。なお、投影露光系によっては、その瞳位置
(フーリエ変換面ETP)に実効的な瞳径を変えるため
の円形開口絞り(NA可変絞り)を設けることもある。
この場合、その開口絞りと干渉性低減部材CCMとは機
械的に干渉しないように、且つできるだけ接近して配置
される。
However, when the exposure work in the lithography process is performed by a plurality of steppers, considering the most efficient operation of each stepper, hesitating to assign a specific stepper to the exposure dedicated to the contact hole pattern. It Therefore, the interference reduction member CCM
It is desirable that the stepper be provided so that it can be inserted into and removed from the pupil ep of the projection optical system PL so that the stepper can be used even during exposure of a reticle pattern other than the contact hole pattern. Depending on the projection exposure system, a circular aperture diaphragm (NA variable diaphragm) for changing the effective pupil diameter may be provided at the pupil position (Fourier transform plane ETP).
In this case, the aperture stop and the coherence reducing member CCM are arranged as close as possible without mechanical interference.

【0046】さて、ウエハWは、光軸AXと垂直な面内
で2次元移動(以下、「XY移動」とする)すると共
に、光軸AXと平行な方向に微動(以下、「Z移動」と
する)するウエハステージWST上に保持される。ウエ
ハステージWSTのXY移動、Z移動は、ステージ駆動
ユニット22によって制御され、XY移動に関してはレ
ーザ干渉計23による座標計測値に従って制御され、Z
移動に関してはオートフォーカス用のフォーカスセンサ
ー24の検出値に基づいて制御される。ステージ駆動ユ
ニット22、スライダー機構20等は、主制御ユニット
25からの指令で動作する。この主制御ユニット25
は、更にシャッタ駆動ユニット26へ指令を送り、シャ
ッター3の開閉を制御すると共に、開口制御ユニット2
7へ指令を送り、絞り8、又はレチクルブラインド11
の各開口の大きさを制御する。また、主制御ユニット2
5は、レチクルステージRSTへのレチクルの搬送路中
に設けられたバーコードリーダー28が読み取ったレチ
クル名を入力できるようになっている。従って主制御ユ
ニット25は、入力したレチクル名に応じてスライダー
機構20の動作、開口駆動ユニット27の動作等を統括
的に制御し、絞り8、レチクルブラインド11の各開口
寸法、及び干渉性低減部材CCMの要、不要を、そのレ
チクルに合わせて自動的に調整することができる。
The wafer W moves two-dimensionally in the plane perpendicular to the optical axis AX (hereinafter referred to as "XY movement"), and moves slightly in the direction parallel to the optical axis AX (hereinafter "Z movement"). The wafer is held on the wafer stage WST. The XY movement and the Z movement of wafer stage WST are controlled by stage drive unit 22, and the XY movement is controlled according to the coordinate measurement value by laser interferometer 23.
The movement is controlled based on the detection value of the focus sensor 24 for autofocus. The stage drive unit 22, the slider mechanism 20, etc. operate according to a command from the main control unit 25. This main control unit 25
Further sends a command to the shutter drive unit 26 to control the opening / closing of the shutter 3 and also to open the aperture control unit 2
7 to send a command to the diaphragm 8 or the reticle blind 11
Control the size of each opening. In addition, the main control unit 2
Reference numeral 5 allows the reticle name read by the bar code reader 28 provided in the reticle transport path to the reticle stage RST to be input. Therefore, the main control unit 25 comprehensively controls the operation of the slider mechanism 20, the operation of the aperture drive unit 27, and the like according to the input reticle name, and the aperture size of each of the diaphragm 8 and the reticle blind 11 and the interference reducing member. Whether or not CCM is required can be automatically adjusted according to the reticle.

【0047】ここで図8中の投影光学系PLの一部分の
構造を、図9を参照して説明する。図9は全て屈折性硝
材で作られた投影光学系PLの部分的な断面を示し、前
群のレンズ系GAの最下部のレンズGA1 と後群のレン
ズ系GBの最上部のレンズGB1 との間の空間中にフー
リエ変換面FTPが存在する。投影光学系PLは複数枚
のレンズを鏡筒で保持しているが、干渉性低減部材CC
Mの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。ま
た、干渉性低減部材CCM、及びスライダー機構20の
全部、又は一部を、外気に直接露出させないようなカバ
ー20Bを、鏡筒の開口部から延設する。このカバー2
0Bは外気に浮遊する微小なダストが投影光学系PLの
瞳空間内に進入するのを防ぐ。スライダー機構20に
は、回転モータ、ペンシリンダー、ソレノイド等のアク
チュエータ20Aが結合されている。更に、鏡筒の一部
に瞳空間に連通する流路Afを設け、パイプ29を介し
て温度制御されたクリーンエアを瞳空間へ供給すること
で、干渉性低減部材CCMの露光光の一部吸収による温
度上昇、及び瞳空間全体の温度上昇を抑えるようにす
る。なお、瞳空間へ強制的に供給されたクリーンエア
を、スライダー機構20、アクチュエータ20Aを介し
て強制的に排出するようにすれば、スライダー機構20
等で発生した塵埃が瞳空間内に進入することを防止でき
る。
Here, the structure of a part of the projection optical system PL in FIG. 8 will be described with reference to FIG. Figure 9 shows a partial cross section of the projection optical system PL made in all refractive glass material, the top of the lens GB 1 lens system GB at the bottom of the lens GA 1 and the rear group lens system GA of the front lens group The Fourier transform plane FTP exists in the space between and. Although the projection optical system PL holds a plurality of lenses by a lens barrel, the coherence reducing member CC
An opening is provided in a part of the lens barrel for inserting and removing M. Further, a cover 20B that does not directly expose the coherence reducing member CCM and the slider mechanism 20 in whole or in part is extended from the opening of the lens barrel. This cover 2
0B prevents minute dust floating in the outside air from entering the pupil space of the projection optical system PL. An actuator 20A such as a rotary motor, a pen cylinder, and a solenoid is coupled to the slider mechanism 20. Further, a flow path Af communicating with the pupil space is provided in a part of the lens barrel, and clean air whose temperature is controlled is supplied to the pupil space through the pipe 29, so that a part of the exposure light of the coherence reducing member CCM is exposed. The temperature rise due to absorption and the temperature rise of the entire pupil space are suppressed. If the clean air forcibly supplied to the pupil space is forcibly discharged via the slider mechanism 20 and the actuator 20A, the slider mechanism 20
It is possible to prevent dust generated due to the like from entering the pupil space.

【0048】図10は干渉性低減部材CCMの第1実施
例による構造を示し、図10(A)は光軸AXを通る点
での断面図、図10(B)は平面図である。さて、図8
中の光源(水源ランプ1)からのランダムな偏光状態
(種々の偏光状態の光を合成した光であり、且つその偏
光状態が時間と共に変化する状態)であると共に、その
コヒーレント長△Lcは極めて短い。今、照明光をi線
として、中心波長λ0 =365nm、波長幅△λ=5n
mであると、コヒーレント長△Lcは以下のように求ま
る。
FIG. 10 shows a structure of the coherence reducing member CCM according to the first embodiment, FIG. 10 (A) is a sectional view taken along a point passing through the optical axis AX, and FIG. 10 (B) is a plan view. Now, Fig. 8
The light source (water source lamp 1) inside has a random polarization state (light that is a combination of light of various polarization states and that polarization state changes with time), and its coherent length ΔLc is extremely high. short. Now, with the illumination light as the i-line, the central wavelength λ 0 = 365 nm and the wavelength width Δλ = 5n
If m, the coherent length ΔLc is obtained as follows.

【0049】 △Lc=λ0 2/△λ≒26[μm] (6) 図10に示す干渉性低減部材CCMは、紫外線に対して
高い透過率を有する透明平行平板上に、中心CCに対し
て半径r1 から半径r2 の輪帯状の透過部FBに厚さh
1 の平行平板状の透過物体を貼り付けたものである。こ
のとき、貼り付ける透過物体の屈折率をn1 とすると、
厚さh1 は、次式を満たすようにする。
ΔLc = λ 0 2 / Δλ≈26 [μm] (6) The coherence reducing member CCM shown in FIG. From the radius r 1 to the radius r 2 in the annular transparent portion FB, the thickness h
The transparent object of 1 parallel plate is attached. At this time, if the refractive index of the transparent object to be pasted is n 1 ,
The thickness h 1 should satisfy the following equation.

【0050】 (n1 −1)h1 ≧△Lc(コヒーレント長) (7) すると、透過部FA、FCの各透過光と、透過部FBの
透過光との間には(n 1 −1)h1 、即ちコヒーレント
長△Lc以上の光路差が与えられ、両光束相互間の可干
渉性が消失する。透過物体はガラス、石英、又は蛍石等
であり、屈折率n1 は1.5程度なので、厚さh1 は5
2μm以上であれば良い。
(N1 -1) h1 ≧ ΔLc (coherent length) (7) Then, the transmitted light of the transmission parts FA and FC and the transmission part FB
Between transmitted light (n 1 -1) h1 , That is, coherent
An optical path difference of length ΔLc or more is given, and the light flux between both light beams is
Loss of communication. Transparent objects are glass, quartz, fluorite, etc.
And the refractive index n1 Is about 1.5, so the thickness h1 Is 5
It may be 2 μm or more.

【0051】また、中心透過部FAには、中心透過部F
Aの透過光と周辺透過部FCの透過光との間に(2m+
1)π[rad]の位相差を与える位相シフターを被着
する(mは整数である)。この位相シフターは、SiO
2 等の薄膜を蒸着、スパッタリング、CVD(化学気相
堆積)等で形成したものである。位相シフターの屈折率
をn2 とすれば、位相シフターの厚さdは次式を満たす
ように設定すればよい。
Further, the central transmitting portion FA has a central transmitting portion F.
Between the transmitted light of A and the transmitted light of the peripheral transmitting portion FC (2 m +
1) A phase shifter that gives a phase difference of π [rad] is attached (m is an integer). This phase shifter is made of SiO
A thin film such as 2 is formed by vapor deposition, sputtering, CVD (chemical vapor deposition) or the like. If the refractive index of the phase shifter is n 2 , the thickness d of the phase shifter may be set so as to satisfy the following equation.

【0052】 (n2 −1)d=(m+1/2)λ0 (8) 本実施例ではλ0 は0.365μmである。屈折率n2
が1.5程度であれば、例えばm=0としたとき、
(8)式より厚さdは0.365μmとすればよい。厚
さdは、m=1、2、3、…に対応してより厚くするこ
とも可能であるが、位相シフターとしての薄膜の材質に
よる光の吸収の問題が生じたり、厚くすることによって
透過部FBの透過光と透過部FAの透過光との間に可干
渉性が残留してしまう等の問題が生じたりするので、実
用上はm=0、1、2程度に対応した厚さとする方が良
い。同様に、透過部FBに被着する透過平行平板の厚さ
1 も、あまり厚いと吸収や幾何光学的な収差への悪影
響を生じるので、必要以上に厚くすることは得策ではな
い。
(N 2 −1) d = (m + ½) λ 0 (8) In this embodiment, λ 0 is 0.365 μm. Refractive index n 2
Is about 1.5, for example, when m = 0,
From the formula (8), the thickness d may be 0.365 μm. The thickness d can be made thicker corresponding to m = 1, 2, 3, ..., However, there arises a problem of light absorption due to the material of the thin film as the phase shifter, or the thickness d is transmitted. Since there is a problem that coherence remains between the transmitted light of the portion FB and the transmitted light of the transmitting portion FA, a thickness corresponding to about m = 0, 1, 2 is practically set. Better Similarly, if the thickness h 1 of the transmission parallel plate adhered to the transmission portion FB is too thick, it will adversely affect absorption and geometrical optics aberrations.

