JPH11204432A - Optical device and projection aligner - Google Patents

Optical device and projection aligner

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JPH11204432A
JPH11204432A JP10296276A JP29627698A JPH11204432A JP H11204432 A JPH11204432 A JP H11204432A JP 10296276 A JP10296276 A JP 10296276A JP 29627698 A JP29627698 A JP 29627698A JP H11204432 A JPH11204432 A JP H11204432A
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light
optical system
projection optical
polarization
projection
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device and a projection aligner capable of increasing the depth of focus of a projected contact hole pattern. SOLUTION: The SFINCS method is applied to convert the two imaging luminous flux (LFa, LFb) into incoherent state by setting a polarizing filter, 1/2 wavelength plate, 1/4 wavelength plate, or a rotary polarization material eliminating coherence between the imaging luminous flux LFa passing through a central circular region of the pupil of a projection optical system and the imaging luminous flux LFb passing though an annular region surrounding the central circular region on the pupil plane.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路、液晶デ
ィスプレイ等の微細パターンの形成に用いる投影型露光
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type exposure apparatus used for forming fine patterns such as semiconductor integrated circuits and liquid crystal displays.

【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へて装置内に組み込
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(ウェハ等)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)を照明光とする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ホタル石等
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 kind is incorporated into the apparatus through advanced optical design, careful selection of glass materials, ultra-precision processing of glass materials, and precise assembly adjustment. . At present, in a semiconductor manufacturing process, a reticle (mask) is used with i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp as illumination light.
, And a stepper is mainly used in which a transmitted light of a circuit pattern on the reticle is imaged on a photosensitive substrate (a wafer or the like) via a projection optical system. An excimer stepper using an excimer laser (KrF laser having a wavelength of 248 nm) as illumination light is also used for evaluation or research. When the projection optical system for an excimer stepper is constituted by only a refraction lens, usable glass materials are limited to quartz, fluorite and the like.

【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) of the projection optical system are important factors. Has become.
Among projection optical systems currently in practical use, those having an aperture of about 0.6 for i-line have been obtained. When the wavelength of the illumination light to be used is the same, if the numerical aperture of the projection optical system is increased, the resolving power is correspondingly improved. However, the depth of focus (DOF) decreases with increasing numerical aperture NA. The depth of focus is defined by DOF = ± λ / NA 2 where λ is the wavelength of the illumination light.

【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
の投影光学系はレチクルR側とウェハW側との両方をテ
レセントリックにしたもの、あるいはウェハ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 、La、L
a’、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L2 、L3
は投影光学系内のフーリエ変換面FTPに位置する瞳e
pを通過することができない。そして他の光線La、L
a’、La”は瞳epを通過して後群のレンズ系GBに
入射し、ウェハWの表面(投影光学系の瞳面)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’に向う光線の
うち瞳epの中心点CC(光軸AX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.
A and a rear lens group GB. In general, this type of projection optical system has both the reticle R side and the wafer W side telecentric, or has only the wafer W side telecentric. In FIG. 1, three arbitrary points A, B, and C are assumed on the pattern surface of the reticle R (the object surface of the projection optical system). Light rays L1, L2, L3, La, L traveling in various directions from point A
Of the rays a ′ and La ″, the ray L1 is generated at an angle that cannot enter the lens system GA of the projection optical system.
Is a pupil e located on the Fourier transform plane FTP in the projection optical system.
cannot pass through p. And the other rays La, L
a ′ and La ″ pass through the pupil ep, enter the rear lens system GB, and converge on a point A ′ on the surface of the wafer W (pupil plane of the projection optical system). Of the light rays generated from A, the light rays that have passed through the pupil ep (a circular area centered on the optical axis AX) of the projection optical system contribute to forming a point image at the point A ′. The ray La passing through the center point CC (the position of the optical axis AX) of the pupil ep among the rays directed to the point A ′ is called a principal ray. Each space on the image plane side is parallel to the optical axis AX.

【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、いずれも瞳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のパターン面とウェハ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 holds true for light rays generated from each of the other points B and C on the reticle R, and only light rays passing through the pupil ep contribute to the formation of point images B 'and C'. Similarly, the light beams Lb and Lc that travel from each of the points B and C in parallel with the optical axis AX and enter the lens system GA are both principal light beams 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, respectively. All the pupils ep are superimposed and passed.

【0006】このような投影光学系の開口数は一般にウ
ェ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”がウェハW上で主光線Laと成
す角度θwが、この投影光学系のウェハ(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。さ
ら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 light beams contributing to the formation of the point image A ′, the angle θw formed by the light beams La ′ and La ″ passing through the outermost part in the pupil ep and the principal light beam La on the wafer W is determined by the projection optical system. NAw = sin .theta.w on the wafer (image surface) side, and is expressed by NAw = sin .theta.w. Therefore, the angle .theta.r formed by the rays La 'and La "with the principal ray La on the reticle R side is the reticle (object plane). The numerical aperture on the side is called NAr and is represented by NAr = sin θr. Further, the imaging magnification of the projection optical system is set to M (in the case of 1/5 reduction, M
= 0.2), there is a relationship 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、さらにレンズ
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、例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
いことになり、実用上の大きな障害となる。
In order to increase the resolution, the numerical aperture NAw (NAr) is increased. In other words, the diameter of the pupil ep must be increased, and the effective diameters of the lens systems GA and GB must be increased. There is no other way to make it bigger.
However, the depth of focus DOF decreases in inverse proportion to the square of the numerical aperture NAw, so that even if a projection optical system with a high numerical aperture can be manufactured, the required depth of focus cannot be obtained. This is a major obstacle in practical use.

【0008】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、ウェハ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、ウェハWのショット領域毎のフォーカス合わせ、
レベリング等を格段に高精度に行う必要が生じ、メカ
系、電気系、ソフトウェアの負担(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。
When the wavelength of the illumination light is 365 nm of 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 one shot on the wafer W In a region (about 20 mm square to 30 mm square), a portion having a surface irregularity or curvature equal to or larger than DOF causes poor resolution. Also on the stepper system, focus adjustment for each shot area of the wafer W,
It becomes necessary to perform leveling and the like with extremely high accuracy, and the burden on the mechanical system, the electric system, and the software (improvement in measurement resolution, servo control accuracy, setting time, and the like) increases.

【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、しかも特公昭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体に制御することで見か
け上の解像力と焦点深度とを増大させるものであり、S
HRINC(Super High Resoluti
on by IllumiNation Contro
l)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 present applicant has solved the problems of the projection optical system, and has a high resolution and a large focus without using a phase shift reticle as disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811. A new projection exposure technique that can obtain both the depth and
No. 148, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-225358, and the like. This exposure technique increases the apparent resolving power and depth of focus by controlling the illumination method for the reticle to a special shape while maintaining the existing projection optical system.
HRINC (Super High Resolution)
on by IllumiNation Contro
l) It is called the law. In the SHRINC method, two illumination lights (or four illumination lights) symmetrically inclined in a pitch direction of a line-and-space pattern (L & S pattern) on a reticle R are irradiated on the reticle, and are generated from the L & S pattern. One of the 0th-order diffracted light component and one of the ± 1st-order diffracted light components passes symmetrically with respect to the center point CC in the pupil ep of the projection optical system. The projection image (interference fringe) of the L & S pattern is generated using the principle.

【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)の場合よりも押さえられるため、見
かけ上焦点深度が大きくなるのである。ところが、この
SHRINC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
光はほとんどフランフォ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。
As described above, according to the image formation utilizing the two-beam interference, the generation of the wavefront aberration at the time of defocus is suppressed as compared with the case of the conventional method (normal vertical illumination), so that the apparent depth of focus becomes large. It is. However, according to the SHRINC method, an intended effect can be obtained when the pattern formed on the reticle R has a periodic structure like an L & S pattern (lattice). Does not have that effect.
In general, in the case of an isolated micropattern, the diffracted light from the micropattern is generated almost as a Fraunhofer diffraction, so that the 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light are not clearly separated in the pupil ep of the projection optical system.

【0011】そこでコンタクトホール等の孤立パターン
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、ウェハWの1つのショット領域に対する露光を複数
回に分け、各露光の間にウェハ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63−42122号
公報で提案された。この露光方法はFLEX(Focu
s Latitude enhancement EX
posure)法と呼ばれ、コンタクトホール等の孤立
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。ただしFLEX法は、わずかにデフォーカス
したコンタクトホール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(Contr
ast Enhancement 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 increasing the apparent depth of focus for an isolated pattern such as a contact hole, exposure to one shot area of the wafer W is divided into a plurality of times, and the wafer W A method of moving the lens by a certain amount in the direction has been proposed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-42122. This exposure method uses FLEX (Focu).
s Latitude Enhancement EX
This method is called a “posture” method, and a sufficient effect of increasing the depth of focus can be obtained for isolated patterns such as contact holes. However, since the FLEX method requires multiple exposures of a slightly defocused contact hole image, the resist image obtained after development necessarily has a reduced sharpness. The problem of the decrease in sharpness (deterioration of profile) is that a resist having a high gamma value is used,
Use a multilayer resist, or use CEL (Contr
This can be compensated for by using a first enhancement layer.

【0012】またFLEX法のように露光動作中にウェ
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、1
991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e
p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たせたものである。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 increase the depth of focus at the time of projecting a contact hole pattern without moving the wafer W in the optical axis direction during the exposure operation as in the FLEX method, 1
Proceedings 29a-ZC-8 of the Japan Society of Applied Physics Spring, 991,
The Super-FLEX method published in No. 9 is also known. This Super FLEX method uses a pupil e of the projection optical system.
A transparent phase plate is provided on p, and a characteristic is provided such that the complex amplitude transmittance given to the imaging light by this phase plate sequentially changes from the optical axis AX toward the periphery. In this way, the image formed by the projection optical system is kept sharp at a constant width (wider than the conventional one) in the optical axis direction around the best focus plane (a plane conjugate with the reticle R). This increases the depth of focus.

【0013】[0013]

【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、ある程度接近した複数のコンタクトホールパターン
では、両方法共にホール間のフォトレジストに不要な膜
べりを生じさせてしまい、事実上使用することが困難に
なることがわかった。
Among the various conventional techniques described above, the FLEX method and the Super FLEX method can obtain a sufficient effect of increasing the depth of focus for an isolated contact hole pattern. However, it has been found that, with a plurality of contact hole patterns which are close to each other, unnecessary film loss occurs in the photoresist between the holes in both methods, which makes it practically difficult to use.

【0014】さらに、FLEX法では、孤立的なコンタ
クトホールパターンについてもその像(多重露光で得ら
れる合成光学像)のシャープネスを必然的に悪化させる
ために、焦点深度は増大しても露光量裕度が減少すると
いう問題もある。また露光作業中にウェハを光軸方向に
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の露光に分割し、各露光間にウェハを光軸方
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問題がある。
Further, in the FLEX method, even with an isolated contact hole pattern, the sharpness of the image (composite optical image obtained by multiple exposure) is necessarily deteriorated. There is also a problem that the degree decreases. Further, it is difficult to apply the FLEX method in which the wafer is continuously moved or vibrated in the optical axis direction during the exposure operation to a scanning exposure type exposure apparatus, and the exposure is divided into a first exposure and a second exposure. In the method in which the wafer is moved in the optical axis direction between each exposure, there is a problem that the processing capacity is greatly reduced and the throughput is significantly reduced.

【0015】そこで本発明は、コンタクトホール等の孤
立したパターンの投影露光の際に、焦点深度を拡大した
投影露光装置を得ることを目的とし、特に比較的接近し
た複数の孤立パターンに対しても焦点深度拡大効果が得
られる装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus with an increased depth of focus when projecting an isolated pattern such as a contact hole. It is an object of the present invention to obtain a device capable of obtaining an effect of increasing the depth of focus.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では 微細なパターンが形成されたマスク(レチ
クルR)を露光用の照明光で照射する照明手段(1〜1
4)と、マスクのパターンから発生した光を入射してパ
ターンの像を感応基板(ウェハ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、マ
スクと感応基板との間の結像光路内のフーリエ変換面
(FTP)、又はその近傍面に配置され、フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の投影光学系の光軸を中心とす
る円形領域(FA)内に分布する結像光(LFa)とそ
の外側の領域(FB)に分布する結像光(LFb)との
間の偏光状態を互いに異ならせる偏光状態制御手段(偏
光状態制御部材PCM)を設けるようにした。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, an illumination means (1-1) for irradiating a mask (reticle R) on which a fine pattern is formed with illumination light for exposure.
4) and a projection optical system (PL) for projecting light generated from the pattern of the mask and projecting an image of the pattern on the sensitive substrate (wafer W). A circular area (FA) which is arranged on the Fourier transform plane (FTP) in the imaging optical path between or on the plane near the Fourier transform plane and on the Fourier transform plane or on the plane near the optical axis of the projection optical system A polarization state control means (polarization state control member PCM) for making the polarization states of the imaging light (LFa) distributed in the inside and the imaging light (LFb) distributed in the outside area (FB) different from each other is provided. I did it.