【0053】また図10に示した例の変形として、平行
平板状である基板自体を加工して、輪帯透過部FBに凸
部又は凹部の段差を与えてもよい。この場合も段差h1'
(即ち透過部FA、FCと透過部FBとの厚さの段差)
は、基板の屈折率をn0 として、(n0 −1)h1'≧△
Lcを満たすようにする。図11は干渉性低減部材の第
2実施例を示す。図11の例では、中間の輪帯透過部F
Bに別の平行平板を貼り付ける代わりに、その透過部F
Bにイオン打ち込み法等によって部分的に他より屈折率
の高い領域を作る。この部分の屈折率をn 3 、他の部分
の屈折率をn0 とし、且つ深さをh2 とすれば、(n3
−n0 )h 2 ≧△Lcであれば、透過部FBの透過光と
他の透過部FA、FCの透過光との間の可干渉性は消失
する。この例でも、中心の透過部FAには厚さdの位相
シフターを設けた。厚さdの条件は図10の例と同様で
ある。
As a modification of the example shown in FIG.
The flat plate-shaped substrate itself is processed so that it protrudes into the annular transmission part FB.
You may give the step of a part or a recessed part. Also in this case, the step h1'
(That is, the difference in thickness between the transparent portions FA, FC and the transparent portion FB)
Is the refractive index of the substrate n0 As (n0 -1) h1'≧ △
Lc is satisfied. FIG. 11 shows the interference reduction member No. 1
Two examples will be shown. In the example of FIG. 11, the intermediate annular zone F
Instead of attaching another parallel plate to B, its transparent part F
Part of B has a higher refractive index than others due to ion implantation etc.
Make a high area. The refractive index of this part is n 3 , The other part
The refractive index of n0 And the depth is h2 Then, (n3 
-N0 ) H 2 If ≧ ΔLc, the transmitted light of the transmission part FB is
The coherence with the transmitted light of other transmission parts FA and FC disappears.
To do. Also in this example, the phase of the thickness d is formed in the transmission part FA at the center.
A shifter is provided. The conditions for the thickness d are the same as in the example of FIG.
is there.

【0054】図12に干渉性低減部材CCMの第3実施
例による構成を示す。これは、顕微鏡による試料観察用
のプレパラートのカバーガラス、高分子による薄膜(ペ
リクル)、又はアクリル薄板等のような薄い透明基板
(厚さh3 )の一部を図12(B)に示す如くくり抜い
たものであり、くり抜き部が中間の透過部FBに相当す
る。中心の透過部FAを周辺の透過部FCと分離させな
いために、何本かの支柱eによって両者を結合させてお
く。薄い透明基板の厚さをh3 、屈折率をn5 としたと
き、(n5 −1)h3 ≧△Lcであれば、透過部FA、
FCの各透過光と透過部FBの透過光との間の可干渉性
は消失する。なお、この例でも中心の透過部FAには厚
さdの位相シフターを付加する。支柱eは遮光性である
のが望ましいが、透過性であってもその支柱部の面積は
小さいため、結像性能への悪影響はほとんどなく、金属
膜等を付けて遮光部にしてしまうこともできる。
FIG. 12 shows the structure of the interference reducing member CCM according to the third embodiment. As shown in FIG. 12B, a cover glass for preparation of a sample under a microscope, a thin film (pellicle) made of a polymer, or a thin transparent substrate (thickness h 3 ) such as an acrylic thin plate is used as shown in FIG. 12B. The cut-out portion corresponds to the intermediate transparent portion FB. In order to prevent the central transmission part FA from being separated from the peripheral transmission part FC, the two are connected by some columns e. Assuming that the thickness of the thin transparent substrate is h 3 and the refractive index is n 5 , if (n 5 −1) h 3 ≧ ΔLc, the transmissive portion FA,
The coherence between each transmitted light of FC and the transmitted light of the transmission part FB disappears. Also in this example, a phase shifter having a thickness d is added to the central transmission portion FA. It is desirable that the pillar e has a light-shielding property, but even if it is transparent, since the area of the pillar part is small, there is almost no adverse effect on the imaging performance, and a metal film or the like may be attached to form the light-shielding part. it can.

【0055】なお、図12の例では干渉性低減部材CC
Mの厚さh3 を薄くする(≒52μm程度)ことができ
るので、干渉性低減部材CCM等の平行平板を瞳面に設
けることを前提にせずに設計、製造されている従来の投
影光学系に挿入しても、干渉性低減部材CCMにより発
生する幾何光学的な諸収差を小さく抑えることができ
る。一方、図10、図11に示したように、或る程度厚
さ(基板の厚さ)のある干渉性低減部材CCMでは、投
影光学系として瞳面に平行平板を備えて使用することを
前提として、設計、製造されたものを用いることとな
る。この場合には逆に、瞳面から干渉性低減部材CCM
を除いた状態では幾何光学的な諸収差が悪化するので、
コンタクトホールパターン等以外の工程で使用する場合
には干渉性低減部材CCMを光学系から取り除き、代わ
りにほぼ同様の厚さの平行平板を挿入するとよい。
In the example of FIG. 12, the interference reducing member CC
Since the thickness h 3 of M can be thinned (≈52 μm), a conventional projection optical system designed and manufactured without assuming that a parallel flat plate such as a coherence reducing member CCM is provided on the pupil plane. Even if it is inserted in, the geometrical-optical aberrations generated by the coherence reducing member CCM can be suppressed to be small. On the other hand, as shown in FIGS. 10 and 11, in the coherence reducing member CCM having a certain thickness (thickness of the substrate), it is premised that the coherence reducing member CMP is used as a projection optical system. As the above, the one designed and manufactured will be used. In this case, conversely, from the pupil plane, the coherence reducing member CCM
Since various geometrical optics aberrations are aggravated in the state excluding
When it is used in a process other than the contact hole pattern process, the coherence reducing member CCM may be removed from the optical system, and a parallel plate having substantially the same thickness may be inserted instead.

【0056】以上の各実施例では、干渉性低減部材とし
て光束間に時間的なコヒーレント長以上の光路差をつけ
る部材を用いたが、他の方式の部材を用いてもよい。図
13は別の方式による干渉性低減部材の構成を示す第4
実施例であって、図13(A)、(B)は夫々干渉性低
減部材CCMの断面図及び平面図を示す。中心透過部F
Aと周辺透過部FCとは、図13(C)に示すように中
間透過部FBに対して直交する方向の直線偏光のみを透
過する偏光板で構成し、透過部FBの透過光の偏光方向
は透過部FA、FCの透過光の直線偏光方向と直交す
る。偏光方向の直交する直線偏光同士は互いに干渉し合
わないので、このように偏光特性を制御することでも、
両光束の可干渉性を解消(低減)することができる。
In each of the above-mentioned embodiments, a member that gives an optical path difference equal to or longer than the temporal coherence length between the light beams is used as the coherence reducing member, but a member of another system may be used. FIG. 13 is a fourth diagram showing the structure of the interference reducing member according to another method.
FIG. 13A and FIG. 13B are examples and show a cross-sectional view and a plan view of the coherence reducing member CCM, respectively. Center transmission part F
As shown in FIG. 13 (C), A and the peripheral transmissive portion FC are configured by a polarizing plate that transmits only linearly polarized light in a direction orthogonal to the intermediate transmissive portion FB, and the polarization direction of the transmitted light of the transmissive portion FB. Is orthogonal to the linear polarization direction of the transmitted light of the transmission parts FA and FC. Since the linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other do not interfere with each other, even by controlling the polarization characteristics in this way,
It is possible to eliminate (reduce) the coherence of both light fluxes.

【0057】なお、図13(A)に示す如く、この場合
も中心透過部FAには厚さdの位相シフターを設ける。
これによって、透過部FAと透過部FCとが二重焦点フ
ィルターを形成することは、これまでの実施例と全く同
様である。また、厚さdの条件も前述と同様である。あ
るいは、図13(A)の位相シフターを廃止し、その代
わりに透過部FA、FCの各偏光板の厚さ自体を異なら
せて、(2m+1)π[rad]の位相差を与えてもよ
い。
Incidentally, as shown in FIG. 13A, in this case as well, a phase shifter of thickness d is provided in the central transmitting portion FA.
As a result, the transmissive portion FA and the transmissive portion FC form a bifocal filter, which is exactly the same as the previous embodiments. The conditions for the thickness d are the same as described above. Alternatively, the phase shifter of FIG. 13 (A) may be omitted, and instead, the thicknesses of the respective polarizing plates of the transmissive portions FA and FC may be different to give a phase difference of (2m + 1) π [rad]. .

【0058】また、図13の例の偏光板による干渉性低
減部材CCMよりもウエハ側に1/4波長板(λ/4
板)を設けて、上記2つの直交する直線偏光を、互いに
逆回転の円偏光に変えてしまってもよい。この場合に
も、互いに逆回転の円偏光は干渉し合わないので、偏光
板と1/4波長板とを組み合わせた干渉性低減部材とし
て用いることができる。このとき、1/4波長板の軸方
向(屈折率の高い方向)は、上記の直交する2偏光の両
者の偏光方向に対して45゜ずれた方向としておく。
Further, a quarter wavelength plate (λ / 4) is provided on the wafer side of the coherence reducing member CCM using the polarizing plate of the example of FIG.
A plate) may be provided to convert the above two orthogonal linearly polarized lights into circularly polarized lights having mutually opposite rotations. Also in this case, since the circularly polarized lights having mutually opposite rotations do not interfere with each other, it can be used as a coherence reducing member in which a polarizing plate and a ¼ wavelength plate are combined. At this time, the axial direction of the quarter-wave plate (the direction in which the refractive index is high) is shifted by 45 ° with respect to the polarization directions of the two orthogonally polarized lights.

【0059】以上の偏光板を用いる実施例では、投影光
学系PL中の干渉性低減部材CCMが偏光板で構成され
ているため、投影光学系PLを透過すべき本来の光量の
うち半分の光量は干渉性低減部材CCMとしての偏光板
に吸収されることになる。これは露光パワーの低下も意
味するが、投影光学系内に熱(吸収した露光光のエネル
ギー)が蓄積することとなり、光学系や硝材の安定性と
いう点で問題となる。
In the embodiment using the above-mentioned polarizing plate, since the coherence reducing member CCM in the projection optical system PL is composed of a polarizing plate, a half of the original light amount to be transmitted through the projection optical system PL. Will be absorbed by the polarizing plate as the coherence reducing member CCM. This also means a decrease in exposure power, but heat (energy of the exposure light absorbed) accumulates in the projection optical system, which poses a problem in terms of stability of the optical system and glass material.

【0060】そこで、この熱の問題(露光パワーの損
失)を解決する実施例を図14、図15、図16、図1
7を参照して説明する。本実施例では、照明光ILBの
偏光特性が重要になるので、先ずそのことから説明す
る。図14は照明光学系中に設ける偏光制御部材6(図
8参照)の幾つかの実施例を示したものである。図14
(A)は偏光制御部材6として偏光板6Aを用いる例で
あり、ランダム偏光である水銀ランプ1からの入射光は
特定の直線偏光となって射出される。図14(B)は偏
光制御部材6として偏光板6Aと1/4波長板6Bとを
組み合わせた例を示す。このときも、ランダム偏光であ
る入射光は、偏光板6Aによって先ず直線偏光にされ、
次に1/4波長板6Bにより、右回り又は左回りの何れ
か一方の円偏光となって射出される。このときも1/4
波長板6Bの軸方向は偏光板6Aからの直線偏光を円偏
光に変換する軸方向としておく。
Therefore, an embodiment for solving this heat problem (exposure power loss) is shown in FIGS. 14, 15, 16 and 1.
This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the polarization characteristic of the illumination light ILB is important, so that will be described first. FIG. 14 shows some examples of the polarization control member 6 (see FIG. 8) provided in the illumination optical system. 14
(A) is an example in which a polarizing plate 6A is used as the polarization control member 6, and the incident light from the mercury lamp 1, which is random polarized light, is emitted as specific linearly polarized light. FIG. 14B shows an example in which a polarizing plate 6A and a quarter-wave plate 6B are combined as the polarization control member 6. Also at this time, the incident light which is randomly polarized light is first linearly polarized by the polarizing plate 6A,
Next, by the quarter-wave plate 6B, either clockwise or counterclockwise circularly polarized light is emitted. Also at this time 1/4
The axial direction of the wave plate 6B is set to the axial direction for converting the linearly polarized light from the polarizing plate 6A into circularly polarized light.

【0061】また、光源からの光束(入射光束)自体
が、直線偏光の場合、例えばレーザ光源を使用した場合
には、レチクルRに達する照明光ILBは偏光制御部材
6を設けなくても直線偏光となっている。しかしなが
ら、後述する投影光学系内の偏光状態制御部材の構成に
よっては、図14(C)に示す如く、1/4波長板6B
のみを偏光制御部材6として設けて、円偏光にしておく
とよい。この場合の1/4波長板6Bの軸方向も上述し
た通りに設定される。
When the light flux from the light source (incident light flux) itself is linearly polarized light, for example, when a laser light source is used, the illumination light ILB reaching the reticle R is linearly polarized light without providing the polarization control member 6. Has become. However, depending on the configuration of the polarization state control member in the projection optical system described later, as shown in FIG.
Only the polarization control member 6 may be provided so that circularly polarized light is formed. The axial direction of the quarter-wave plate 6B in this case is also set as described above.

【0062】さて、図14に示したような偏光制御部材
6を用いてレチクルRへの照明光ILBの偏光特性を揃
えておくと、コンタクトホールパターンを透過、回折し
て、投影光学系PL中の干渉性低減部材CCMに達する
結像光束も特性の直線偏光、又は円偏光に揃った状態と
なっている。そこで照明光ILBが、例えば図14
(A)のように直線偏光に揃っている場合に好適な干渉
性低減部材CCMの構造を第5の実施例として図15に
示す。図15(A)は干渉性低減部材CCMとして1/
2波長板を使用する例である。図15(A)は干渉性低
減部材CCMに入射する直前の光(照明光ILB)の偏
光状態を示し、ここでは同図中で上下方向に電場の振動
面をもつ直線偏光であるものとする。図15(B)は干
渉性低減部材CCMの平面構造を示し、半径r1 〜r2
の輪帯状透過部FBは1/2波長板(λ/2板)で構成
され、中心透過部FA、周辺の輪帯状透過部FCは中間
の透過部FB(1/2波長板)とほぼ同等の厚さ(光学
的厚さ)を持った通常の透明板(例えば石英)である。
Now, if the polarization characteristics of the illumination light ILB to the reticle R are made uniform by using the polarization control member 6 as shown in FIG. 14, the light is transmitted through the contact hole pattern, diffracted, and is projected in the projection optical system PL. The image-forming light flux reaching the coherence reducing member CCM is also in the state of being aligned with the linearly polarized light or the circularly polarized light having the characteristic. Therefore, the illumination light ILB is, for example, as shown in FIG.
A structure of a coherence reducing member CCM suitable for the case where linearly polarized light is aligned as in (A) is shown in FIG. 15 as a fifth embodiment. FIG. 15 (A) shows 1 / as a coherence reducing member CCM.
This is an example of using a two-wave plate. FIG. 15 (A) shows the polarization state of the light (illumination light ILB) immediately before entering the coherence reducing member CCM, and here it is assumed that it is linearly polarized light having a vibration plane of the electric field in the vertical direction in the figure. . FIG. 15B shows a planar structure of the coherence reducing member CCM, which has radii r 1 to r 2.
The ring-shaped transmission part FB of is composed of a half-wave plate (λ / 2 plate), and the central transmission part FA and the peripheral ring-shaped transmission part FC are almost the same as the middle transmission part FB (half-wave plate). It is an ordinary transparent plate (for example, quartz) having a thickness (optical thickness) of.

【0063】この図15の干渉性低減部材CCMを通過
した直後の光の偏光状態は、図15(C)に示すよう
に、中間の輪帯状透過部FBの部分の偏光状態が左右方
向の直線偏光に変換され、中心透過部FA及び周辺の輪
帯状透過部FCの部分では偏光状態は何ら変化しない。
このため、先の第1実施例と同様に結像光束を互いに干
渉し合わない偏光状態に分けることができる。ここで、
透過部FBとしての1/2波長板の軸方向(面内の回
転)は、入射する直線偏光の方向をそれと直交する方向
に変換する軸方向に設定されるが、1/2波長板の軸方
向と照明光ILBの偏光方向とを最適化するように、干
渉性低減部材CCMと偏光制御部材6とを面内で回転方
向に相対的に調整できるようにしてもよい。
As shown in FIG. 15C, the polarization state of the light immediately after passing through the coherence reducing member CCM of FIG. 15 is such that the polarization state of the intermediate ring-shaped transmission portion FB is a straight line in the left-right direction. It is converted into polarized light, and the polarization state does not change at all in the central transmission part FA and the peripheral annular transmission part FC.
For this reason, it is possible to divide the image forming light beams into polarization states that do not interfere with each other, as in the first embodiment. here,
The axial direction (in-plane rotation) of the half-wave plate as the transmission part FB is set to the axial direction that converts the direction of the incident linearly polarized light into the direction orthogonal thereto, but the axis of the half-wave plate is In order to optimize the direction and the polarization direction of the illumination light ILB, the coherence reduction member CCM and the polarization control member 6 may be relatively adjustable in the plane in the rotation direction.

【0064】あるいは干渉性低減部材CCMとして、半
径r1 〜r2 の輪帯状透過部FBと中心の円形透過部F
A、周辺の輪帯状透過部FCとを共に1/4波長板(ほ
ぼ同一の厚さ)で構成してもよい。この場合も入射する
光束は図15(A)のように全て直線偏光なので、各透
過部FA、FBの1/4波長板の軸方向を入射光束の偏
光状態に対して互いに逆方向の円偏光となるように最適
化することにより、輪帯状透過部FBを通過した光束は
右回りの円偏光に、中心の円形透過部FA及び周辺の輪
帯状透過部FCを通過した光束は左回りの円偏光に変換
でき、互いに偏光状態の異なる(干渉し合わない)光束
を得ることができる。この場合も、上述の実施例と同様
に干渉性低減部材CCMとしての1/4波長板の軸方向
に合わせて、照明光ILBの偏光方向を偏光制御部材6
により調整できるようにしておくとよい。なお、図15
(B)に示した中間の輪帯状透過部FBとしての1/2
波長板は、水晶等の旋光物質に代えてもよく、その場合
でも全く同様に直線偏光の方向を変換することができ
る。
Alternatively, as the interference reducing member CCM, a ring-shaped transparent portion FB having a radius r 1 to r 2 and a circular transparent portion F at the center.
Both A and the peripheral ring-shaped transmission portion FC may be formed of a quarter wavelength plate (having substantially the same thickness). In this case as well, the incident light beams are all linearly polarized as shown in FIG. 15A, so that the axial directions of the quarter-wave plates of the transmission parts FA and FB are circularly polarized in directions opposite to each other with respect to the polarization state of the incident light beams. By optimizing so that the light flux that has passed through the annular transmissive portion FB becomes a clockwise circularly polarized light, and the light flux that has passed through the central circular transmissive portion FA and the peripheral annular transmissive portion FC, a counterclockwise circularly polarized light. It can be converted into polarized light, and light beams having different polarization states (not interfering with each other) can be obtained. In this case as well, the polarization direction of the illumination light ILB is adjusted in accordance with the axial direction of the quarter-wave plate serving as the coherence reducing member CCM, as in the above-described embodiment.
It is better to be able to adjust by. Note that FIG.
1/2 as the intermediate ring-shaped transmission part FB shown in (B)
The wave plate may be replaced with an optical rotatory substance such as quartz, and even in that case, the direction of linearly polarized light can be converted in the same manner.

【0065】また、上記の1/2波長板又は1/4波長
板を用いる実施例に対しては、照明光は直線偏光ではな
くて、図14(B)、(C)のような円偏光を用いるこ
ともできる。即ち、円偏光は図15(B)の如き干渉性
低減部材によって輪帯透過部FBの透過光は逆回りの円
偏光に変換され、他の透過部FA、FCの透過光は元の
円偏光のままである。
Further, for the above embodiment using the half-wave plate or the quarter-wave plate, the illumination light is not linearly polarized light but circularly polarized light as shown in FIGS. 14 (B) and 14 (C). Can also be used. That is, the circularly polarized light is converted by the coherence reducing member as shown in FIG. 15B into the circularly polarized light having the reverse rotation, and the transmitted light from the other transparent portions FA and FC is the original circularly polarized light. It remains.

【0066】あるいは透過部FA、FCと透過部FBと
を軸方向の異なる1/4波長板とする例でも、入射する
円偏光は夫々直交する直線偏光に変換され、やはり互い
に干渉し合わない2つの光束に分割される。また、入射
光束(照明光ILB)が円偏光であると、1/2波長板
や1/4波長板の軸方向を照明光の偏光特性に合わせて
回転調整する必要がなくなるので好都合である。
Alternatively, also in the example in which the transmissive portions FA and FC and the transmissive portion FB are quarter-wave plates having different axial directions, the incident circularly polarized lights are converted into orthogonal linearly polarized lights, which also do not interfere with each other. It is divided into two light beams. Further, if the incident light flux (illumination light ILB) is circularly polarized light, there is no need to rotate and adjust the axial direction of the ½ wavelength plate or the ¼ wavelength plate in accordance with the polarization characteristic of the illumination light, which is advantageous.