【0017】[0017]

【作用】本発明においては、レチクルパターン面に対し
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(以後瞳面と略す)、又はその近傍面に偏光状態制御
部材を設け、その瞳面内で円形または輪帯状に分布する
結像光の一部と、それ以外の部分に分布する結像光とを
互いに干渉し合わない偏光状態とする。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、回折した露光光束(結像光)は瞳面内で干渉し合わ
ない2つの光束に空間的に分割され、ウェハ等の被露光
体に到達する。ウェハ上でも2つ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
が作り出す像(コンタクトホールの像)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ェハ面に達すると、ここですべて振
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Super−
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。
According to the present invention, a polarization state control member is provided on a surface (hereinafter abbreviated as a pupil surface) in a projection optical system which is optically Fourier-transformed with respect to a reticle pattern surface, or on a surface in the vicinity thereof. A part of the imaging light distributed in a circular or annular shape in the pupil plane and the imaging light distributed in the other part are in a polarization state that does not interfere with each other. As a result, the exposure luminous flux (imaging light) transmitted and diffracted in the reticle pattern, especially through the contact hole pattern, is spatially divided into two luminous fluxes that do not interfere with each other in the pupil plane, and reaches the object to be exposed such as a wafer. I do. Since the two light beams do not interfere with each other even on the wafer (they are incoherent), an intensity-combined image in terms of the light amount of the image (the image of the contact hole) created by each light beam is obtained. In the conventional exposure method, the light flux transmitted and diffracted through the minute contact hole pattern on the reticle reaches the wafer surface via the projection optical system, where it is all amplitude-combined (coherent addition), and the image of the reticle pattern (optical image) ) Was formed. Conventional Super-
Even in the FLEX method, since the imaging light distributed on the pupil plane is only partially phase-shifted, it is still a coherent addition.

【0018】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
がないものとすると、ベストフォーカス(合焦状態)で
は、レチクル上の任意の1点からウェハ上の対応する像
点までの光路長は投影光学系中のどこの光線路を通るか
にかかわらずすべて等しく(フェルマーの原理)、従っ
てウェハ上の振幅合成は位相差のない光の合成となり、
すべ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 there is no phase shift plate or the like on the pupil plane of the projection optical system, the optical path length from any one point on the reticle to the corresponding image point on the wafer in the best focus (focused state). Are the same regardless of which optical path in the projection optical system they pass through (Felmer's principle), so that the amplitude synthesis on the wafer becomes a light synthesis without a phase difference,
All work in the direction of increasing the strength of the contact hole pattern.

【0019】ところがウェハがデフォーカスすると、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ェハ上の1つの像点に入射す
る任意の光線の入射角をθとし、かつウェハに垂直に入
射する光線(主光線)の光路長を基準(=0)とする
と、ほぼ1/2(ΔF・sin2 θ)と表される。ここ
でΔFはデフォーカス量を表す。sinθの最大値は投
影光学系のウェハ側の開口数NAwであるから、従来の
如く微小ホールパターンからの回折光のうち瞳epを通
過したすべての光がウェハ上で振幅合成される場合、最
大で1/2(ΔF・NAw2 )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 the wafer is defocused, the above optical path length differs depending on the optical path in the projection optical system. As a result, the above-described amplitude synthesis is performed by the optical path difference (phase difference).
Is added, and a canceling effect is generated partially, thereby weakening the center intensity of the contact hole pattern.
The optical path difference generated at this time is as follows, where θ is an incident angle of an arbitrary ray incident on one image point on the wafer, and the optical path length of a ray (principal ray) incident perpendicularly on the wafer is a reference (= 0). It is approximately expressed as ((ΔF · sin2 θ). Here, ΔF represents the defocus amount. Since the maximum value of sin θ is the numerical aperture NAw on the wafer side of the projection optical system, the maximum value when all the lights that have passed through the pupil ep among the diffracted lights from the minute hole pattern are amplitude-combined on the wafer as in the related art. Causes an optical path difference of 1/2 (.DELTA.F.NAw2). At this time, assuming that an optical path difference of λ / 4 is allowed as the depth of focus, the following relationship is established.

【0020】1/2(ΔF・NAw2 )=λ/4 この式をまとめ直すと、ΔF=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
用照明光波長として現在使われているi線(波長0.3
65μm)を前提とし、開口数としてNAw=0.50
を想定すると、焦点深度±ΔF/2は±0.73μmと
なり、ウェ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 When this equation is re-arranged, ΔF = λ / (2NAw 2), which is equivalent to the commonly known depth of focus. For example, i-line (wavelength 0.3
65 μm) and the numerical aperture NAw = 0.50
Is assumed, the depth of focus ± ΔF / 2 is ± 0.73 μm, which is a value with little allowance for a process step difference of about 1 μm on the wafer.

【0021】一方、本発明では図2に示すように、投影
光学系の瞳面(FTP)に偏光状態制御部材PCM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LL
p)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FTPにおいて、瞳面ep内の中心部の円形状透過
部分FAと輪帯状の透過部FBとの夫々を透過する光束
が互いに干渉し合わない偏光状態に制御(変換)され
る。このためウェハW上では偏光状態制御部材PCMの
円形状の透過部FAを透過した光束LFaと周辺の透過
部FBを通過した光束LFbは干渉を起こさない。その
結果、円形の透過部FAからの光束LFaと周辺部FB
からの光束LFbはそれぞれ独立して自分自身のみで干
渉し合い、それぞれホールパターンの像(強度分布)P
r’を形成する。すなわち光束LFaのみの干渉によっ
てウェハ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 polarization state control member PCM is provided on a pupil plane (FTP) of the projection optical system. At this time, the imaging light flux diffracted by the isolated pattern Pr formed on the pattern surface of the reticle R (the principal ray is LL
p) enters the front lens system GA of the projection optical system PL and then reaches the Fourier transform plane FTP. Then, on the Fourier transform plane FTP, the light beams transmitted through the circular transmission part FA and the annular transmission part FB at the center in the pupil plane ep are controlled (converted) to a polarization state in which they do not interfere with each other. Therefore, on the wafer W, the light beam LFa transmitted through the circular transmission portion FA of the polarization control member PCM and the light beam LFb transmitted through the surrounding transmission portion FB do not cause interference. As a result, the light beam LFa from the circular transmitting portion FA and the peripheral portion FB
LFb from each other independently interfere with each other only by themselves, and each image (intensity distribution) P of the hole pattern
forming r ′. That is, an image generated on the wafer W by interference of only the light beam LFa and an image generated by interference of only the light beam LFb are simply added in terms of intensity to obtain an isolated image such as a contact hole obtained by the present invention. An image Pr 'of the pattern is obtained.

【0022】尚、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をもつものとする。た
だし投影光学系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、さらに図3を参照して
説明する。図3は偏光状態制御部材PCMの構造と、コ
ンタクトホールの像Pr’を生成する結像光束の様子
と、デフォーカス時の各光束の光路差ΔZとの各関係を
模式的に示したものである。
The illuminating light ILB for the reticle R has a constant numerical aperture sinψ / 2 as in the prior art. However, for the numerical aperture NAr on the reticle side of the projection optical system PL, the condition of NAr> sinψ / 2 is set. Therefore, the principle of imaging in the present invention will be further described with reference to FIG. FIG. 3 schematically shows the relationship between the structure of the polarization state controlling member PCM, the state of an imaged light beam that generates an image Pr ′ of the contact hole, and the optical path difference ΔZ of each light beam during defocusing. is there.

【0023】図3(A)の如く中心部を通る光束LFa
内での振幅合成では、光束LFaが垂直入射光(主光線
LLp)から入射角度θ1 までの角度範囲を含むから、
デフォーカス量がΔFの時の光路差の最大値ΔZ1 はΔ
Z1 =1/2(ΔF・sin2 θ1 )となる。尚、図3
の最下段のグラフの横軸は入射角の正弦を表し、sin
θ1 =NA1 とする。一方、図3(B)の如く周辺部を
通る光束LFb内での振幅合成では、光束LFbが入射
角度θ1 から開口数NAw(sinθw)までの入射角
度範囲を有するので、デフォーカス量がΔFの時の最大
光路長差ΔZ2 は、ΔZ2 =1/2(ΔF)(NAw2
−sin2 θ1 )となる。
A light beam LFa passing through the center as shown in FIG.
Since the light beam LFa includes the angle range from the vertically incident light (principal ray LLp) to the incident angle θ1,
The maximum value of the optical path difference ΔZ1 when the defocus amount is ΔF is Δ
Z1 = 1/2 (.DELTA.F.sin2 .theta.1). FIG.
The horizontal axis of the graph at the bottom of represents the sine of the incident angle, and sin
It is assumed that θ1 = NA1. On the other hand, in the amplitude synthesis in the light beam LFb passing through the peripheral portion as shown in FIG. 3B, since the light beam LFb has an incident angle range from the incident angle θ1 to the numerical aperture NAw (sin θw), the defocus amount is ΔF. The maximum optical path length difference ΔZ2 at the time is ΔZ2 = 1 / (ΔF) (NAw2
−sin2 θ1).

【0024】第1の光束LFaと第2の光束LFbは互
いには干渉し合わないので、光束LFaのみの干渉によ
る像Pr'1と、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ΔZ1 、ΔZ2 のみに起
因する。例えば、sin2 θ1 =1/2(NAw2 )で
あるようにsinθ1 を設定する、すなわち
Since the first light beam LFa and the second light beam LFb do not interfere with each other, the deterioration of the image Pr′1 due to the interference of the light beam LFa alone and the deterioration of the image Pr′2 due to the interference of the light beam LFb alone are This is caused only by the optical path length differences ΔZ1 and ΔZ2 in the light beam. For example, sinθ1 is set so that sin2θ1 = 1 / (NAw2), that is,

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】の関係をほぼ満たすように第1の透過部F
Aの半径を設定すると、第1の光束LFaによる最大光
路差ΔZ1 と、第2の光束LFbによる最大光路差ΔZ
2 はそれぞれ以下のようになる。 ΔZ1 =1/2(ΔF・sin2 θ1 )=1/4(ΔF
・NAw2 ) ΔZ2 =1/2(ΔF)(NAw2−sin2θ1 )=1/4
(ΔF・NAw2) このように、2つのインコヒーレントな光束LFa、L
Fbの夫々は、いずれもΔFのデフォーカス時にほぼ同
一の最大光路差、1/4(ΔF・NAw2 )をもつこと
になり、この値は従来の場合の半分である。換言する
と、従来の2倍のデフォーカス量(2ΔF)でも、従来
の投影方式でのデフォーカス量ΔFのときと同じ最大光
路長差で済むこととなり、その結果、孤立パターンPr
の結像時の焦点深度は約2倍に増大することになる。こ
のように投影光学系PLの瞳面epにおいて、結像光束
を互いに干渉しない複数の光束に交換する手法を、以後
SFINCS(Spatial Filter for
INCoherent Stream)法と呼ぶこと
にする。
The first transmitting portion F is set to substantially satisfy the relationship
When the radius of A is set, the maximum optical path difference ΔZ1 due to the first light beam LFa and the maximum optical path difference ΔZ due to the second light beam LFb are set.
2 is as follows. ΔZ1 = 1 / (ΔF · sin2 θ1) = 1 / (ΔF
・ NAw2) ΔZ2 = 1/2 (ΔF) (NAw2-sin2θ1) = 1/4
(ΔF · NAw2) Thus, the two incoherent light beams LFa, L
Each of Fb has substantially the same maximum optical path difference, 1/4 (ΔF · NAw 2) at the time of defocusing of ΔF, and this value is half that of the conventional case. In other words, even if the defocus amount is twice as large as the conventional one (2ΔF), the same maximum optical path length difference as in the case of the defocus amount ΔF in the conventional projection method is sufficient, and as a result, the isolated pattern Pr
Will be approximately doubled during imaging. The technique of exchanging the image-forming light beam with a plurality of light beams that do not interfere with each other on the pupil plane ep of the projection optical system PL will be hereinafter referred to as SFINCS (Spatial Filter for).
The method will be referred to as “INCoherent Stream” method.