【0067】以上のように図14に示した偏光制御部材
6と図15に示した干渉性低減部材CCMとを用いる
と、先に述べたような偏光板を用いた干渉性低減部材C
CMでの露光エネルギーの吸収の問題がなくなり、投影
光学系PL内での熱蓄積が抑えられる点で極めて好都合
である。しかしながら、今度は照明光学系中で照明光I
LBを1つの偏光状態に揃えることに伴う光量損失(半
分以上)が問題点として残る。そこで照明光の光量損失
を低減させた照明系の一例を、図16を参照して説明す
る。図16の系は図14中の偏光制御部材6の代わりに
設けられるものである。先ず、図16(A)において入
射光束は2つの偏光ビームスプリッター6C、6Dによ
り分割、合成される。即ち、1番目の偏光ビームスプリ
ッター6CではP偏光(上下方向の偏光)成分が透過し
て2番目の偏光ビームスプリッター6Dも透過して直進
する。一方、ビームスプリッター6Cで分割されたS偏
光(図16(A)の紙面に垂直な方向の偏光)成分は間
隔d1 だけ離れたミラー6E、6Fを介してビームスプ
リッター6Dで合成され、P偏光成分と同軸になって進
む。このとき、ミラー6E、6Fの光路によってP偏光
とS偏光とに光路差2×d1 を与える。従って入射光束
の時間的コヒーレント長△Lcが2d1 より短かけれ
ば、合成後のP編成成分とS偏光成分とは、偏光方向が
相補的であることの他に時間的にもインコヒーレント
(非可干渉)になる。
As described above, when the polarization control member 6 shown in FIG. 14 and the coherence reducing member CCM shown in FIG. 15 are used, the coherence reducing member C using the polarizing plate as described above is used.
This is extremely convenient in that the problem of absorption of the exposure energy in the CM is eliminated and the heat accumulation in the projection optical system PL is suppressed. However, this time, in the illumination optical system, the illumination light I
The light amount loss (more than half) associated with aligning LB to one polarization state remains a problem. Therefore, an example of an illumination system in which the light amount loss of illumination light is reduced will be described with reference to FIG. The system of FIG. 16 is provided instead of the polarization control member 6 of FIG. First, in FIG. 16A, the incident light beam is divided and combined by the two polarization beam splitters 6C and 6D. That is, the first polarization beam splitter 6C transmits the P-polarized component (vertical polarization) and the second polarization beam splitter 6D also transmits straight. On the other hand, the S-polarized light component (polarized light component in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 16A) split by the beam splitter 6C is combined by the beam splitter 6D via mirrors 6E and 6F separated by a distance d 1 to produce P-polarized light. It goes coaxially with the ingredients. At this time, an optical path difference of 2 × d 1 is given to the P-polarized light and the S-polarized light by the optical paths of the mirrors 6E and 6F. Therefore, if the temporal coherence length ΔLc of the incident light flux is shorter than 2d 1 , the combined P organization component and S polarization component are complementary in polarization direction and also temporally incoherent (non-coherent). Interference).

【0068】これら2つの偏光成分を持った照明光が使
われ、干渉性低減部材CCMとして図15(B)のもの
が使われると、図17(A)に示す通り、干渉性低減部
材CCMに入射するP偏光成分(例えば白抜きの矢印方
向)とS偏光成分(例えば黒塗りの矢印方向)とは、そ
れぞれ図17(C)のように干渉性低減部材CCMを透
過した後では互いに干渉し合わない4つの光束となる。
即ち、中間の輪帯状透過部FB(1/2波長板)では元
の偏光方向が90°だけ回転させられる。この4つの光
束はそれぞれ偏光方向が異なると共に、透過部FA、F
Cと透過部FBとで偏光方向が同一であっても時間的に
インコヒーレントであるために干渉し合うことはない。
即ち、透過部FBを通過したS偏光成分はP偏光成分に
変換され、透過部FA、FCを透過したP偏光成分と同
一偏光方向となるが、その2つの光は時間的にインコヒ
ーレントであるので干渉しない。仮に、図16(A)の
ような構成の偏光制御部材からの照明光を用いないと、
図17中のP偏光とS偏光とは時間的にはコヒーレント
のままであるため、干渉性低減部材CCMを透過した後
の各光束も偏光方向が同じであれば互いに干渉し合うこ
ととなり、本発明の効果は薄らぐ。図16(A)に示し
た系は合成すべき2つの偏光成分の光路長差を大きく取
ることができるので、比較的時間的コヒーレント長の長
い光源、例えば狭帯化したレーザ光源等に適している。
When illumination light having these two polarization components is used and the coherence reducing member CCM shown in FIG. 15B is used, as shown in FIG. 17A, the coherence reducing member CCM is changed. The incident P-polarized component (for example, a white arrow direction) and the S-polarized component (for example, a black arrow direction) interfere with each other after passing through the coherence reducing member CCM as shown in FIG. 17C. There are four light beams that do not match.
That is, the original polarization direction is rotated by 90 ° in the intermediate annular transmission part FB (1/2 wavelength plate). The four light beams have different polarization directions, and the transmission parts FA and F
Even if the polarization directions of C and the transmissive part FB are the same, they do not interfere with each other because they are temporally incoherent.
That is, the S-polarized light component that has passed through the transmissive portion FB is converted into a P-polarized light component and has the same polarization direction as the P-polarized light component that has passed through the transmissive portions FA and FC, but the two lights are temporally incoherent. So do not interfere. If the illumination light from the polarization control member having the structure shown in FIG. 16A is not used,
Since the P-polarized light and the S-polarized light in FIG. 17 remain coherent with respect to time, each light flux after passing through the coherence reducing member CCM will also interfere with each other if the polarization directions are the same. The effect of the invention diminishes. The system shown in FIG. 16 (A) can make a large difference in optical path length between the two polarization components to be combined, and is therefore suitable for a light source having a relatively long temporal coherence length, for example, a laser light source with a narrow band. There is.

【0069】なお、レーザ光源として直線偏光を使用す
る場合は、あえて図16(A)の構成の偏光制御手段を
用いなくても、本発明の効果を得ることができる。但
し、直線偏光のレーザ光源に対して図16(A)の如き
偏光制御手段を用いると、照明光を時間的にインコヒー
レントな2つの光束とすることができるため、レーザ光
源使用時に問題となるスペックルや干渉縞(照度むら)
を低減することができるという効果がある。この場合、
図16(A)の1段目のビームスプリッター6Cに入射
する直線偏光の偏光方向は、偏光ビームスプリッター6
Cに対して図16(A)に示すように、P偏光方向とS
偏光方向との中間(両者から45°方向)の偏光方向L
PLとするとよい。
When linearly polarized light is used as the laser light source, the effect of the present invention can be obtained without using the polarization control means having the structure shown in FIG. However, when the polarization control means as shown in FIG. 16A is used for a linearly polarized laser light source, the illumination light can be made into two light fluxes that are temporally incoherent, which is a problem when using the laser light source. Speckles and interference fringes (illuminance unevenness)
Is effective. in this case,
The polarization direction of the linearly polarized light incident on the first-stage beam splitter 6C in FIG.
As shown in FIG. 16A with respect to C, the P polarization direction and S
Polarization direction L intermediate to the polarization direction (45 ° direction from both)
PL is recommended.

【0070】ところで、光源が水銀ランプのように比較
的大きなスペクトル幅を有する光源の場合にはその時間
的コヒーレント長は短いので、図16(B)のような簡
単な部材を図8中の偏光制御部材6として用いることが
できる。この部材は石英等の透明平行平板6Gの表面に
偏光反射膜6Hを付け、裏面に金属等で全反射膜6Jを
付けたもので、水銀ランプからのコリメートされた光束
を所定角度で反射するように配置される。このとき、水
銀ランプからのランダム偏光の入射光のうち、S偏光成
分(図16(B)の紙面に垂直な方向)は表面の膜6H
で反射され、P偏光成分は表面の膜6H、平行平板6G
を透過して裏面の膜6Jで反射され、S偏光成分とP偏
光成分との間には平行平板6Gの厚さ(光学的厚さ)の
ほぼ2倍に相当する光路差が与えられる。例えば水銀ラ
ンプからのi線の場合、前述の如くコヒーレント長△L
cは26μm程度となる。従って、十分に薄い平行平板
6G(例えば1mm厚程度)であっても、時間的コヒー
レンスを消すために十分な光路長差を与えることができ
る。
By the way, when the light source is a light source having a comparatively large spectral width such as a mercury lamp, its temporal coherence length is short. Therefore, a simple member as shown in FIG. It can be used as the control member 6. This member is a transparent parallel plate 6G made of quartz or the like with a polarizing reflection film 6H attached to the surface thereof, and a total reflection film 6J made of metal or the like on the back surface thereof so that the collimated light flux from the mercury lamp is reflected at a predetermined angle. Is located in. At this time, of the randomly polarized incident light from the mercury lamp, the S polarization component (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 16B) is the film 6H on the surface.
And the P-polarized component is reflected by the surface film 6H and the parallel plate 6G.
Is reflected by the film 6J on the back surface, and an optical path difference corresponding to approximately twice the thickness (optical thickness) of the parallel plate 6G is given between the S-polarized component and the P-polarized component. For example, in the case of i-line from a mercury lamp, the coherent length ΔL as described above
c is about 26 μm. Therefore, even with a sufficiently thin parallel plate 6G (for example, with a thickness of about 1 mm), it is possible to give a sufficient optical path length difference for eliminating temporal coherence.

【0071】また、別の実施例として図16(A)、又
は(B)の系の射出側に1/4波長板を設けて、2つの
直線偏光を互いに逆方向の円偏光に変換してもよい。こ
のとき、図17(B)の干渉性低減部材CCMを透過し
た後の光束は、同様に4つの互いに干渉し合わない光束
に分割される。そして、それらは違いに時間的に干渉し
合わないか、逆回りの円偏光であるために干渉し合わな
いかの何れかになっている。
As another embodiment, a quarter wave plate is provided on the exit side of the system of FIG. 16A or 16B to convert two linearly polarized lights into circularly polarized lights in opposite directions. Good. At this time, the light beam after passing through the coherence reducing member CCM of FIG. 17B is similarly divided into four light beams which do not interfere with each other. Then, they either do not interfere with each other temporally, or do not interfere with each other because they are circularly polarized lights of opposite rotations.

【0072】なお、以上の1/2波長板、又は1/4波
長板を用いる干渉性低減部材の実施例中での説明を省略
したが、ここでも当然に中心透過部FAと周辺透過部F
Cとの透過光の間に(2m+1)π[rad]の位相差
を与える位相シフターを設ける。また、以上の何れの実
施例でも位相シフターは中心透過部FAに設けるとした
が、位相差は相対的なものなので、位相シフターを周辺
透過部FCに設けても全く同様の効果が得られる。
Although the description of the coherence reducing member using the half-wave plate or the quarter-wave plate is omitted in the embodiment, the center transmission part FA and the peripheral transmission part F are naturally also here again.
A phase shifter that gives a phase difference of (2m + 1) π [rad] between the transmitted light with C is provided. Although the phase shifter is provided in the central transmission part FA in any of the above embodiments, the phase shifter is relative, and therefore the same effect can be obtained even if the phase shifter is provided in the peripheral transmission part FC.

【0073】また、1/2波長板、1/4波長板を用い
る実施例については、図15、図17の構成のように輪
帯状透過部FBのみに、あるいは透過部FA、FCにも
1/2波長板ないし1/4波長板を基板となる透明板に
貼り付ける構成としてもよい。また、以上の全ての実施
例において中心の円形透過部FAの外半径及び中間部の
輪帯状透過部FBの内半径をr1 、中間部の輪帯状透過
部FBの外半径及び周辺部の輪帯状透過部FCの内半径
をr2 としたが、このとき、半径r1 及びr2の値は、
投影光学系の開口数(N.A.)に相当する瞳面の半径r3
に対して所定の係数α及びβを用いて次のように設定す
る。
Further, in the embodiment using the half-wave plate and the quarter-wave plate, only the ring-shaped transmission part FB as in the configuration of FIGS. It is also possible to adopt a configuration in which a ½ wavelength plate or a ¼ wavelength plate is attached to a transparent plate that serves as a substrate. Further, in all of the above embodiments, the outer radius of the central circular transmissive portion FA and the inner radius of the ring-shaped transmissive portion FB in the middle portion are r 1 , the outer radius of the ring-shaped transmissive portion FB in the middle portion and the ring in the peripheral portion. The inner radius of the band-shaped transparent portion FC is r 2, and the values of the radii r 1 and r 2 are
Radius r 3 of the pupil plane corresponding to the numerical aperture (NA) of the projection optical system
Is set as follows using predetermined coefficients α and β.

【0074】r1 =α×r3 ,r2 =β×r3 (9) この場合、係数βは係数αを用いて次のように表され
る。 β=0.85・α+0.58 (10) また、係数αの値はほぼ次の範囲内に設定される。 0.2≦α≦0.4 (11) この理由については後述する。また、半径r3 は投影光
学系の実効的な最大開口数(NAw)に相当する値とな
る。
R 1 = α × r 3 , r 2 = β × r 3 (9) In this case, the coefficient β is expressed as follows using the coefficient α. β = 0.85 · α + 0.58 (10) Further, the value of the coefficient α is set within the following range. 0.2 ≦ α ≦ 0.4 (11) The reason for this will be described later. The radius r 3 has a value corresponding to the effective maximum numerical aperture (NAw) of the projection optical system.

【0075】ところで、図8に示したウエハステージW
STの駆動ユニット22のうち、ウエハWを光軸方向に
微動させる制御の中に、従来のFLEX法の機能を持た
せてもよい。FLEX法の併用により本発明による焦点
深度の増大効果を更に増大させることができる。更に本
発明は投影型露光装置であればどのタイプのものにも適
用できる。例えば投影レンズを用いたステッパータイプ
のものでもよく、あるいは反射屈折光学系を用いたステ
ップアンドスキャン型のものであっても、1:1のミラ
ープロジェクションタイプのものであってもよい。特に
スキャンタイプ(ステップアンドスキャン)やミラープ
ロジェクション方式では、レチクルやウエハを投影光学
系の光軸と垂直な面内で走査移動させながら露光するた
め、従来のFLEX法の適用が難しいとされていたが、
本発明はそのような走査型の露光方式の装置に極めて簡
単に適用できるといった利点がある。
By the way, the wafer stage W shown in FIG.
In the ST drive unit 22, the function of the conventional FLEX method may be provided in the control for finely moving the wafer W in the optical axis direction. By using the FLEX method together, the effect of increasing the depth of focus according to the present invention can be further increased. Further, the present invention can be applied to any type of projection type exposure apparatus. For example, it may be a stepper type using a projection lens, a step-and-scan type using a catadioptric system, or a 1: 1 mirror projection type. In particular, in the scan type (step and scan) and mirror projection methods, it is said that it is difficult to apply the conventional FLEX method because the reticle and the wafer are exposed by scanning while moving in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. But,
The present invention has an advantage that it can be applied to such a scanning type exposure apparatus very easily.

【0076】そこで等倍のミラープロジェクション方式
のアライナーに本発明を適用した場合につき図18、図
19を参照して説明する。図18において、水銀ランプ
(Xe−Hg)ランプ1からの照明光は照明光学系IL
Sを介してレチクル(マスク)R上で円弧スリット状の
照明領域内に投射される。レチクルRは1次元走査可能
なレチクルステージRSTに保持され、ウエハステージ
WSTと同期して同一速度で移動する。投影光学系はレ
チクル側とウエハ側との夫々に反射面MR1 、MR4
有する台形状の光学ブロックと、大きな凹面ミラーMR
2 と小さな凸面ミラーMR3 とで構成され、凸面ミラー
MR3 の曲率半径に対して凹面ミラーMR2 の曲率半径
は約2倍に設定されている。この図18のような系の場
合、凸面ミラーMR3 の表面がレチクルパターン面(又
はウエハ面)に対するフーリエ変換面FTPに一致して
いることが多い。
Therefore, a case where the present invention is applied to a mirror projection type aligner of the same size will be described with reference to FIGS. In FIG. 18, the illumination light from the mercury lamp (Xe-Hg) lamp 1 is the illumination optical system IL.
The light is projected on the reticle (mask) R via S in an arc slit-shaped illumination area. The reticle R is held on the reticle stage RST capable of one-dimensional scanning, and moves at the same speed in synchronization with the wafer stage WST. The projection optical system includes a trapezoidal optical block having reflection surfaces MR 1 and MR 4 on the reticle side and the wafer side, and a large concave mirror MR.
2 and a small convex mirror MR 3, and the radius of curvature of the concave mirror MR 2 is set to about twice the radius of curvature of the convex mirror MR 3 . In the case of the system shown in FIG. 18, the surface of the convex mirror MR 3 often coincides with the Fourier transform surface FTP with respect to the reticle pattern surface (or wafer surface).

【0077】このとき、レチクルR上の点Prから発生
した結像光束は主光線LLPに沿って、反射面MR1
凹面ミラーMR2 の上側、凸面ミラーMR3 の全面、凹
面ミラーMR2 の下側、及び反射面MR4 の順に進み、
ウエハW上の点Pr’に収斂する。このように凹面ミラ
ーMR3 の表面が系の瞳面となっているときでも、今ま
で述べてきた各実施例で使用した干渉性低減部材CCM
がそのまま、あるいは若干の変形によって同様に用いる
ことができる。
At this time, the imaging light flux generated from the point Pr on the reticle R is reflected along the principal ray LLP by the reflecting surface MR 1 ,
Proceed in the order of the upper side of the concave mirror MR 2 , the entire surface of the convex mirror MR 3 , the lower side of the concave mirror MR 2 , and the reflecting surface MR 4 ,
It converges on the point Pr ′ on the wafer W. Thus, even when the surface of the concave mirror MR 3 is the pupil plane of the system, the coherence reducing member CCM used in each of the embodiments described so far.
Can be used as it is or with a slight modification.

【0078】具体的には図19(A)に示すように干渉
性低減部材CCMを凸面ミラーMR 3 の直近に配置し、
凹面ミラーMR2 から凸面ミラーMR3 へ入射してくる
ときと、凸面ミラーMR3 から凹面ミラーMR2 へ射出
していくときとの2回(往復)の光路で、中心の円形透
過部FA及び周辺透過部FCを通った光束と中間の輪帯
透過部FBを通った光束とがコヒーレント長△Lc以上
の光路長差を持つように構成すればよい。
Specifically, as shown in FIG. 19A, the interference
Consistency reduction member CCM is a convex mirror MR 3 Placed in the immediate vicinity of
Concave mirror MR2 From convex mirror MR3 Incident on
Time and the convex mirror MR3 From concave mirror MR2 Injection to
With the optical path of 2 times (reciprocating) with the time of
Luminous flux passing through the excess FA and peripheral transmission FC and the intermediate zone
The luminous flux that has passed through the transmission part FB has a coherent length of ΔLc or more.
It suffices to configure the optical path length difference.

【0079】あるいは図19(B)に示すように、フー
リエ変換面となってる凸面ミラーMR3'の表面に所定の
半径(面積)で微小な段差を設け、その段差の上面部と
下面部とが反射光束に対してコヒーレント長△Lc以上
の光路長差(段差量の2倍)を与えるようにしてもよ
い。この場合、その段差はミラーMR3'と一体に形成さ
れることもあるが、何れにしろその段差部分が干渉性低
減部材CCMに相当する。なお、図19(B)に示した
凸面ミラーMR3'の表面に形成する段差部は、透過物体
(薄膜)としてもよい。その場合、凸面ミラーMR3'の
表面とその透過物体(透過部FAに相当)の表面との段
差、即ち透過物体の厚さdは、屈折率nの透過物体中を
光束が往復することにより生じる光路長差2(n−1)
dがコヒーレント長△Lcより大きくなるように定めら
れる。
Alternatively, as shown in FIG. 19B, a minute step with a predetermined radius (area) is provided on the surface of the convex mirror MR 3 ′ serving as a Fourier transform surface, and the upper surface and the lower surface of the step are formed. May give an optical path length difference (twice the step amount) of a coherent length ΔLc or more to the reflected light flux. In this case, the step may be formed integrally with the mirror MR 3 ′, but in any case, the step corresponds to the coherence reducing member CCM. The stepped portion formed on the surface of the convex mirror MR 3 ′ shown in FIG. 19B may be a transparent object (thin film). In that case, the step between the surface of the convex mirror MR 3 ′ and the surface of the transmissive object (corresponding to the transmissive part FA), that is, the thickness d of the transmissive object is determined by the fact that the light beam reciprocates in the transmissive object having the refractive index n. Optical path length difference 2 (n-1)
It is determined that d is larger than the coherent length ΔLc.

【0080】また、透過部FA、FB、FCの何れかに
1/2波長板や1/4波長板を組み合わせて偏光状態を
制御する場合は、往復の光路で2倍の偏光作用を受ける
ことを考慮して1/2波長板は1/4波長板に、1/4
波長板は1/8波長板にそれぞれ変更する必要がある。
またエキシマレーザを光源とする投影露光装置では、投
影光学系の瞳面に、フライアイレンズ等の射出側に形成
される2次光源面(多数の点光源)が再結像されるた
め、その瞳面に光学素子(レンズ、反射面、開口絞り、
干渉性低減部材CCM等)を配置すると、長期間の使用
によってその光学素子が収斂した光源像のために劣化す
る可能性がある。そのため干渉性低減部材CCM等を瞳
面に厳密に配置するのではなく、むしろ若干ずらして配
置した方が好ましい。
When a half-wave plate or a quarter-wave plate is combined with any of the transmissive parts FA, FB, and FC to control the polarization state, a double polarization effect should be applied in the round-trip optical path. Considering that, the half-wave plate becomes a quarter-wave plate,
It is necessary to change the wave plate to a 1/8 wave plate.
Further, in a projection exposure apparatus using an excimer laser as a light source, a secondary light source surface (a large number of point light sources) formed on the exit side of a fly-eye lens or the like is re-imaged on the pupil surface of the projection optical system. Optical elements (lens, reflecting surface, aperture stop,
If the coherence reducing member CCM or the like) is arranged, the optical element may deteriorate due to a converged light source image due to long-term use. Therefore, it is preferable that the coherence reducing member CCM or the like is not strictly arranged on the pupil plane, but rather is slightly displaced.

【0081】また、以上の各実施例において、干渉性低
減部材CCMを透過部材として使用する場合には、その
界面(表面)に反射防止コートを施しておくとよい。以
上、本発明の各実施例のうち、光束(照明光ILB)の
時間的なコヒーレント長△Lc以上の光路差を与える方
式の干渉性低減部材CCMによって分割された結像光束
間の光路長差は、従来のSuper−FLEX法で与え
られる光路長差(波長の1/2〜数波長分)と比べて格
段に大きなものとなる。更にSuper−FLEX法で
は、投影光学系の瞳面に配置されたフィルター(複素振
幅透過率)を通った結像光束の全てがウエハW上で干渉
(振幅合成)することに変わりはなく、本発明とSup
er−FLEX法とは原理的に全く異なるものである。
その原理的な違いによって、本発明においてはSupe
r−FLEX法で得られなかった新たな効果が得られ
る。このことについては以下で述べるシミュレーション
を参考にして説明する。
In each of the above embodiments, when the coherence reducing member CCM is used as a transmissive member, its interface (surface) should be coated with an antireflection coating. As described above, in each of the embodiments of the present invention, the optical path length difference between the image forming light beams split by the coherence reducing member CCM of the type that gives an optical path difference of not less than the temporal coherence length ΔLc of the light beam (illumination light ILB). Is significantly larger than the optical path length difference (1/2 of wavelength to several wavelengths) given by the conventional Super-FLEX method. Furthermore, in the Super-FLEX method, all of the image-forming light flux that has passed through the filter (complex amplitude transmissivity) arranged on the pupil plane of the projection optical system interferes (amplitude synthesis) on the wafer W, which is the same. Invention and Sup
In principle, this is completely different from the er-FLEX method.
Due to the difference in its principle, in the present invention,
New effects not obtained by the r-FLEX method can be obtained. This will be described with reference to the simulation described below.