【0027】[0027]

【実施例】図4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4において、水銀ランプ1から
放射された高輝度光は楕円鏡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、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、偏光方向を
揃えるための偏光制御部材6を通った後、オプチカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ7に入射する。
この偏光制御部材6は投影光学系PL内の偏光状態制御
部材PCMの構成と光源の性質によっては省略してもよ
く、そのことについては後述する。また偏光制御部材6
はフライアイレンズ7に入射する照明光を一定の偏光方
向に揃えるだけなので、偏光板でよい。
FIG. 4 shows the overall configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, high-luminance light emitted from a mercury lamp 1 is converged to a second focal point by an elliptical mirror 2 and then becomes divergent light and enters a collimator lens 4. A rotary shutter 3 is disposed at the position of the second focal point, and controls passage and cutoff of illumination light. The illumination light converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 4 is
The light enters the interference filter 5 where only the desired spectrum required for exposure, for example, i-line, is extracted. The illumination light (i-line) emitted from the interference filter 5 passes through a polarization control member 6 for aligning the polarization direction, and then enters a fly-eye lens 7 as an optical integrator.
This polarization control member 6 may be omitted depending on the configuration of the polarization state control member PCM in the projection optical system PL and the nature of the light source, which will be described later. The polarization control member 6
Since only the illumination light incident on the fly-eye lens 7 is aligned in a certain polarization direction, a polarizing plate may be used.

【0028】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4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A
X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1
0に入射した各照明光は、レチクルブラインド11上で
互いにわず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 light beam) 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 each 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, and a surface light source image is created. On the exit side of the fly-eye lens 7, a variable stop 8 for adjusting the size of the surface light source image is provided. Illumination light (divergent light) passing through the stop 8 is reflected by a mirror 9 and enters a condenser lens system 10 to irradiate a rectangular opening of the reticle blind 11 with a uniform illuminance distribution. 4, among the plurality of secondary light source images (point light sources) formed on the exit side of the fly-eye lens 7, the optical axis A
Only the illumination light from one secondary light source image located on X is representatively shown. Also, by the condenser lens system 10,
The exit side (the surface on which the secondary light source image is formed) of the fly-eye lens 7 is a Fourier transform surface with respect to the rectangular opening surface of the reticle blind 11. Therefore, fly-eye lens 7
From each of the plurality of secondary light source images
The illumination lights incident on 0 are superimposed on the reticle blind 11 as parallel light beams having slightly different incident angles from each other.

【0029】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4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。もちろん、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
光はいずれもレチクル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。
尚、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、コンデ
ンサーレンズ14の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。
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 illumination light ILB. Here, the rectangular opening surface of the reticle blind 11 and the pattern surface of the reticle R are conjugated to each other by a combined 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 plane of FIG. As shown in FIG. 4, the illumination light ILB from one secondary light source image located on the optical axis AX among the secondary light source images of the fly-eye lens 7 has a tilt with respect to the optical axis AX on the reticle R. There is no parallel light flux,
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 offset from the optical axis AX are formed on the exit side of the fly-eye lens 7, and any illumination light from these secondary light source images is on the reticle R. In this case, a parallel light beam inclined with respect to the optical axis AX is superimposed in the pattern formation region.
It goes without saying that the pattern surface of the reticle R and the exit side surface of the fly-eye lens 7 are optically Fourier-transformed by the combined system of the condenser lens system 10, the lens system 12, and the condenser lens 14. . Also, the incident angle range of the illumination light ILB on the reticle R (see FIG. 2)
Varies depending on the aperture diameter of the stop 8, and when the aperture diameter of the stop 8 is reduced to reduce the substantial area of the surface light source, the incident angle range な る also decreases. Therefore, the aperture 8 adjusts the spatial coherency of the illumination light. As a factor representing the degree of the spatial coherency, a ratio (σ value) between the sine of the maximum incident angle ψ / 2 of the illumination light ILB and the numerical aperture NAr on the reticle side of the projection optical system PL is used. This σ value is usually defined as σ = sin (ψ / 2) / NAr, and most steppers currently in operation have σ = 0.
It is used in the range of about 5 to 0.7.

【0030】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ェハ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上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、孤立的な微小パ
ターンとして存在する。すなわち、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
うことがな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 on the pattern surface of the reticle R by a chromium layer. Here, a chromium layer is vapor-deposited on the entire surface, and a fine rectangular opening (transparent without a chrome layer) is formed therein. It is assumed that there are a plurality of contact hole patterns formed in section (1).
The contact hole pattern may be designed to have a dimension of 0.5 μm square (or diameter) or less when projected onto the wafer W.
In consideration of the above, the size on the reticle R is determined. In addition, since the dimension between the contact hole patterns adjacent to each other is usually much larger than the dimension of the opening of one contact hole pattern, it exists as an isolated minute pattern. That is, two adjacent contact hole patterns are often separated to such an extent that light (diffraction, scattered light) generated from each does not strongly influence each other unlike a diffraction grating. However, as will be described in detail later, there is also a reticle in which a contact hole pattern is formed in a very close arrangement.

【0031】図4において、レチクルRはレチクルステ
ージRST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
してウェハWの表面のフォトレジスト層に結像される。
ここで、図4中のレチクルRからウェハ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P
L内のフーリエ変換面FTPには、先の図2、図3で説
明した偏光状態制御部材PCMが設けられる。この偏光
状態制御部材PCM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することができる。仮りにそ
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、偏光状態制御部材PCM
は投影光学系PL内に固定しておいてもよい。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、各ステッパーのもっとも効率的な
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、偏光状態制御部材PCMは投影光学系P
Lの瞳epに対して挿脱可能に設け、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。尚、
投影光学系によっては、その瞳位置(フーリエ変換面F
TP)に実効的な瞳径を変えるための円形開口絞りを設
けることもある。この場合、その開口絞りと偏光状態制
御部材PCMは機械的に干渉しないように、かつできる
だけ接近して配置される。
In FIG. 4, reticle R is held on reticle stage RST, and an optical image (light intensity distribution) of a contact hole pattern of reticle R is formed on a photoresist layer on the surface of wafer W via projection optical system PL. Is done.
Here, the optical path from the reticle R to the wafer W in FIG. 4 is indicated only by the principal ray of the imaging light beam. And the projection optical system P
The polarization state control member PCM described with reference to FIGS. 2 and 3 is provided on the Fourier transform plane FTP in L. The polarization state control member PCM has a diameter that covers the maximum diameter of the pupil ep, and can be moved out of the optical path or enter the optical path by the slider mechanism 20. If the stepper is used exclusively for exposing a contact hole pattern, the polarization control member PCM
May be fixed in the projection optical system PL. However, when performing the exposure operation of the lithography process using a plurality of steppers, it is hesitant to assign a specific one stepper to the exposure dedicated to the contact hole pattern in consideration of the most efficient operation of each stepper. Therefore, the polarization state control member PCM is connected to the projection optical system P.
It is desirable that the stepper can be used so that it can be inserted into and removed from the L pupil ep, even when exposing a reticle pattern other than the contact hole pattern. still,
Depending on the projection optical system, the pupil position (Fourier transform plane F
TP) may be provided with a circular aperture stop for changing the effective pupil diameter. In this case, the aperture stop and the polarization state control member PCM are arranged so as not to mechanically interfere with each other and as close as possible.

【0032】さて、ウェハ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)するとともに、
光軸AXと平行な方向に微動(以下、Z移動とする)す
るウェハステージWST上に保持される。ウェハステー
ジWSTのXY移動、Z移動は、ステージ駆動ユニット
22によって行われ、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2
2、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、さらに
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ともに、開口制御ユニット27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25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2
5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
び偏光状態制御部材PCM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 (hereinafter referred to as XY movement) in a plane perpendicular to the optical axis AX.
It is held on wafer stage WST that slightly moves (hereinafter, referred to as Z movement) in a direction parallel to optical axis AX. The XY movement and the Z movement of the wafer stage WST are performed by the stage drive unit 22. The XY movement is controlled according to the coordinate measurement value by the laser interferometer 23, and the Z movement is based on the detection value of the auto-focusing focus sensor 24. It is controlled based on. Stage drive unit 2
2. The slider mechanism 20 and the like operate according to a command from the main control unit 25. The main control unit 25 further sends a command to the shutter drive unit 26,
Of the aperture 8 and the size of each aperture of the aperture 8 or the reticle blind 11 are controlled. Further, the main control unit 25 can input a reticle name read by a bar code reader 28 provided in a reticle transport path to the reticle stage RST. Therefore, the main control unit 2
5 is a slider mechanism 20 according to the input reticle name.
, The operation of the aperture driving unit 27, and the like, and automatically adjusts the aperture size of the aperture 8, the reticle blind 11, and the necessity / unnecessity of the polarization state control member PCM according to the reticle. be able to.

【0033】ここで図4中の投影光学系PLの一部分の
構造を、図5を参照して説明する。図5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、偏光状態制御部材P
CMの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。ま
た偏光状態制御部材PCM、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。さらに、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、偏光状態制御部材PCM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押さえるよう
にする。尚、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
等で発生した埃塵が瞳空間内に進入することを防止する
ことができる。
Here, the structure of a part of the projection optical system PL in FIG. 4 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a partial cross section of the projection optical system PL made entirely of a refractive glass material, and shows the lowermost lens GA1 of the front lens system GA and the uppermost lens GB1 of the rear lens system GB. A Fourier transform plane FTP exists in the space between them. Although the projection optical system PL holds a plurality of lenses in a lens barrel, the polarization state control member P
An opening is provided in a part of the lens barrel for inserting and removing the CM. In addition, a cover 20B that does not directly expose all or a part of the polarization state control member PCM and the slider mechanism 20 to the outside air 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. The slider mechanism 20 is coupled to an actuator 20A such as a rotary motor, a pen cylinder, and a solenoid. 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 via the pipe 29, so that a part of the exposure light of the polarization state control member PCM is provided. The temperature rise due to absorption and the temperature rise in the entire pupil space are suppressed. Incidentally, if the clean air forcedly supplied to the pupil space is forcibly discharged through the slider mechanism 20 and the actuator 20A, the slider mechanism 20
And the like can be prevented from entering the pupil space.

【0034】図6は偏光状態制御部材PCMの第1の実
施例による構造を示し、図6(A)は断面図、図6
(B)は平面図である。先に図3とともに説明した通
り、第1の偏光状態を与える円形透過部FAの半径r1
は瞳epの実効的な最大半径r2 に対して、
FIG. 6 shows the structure of the polarization state controlling member PCM according to the first embodiment, and FIG.
(B) is a plan view. As described above with reference to FIG. 3, the radius r1 of the circular transmission portion FA that gives the first polarization state
Is relative to the effective maximum radius r2 of the pupil ep,

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】に設定されるが、実際はそれよりも数%程
度大きい方がよい。この式から明らかなように、円形透
過部FAの面積πr12は実効的な瞳開口の面積πr22に
対して約半分になっている。さて、図4中の光源(水銀
ランプ1)はランダムな偏光状態の光(種々の偏光状態
の光の合成された光であり、かつその偏光状態が時間と
共に変化する)を発生する。本発明の第1の実施例で
は、図6の偏光状態制御部材PCMとして直線偏光板を
用いることにするので、図4中の偏光制御部材6を省略
する。その場合、レチクル上のコンタクトホールパター
ンを透過して偏光状態制御部材PCMに達する光束の偏
光状態もランダムである。図6に示す偏光状態制御部材
PCMは中心点CCから半径r1 の円形透過部FA内
を、特定方向の直線偏光のみを透過させる偏光板で構成
し、中心点CCと同軸の輪帯状の周辺透過部FBを、円
形透過部FAとは直交する方向の直線偏光のみを透過さ
せる偏光板で構成する。従って、図6の偏光状態制御部
材PCMを透過した後の結像光束の偏光状態は図6
(c)に示す如く、中央透過部FAでは、例えば同図中
の右上から左上への電場の振動面(偏光面)となり、周
辺透過部FBでは左上から右下への偏光面となり、互い
に直交する偏光方向を持った直線偏光となり、互いに干
渉し合わない光束(LFa、LFb)となる。これら互
いに干渉し合わない中心部と周辺部の両光束がウェハW
に達し、それぞれが自分自身とのみ振幅合成し、別々に
像(強度分布)Pr1 ’、Pr2 ’を作ることで、その
合成像(合成強度分布)の焦点深度が増大する原理は作
用の項で述べた通りである。
In practice, it is better to be larger by about several percent. As is apparent from this equation, the area πr12 of the circular transmitting portion FA is about half of the area πr22 of the effective pupil aperture. The light source (the mercury lamp 1) in FIG. 4 generates light in a random polarization state (light that is a combination of light in various polarization states and the polarization state changes with time). In the first embodiment of the present invention, since a linear polarizing plate is used as the polarization state control member PCM in FIG. 6, the polarization control member 6 in FIG. 4 is omitted. In this case, the polarization state of the light beam that passes through the contact hole pattern on the reticle and reaches the polarization state control member PCM is also random. The polarization state controlling member PCM shown in FIG. 6 is constituted by a polarizing plate which transmits only linearly polarized light in a specific direction in a circular transmission portion FA having a radius r1 from the center point CC, and has a ring-shaped peripheral transmission coaxial with the center point CC. The portion FB is formed of a polarizing plate that transmits only linearly polarized light in a direction orthogonal to the circular transmission portion FA. Accordingly, the polarization state of the image forming light beam after passing through the polarization state control member PCM in FIG.
As shown in (c), in the central transmission part FA, for example, it becomes a vibration plane (polarization plane) of the electric field from the upper right to the upper left in the same figure, and in the peripheral transmission part FB, it becomes a polarization plane from the upper left to the lower right, and is orthogonal to each other. And the light beams (LFa, LFb) do not interfere with each other. Both the central and peripheral light beams that do not interfere with each other are
, Each of which synthesizes amplitude only with itself and creates separate images (intensity distribution) Pr1 'and Pr2', the principle of increasing the depth of focus of the composite image (composite intensity distribution) is the term of action As mentioned.