【0082】なお、本発明で用いる干渉性低減部材CC
Mは、瞳面を通る結像光束(コンタクトホールパターン
の場合、ほぼ一様に分布する)を瞳の径方向で複数部分
に分割し、各部分光束間の可干渉性を低減させる目的の
ためにのみに作用する。従って各実施例で用いた干渉性
低減部材CCMには、各部分光束によって互いに独立に
結像した複数の像(Pr'1、Pr'2等)の夫々のベスト
フォーカス位置(焦点位置)を、投影光学系の光軸AX
方向に相互にずらす効果、すなわち或る種の球面収差を
与える効果は全くない。
The interference reducing member CC used in the present invention
M is for the purpose of dividing an imaging light flux passing through the pupil plane (in the case of a contact hole pattern, distributed substantially uniformly) into a plurality of portions in the radial direction of the pupil, and reducing coherence between the respective partial light fluxes. Acts only on. Therefore, in the coherence reducing member CCM used in each embodiment, the best focus position (focus position) of each of a plurality of images (Pr ′ 1 , Pr ′ 2 etc.) formed independently of each other by partial light fluxes, Optical axis AX of projection optical system
There is no effect of offsetting the directions relative to each other, i.e. giving some sort of spherical aberration.

【0083】次に本発明の各実施例によって得られる作
用、効果について、シミュレーション結果をもとに説明
する。図20(A)は以下のシミュレーションに用いた
1辺がウエハ上で0.3μmに相当する正方形のコンタ
クトホールパターンPAであり、以下のシミュレーショ
ンでは図20(A)中のAA’線に沿う断面のウエハ上
での像強度分布を扱うものとする。図20(B)は先の
図3等に示した干渉性低減部材CCMを示すもので、中
心の円形透過部FAの半径r1 と中間の輪帯状透過部F
Bの外半径r2 と、投影光学系の開口数NAwに相当す
る瞳面の半径r 3 とは、前述の(9)式〜(11)式の
如く、r1 =αr3 、r2 =βr3 、β=0.85・α
+0.58(0.2≦α≦0.4)、の関係を満たすも
のとした。なお、以下のシミュレーションは全て、NA
w=0.57、露光用照明光はi線(波長λは0.36
5μm)という条件のもとで行った。また、照明光束の
コヒーレンスファクターであるσ値は0.6とした。
Next, the products obtained by the respective embodiments of the present invention
Explanation of effects and effects based on simulation results
To do. FIG. 20 (A) was used for the following simulation
Square contour with one side corresponding to 0.3 μm on the wafer
It is the cthole pattern PA and the simulation
In FIG. 20A, on the wafer of the cross section taken along the line AA ′ in FIG.
The image intensity distribution at is treated. FIG. 20 (B) shows
It shows the interference reduction member CCM shown in FIG. 3 etc.
Radius r of the circular transmission part FA of the heart1 And the middle transparent zone F
Outer radius r of B2 And the numerical aperture NAw of the projection optical system
Radius r of the pupil plane 3 And the above equations (9) to (11)
, R1 = Αr3 , R2 = Βr3 , Β = 0.85 · α
+0.58 (0.2≤α≤0.4),
And In addition, all of the following simulations are NA
w = 0.57, exposure illumination light is i-line (wavelength λ is 0.36)
5 μm). In addition,
The σ value which is a coherence factor was set to 0.6.

【0084】さて、図20(C)は、α=0.3、β=
0.835の条件下でのパターンPAのウエハ上での像
強度分布を示し、実線の曲線はベストフォーカス位置で
の強度分布、一点鎖線の曲線は1μmのデフォーカス位
置での強度分布(ほとんど実線と重なっている)、2点
鎖線の曲線は2μmのデフォーカス位置での強度分布で
ある。また、図20(C)中のEthはウエハ上のポジ
型フォトレジストを完全に除去(感光)させるに必要な
強度(露光量)を示し、Ecはポジ型フォトレジストが
溶解(膜減り)し始める強度(露光量)を示す。各強度
分布の縦方向の倍率(露光量)はベストフォーカス状態
でのコンタクトホールパターン像の径(Ethを横切る
スライス部の幅)が0.3μmとなるように設定した。
比較のため、図21に通常の露光装置(干渉性低減部材
CCMを取り除いたもの)によるベストフォーカス位置
での強度分布(実線の曲線)、1μmのデフォーカス位
置での強度分布(一点鎖線の曲線)、及び2μmのデフ
ォーカス位置での強度分布(2点鎖線の曲線)を示す。
このときのシミュレーション条件も同様に、NAw=
0.57、波長λ=0.365μm、σ=0.6であ
る。図21と先の図20(C)とを比較すると、本発明
によるSFINCS法ではデフォーカス時の像強度の変
化(コントラスト低下)が減少し、焦点深度が増大する
ことが分かる。
Now, in FIG. 20C, α = 0.3 and β =
The image intensity distribution on the wafer of the pattern PA under the condition of 0.835 is shown. The solid curve represents the intensity distribution at the best focus position, and the alternate long and short dash curve represents the intensity distribution at the defocus position of 1 μm (almost solid line). The curve of the two-dot chain line is the intensity distribution at the defocus position of 2 μm. In addition, Eth in FIG. 20C indicates the intensity (exposure amount) required to completely remove (photosensitize) the positive photoresist on the wafer, and Ec indicates that the positive photoresist is dissolved (film reduction). The starting intensity (exposure amount) is shown. The vertical magnification (exposure amount) of each intensity distribution was set so that the diameter of the contact hole pattern image (the width of the slice crossing Eth) in the best focus state was 0.3 μm.
For comparison, FIG. 21 shows an intensity distribution at the best focus position (solid curve) by an ordinary exposure apparatus (with the coherence reducing member CCM removed), and an intensity distribution at a defocus position of 1 μm (dashed line curve). ), And the intensity distribution at the defocus position of 2 μm (curved with two-dot chain line).
Similarly, the simulation condition at this time is NAw =
0.57, wavelength λ = 0.365 μm, and σ = 0.6. Comparing FIG. 21 with FIG. 20C, it can be seen that in the SFINCS method according to the present invention, the change in image intensity during defocusing (contrast decrease) is reduced and the depth of focus is increased.

【0085】一方、図22は、通常の投影露光装置にF
LEX法を組合わせたときの像強度分布の変化を表した
ものである。FLEX法の露光条件はベストフォーカス
位置と、±1.25μmだけデフォーカスした位置との
夫々で各1回の計3回の分割露光を行うものとした。こ
の図22のシミュレーション結果と図20(C)のシミ
ュレーション結果とを比較すると、本発明での焦点深度
の増大効果はFLEX法と同程度に得られることが分か
る。
On the other hand, FIG.
It shows a change in image intensity distribution when the LEX method is combined. The exposure conditions of the FLEX method are that the best focus position and the position defocused by ± 1.25 μm each perform a total of three divided exposures. Comparing the simulation result of FIG. 22 with the simulation result of FIG. 20C, it can be seen that the effect of increasing the depth of focus in the present invention can be obtained to the same extent as in the FLEX method.

【0086】次に、本実施例による別の条件下でのシミ
ュレーション結果を図23及び24に示す。図23に示
したシミュレーション結果は、α=0.20、β=0.
75の条件であり、図24は、α=0.40、β=0.
92の条件のものである。他の条件は、図20(C)に
示した場合と同様である。これらの条件であっても、前
述の条件の場合と同様に十分な焦点深度を持ったコンタ
クトホールパターンの像を得ることができる。
Next, simulation results under other conditions according to this embodiment are shown in FIGS. The simulation result shown in FIG. 23 shows that α = 0.20, β = 0.
24, and in FIG. 24, α = 0.40, β = 0.
92 conditions. Other conditions are the same as those shown in FIG. 20 (C). Even under these conditions, an image of the contact hole pattern having a sufficient depth of focus can be obtained as in the case of the above-mentioned conditions.

【0087】また、以上の3通りの条件以外にも、(1
0)式、及び(11)式を満たす係数α及びβを用い
て、r1 =α・r3 、r2 =β・r3 の関係で定まる半
径r1、r2 について、何通りものシミュレーションを
行ったが、半径r1 、r2 が上記の関係式を満たす限
り、何れも良好な焦点深度を得ることができた。なお、
上記の(10)式、即ち(β=0.85・α+0.5
8)の関係式は、必ずしも厳密に成立しなければならな
いわけではなく、係数βの値がその関係式で定まる値に
対して±5%程度以内の範囲であれば、本発明の効果を
十分に発揮することができる。しかし、係数α及びβの
値が上記の(10)式から大きく外れると、本発明の効
果は薄らぐ。
In addition to the above three conditions, (1
Using the coefficients α and β that satisfy the equations (0) and (11), a number of simulations are performed for the radii r 1 and r 2 determined by the relationship of r 1 = α · r 3 and r 2 = β · r 3. However, as long as the radii r 1 and r 2 satisfy the above relational expressions, a good depth of focus can be obtained. In addition,
Expression (10) above, that is, (β = 0.85 · α + 0.5)
The relational expression of 8) does not necessarily have to be established exactly, and the effect of the present invention is sufficient if the value of the coefficient β is within a range of about ± 5% with respect to the value determined by the relational expression. Can be demonstrated. However, if the values of the coefficients α and β deviate significantly from the above equation (10), the effect of the present invention is weakened.

【0088】因に、図25、及び図26は、上記の(1
0)式を満たさない条件でのシミュレーション結果を示
し、図25はα=0.3、β=0.75(β<0.85
・α+0.58)の条件での結果であり、図26はα=
0.3、β=0.92(β>0.85・α+0.58)
の条件での結果である。図25の場合、瞳フィルターに
よる二重焦点効果(透過部FA、FC間のコヒーレント
加算の効果)が強過ぎ、ベストフォーカス状態(実線の
曲線)よりも、±1μmデフォーカス状態(1点鎖線の
曲線)の方が、像のピーク強度が強く、且つレベルEt
hでのスライス幅も広くなってしまう。従って±1μm
デフォーカス時には、転写されるコンタクトホールパタ
ーンの大きさが、設計値(0.3μm)よりも大きくな
り過ぎてしまい、所望のパターンが得られないことにな
る。
Incidentally, FIGS. 25 and 26 show the above (1
0) shows a simulation result under the condition that the expression (0) is not satisfied. FIG. 25 shows α = 0.3, β = 0.75 (β <0.85
.Alpha. + 0.58), and FIG.
0.3, β = 0.92 (β> 0.85 ・ α + 0.58)
It is the result under the condition of. In the case of FIG. 25, the double focus effect (effect of coherent addition between the transmission parts FA and FC) by the pupil filter is too strong, and it is ± 1 μm defocused state (indicated by a chain line) from the best focus state (solid line curve). Curve), the peak intensity of the image is stronger and the level Et
The slice width at h also becomes wider. Therefore ± 1 μm
At the time of defocusing, the size of the transferred contact hole pattern becomes larger than the design value (0.3 μm), and the desired pattern cannot be obtained.

【0089】一方、図26の場合は、ベストフォーカス
状態(実線の曲線)に比べ、±1μmデフォーカス状態
(一点鎖線の曲線)での像の劣化が大きく、焦点深度の
増大が十分でないことが分かる。また、図27、及び図
28は、上記の(10)式の関係を満たすが、それぞれ
α=0.1、及びα=0.94の場合のシミュレーショ
ン結果であり、何れも(11)式の関係、即ち(0.2
≦α≦0.4)を満たさない場合である。このような場
合にも、やはりベストフォーカス状態(実線の曲線)に
比べて、±1μmデフォーカス状態(一点鎖線の曲線)
の像の劣化が大きく、十分な焦点深度は、得られないこ
とが分かる。
On the other hand, in the case of FIG. 26, as compared with the best focus state (solid curve), the image deterioration in the ± 1 μm defocus state (dashed line curve) is large, and the increase in the depth of focus is not sufficient. I understand. 27 and 28 satisfy the relationship of the above equation (10), but are simulation results when α = 0. 1 and α = 0.94, respectively, and both are of the equation (11). Relationship, ie (0.2
≦ α ≦ 0.4) is not satisfied. Even in such a case, as compared with the best focus state (solid curve), ± 1 μm defocused state (dashed line curve)
It can be seen that the deterioration of the image is large and a sufficient depth of focus cannot be obtained.

【0090】図29は、比較のために従来のSuper
−FLEX法でのシミュレーション結果を示したもの
で、瞳フィルターの条件は、瞳の半径r3 に対して、r
4 =0.38×r3 で定まる半径r4 以内の円形領域の
透過光の位相を、その円形以外の領域の透過光の位相に
対してπ[rad]ずらす位相型フィルターとした。透
過率は、半径r1 以内の領域及び半径r1 以外の領域共
に100%である。上記の半径r4 の値は各種シミュレ
ーションに基づいてSuper−FLEX型フィルター
として最適化したものなので、本実施例による投影像と
同程度に良好な焦点深度を得ることができる。しかし、
図29から分かるように、コンタクトホールパターンの
像が周囲に強いサブピーク(リンギング)を有するとい
う問題がある。但し、そのシミュレーションで用いたよ
うな孤立したコンタクトホールパターンでは、そのリン
ギングは特に問題とならない。しかしながら、或る程度
近接して2つのコンタクトホールパターンが存在する場
合には、両コンタクトホールパターンの像のリンギング
が重なり合い、リンギングによる露光量が膜減りするレ
ベルEcを越えて、フォトレジストに不要な膜減りを生
じさせてしまう。
FIG. 29 shows a conventional Super for comparison.
-This is a simulation result by the FLEX method, and the condition of the pupil filter is r for the radius r 3 of the pupil.
A phase filter was used in which the phase of transmitted light within a circular region within a radius r 4 determined by 4 = 0.38 × r 3 was shifted by π [rad] with respect to the phase of transmitted light outside the circular region. Transmittance is 100% radius r 1 within the area and the radius r 1 other regions both. Since the value of the radius r 4 is optimized for the Super-FLEX filter based on various simulations, it is possible to obtain a good depth of focus as good as the projected image according to the present embodiment. But,
As can be seen from FIG. 29, there is a problem that the image of the contact hole pattern has strong sub-peaks (ringing) in the periphery. However, in the isolated contact hole pattern used in the simulation, the ringing does not pose a problem. However, when there are two contact hole patterns that are close to each other to some extent, the ringing of the images of both contact hole patterns overlaps each other, and the exposure amount due to ringing exceeds the level Ec at which the film thickness is reduced, and it is unnecessary for the photoresist. It causes film loss.

【0091】図30は、そのようなパターンの一例を示
し、それぞれ0.30μm角の2個のコンタクトホール
パターンが、中心間距離1.05μmで近接して配列さ
れている。この場合の寸法もウエハ上での値に換算した
ものである。図31は、図29の場合と同じSuper
−FLEX型の瞳フィルターを用いた場合の図30のパ
ターンの投影像のシミュレーション結果であり、図30
中のAA’線に沿う断面での像強度分布(ベストフォー
カス状態)を表す。図31から分かるように、Supe
r−FLEX型の瞳フィルターによるリンギングが両コ
ンタクトホールパターンの像の中間で重なり合い、リン
ギングの強度はレベルEcを越えてしまっている。従っ
て、フォトレジスト上への転写像にも不要な部分に不要
な膜減りが生じることとなり、LSI等の配線中にショ
ートを生じさせてしまう等の虞がある。従って、実際に
Super−FLEX型の瞳フィルターを使用するため
には、隣接した複数の孤立的なパターンに対する何等か
の対策が必要である。
FIG. 30 shows an example of such a pattern. Two 0.30 μm square contact hole patterns are arranged close to each other with a center-to-center distance of 1.05 μm. The dimensions in this case are also converted into the values on the wafer. FIG. 31 shows the same Super as in the case of FIG.
30 is a simulation result of a projected image of the pattern of FIG. 30 when a FLEX type pupil filter is used.
The image intensity distribution (best focus state) in the cross section taken along the line AA 'is shown. As can be seen from FIG. 31, Supe
The ringing by the r-FLEX type pupil filter overlaps in the middle of the images of both contact hole patterns, and the ringing intensity exceeds the level Ec. Therefore, even in the transferred image on the photoresist, unnecessary film loss occurs in an unnecessary portion, which may cause a short circuit in the wiring of the LSI or the like. Therefore, in order to actually use the Super-FLEX type pupil filter, it is necessary to take some measures against a plurality of adjacent isolated patterns.

【0092】一方、図32は、図20の場合と同一の本
実施例による瞳フィルターを用いた場合に、図30の2
個並びのコンタクトホールパターンの投影像をシミュレ
ーションしたものであり、図30中のAA’線に沿う断
面での像強度分布(ベストフォーカス状態)を表す。図
32から分かるように、本実施例の瞳フィルターでは従
来のSuper−FLEX型の瞳フィルターとは異な
り、本来の像の周囲のリンギングが小さいため、両コン
タクトホールパターン像の間の像強度も十分に暗く、不
要な誤転写が生じる虞は全くない。
On the other hand, FIG. 32 shows a case of using the same pupil filter of this embodiment as that of FIG.
FIG. 31 is a simulation of projected images of individual contact hole patterns, and represents an image intensity distribution (best focus state) in a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 30. As can be seen from FIG. 32, in the pupil filter of the present embodiment, unlike the conventional Super-FLEX type pupil filter, since the ringing around the original image is small, the image intensity between both contact hole pattern images is also sufficient. It is very dark, and there is no risk of unnecessary erroneous transfer.

【0093】以上、本発明の各実施例とその作用につい
て説明したが、レチクルRへの照明光ILBに特定の偏
光方向を持たせるとき、その偏光方向の適、不適を判断
したり、あるいは干渉性低減部材CCMを通過した後の
結像光束の偏光状態の良否を判断するために、投影光学
系を通った光束の一部を光電検出する手段を図8のウエ
ハステージWST上に設けてもよい。また、ライン・ア
ンド・スペースパターンを持つレチクルを使用するとき
は、干渉性低減部材CCMを投影光学系PL外へ退出さ
せ、照明系の一部をSHRINC法に適するように交換
可能としてもよい。なお、コンタクトホールパターンの
投影露光時に干渉性低減部材CCMを用いると共に、S
HRINC法又は輪帯照明光源等の変形照明系を併用す
るようにしてもよい。その場合、露光すべきレチクルを
コンタクトホールパターン用からライン・アンド・スペ
ースパターン用に交換するときは、干渉性低減部材CC
Mのみを退出させればよい。
Although the respective embodiments of the present invention and the operation thereof have been described above, when the illumination light ILB to the reticle R has a specific polarization direction, it is judged whether the polarization direction is appropriate or not, or there is interference. A means for photoelectrically detecting a part of the light flux that has passed through the projection optical system may be provided on the wafer stage WST in FIG. 8 in order to determine whether the polarization state of the image-forming light flux after passing through the property reducing member CCM is good or bad. Good. Further, when using a reticle having a line-and-space pattern, the coherence reducing member CCM may be moved out of the projection optical system PL, and a part of the illumination system may be exchanged so as to be suitable for the SHRINC method. In addition, the coherence reducing member CCM is used at the time of projection exposure of the contact hole pattern, and S
A modified illumination system such as the HRINC method or an annular illumination light source may be used together. In that case, when changing the reticle to be exposed from the contact hole pattern to the line and space pattern, the interference reducing member CC
Only M should exit.

【0094】また、本発明の各実施例に示した干渉性低
減部材CCMは、円形状、あるいは輪帯状の透過部又は
遮光部で構成したが、これは文字通りの形状に限られる
ものではない。例えば円形状の透過部又は遮光部は矩形
を含む多角形に、輪帯状の透過部又は遮光部はその多角
形を環状に取り囲む形状に、それぞれ変形してもよい。
Further, the interference reducing member CCM shown in each of the embodiments of the present invention is composed of a circular or annular transmissive portion or a light shielding portion, but this is not limited to a literal shape. For example, the circular transmissive portion or the light shielding portion may be deformed into a polygon including a rectangle, and the annular transmissive portion or the light shielding portion may be deformed into a shape surrounding the polygon in an annular shape.

【0095】更に、以上の各実施例において中心の円形
透過部FA、中間の輪帯状透過部FB、及び周辺の輪帯
状透過部FCの各境界はそれぞれ半径r1 及びr2 の位
置で一致しているものとしたが、例えば干渉性低減部材
の製造上の都合等により各領域の境界に遮光部(輪帯
状)を設けても良い。この場合には、図4、図5中に示
したデフォーカスによる波面収差が遮光部により更に減
少するので、本発明による焦点深度の増大効果を更に増
すことができる。なお、この場合、半径r1 、r 2 は夫
々の遮光部(輪帯状)の中間として考えると良い。ま
た、中心透過部FA中の光軸近傍部を遮光することによ
り、上記と同様に焦点深度の増大効果を更に増すことも
可能である。
Further, in each of the above embodiments, the circular shape at the center
Transparent part FA, intermediate transparent part FB, and peripheral annular part
Each boundary of the transparent portion FC has a radius r1 And r2 Place of
However, for example, the interference reduction member
Due to manufacturing reasons, etc., light-shielding parts (rings
Shape) may be provided. In this case, as shown in FIG. 4 and FIG.
The wavefront aberration due to the defocus is further reduced by the light shield.
Therefore, the effect of increasing the depth of focus according to the present invention is further increased.
You can In this case, the radius r1 , R 2 Is a husband
It is good to consider it as the middle of each light-shielding part (ring-shaped). Well
In addition, by blocking the light near the optical axis in the central transmission area FA,
In the same way as above, the effect of increasing the depth of focus can be further increased.
It is possible.

【0096】また、本発明に、更にFLEX法を併用し
て、更に焦点深度を拡大することも可能である。このよ
うに本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
Further, the present invention may be further combined with the FLEX method to further increase the depth of focus. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明によれば、コンタクトホールパタ
ーン等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、
FLEX法、あるいはSuper−FLEX法と同程度
に拡大させることができると共に、FLEX法のように
感光性の基板を光軸方向に移動、又は振動させることな
く、且つSuper−FLEX法のように複雑な複素振
幅透過率の関数をもつ空間フィルターを作成する必要も
ないといった利点がある。
According to the present invention, the depth of focus during projection exposure of an isolated pattern such as a contact hole pattern is
It can be expanded to the same extent as the FLEX method or the Super-FLEX method, and it does not move or vibrate the photosensitive substrate in the optical axis direction unlike the FLEX method, and it is complicated like the Super-FLEX method. The advantage is that it is not necessary to create a spatial filter having a function of complex complex amplitude transmittance.

【0098】特に本発明では、投影光学系の瞳面(フー
リエ変換面)又はこの近傍の面を所定の条件を満たす3
個の領域に分割し、干渉性低減部材によりそれら3個の
領域を通過する照明光の間の可干渉性を所定の状態に設
定しているため、空間的フィルタリングに伴って発生し
易いリンギング自体が十分に小さく抑えられる。従っ
て、複数個のコンタクトホールパターンが比較的接近し
て配置される場合であっても、Super−FLEX法
のようにリンギングのサブピーク部の重畳によって生じ
る悪影響(ゴースト像の発生等)は皆無になるといった
大きな効果が得られる。
In particular, in the present invention, the pupil plane (Fourier transform plane) of the projection optical system or a surface in the vicinity thereof satisfies the predetermined condition 3
The ringing itself, which is likely to occur due to spatial filtering, is divided into individual areas and the coherence reducing member sets the coherence between the illumination lights passing through these three areas to a predetermined state. Is sufficiently small. Therefore, even when a plurality of contact hole patterns are arranged relatively close to each other, there is no adverse effect (such as generation of a ghost image) caused by superposition of ringing sub-peak portions as in the Super-FLEX method. Such a great effect can be obtained.