【0037】図7は偏光状態制御部材PCMの第2の実
施例による構造を示す。本実施例では、図6と同様に中
心の円形透過部FAと周辺の輪帯状透過部FBとは互い
に直交する偏光方向の直線偏光のみを通す偏光板となっ
ている点は全く同じであるが、その射出側の全面にさら
に1/4波長板FCを設けた点が異なる。1/4波長板
FCの軸方向(入射光束に対して結晶の屈折率の高い方
向)は、円形透過部FAを透過した直線偏光と輪帯状透
過部FBを透過した直線偏光とを、それぞれ逆の(左・
右)円偏光に交換する軸方向としてある。ここで、1/
4波長板FCの波長とは、もちろん露光光の波長λであ
る。1/4波長板FCの材質は水晶等の複屈折物質を用
いる。さて、図7(A)、(B)に示した偏光状態制御
部材PCMを透過した結像光束の偏光状態は、図7
(C)に示す如く、透過部FAの部分では、例えば右回
り円偏光になり、周辺透過部FBの部分では左回り円偏
光となっており、互いに干渉し合わない偏光状態にな
る。当然ながら、この円偏光状態は中心透過部FAの透
過光が左回りで周辺透過部FBの透過光が右回りである
ように1/4波長板FCと偏光板FA、FBの回転方向
を定めてもよい。
FIG. 7 shows a structure of a polarization state controlling member PCM according to a second embodiment. In this embodiment, as in FIG. 6, the central circular transmission part FA and the peripheral annular transmission part FB are completely the same in that they are polarizers that pass only linearly polarized light in polarization directions orthogonal to each other. The difference is that a quarter-wave plate FC is further provided on the entire surface on the emission side. The axial direction of the quarter-wave plate FC (the direction in which the refractive index of the crystal is high with respect to the incident light beam) is the opposite of the linearly polarized light transmitted through the circular transmission portion FA and the linearly polarized light transmitted through the annular transmission portion FB. (Left ・
Right) Axial direction for exchange to circularly polarized light. Where 1 /
The wavelength of the four-wavelength plate FC is, of course, the wavelength λ of the exposure light. The material of the quarter wave plate FC is a birefringent material such as quartz. Now, the polarization state of the image forming light beam transmitted through the polarization state control member PCM shown in FIGS.
As shown in (C), for example, clockwise circularly polarized light is formed in the transmission part FA, and counterclockwise circularly polarized light is formed in the peripheral transmission part FB. Naturally, this circular polarization state determines the rotation direction of the quarter-wave plate FC and the polarizing plates FA and FB such that the transmitted light of the central transmitting portion FA is counterclockwise and the transmitted light of the peripheral transmitting portion FB is clockwise. You may.

【0038】以上の第1、第2の実施例では、投影光学
系PL中の偏光状態制御部材PCM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
うち半分の光量は偏光状態制御部材PCM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 first and second embodiments, since the polarization state control member PCM in the projection optical system PL is constituted by a polarizing plate, half of the original light amount to be transmitted through the projection optical system PL. Is absorbed by the polarizing plate as the polarization state controlling member PCM. This means a decrease in exposure power, but heat (energy of absorbed exposure light) is accumulated in the projection optical system, which is a problem in terms of stability of the optical system and the glass material.

【0039】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8、9、10、11、12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、まずそのことから説明する。図
8は照明光学系中に設ける偏光制御部材6のいくつかの
実施例を示したものである。図8(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8(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、右回りまたは左回りのいず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。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
は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8(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。
An embodiment for solving the problem of heat (loss of exposure power) will be described with reference to FIGS. 8, 9, 10, 11, and 12. FIG. In the present embodiment, since the polarization characteristics of the illumination light ILB are important, the description will be given first. FIG. 8 shows some embodiments of the polarization control member 6 provided in the illumination optical system. FIG. 8A shows 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 randomly polarized light, is emitted as specific linearly polarized light. FIG. 8B shows an example in which a polarization plate 6A and a quarter-wave plate 6B are combined as the polarization control member 6.
Also at this time, the incident light that is the randomly polarized light is polarized by the polarizing plate 6A.
The light is first converted into linearly polarized light, and then emitted by the quarter-wave plate 6B as either clockwise or counterclockwise circularly polarized light. Also at this time, the axial direction of the quarter-wave plate 6B is set to the axial direction for converting linearly polarized light from the polarizing plate 6A to circularly polarized light. Also, the light flux (incident light flux) itself from the light source is
In the case of linearly polarized light, for example, when a laser light source is used, the illumination light ILB reaching the reticle R is polarized light control member 6
Is linearly polarized light without being provided. However,
Depending on the configuration of the polarization state control member in the projection optical system described later, only the quarter-wave plate 6B may be provided as the polarization control member 6 as shown in FIG. The axial direction of the quarter-wave plate 6B in this case is also set as described above.

【0040】さて、図8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中の偏光状態制御部材PCMに達す
る結像光束も特定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が直線偏光に揃ってい
る場合に好適な偏光状態制御部材PCMの構造を第3の
実施例として図9に示す。図9(A)は偏光状態制御部
材PCMとして1/2波長板を使用する例である。図9
(A)は偏光状態制御部材PCMに入射する直前の光の
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9(B)は偏
光状態制御部材PCMの平面構造を示し、半径r1 の円
形透過部FA1 は1/2波長板で構成され、周辺の輪帯
状透過部FA2 は透過部FA1 (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。この図9の偏光状態制御部材PCMを
通過した直後の光の偏光状態は図9(C)に示すように
円形透過部FA1 の部分偏光状態が左右方向の直線偏光
に変換され、周辺の輪帯状透過部FA2 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の実施例と
同様に結像光束の中心部と周辺部とで互いに干渉し合わ
ない偏光状態を得ることができる。ここで、透過部FA
1 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、偏光状態制御
部材PCM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。
When 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. 8, the light passes through and diffracts through the contact hole pattern to form the projection optical system PL. The imaging light flux reaching the polarization state controlling member PCM in the middle is also in a state of being aligned with a specific linearly polarized light or circularly polarized light. Therefore, a structure of a polarization state control member PCM suitable for a case where the illumination light ILB is aligned with linearly polarized light is shown in FIG. 9 as a third embodiment. FIG. 9A shows an example in which a half-wave plate is used as the polarization state control member PCM. FIG.
(A) shows the polarization state of the light immediately before it enters the polarization state control member PCM. Here, it is assumed that the light is linearly polarized light having a vibration plane of the electric field in the vertical direction in FIG. FIG. 9B shows the planar structure of the polarization control member PCM. The circular transmitting portion FA1 having a radius r1 is formed of a half-wave plate, and the peripheral annular transmission portion FA2 is formed of the transmitting portion FA1 (1/2 wavelength). This is a normal transparent plate (for example, quartz) having a thickness (optical thickness) substantially equal to that of the plate. As shown in FIG. 9 (C), the polarization state of the light immediately after passing through the polarization state control member PCM in FIG. At the transmission part FA2, the polarization state does not change at all. For this reason, as in the first embodiment, it is possible to obtain a polarization state in which the central portion and the peripheral portion of the imaging light flux do not interfere with each other. Here, the transmission part FA
The axial direction (in-plane rotation) of the half-wave plate as 1 is set to the axial direction that converts the direction of the incident linearly polarized light into a direction orthogonal to it, but the axial direction of the half-wave plate is The polarization state control member PCM and the polarization control member 6 may be relatively adjustable in the plane in the rotational direction so as to optimize the polarization direction of the illumination light ILB.

【0041】一方、図10(B)は偏光状態制御部材P
CMとして、半径r1 の円形透過部FA2 と周辺の輪帯
状透過部FB2 とを共に1/4波長板(同一厚)で構成
した第4の実施例である。この場合も入射する光束は図
10(A)のように全て直線偏光なので、各透過部FA
2 、FB2 の1/4波長板の軸方向を入射光束の偏光状
態に対して最適化することにより、図10(C)に示す
ように円形透過部FA2 を通過した光束は右回りの円偏
光に、輪帯状透過部FB2 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(LFa、LFb)を得ることができる。こ
の第4の実施例の場合も、第3の実施例と同様に偏光状
態制御部材PCM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。尚、図9(B)に示
した円形透過部FA1 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。
On the other hand, FIG. 10B shows the polarization control member P
This is a fourth embodiment in which both a circular transmission portion FA2 having a radius r1 and a peripheral annular transmission portion FB2 having a radius r1 are formed of quarter-wave plates (having the same thickness). Also in this case, the incident light beams are all linearly polarized as shown in FIG.
2 By optimizing the axial direction of the quarter-wave plate of FB2 with respect to the polarization state of the incident light beam, the light beam passing through the circular transmission portion FA2 becomes clockwise circularly polarized light as shown in FIG. Furthermore, the light beam that has passed through the annular transmission portion FB2 can be converted into counterclockwise circularly polarized light, and light beams (LFa, LFb) having different polarization states (not interfering with each other) can be obtained. Also in the case of the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the polarization direction of the illumination light ILB is adjusted by the polarization control member 6 in accordance with the axial direction of the quarter-wave plate as the polarization state control member PCM. You should be able to do so. The half-wave plate as the circular transmission portion FA1 shown in FIG. 9B may be replaced with an optical rotation material such as quartz, and even in that case, the direction of linearly polarized light can be converted in the same manner. .

【0042】また図11は、円偏光の照明光ILBに対
して好適な偏光状態制御部材PCMの構成を示す第5の
実施例である。この第5の実施例は、基本的には先の第
3の実施例(図9)の偏光状態制御部材PCMと同じも
のを使う。従って図11(B)のように円形透過部FA
1 を1/2波長板で構成するだけで透過光の円偏光状態
を図11(C)に示すように逆にすることができる。周
辺の輪帯状透過部FB1 は透過部FA1 の1/2波長板
と同程度の厚さの透過物体(石英板等)である。尚、図
11(B)の場合も図9(B)のときと同様に、輪帯状
透過部FB1 の方を1/2波長板で構成してもよい。
FIG. 11 is a fifth embodiment showing a configuration of a polarization state control member PCM suitable for circularly polarized illumination light ILB. This fifth embodiment basically uses the same polarization state controlling member PCM as the third embodiment (FIG. 9). Therefore, as shown in FIG.
The circular polarization state of the transmitted light can be reversed as shown in FIG. 11 (C) simply by configuring 1 with a half-wave plate. The peripheral annular transmission portion FB1 is a transmission object (a quartz plate or the like) having a thickness similar to that of the half-wave plate of the transmission portion FA1. In the case of FIG. 11B, as in the case of FIG. 9B, the annular transmission portion FB1 may be constituted by a half-wave plate.