【0099】また、照明手段が輪帯照明系、又は変形光
源系である場合には、更に焦点深度の拡大効果が大きく
なる。
Further, when the illumination means is a ring illumination system or a modified light source system, the effect of expanding the depth of focus is further enhanced.

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

【図1】通常の投影露光方法の説明に供する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a normal projection exposure method.

【図2】本発明による投影露光装置の原理的な説明に供
する光路図である。
FIG. 2 is an optical path diagram for explaining the principle of the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図3】本発明による投影露光装置に使用する干渉性低
減部材の原理的な構成の説明に供する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle configuration of a coherence reducing member used in the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図4】図3の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理の説明に供する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of increasing the depth of focus by the coherence reducing member of FIG.

【図5】図3の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理の説明に供する図である。
5 is a diagram for explaining the principle of increasing the depth of focus by the coherence reducing member of FIG.

【図6】従来の投影露光法における焦点深度の考え方の
説明に供する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the concept of depth of focus in a conventional projection exposure method.

【図7】従来の二重焦点フィルターにおける焦点深度の
考え方の説明に供する図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the concept of depth of focus in a conventional dual focus filter.

【図8】本発明による投影露光装置の実施例の全体を示
す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing an entire embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図9】図8の投影光学系PLの一部の構造を詳細に示
す断面図である。
9 is a sectional view showing in detail the structure of a part of the projection optical system PL of FIG.

【図10】本発明の第1実施例の干渉性低減部材CCM
の構成を示す図である。
FIG. 10 is a coherence reducing member CCM according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of.

【図11】本発明の第2実施例の干渉性低減部材CCM
の構成を示す断面図である。
FIG. 11 is a coherence reducing member CCM according to a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the configuration of FIG.

【図12】本発明の第3実施例の干渉性低減部材CCM
の構成を示す図である。
FIG. 12 is a coherence reducing member CCM according to a third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of.

【図13】本発明の第4実施例の干渉性低減部材CCM
の構成及び作用の説明に供する図である。
FIG. 13 is a coherence reducing member CCM according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration and action of FIG.

【図14】本発明の実施例に適用される照明光学系の一
部の部材の変形例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a modification of some members of the illumination optical system applied to the embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第5実施例の干渉性低減部材CCM
の構成及びその作用の説明に供する図である。
FIG. 15 is a coherence reducing member CCM according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of FIG.

【図16】偏光方向を制御した照明光学系内の一部の部
材の構成例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of some members in the illumination optical system in which the polarization direction is controlled.

【図17】図15の第5実施例による干渉性低減部材C
CMと図16の照明光学系とを組み合わせたときの状態
の説明に供する図である。
17 is a coherence reduction member C according to the fifth embodiment of FIG.
FIG. 17 is a diagram for explaining a state when the CM and the illumination optical system of FIG. 16 are combined.

【図18】本発明の各実施例が適用されるミラープロジ
ェクション方式のアライナーを示す構成図である。
FIG. 18 is a configuration diagram showing a mirror projection type aligner to which each embodiment of the present invention is applied.

【図19】図18のアライナーに、本発明の各実施例の
干渉性低減部材CCMを適用した場合の要部を示す図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing a main part when the coherence reducing member CCM of each embodiment of the present invention is applied to the aligner of FIG. 18.

【図20】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.3、β=0.835)で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by the SFINCS method (α = 0.3, β = 0.835) of this example.

【図21】単一のコンタクトホールパターンを従来の通
常の露光法により投影して得られる光学像の強度分布の
シミュレーション結果を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by a conventional ordinary exposure method.

【図22】単一のコンタクトホールパターンを従来のF
LEX法により投影して得られる光学像の強度分布のシ
ミュレーション結果を示す図である。
FIG. 22 shows a conventional F with a single contact hole pattern.
It is a figure which shows the simulation result of the intensity distribution of the optical image obtained by projection by the LEX method.

【図23】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.20、β=0.75)で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by the SFINCS method (α = 0.20, β = 0.75) of this embodiment.

【図24】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.40、β=0.75)で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by the SFINCS method (α = 0.40, β = 0.75) of this embodiment.

【図25】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.3、β=0.75)で投影
して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結果
を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by the SFINCS method (α = 0.3, β = 0.75) of the present embodiment.

【図26】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.3、β=0.92)で投影
して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結果
を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting a single contact hole pattern by the SFINCS method (α = 0.3, β = 0.92) of this example.

【図27】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.1、β=0.85・α+
0.58)で投影して得られる光学像の強度分布のシミ
ュレーション結果を示す図である。
FIG. 27 shows a single contact hole pattern formed by the SFINCS method (α = 0.1, β = 0.85 · α +) of this embodiment.
It is a figure which shows the simulation result of the intensity distribution of the optical image obtained by projecting at 0.58).

【図28】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のSFINCS法(α=0.494、β=0.85・α
+0.58)で投影して得られる光学像の強度分布のシ
ミュレーション結果を示す図である。
FIG. 28 shows a single contact hole pattern formed by the SFINCS method (α = 0.494, β = 0.85 · α) of this embodiment.
It is a figure which shows the simulation result of the intensity distribution of the optical image obtained by projecting at +0.58).

【図29】単一のコンタクトホールパターンを従来のS
uper−FLEX法(r4 =0.38・r3)により投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。
FIG. 29 shows a conventional S with a single contact hole pattern.
It is a diagram illustrating a simulation result of the intensity distribution of the optical image obtained by projecting the uper-FLEX method (r 4 = 0.38 · r 3 ).

【図30】近接して配列された2個のコンタクトホール
パターンを示す拡大図である。
FIG. 30 is an enlarged view showing two contact hole patterns arranged close to each other.

【図31】2個の近接したコンタクトホールパターン
を、図29の場合と同じ従来のSuper−FLEX法
により投影して得られる光学像の強度分布のシミュレー
ション結果を示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting two adjacent contact hole patterns by the same conventional Super-FLEX method as in the case of FIG. 29.

【図32】2個の近接したコンタクトホールパターン
を、図20の場合と同じ本実施例のSFINCS法によ
り投影して得られる光学像の強度分布のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing a simulation result of intensity distribution of an optical image obtained by projecting two adjacent contact hole patterns by the same SFINCS method as in the case of FIG. 20.

【符号の説明】 R レチクル W ウエハ PL 投影光学系 FTP フーリエ変換面(瞳面) AX 光軸 PA コンタクトホールパターン CCM 干渉性低減部材 FA 円形の透過部 FB,FC 輪帯状の透過部 ILB 照明光 1 水銀ランプ 5 干渉フィルター 6 偏光制御部材 7 フライアイレンズ 8 可変絞り 11 レチクルブラインド 20 スライダー機構 25 主制御ユニット[Explanation of symbols] R reticle W Wafer PL Projection optical system FTP Fourier transform plane (pupil surface) AX Optical axis PA Contact hole pattern CCM Coherence reducing member FA Circular transmissive part FB, FC Annular transmissive part ILB Illumination light 1 Mercury lamp 5 Interference filter 6 Polarization control member 7 Fly-eye lens 8 Variable aperture 11 Reticle blind 20 Slider mechanism 25 Main control unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転写用のパターンが形成されたマスクを
露光用の照明光で照明する照明手段と、前記照明光のも
とで前記マスクのパターンの像を感光性の基板上に結像
投影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、 前記投影光学系内の前記マスクのパターン形成面に対す
る光学的フーリエ変換面又はその近傍の結像光の通過面
上の、前記投影光学系の光軸を中心とする前記投影光学
系の開口数に相当する半径r3 の領域を、前記光軸を中
心として半径r 1 の第1の領域と、前記光軸を中心とし
て半径がr1 からr2 までの輪帯状の第2の領域と、前
記光軸を中心として半径がr2 からr3 までの輪帯状の
第3の領域とに分割し(但し、r1 <r2 <r3)、 前記第1の領域及び前記第3の領域に分布する結像光と
前記第2の領域に分布する結像光との間の可干渉性を低
減すると共に、前記第1の領域に分布する結像光と前記
第3の領域に分布する結像光との間に(2m+1)πの
位相差(mは整数)を与える干渉性低減部材を設け、 前記半径r1 及びr2 を、前記半径r3 及び所定の係数
α及びβを用いてそれぞれ r1 =α・r3 、r2 =β・r3 と表した場合、前記係数α及びβについて β=0.85・α+0.58 且つ 0.2≦α≦0.
4の関係が成立することを特徴とする投影露光装置。
1. A mask on which a transfer pattern is formed
Illumination means for illuminating with the illumination light for exposure, and
To form an image of the mask pattern on a photosensitive substrate
In a projection exposure apparatus including a projection optical system for projecting, a pattern forming surface of the mask in the projection optical system is provided.
Optical Fourier transform plane or a plane through which imaged light passes
Above, the projection optics centered on the optical axis of the projection optics
Radius r corresponding to the numerical aperture of the system3The area of
Radius r as the heart 1Centered on the first region of
Radius is r1To r2Second zone in the form of an annulus up to the front
Radius r centered on the optical axis2To r3Zonal up to
It is divided into a third region (however, r1<R2<R3), Imaging light distributed in the first region and the third region,
The coherence with the imaging light distributed in the second region is reduced.
And the imaging light distributed in the first region and
(2m + 1) π between the imaging light distributed in the third region
A coherence reducing member that gives a phase difference (m is an integer) is provided, and the radius r1And r2Is the radius r3And a predetermined coefficient
r using α and β respectively1= Α ・ r3, R2= Β · r3 , Β = 0.85 · α + 0.58 and 0.2 ≦ α ≦ 0.
A projection exposure apparatus characterized in that the relationship of 4 is established.
【請求項2】 前記干渉性低減部材として、前記第1の
領域及び前記第3の領域に分布する結像光と前記第2の
領域に分布する結像光との間に、前記照明光の波長域に
応じて定まる可干渉距離以上の光路差を与える時間的コ
ヒーレンシィ低減部材を用いることを特徴とする請求項
1記載の投影露光装置。
2. As the coherence reduction member, the illumination light between the imaging light distributed in the first area and the third area and the imaging light distributed in the second area 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein a temporal coherency reduction member that gives an optical path difference equal to or longer than a coherence length determined according to a wavelength range is used.
【請求項3】 前記干渉性低減部材として、前記第1の
領域及び前記第3の領域に分布する結像光の偏光状態と
前記第2の領域に分布する結像光の偏光状態とを互いに
干渉しない状態とする偏光制御部材を用いることを特徴
とする請求項1記載の投影露光装置。
3. The polarization state of the image forming light distributed in the first region and the third region and the polarization state of the image forming light distributed in the second region are mutually defined as the coherence reducing member. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein a polarization control member that does not interfere is used.
【請求項4】 前記照明手段は、輪帯照明系、又は変形
光源系であることを特徴とする請求項1、2、又は3記
載の投影露光装置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the illuminating unit is an annular illumination system or a modified light source system.
JP5201649A 1993-08-13 1993-08-13 Projection aligner Withdrawn JPH0757992A (en)

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