【0043】図12は、円偏光の照明光ILBに対して
好適な第6の実施例による偏光状態制御部材PCMの構
成を示し、先の図10の場合と全く同一のものでよい。
すなわち、円形透過部FA2 と輪帯状透過部FB2 とを
それぞれ1/4波長板で構成し、各1/4波長板の軸方
向を互いに直交するように調整して組み合わせておく。
この図12の場合、各透過部FA2 、FB2 の透過光は
図12(C)のように互いに直交した直線偏光となる。
FIG. 12 shows a configuration of a polarization state control member PCM according to a sixth embodiment suitable for circularly polarized illumination light ILB, which may be exactly the same as that of FIG.
That is, the circular transmitting portion FA2 and the orbicular transmitting portion FB2 are each formed of a quarter-wave plate, and the axial directions of the quarter-wave plates are adjusted so as to be orthogonal to each other and combined.
In the case of FIG. 12, the light transmitted through each of the transmission portions FA2 and FB2 becomes linearly polarized light orthogonal to each other as shown in FIG.

【0044】以上、図11、図12のように入射光束
(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。以上のよう
に図8に示した偏光制御部材6と図9〜図12の夫々に
示した偏光状態制御部材PCMを用いると、先に述べた
ような偏光状態制御部材PCM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内での熱蓄積が押
さ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ILB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、第7の実施例として図13を参照して説明する。図
13の系は図4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13(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。すなわち、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
(紙面と垂直な方向の偏光)成分はミラー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ΔLcが2
d1 より短かければ、合成後のP偏光成分と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。これら2つの偏光
成分を持った照明光が使われ、偏光状態制御部材PCM
として図9のものが使われると、図14に示す通り、偏
光状態制御部材PCMに入射するとP偏光成分(例えば
白ヌキの矢印方向)とS偏光成分(例えば黒ヌリ矢印方
向)は、それぞれ図14(C)のように偏光状態制御部
材PCM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。すなわち円形透過部FA1 (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ともに、透
過部FA1 、FB1 の夫々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。すなわち、透過部FA1 を通過したS偏光成分
はP偏光成分に変換され、透過部FB1 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。もし、図1
3(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14のP偏光とS偏光は時間的にはコヒー
レントのままであるため、偏光状態制御部材PCM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13
(A)に示した系は合成すべき2つの偏光成分の光路長
差を大きくと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。
As described above, if the incident light beam (illumination light ILB) is circularly polarized as shown in FIGS.
This is advantageous because there is no need to adjust the rotation of the 波長 wavelength plate in the axial direction in accordance with the polarization characteristics of the illumination light. As described above, when the polarization control member 6 shown in FIG. 8 and the polarization state control member PCM shown in each of FIGS. 9 to 12 are used, the absorption of exposure energy by the polarization state control member PCM as described above is performed. This is extremely advantageous in that the problem described above is eliminated and the heat accumulation in the projection optical system PL is suppressed. However, this time, the light amount loss (more than half) caused by aligning the illumination light ILB into one polarization state in the illumination optical system remains as a problem. Accordingly, an example of an illumination system in which the light amount loss of illumination light is reduced will be described as a seventh embodiment with reference to FIG. The system shown in FIG. 13 is provided instead of the polarization control member 6 shown in FIG. First, in FIG. 13A, an incident light beam is split by two polarizing beam splitters 6C and 6D.
Synthesized. That is, in the first polarization beam splitter 6C, the P-polarized light (vertical polarized light) component is transmitted and
The polarization beam splitter 6D is also transmitted and goes straight. On the other hand, the S-polarized light component (polarized light in the direction perpendicular to the paper surface) split by the beam splitter 6C is synthesized by the beam splitter 6D via mirrors 6E and 6F, and travels coaxially with the P-polarized light component. At this time, an optical path difference of 2 × d1 is given to the P-polarized light and the S-polarized light by the optical paths of the mirrors 6E and 6F. Therefore, the temporal coherent length ΔLc of the incident light beam is 2
If it is shorter than d1, the combined P-polarized light component and S-polarized light component will be incoherent (non-coherent) in terms of time as well as having complementary polarization directions. The illumination light having these two polarization components is used, and the polarization state control member PCM is used.
As shown in FIG. 14, when incident on the polarization state controlling member PCM, the P-polarized light component (for example, the direction of the white arrow) and the S-polarized light component (for example, the black arrow direction) are respectively shown in FIG. After passing through the polarization state controlling member PCM as shown in FIG. 14 (C), there are four light beams which do not interfere with each other. That is, the original polarization direction is rotated by 90 ° in the circular transmission portion FA1 ((wavelength plate). The four light beams have different polarization directions, and do not interfere with each other because the transmission portions FA1 and FB1 are temporally incoherent even if the polarization directions are the same. That is, the S-polarized light component that has passed through the transmitting portion FA1 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 transmitting portion FB1, but the two lights are temporally incoherent and thus interfere with each other. do not do. If Figure 1
If the illumination light from the polarization control member having the configuration shown in FIG. 3 (A) is not used, the P-polarized light and the S-polarized light in FIG. 14 remain coherent in time. If the light beams have the same polarization direction, they will interfere with each other, and the effect of the present invention is diminished. FIG.
The system shown in (A) can make a large difference in the optical path length between two polarized components to be combined, so that it is suitable for a light source having a relatively long temporal coherence length, for example, a narrow band laser light source.

【0045】尚、レーザ光源として直線偏光を使用する
場合は、あえて図13(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。ただ
し、直線偏光のレーザ光源に対して図13(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(照度ムラ)
を低減することができるという効果がある。この場合、
図13(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−6
Cに対して図13(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 the 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 configuration shown in FIG. However, if a polarization control means as shown in FIG. 13A is used for a linearly polarized laser light source, the illumination light can be made into two temporally incoherent light fluxes, which causes a problem when using the laser light source. Speckles and interference fringes (illuminance unevenness)
This has the effect that it can be reduced. in this case,
The polarization direction of the linearly polarized light incident on the first stage beam splitter 6C in FIG.
For C, as shown in FIG.
Polarization direction L intermediate to polarization direction (45 ° direction from both directions)
PL may be used.

【0046】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13(B)のような簡
単な部材を図4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(紙面と垂直な方向)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偏光成分とにはほ
ぼ平行平板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。
When the light source is a light source having a relatively 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 and a total reflection film 6J made of metal or the like attached to the back surface so as to reflect a collimated light beam from a mercury lamp at a predetermined angle. Placed in At this time, of the randomly polarized incident light from the mercury lamp, the S-polarized component (the direction perpendicular to the paper) is reflected by the surface film 6H,
The polarized light component passes through the film 6H on the front surface and the parallel plate 6G and is reflected by the film 6J on the back surface. The S-polarized light component and the P-polarized light component are almost twice the thickness (optical thickness) of the substantially parallel plate 6G. Is provided.

【0047】例えば水銀ランプからのi線の場合、中心
波長λが365nm、波長幅Δλが5nm程度なので、
一般に使われるコヒーレント長の式、ΔLc=λ2 /Δ
λより、コヒーレント長ΔLc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。
For example, in the case of an i-line from a mercury lamp, the center wavelength λ is 365 nm and the wavelength width Δλ is about 5 nm.
Commonly used coherent length equation, ΔLc = λ2 / Δ
From λ, the coherent length ΔLc is about 26 μm.
Therefore, a sufficiently thin parallel plate 6G (for example, about 1 mm thick)
However, it is possible to provide a sufficient optical path length difference to eliminate temporal coherence.

【0048】次に、以上の図13(A)、又は13
(B)の偏光制御手段と図9の偏光状態制御部材PCM
とを組み合わせた第8の実施例を図15により説明す
る。この実施例では図13(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、図15
(A)に示すように互いに逆方向の円偏光に変換してお
く。このとき偏光状態制御部材PCMを透過した後の光
束は図15(C)に示すようになり、同様に干渉し合わ
ない4つの光束となっている。図15(C)において例
えば透過部FA1 を通った左回りの偏光成分(白ヌキ矢
印)と透過部FB1 を通った左回りの偏光成分(黒ヌリ
矢印)とは時間的にインコヒーレントであるため、互い
に干渉しない。
Next, FIG. 13A or FIG.
(B) Polarization control means and polarization state control member PCM in FIG.
An eighth embodiment combining the above will be described with reference to FIG. In this embodiment, a 4 wavelength plate is provided on the exit side of the system shown in FIG.
As shown in (A), the light is converted into circularly polarized light having directions opposite to each other. At this time, the light beam transmitted through the polarization state controlling member PCM is as shown in FIG. 15C, and is similarly four light beams that do not interfere with each other. In FIG. 15C, for example, a left-handed polarized light component (white arrow) passing through the transmitting portion FA1 and a left-handed polarized light component (black arrow) passing through the transmitting portion FB1 are temporally incoherent. Do not interfere with each other.

【0049】図16は偏光状態制御部材PCMの第9の
実施例による構造を示し、中心の円形透過部FA1 とそ
の直近の周辺の輪帯透過部FB2 と、さらにその周辺の
輪帯透過部FB3 との3重構造となっている。ここで円
形透過部FA1 と最外の輪帯透過部FB3 とは同じ偏光
状態を透過する偏光板であり、中間の輪帯透過部FB2
はそれらと直交する偏光状態を通す偏光板であり、偏光
方向は図16(C)に示すようになる。ここで中間の輪
帯透過部FB2 の透過光と円形透過部FB1 の透過光と
が作る光束による焦点深度が増大する原理は先に述べた
通りだが、円形透過部FA1 と最外の輪帯透過部FB3
の透過光束は同じ偏光状態であり、ウェハWへの入射角
度範囲もsinθ=0(垂直入射)からNAwまでと広
い範囲となっている。しかしながら、円形透過部FA1
と輪帯透過部FB3 とは一種の3重焦点フィルターを構
成するため、大きな焦点深度を得ることができる。その
3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。
FIG. 16 shows the structure of a ninth embodiment of the polarization state controlling member PCM. The central circular transmitting portion FA1 and the immediate surrounding annular transmitting portion FB2, and the peripheral annular transmitting portion FB3. And a triple structure. Here, the circular transmission portion FA1 and the outermost annular transmission portion FB3 are polarizing plates that transmit the same polarization state, and the intermediate annular transmission portion FB2.
Are polarizing plates that pass a polarization state orthogonal to them, and the polarization direction is as shown in FIG. Here, the principle of increasing the depth of focus due to the light beam generated by the transmitted light of the intermediate annular transmission portion FB2 and the transmitted light of the circular transmission portion FB1 is as described above. Section FB3
Are in the same polarization state, and the angle of incidence on the wafer W is also a wide range from sin θ = 0 (normal incidence) to NAw. However, the circular transmission part FA1
And the annular transmission portion FB3 constitute a kind of triple focus filter, so that a large depth of focus can be obtained. The triple focus filter was published on January 23, 1961. This is described in detail in pages 41 to 55 of a paper entitled "Study on Image Forming Performance in Optical System and Improvement Method Thereof" in Report No. 40 of Mechanical Testing Laboratory.

【0050】図17は図16の偏光状態制御部材PCM
の変形例を示し、円形透過部FA1と最外の輪帯透過部
FB3 は同じ偏光成分を通す偏光板であり、中間の輪帯
透過部FB2 はそれらと直交する方向の偏光成分を通す
偏光板である。ただし、円形透過部FA1 には、図17
(A)に示すように、さらに最外の輪帯透過部FB3の
透過光に対して光路長差を1/2波長だけずらす位相板
(位相膜)FC2 を設けてある。これにより、円形透過
部FA1 と最外の輪帯透過部FB3 との各透過光の位相
(振幅)を反転させることで、その部分で2重焦点フィ
ルターを形成し、焦点深度の増大効果が得られる。もち
ろん中間の輪帯状透過部FB2 からの光束もウェハWへ
の入射角度範囲が狭いため、焦点深度の増大に寄与す
る。尚、図16、17に示した各透過部FA1 、FB2
、FB3 は面積的にほぼ等しくなるように各径を決め
ておくと最大の効果が得られる。このことは、先の図3
に示した光路長差ΔZを各透過部FA1 、FB2 、FB
3 の夫々の光束によってほぼ等分することを意味する。
FIG. 17 shows the polarization control member PCM of FIG.
The circular transmission portion FA1 and the outermost ring-shaped transmission portion FB3 are polarizing plates that pass the same polarization component, and the intermediate ring-shaped transmission portion FB2 is a polarizing plate that passes a polarization component in a direction orthogonal to them. It is. However, the circular transmitting portion FA1 has the configuration shown in FIG.
As shown in (A), a phase plate (phase film) FC2 for shifting the optical path length difference by 波長 wavelength with respect to the transmitted light of the outermost annular zone transmitting portion FB3 is further provided. Thus, by inverting the phase (amplitude) of each transmitted light between the circular transmitting portion FA1 and the outermost annular zone transmitting portion FB3, a bifocal filter is formed at that portion and an effect of increasing the depth of focus is obtained. Can be Of course, the light flux from the intermediate annular transmission portion FB2 also contributes to an increase in the depth of focus because the range of the incident angle on the wafer W is narrow. Each of the transmission parts FA1 and FB2 shown in FIGS.
, FB3 are most effective if their diameters are determined so that they are substantially equal in area. This is illustrated in FIG.
The optical path length difference ΔZ shown in FIG.
3 means that they are almost equally divided by each light beam.

【0051】さて図18は偏光状態制御部材PCMの第
10の実施例であって、2重の輪帯透過部FAと、FB
とで構成され、さらに中心に円形遮光部FD1 を設けた
ものである。このとき結像光束のウェハWへの入射角度
範囲は、遮光部FD1 の半径をK1 とすると、図18
(C)のようにsinθK1からNAwまでの2光束(透
過部FA,FBの各透過光)に限定される。このとき遮
光部FD1 を含めて考えると、入射角度範囲NAw内に
存在する結像光束は3分割されるため、1つの光束の角
度範囲(デフォーカスによる光路長差ΔZ)も3分割さ
れ、それだけ、デフォーカス時に悪影響する光路差が減
少する。これによって、さらなる焦点深度の拡大が図れ
る。
FIG. 18 shows a tenth embodiment of the polarization state controlling member PCM.
And a circular light shielding portion FD1 is provided at the center. At this time, the range of the angle of incidence of the image-forming light beam on the wafer W is as follows, assuming that the radius of the light shielding portion FD1 is K1.
As shown in (C), it is limited to two light fluxes (each transmitted light of the transmission parts FA and FB) from sin θK1 to NAw. At this time, considering the light-shielding portion FD1, the imaging light flux existing within the incident angle range NAw is divided into three, so that the angle range of one light flux (optical path length difference ΔZ due to defocusing) is also divided into three. In addition, the optical path difference which has an adverse effect upon defocusing is reduced. As a result, the depth of focus can be further increased.

【0052】図19は図18に示した透過部FAと遮光
部FD1 との関係を逆にし、輪帯状遮光部FD2 を設け
たものである。このとき遮光部FD2 の幅はK2 −K1
であり、図19(C)に示すように入射角度範囲θK2−
θK1の間で結像光束の一部が遮蔽される。この図19の
場合も図18の場合と同等の効果が得られる。ところ
で、図16〜19に示した偏光状態制御部材PCMで
は、中心円形透過部,又は輪帯透過部を偏光板としたが
図9〜図12に示した如く1/4波長板、1/2波長板
あるいは旋光物質を用いてもよい。また図18、19中
の遮光部FD1 、FD2 は、例えば偏光板や波長板上に
金属膜等を蒸着した遮光膜でもよく、さらには偏光状態
制御部材PCMとは離して設けられた金属板等でもよ
い。
FIG. 19 shows an arrangement in which the relationship between the transmission part FA and the light-shielding part FD1 shown in FIG. 18 is reversed, and an annular light-shielding part FD2 is provided. At this time, the width of the light shielding portion FD2 is K2-K1.
As shown in FIG. 19C, the incident angle range θK2−
Part of the image forming light beam is shielded during θK1. In the case of FIG. 19, the same effect as in the case of FIG. 18 can be obtained. In the meantime, in the polarization state controlling member PCM shown in FIGS. 16 to 19, the central circular transmitting portion or the annular zone transmitting portion is a polarizing plate, but as shown in FIGS. A wave plate or an optical rotation material may be used. The light shielding portions FD1 and FD2 in FIGS. 18 and 19 may be, for example, a light shielding film obtained by depositing a metal film or the like on a polarizing plate or a wavelength plate, or a metal plate or the like provided separately from the polarization state controlling member PCM. May be.

【0053】また、遮光部FD1 、FD2 、あるいはそ
れと均等の遮光板は、露光波長についてのみ遮光すれば
よいので、誘電体薄膜等による光学的なシャープカット
フィルター等を用いて、露光波長(紫外光)等の短波長
域を吸収してしまうものでもよい。このようにすると、
例えばHe−Neレーザーを光源としてウェハW上のア
ライメントマークを照射し、その反射光等を投影光学系
PLを介して検出するTTL方式のアライメント系を使
う場合、瞳面に位置する遮光部FD1 、FD2、又は遮
光板がマークからの反射光に対して悪影響(遮光)を与
えるなどの問題はなくなる。あるいはウェハマーク照明
用のレーザビームやマークからの反射光が通る上述の金
属等の遮光板又は遮光部FD1 、FD2 上の位置だけ透
過領域としてもよく、その面積が小さければ本発明の効
果を特に損なうものとはならない。
Further, the light-shielding portions FD1, FD2 or a light-shielding plate equivalent thereto need only shield light at the exposure wavelength. Therefore, the exposure wavelength (UV light) can be reduced by using an optical sharp cut filter made of a dielectric thin film or the like. ) May absorb short wavelength regions. This way,
For example, when a TTL alignment system that irradiates an alignment mark on the wafer W with a He-Ne laser as a light source and detects reflected light or the like via a projection optical system PL is used, a light-shielding portion FD1 located on a pupil plane, There is no problem that the FD2 or the light-shielding plate adversely affects the light reflected from the mark (light-shielding). Alternatively, a laser beam for illuminating a wafer mark or a light-shielding plate made of the above-mentioned metal or the like through which reflected light from the mark passes or a light-shielding portion FD1 or FD2 may be used as a transmission region only if the area is small. It doesn't hurt.

【0054】図20は、第11の実施例としてのTTL
アライメント系の一例を示し、ウェハW上に格子マーク
GRが形成され、このマークGRの格子ピッチ方向の位
置ずれを検出するものとする。ここで図20(A)は紙
面上の左右方向がピッチ方向となるような方向からアラ
イメント系を見たもので、図20(B)は図20(A)
の系を90°回転した方向から見たものである。レチク
ルRの上方に設けられたアライメント光学系の対物レン
ズOBJからはコヒーレントなレーザビーム(He−N
e)ALB1 、ALB2 の2本が、ミラーMRで反射さ
れて面CFで交差した後、レチクルRの周辺の窓RMを
介して投影光学系PLに入射する。まず図20(A)に
示すように、2本のビームALB1 、ALB2 は、瞳に
位置する偏光状態制御部材PCMに形成された屈曲性補
正素子PG1 、PG2 の夫々に入射し、ここで投影光学
系PLの軸上色収差分に対応した量で2本のビームAL
B1 、ALB2 の進行方向を変える。これによって2本
のビームALB1 、ALB2 はウェハW上の格子マーク
GRを、そのピッチ方向に関して対称的に傾いた角度で
照射する。このとき、格子マークGRのピッチPg、ビ
ームALB1 、ALB2 の波長λa、及びビームALB
1 、ALB2 の入射角θaが、sinθa=λa/Pg
を満たしていると、ビームALB1 の照射によって格子
マークGRから発生した+1次回折光と、ビームALB
2 の照射によってマークGRから発生した−1次回折光
とは、図20(A)のように2本のビームALB1 、A
LB2の丁度中間の光路を同軸となって干渉ビームAD
Lとして逆進する。この干渉ビームADLは偏光状態制
御部材PCMに形成された屈曲性補正素子PG3 で進行
方向を変えられ、レチクルRの窓RMを通ってアライメ
ント光学系の方へ戻っていく。このとき、図20(B)
にも示すように、ウェハWのマークGRに達する2本の
ビームALB1 、ALB2 はピッチ方向と直交する方向
(非計測方向)に関して傾斜しているため、干渉ビーム
ADLも傾斜して発生する。また図20(A)に示すよ
うに、2本のビームALB1 、ALB2 は面CFで交差
するとしたが、実際は面CFを窓RMの位置に一致させ
ることができる。すなわち2本のビームALB1 、AL
B2 に対して生ずる軸上色収差分をほぼ完全に補償する
ことができる。さらに図20(B)のように2本のビー
ムALB1 、ALB2 を非計測方向に関してテレセント
リックな条件からずらして窓RMに入射させることによ
って、倍率色収差分を補償することができる。尚、対物
レンズOBJの光軸AXaはレチクルRに対して垂直に
設定される。
FIG. 20 shows the TTL according to the eleventh embodiment.
An example of an alignment system is shown, in which a grid mark GR is formed on a wafer W, and a positional shift of the mark GR in a grid pitch direction is detected. Here, FIG. 20A is a view of the alignment system viewed from a direction in which the left-right direction on the paper is the pitch direction, and FIG. 20B is a view of FIG.
Is viewed from a direction rotated by 90 °. A coherent laser beam (He-N) is emitted from an objective lens OBJ of an alignment optical system provided above the reticle R.
e) The two light beams ALB1 and ALB2 are reflected by the mirror MR and intersect at the surface CF, and then enter the projection optical system PL via the window RM around the reticle R. First, as shown in FIG. 20A, the two beams ALB1 and ALB2 are incident on bending correction elements PG1 and PG2 formed on the polarization state controlling member PCM located at the pupil, where the projection optics are projected. Two beams AL with an amount corresponding to the axial chromatic aberration of the system PL
Change the direction of travel of B1 and ALB2. As a result, the two beams ALB1 and ALB2 irradiate the grid mark GR on the wafer W at an angle symmetrically inclined with respect to the pitch direction. At this time, the pitch Pg of the grating mark GR, the wavelength λa of the beams ALB1 and ALB2, and the beam ALB
1, the incident angle θa of ALB2 is sin θa = λa / Pg
Is satisfied, the + 1st-order diffracted light generated from the grating mark GR by the irradiation of the beam ALB1 and the beam ALB
2 means the -1st-order diffracted light generated from the mark GR as shown in FIG. 20A.
The interference beam AD is formed by making the optical path just in the middle of LB2 coaxial.
Reverse as L. The traveling direction of the interference beam ADL is changed by the flexibility correcting element PG3 formed in the polarization state controlling member PCM, and returns to the alignment optical system through the window RM of the reticle R. At this time, FIG.
As shown in FIG. 2, the two beams ALB1 and ALB2 reaching the mark GR on the wafer W are inclined with respect to a direction (non-measurement direction) orthogonal to the pitch direction, so that the interference beam ADL is also generated with an inclination. Also, as shown in FIG. 20A, the two beams ALB1 and ALB2 intersect at the surface CF, but the surface CF can actually be made to coincide with the position of the window RM. That is, the two beams ALB1, AL
The axial chromatic aberration generated for B2 can be almost completely compensated. Further, as shown in FIG. 20B, the two beams ALB1, ALB2 are shifted from the telecentric condition in the non-measurement direction and are incident on the window RM, whereby the chromatic aberration of magnification can be compensated. The optical axis AXa of the objective lens OBJ is set perpendicular to the reticle R.

【0055】マークGRの位置ずれ計測にあたっては、
2つの方法がある。その1つは、2本のビームALB1
、ALB2 の交差によってマークGR上に形成される
干渉縞を基準にしてマークGRのピッチ方向の位置ずれ
を検出するものである。そのためには、アライメント光
学系内に、戻ってきた干渉ビームADLを光電検出する
光電センサーを設け、その出力信号レベルを計ればよ
い。もつ1つの方法は、2本のビームALB1 、ALB
2 の間にわずかな周波数差(例えば20〜100KHz
程度)を与え、マークGR上に生成された干渉縞をその
周波数差に応じた速度で走らせるヘテロダイン法であ
る。この場合、2本のビームALB1 、ALB2 の周波
数差をもつ基準交流信号を作り、光電センサーからの出
力信号(ヘテロダインの場合、干渉ビームADLはビー
ト周波数で強度変化しているため、交流信号となる)と
の間で位相差を求めることで、マークGRの位置ずれが
計測できる。
In measuring the displacement of the mark GR,
There are two ways. One of them is two beams ALB1
, ALB2, the position of the mark GR in the pitch direction is detected with reference to the interference fringe formed on the mark GR. For this purpose, a photoelectric sensor for photoelectrically detecting the returned interference beam ADL may be provided in the alignment optical system, and the output signal level may be measured. One method is to use two beams ALB1, ALB
2 a small frequency difference between (eg 20-100 KHz
This is a heterodyne method in which interference fringes generated on the mark GR run at a speed corresponding to the frequency difference. In this case, a reference AC signal having a frequency difference between the two beams ALB1 and ALB2 is generated, and an output signal from the photoelectric sensor (in the case of heterodyne, the intensity of the interference beam ADL changes at the beat frequency, so that the signal becomes an AC signal). By determining the phase difference between the mark GR and the mark GR, the position deviation of the mark GR can be measured.

【0056】このように、投影光学系PLの瞳面に、色
収差補償用の屈曲補正素子PG1 、PG2 、PG3 を設
ける場合、それらの配置によっては図18、19で示し
た遮光部FD1 、FD2 (又は遮光板)の形状と位置的
に干渉してしまうこともある。しかしながら、この種の
アライメント方式のビームALB1 、ALB2 、又は干
渉ビームADLは極めて小さなスポット径であるため、
補正素子PG1 、PG2 、PG3 の夫々の寸法も極めて
小さくてよい。通常、補正素子PG1 〜PG3は透明な
硝材の表面にエッチング等によって位相格子として作り
込まれる。そのため先にも述べたように、遮光部FD1
、FD2 が位置的に干渉するときは、その位置の遮光
部のみを透明部にしておけばよい。
As described above, when the bending correction elements PG1, PG2, PG3 for compensating for chromatic aberration are provided on the pupil plane of the projection optical system PL, the light-shielding portions FD1, FD2 (FIG. Or, it may interfere with the shape of the light-shielding plate). However, since the beam ALB1, ALB2 or the interference beam ADL of this type of alignment has an extremely small spot diameter,
Each dimension of the correction elements PG1, PG2, PG3 may be extremely small. Normally, the correction elements PG1 to PG3 are formed as phase gratings on the surface of a transparent glass material by etching or the like. Therefore, as described above, the light shielding portion FD1
, FD2 interfere with each other, only the light-shielding portion at that position needs to be made transparent.

【0057】また図20では、補正素子PG1 〜PG3
を偏光状態制御部材PCM上に直接形成するように示し
たが、補正素子PG1 〜PG3 を形成した通常の石英板
を瞳面に固定的に配置し、偏光状態制御部材PCMはそ
の石英板の極近傍に挿脱可能に配置するようにしてもよ
い。尚、投影光学系PLの瞳面内の中心部に小さな径の
補正レンズ(凸レンズ)を設け、それによってアライメ
ントビームの色収差分を補償する方式が、例えばUS
P.5,100,237に提案されている。この場合、
その補正レンズの部分に露光波長に対する透過率が小さ
く、アライメントビームの波長に対する透過率が極めて
高いダイクロイック膜を蒸着しておくと、図18に示し
た偏光状態制御部材PCMの中心遮光部FD1 と実質等
価なものが容易に構成できる。ただし、上記USP.
5,100,237には、図18のような透過部FA、
FBも同時に設けておくことについては全く示唆されて
いない。
In FIG. 20, the correction elements PG1 to PG3
Is formed directly on the polarization state control member PCM, but a normal quartz plate on which the correction elements PG1 to PG3 are formed is fixedly arranged on the pupil plane, and the polarization state control member PCM is You may make it arrange | position so that insertion and removal are possible near. Note that a method of providing a small-diameter correction lens (convex lens) at the center of the pupil plane of the projection optical system PL and compensating for the chromatic aberration of the alignment beam by using, for example, US Pat.
P. 5,100,237. in this case,
If a dichroic film having a small transmittance for the exposure wavelength and a very high transmittance for the wavelength of the alignment beam is deposited on the correction lens portion, it is substantially the same as the central light shielding portion FD1 of the polarization control member PCM shown in FIG. Equivalent ones can be easily configured. However, the above USP.
5, 100, and 237 have transmission portions FA as shown in FIG.
There is no suggestion of providing FB at the same time.

【0058】また図4に示したウェハステージWSTの
駆動ユニット22のうち、ウェハ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
増大効果を飛躍的に増大させることができる。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、レチクルやウェ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。
In the drive unit 22 of the wafer stage WST shown in FIG. 4, 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 dramatically increased. The present invention can be applied to any type of projection 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 a scan type (step-and-scan) or mirror projection system, exposure is performed while scanning and moving a reticle or a wafer in a plane perpendicular to the optical axis of a projection optical system, and it has been considered difficult to apply the conventional FLEX method. However, the present invention has an advantage that it can be applied to such a scanning type exposure apparatus very easily.

【0059】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を第12の実施例
として図21、22を参照して説明する。図21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ILS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、
ウェハステージ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ェハ側の夫々に反射面MR
1 、MR4 を有する台形状の光学ブロックと、大きな凹
面ミラーMR2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M
R2 の曲率半径は約2倍に設定されている。この図21
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(又はウェハ面)に対するフーリエ変換面F
TPに一致していることが多い。
A case in which the present invention is applied to an equal-size mirror projection type aligner will be described as a twelfth embodiment with reference to FIGS. In FIG. 21, illumination light from a mercury lamp (Xe-Hg) lamp 1 is projected onto a reticle (mask) R via an illumination optical system ILS into an arc slit illumination area. The reticle R is held on a reticle stage RST capable of one-dimensional scanning,
It moves at the same speed in synchronization with wafer stage WST.
The projection optical system has a reflective surface MR on each of the reticle side and the wafer side.
1, a trapezoidal optical block having an MR4, a large concave mirror MR2 and a small convex mirror MR3, and a concave mirror M with respect to the radius of curvature of the convex mirror MR3.
The radius of curvature of R2 is set to about twice. This FIG.
In the case of such a system, the surface of the convex mirror MR3 is the Fourier transform surface F with respect to the reticle pattern surface (or wafer surface).
Often coincides with TP.

【0060】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、
ウェハW上の点Pr’に収斂する。このように凸面ミラ
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偏光状態制御部材PC
M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 image forming light beam generated from the point Pr on the reticle R is reflected along the principal ray LLP by the reflecting surfaces MR 1, MR 1,
Proceed in the order of the upper side of the concave mirror MR2, the entire surface of the convex mirror MR3, the lower side of the concave mirror MR2, and the reflection surface MR4.
It converges to a point Pr ′ on the wafer W. As described above, even when the surface of the convex mirror MR3 is the pupil plane of the system, the polarization state control member PC used in each of the embodiments described above.
M can be used as it is or with some modification.

【0061】具体的には図22に示すように偏光状態制
御部材PCMを凸面ミラーMR3 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、結像光束の偏光状
態を制御するようにすればよい。ただし、中心の円形
(又は輪帯)透過部FAと周辺の輪帯透過部FBとがい
ずれも図6、図16、図18、図19に示すように、単
純に偏光板のみで構成されているときは、そのまま使用
することができるが、透過部FA、FBの一部に1/2
波長板や1/4波長板を用いた図7、図9〜図12、図
17の構成を使用するときは、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。
More specifically, as shown in FIG. 22, the polarization state controlling member PCM is disposed immediately adjacent to the convex mirror MR3, and when the polarization state controlling member PCM enters the convex mirror MR3 from the concave mirror MR2, and when the convex mirror MR3 enters the concave mirror MR2. It is sufficient to control the polarization state of the image forming light beam in two (reciprocating) light paths when the light is emitted to the light source. However, as shown in FIG. 6, FIG. 16, FIG. 18, and FIG. 19, each of the central circular (or annular) transmitting portion FA and the peripheral annular transmitting portion FB is simply constituted by only a polarizing plate. Can be used as it is, but a half of the transmission parts FA and FB can be used.
When using the configurations of FIGS. 7, 9 to 12, and 17 using a wave plate or a quarter wave plate, the half wavelength is considered in consideration of the fact that the light is reciprocated twice in the reciprocating optical path. The plate needs to be changed to a 波長 wavelength plate, and the 4 wavelength plate needs to be changed to a 8 wavelength plate.

【0062】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、PCM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。そのため偏光状態制御部材PCM等は瞳面
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。
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. Therefore, optical elements (lens, reflective surface,
When an aperture stop, PCM, etc. are arranged, the optical element may be deteriorated due to the converged light source image due to long-term use. Therefore, it is preferable that the polarization state control members PCM and the like are not strictly arranged on the pupil plane, but rather are slightly shifted.

【0063】また以上の各実施例では、図4中の偏光制
御部材6を照明光学系内に設けたが、この偏光制御部材
6は投影光学系PL内の偏光状態制御部材PCMに達す
る直前までの光路中であれば、どこに配置してもよい。
例えば光源として直線偏光レーザを用い、偏光制御部材
6としての1/4波長板をレチクルRと投影光学系PL
との間に挿入し、レチクルRから発生する結像光束の全
体を円偏光に変換してもよい。
In each of the above embodiments, the polarization control member 6 shown in FIG. 4 is provided in the illumination optical system. May be located anywhere within the optical path of
For example, a linearly polarized laser is used as a light source, and a 波長 wavelength plate is used as a polarization control member 6 with a reticle R and a projection optical system PL.
To convert the entire imaging light flux generated from the reticle R into circularly polarized light.

【0064】ところで、この種の露光装置に使われる投
影光学系のレンズや反射面は極めて均一な硝材で作られ
ているため、投影光学系に入射する光束の偏光方向と射
出する光束の偏光方向とがよく一致しているはずである
が、わずかにずれてくることも起こり得る。この場合、
偏光状態制御部材PCMを理想的に配置しても、2つの
光束LFa、LFbの偏光方向が完全に相補的な関係に
ならないことになる。しかしながら、その相補的な関係
からのずれはわずかな量でしかないため、本発明の効果
を大きく損なうことは皆無である。
Incidentally, since the lens and the reflecting surface of the projection optical system used in this type of exposure apparatus are made of a very uniform glass material, the polarization direction of the light beam entering the projection optical system and the polarization direction of the light beam exiting the projection optical system. Should be in good agreement with each other, but a slight deviation can occur. in this case,
Even if the polarization state control member PCM is ideally arranged, the polarization directions of the two light beams LFa and LFb will not be completely complementary. However, since the deviation from the complementary relationship is only a small amount, the effect of the present invention is not greatly impaired.

【0065】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23(A)は以下のシミュレーションに用いた
1辺がウェハ上で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23(A)中のA−A’断面でのウェハ上での
像強度分布を扱うものとする。図23(B)は先の図6
に示した偏光状態制御部材PCMを示すもので、中心の
円形透過部FAの半径r1 と瞳の最大半径r2との比r1
/r2 は、原理説明のところで述べたようにNA1 /
NAw=0.707になるように定められている。すな
わち、透過部FAを通った結像光束の最大入射角をθ1
とすると、sin2 θ1 =1/2(NAw2 )を満たす
ように決められている。尚、以下のシミュレーション
は、全てNAw=0.57、露光波長はi線(波長0.
365μm)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。
さて図23(C)、(D)、(E)はパターンPAのウ
ェハ上での像強度分布を示し、それぞれベストフォーカ
ス位置での強度分布I1 、1μmのデフォーカス位置で
の強度分布I2 、2μmのデフォーカス位置での強度分
布I3 である。また図23(C)、(D)、(E)中の
Ethはウェ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を示し、Ecはポジレジス
トが溶解(膜ベリ)し始める強度を示す。各強度分布の
縦方向の倍率(露光量)はベストフォーカスでのコンタ
クトホール径(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。比較のために図24
(A)、(B)、(C)にそれぞれ通常の露光装置(制
御部材PCM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I7 、1μmのデフォーカス位置で
の強度分布I8 、2μmのデフォーカス位置での強度分
布I9 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。
Next, the operation and effect obtained by each embodiment of the present invention will be described based on simulation results. FIG. 23A shows a square contact hole pattern PA having one side corresponding to 0.3 μm on the wafer used in the following simulation. In the following simulation, the cross section taken along the line AA ′ in FIG. Of the image intensity distribution on the wafer. FIG. 23 (B) shows FIG.
And the ratio r1 between the radius r1 of the central circular transmitting portion FA and the maximum radius r2 of the pupil.
/ R2 is NA1 //, as described in the principle explanation.
It is set so that NAw = 0.707. That is, the maximum incident angle of the imaging light flux passing through the transmission part FA is θ1
Then, it is determined that sin2 θ1 = 1 / (NAw2) is satisfied. In the following simulations, NAw = 0.57 and the exposure wavelength was i-line (wavelength 0.
365 μm). The σ value, which is the coherence factor of the illumination light beam, was set to 0.6.
23 (C), (D) and (E) show the image intensity distribution of the pattern PA on the wafer, and the intensity distribution I1 at the best focus position, the intensity distribution I2 at the 1 μm defocus position, and 2 μm, respectively. Is the intensity distribution I3 at the defocus position. Eth in FIGS. 23C, 23D and 23E indicates the strength required to completely remove (expose) the positive photoresist on the wafer, and Ec indicates the dissolution of the positive resist (film burrs). Indicates the strength at which to start. The magnification (exposure amount) in the vertical direction of each intensity distribution is such that the contact hole diameter (width of the slice portion crossing Eth) at the best focus is 0.
It was set to be 3 μm. FIG. 24 for comparison
(A), (B), and (C) show the intensity distribution I7 at the best focus position, the intensity distribution I8 at the 1 μm defocus position, and the 2 μm The intensity distribution I9 at the focus position is shown. The simulation conditions at this time are also NAw = 0.57, wavelength λ = 0.365 μm, σ =
0.6.

【0066】この図24(A)〜(C)と先の図23
(D)〜(F)とを比較すると、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
大することがわかる。一方、図25は通常の投影露光装
置にFLEX法を組み合わせたときの像強度分布I10、
I11、I12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の夫々とで各1回の計3回の分割
露光とした。この図25のシミュレーション結果と図2
3(C)〜(E)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わかる。図26は本発明の実施例中
の図18に示した偏光状態制御部材PCMを用いた場合
のシミュレーション結果を示す。このとき図26(B)
に示すように偏光状態制御部材PCMの中心の円形遮光
部FD1 の半径K1 は0.31r2 (すなわちsinθ
K1=0.31NAw)の関係に決定され、その外側の中
間の輪帯状透過部FAの半径K2 は0.74r2 (すな
わちsinθK2=0.74NAw)の関係に設定されて
いるものとする。もちろん露光条件として、NAw=
0.57、σ=0.6、λ=0.365μmはそのまま
である。この図26(B)のような制御部材PCMで
も、図26(C)、(D)、(E)に示す通りベストフ
ォーカス位置での強度分布I4 、1μmのデフォーカス
位置での強度分布I5 、2μmのデフォーカス位置での
強度分布I6 の如く、十分な焦点深度増大効果が得られ
る。
FIGS. 24A to 24C and FIG.
Comparing (D) to (F), it can be seen that the change in image intensity (decrease in contrast) at the time of defocus decreases and the depth of focus increases. On the other hand, FIG. 25 shows an image intensity distribution I10 when the FLEX method is combined with a normal projection exposure apparatus,
This shows changes in I11 and I12. The exposure condition of the FLEX method was a total of three divided exposures, one for each of the best focus position and the position defocused by ± 1.25 μm. The simulation result of FIG. 25 and FIG.
Comparing the simulation results of FIGS. 3 (C) to 3 (E), it is understood that the effect of increasing the depth of focus in the present invention can be obtained to the same degree as in the FLEX method. FIG. 26 shows a simulation result when the polarization state controlling member PCM shown in FIG. 18 in the embodiment of the present invention is used. At this time, FIG.
As shown in the figure, the radius K1 of the circular light shielding portion FD1 at the center of the polarization state controlling member PCM is 0.31r2 (that is, sin θ).
K1 = 0.31 NAw), and the radius K2 of the outer intermediate annular transmission portion FA is set to 0.74 r2 (that is, sin θK2 = 0.74 NAw). Of course, as the exposure condition, NAw =
0.57, σ = 0.6 and λ = 0.365 μm remain as they are. In the control member PCM as shown in FIG. 26B, as shown in FIGS. 26C, 26D and 26E, the intensity distribution I4 at the best focus position, the intensity distribution I5 at the 1 μm defocus position, As in the intensity distribution I6 at the defocus position of 2 .mu.m, a sufficient depth of focus effect can be obtained.

【0067】図27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あ
る。図27(A)、(B)、(C)は開口数NAwが
0.57で、瞳中心点から0.548NAwの半径内の
部分の複素振幅透過率を−0.3にしたフィルターを瞳
に設けたときに得られるベストフォーカス位置での強度
分布I13、1μmのデフォーカス位置での強度分布I1
4、2μmのデフォーカス位置での強度分布I15を示
す。Super FLEX法では図27のようにベスト
フォーカス位置での中央強度が高く、プロファイルがシ
ャープであるが、デフォーカス量による中心強度低下
は、ある量から急峻に起こっている。しかしながら焦点
深度の拡大効果としては、図23、図26に示した本発
明による効果と同程度である。ただし、Super F
LEX法では本来の像(中心強度)の周辺に、図27
(A)に示すようなサブピーク(リンギング)が発生す
る。これは、図27でシミュレーションのモデルとなっ
た孤立したコンタクトホールパターンPAでは問題ない
が、後述する近接した複数のコンタクトホールパターン
への適用時に大きな問題となる。
FIG. 27 shows a conventional Super for comparison.
9 shows a simulation result by the FLEX method. FIGS. 27A, 27B, and 27C show a filter having a numerical aperture NAw of 0.57 and a complex amplitude transmittance of -0.3 within a radius of 0.548 NAw from the pupil center point. The intensity distribution I13 at the best focus position and the intensity distribution I1 at the 1 μm defocus position obtained when
4 shows an intensity distribution I15 at a defocus position of 2 μm. In the Super FLEX method, as shown in FIG. 27, the central intensity at the best focus position is high and the profile is sharp, but the central intensity decreases sharply from a certain amount due to the defocus amount. However, the effect of increasing the depth of focus is almost the same as the effect of the present invention shown in FIGS. However, Super F
In the LEX method, the image shown in FIG.
A sub-peak (ringing) as shown in FIG. This is not a problem with the isolated contact hole pattern PA serving as a simulation model in FIG. 27, but it is a significant problem when applied to a plurality of close contact hole patterns described later.

【0068】図28(A)、(B)、(C)はそのよう
なリンギングを防止するために、図27でシミュレーシ
ョンモデルとしたSuper FLEX法の瞳フィルタ
ーよりも作用を弱めたフィルターを用いた場合のシミュ
レ−ション結果を示す。この場合、投影光学系の開口数
NAwは0.57とし、瞳中心部の半径0.447NA
wに相当する部分内の複素振幅透過率を−0.3とした
フィルターを用いる。図28(A)〜(C)はそれぞれ
ベストフォーカス位置での強度分布I16、1μmのデフ
ォーカス位置での強度分布I17、2μmのデフォーカス
位置での強度分布I18を示し、確かに図27の場合に比
べてリンギングは弱くなるが、同時に焦点深度の増大効
果も低減してしまう。
FIGS. 28 (A), (B) and (C) show a case where a filter whose action is weaker than that of the pupil filter of the Super FLEX method used as a simulation model in FIG. 27 is used to prevent such ringing. The simulation result in the case is shown. In this case, the numerical aperture NAw of the projection optical system is 0.57, and the radius of the pupil center is 0.447NA.
A filter having a complex amplitude transmittance of −0.3 in a portion corresponding to w is used. 28A to 28C show the intensity distribution I16 at the best focus position and the intensity distribution I17 at the 1 μm defocus position, respectively, and the intensity distribution I18 at the 2 μm defocus position. Ringing is weaker than in the case of, but at the same time, the effect of increasing the depth of focus is reduced.

【0069】図29(A)〜(D)は、近接した2つの
コンタクトホールパターンPA1 、PA2 が例えば図2
9(E)のように中心間距離0.66μm(ウェハ上換
算)だけ離れて並ぶ場合に、各種露光方法で得られる像
強度分布をシミュレーションした結果を示す。図29
(A)は、図14と同じシミュレーション条件によるS
FINCS法(本発明)によって得られた像強度分布を
示し、図29(B)は従来のFLEX法によって得られ
た像強度分布を示し、図29(C)は図27と同じ条件
でのSuper FLEX法(1)で得られた像強度分
布を示し、そして図29(D)は図28と同じ条件での
Super FLEX法(2)で得られた像強度分布を
示し、いずれの強度分布もベストフォーカス位置でのも
のである。このシミュレーション結果からわかるよう
に、図29(A)、(C)、(D)で得られる像は、2
つのホール像の間の強度が膜ベリ強度Ecより低いた
め、両ホール間のレジスト(ポジ型)は完全に残膜し、
両ホールのレジスト像は分離して良好に形成される。と
ころが、図29(B)に示したFLEX法では、2つの
ホール像の間の強度が十分に低くなく、両ホール間のレ
ジストが膜ベリし、良好なパターンは形成できない。す
なわち、わずかな露光量のちがいによって、2つのコン
タクトホールの像がつながってしまうこともある。この
ように孤立的なコンタクトホールパターンの投影時の焦
点深度は本発明のSFINCS法と従来のFLEX法と
では同程度の拡大効果が得られたが、近接したホールパ
ターンの解像度(忠実度)の点では本発明のSFINC
S法の方がFLEX法より優れていることがわかる。
FIGS. 29A to 29D show two adjacent contact hole patterns PA1 and PA2, for example, as shown in FIG.
The simulation results of the image intensity distribution obtained by various exposure methods when the lines are spaced apart by the center-to-center distance of 0.66 μm (on the wafer) as in FIG. 9 (E) are shown. FIG.
(A) shows S under the same simulation conditions as in FIG.
FIG. 29 (B) shows an image intensity distribution obtained by the conventional FLEX method, and FIG. 29 (C) shows an image intensity distribution obtained by the FINCS method (the present invention). 29 shows the image intensity distribution obtained by the FLEX method (1), and FIG. 29D shows the image intensity distribution obtained by the Super FLEX method (2) under the same conditions as in FIG. It is at the best focus position. As can be seen from the simulation results, the images obtained in FIGS. 29 (A), (C) and (D) are 2
Since the intensity between the two hole images is lower than the film bulging intensity Ec, the resist (positive type) between the two holes completely remains,
The resist images of both holes are separated and well formed. However, in the FLEX method shown in FIG. 29B, the intensity between the two hole images is not sufficiently low, and the resist between the two holes is filmed, so that a good pattern cannot be formed. That is, the images of the two contact holes may be connected due to a slight difference in the exposure amount. As described above, although the SFINCS method of the present invention and the conventional FLEX method can obtain the same depth of focus when projecting an isolated contact hole pattern, the resolution (fidelity) of the close hole pattern can be improved. In terms of the SFINC of the present invention
It can be seen that the S method is superior to the FLEX method.

【0070】尚、図29(C)、(D)のシミュレーシ
ョンでは一方のホールパターンによるリンギングのピー
ク部が他方のホールパターンの中心強度部と重なるよう
な条件で2つのホールパターンPA1 、PA2 の中心間
距離を定めたので、2つのホールパターン像の間にはリ
ンギングの影響が現れない。このことは逆に、2つのホ
ールパターンPA1 、PA2 の中心間距離が先の条件
(ウェハ上で0.66μm)と異なってくると、リンギ
ングの影響が現れることを意味する。
In the simulations of FIGS. 29C and 29D, the center of the two hole patterns PA1 and PA2 is set under such a condition that the peak of the ringing due to one hole pattern overlaps the center intensity portion of the other hole pattern. Since the distance is determined, the effect of ringing does not appear between the two hole pattern images. This means that if the distance between the centers of the two hole patterns PA1 and PA2 is different from the above condition (0.66 μm on the wafer), the influence of ringing appears.

【0071】図30は中心間距離が0.96μm(ウェ
ハ上換算)で並んだ2つのコンタクトホール像のベスト
フォーカス位置での強度分布のシミュレーション結果で
ある。図26に示した条件でのSFINCS法(本発
明)による像強度分布I23は、図30(A)のように2
つのホール像の間が十分に暗く、良好なレジストパター
ンが形成できる。ところが、図27に示した条件でのS
uper FLEX法(1)では、図30(B)の強度
分布I24のように、2つのホールパターンの夫々による
リンギングが合成(加算)されてしまい、2つのホール
像の中間に明るいサブピーク(膜ベリ強度Ec以上)が
生じ、この部分のレジストが膜ベリしてしまう。このた
め、良好なレジスト像を得ることができない。一方、図
28に示した条件でのSuper FLEX法(2)に
よって中心間距離が0.96μmの2つのホールパター
ンを投影すると、その像強度分布I25は図30(C)に
示すようになる。このように比較的効果の弱いSupe
r FLEX法(2)の場合は、リンギングが少なく膜
ベリもないため、良好なレジスト像を得ることができ
る。ところが、この条件では図28で説明した通り、本
発明でのSFINCS法に比べて十分な焦点深度拡大効
果を得ることができない。
FIG. 30 is a simulation result of an intensity distribution at the best focus position of two contact hole images arranged at a center-to-center distance of 0.96 μm (converted on a wafer). The image intensity distribution I23 by the SFINCS method (the present invention) under the conditions shown in FIG. 26 is 2 as shown in FIG.
The space between the two hole images is sufficiently dark, and a good resist pattern can be formed. However, under the conditions shown in FIG.
In the upper FLEX method (1), as shown in the intensity distribution I24 of FIG. 30B, ringing due to each of the two hole patterns is combined (added), and a bright sub-peak (film vertex) is provided between the two hole images. (Strength Ec or more) occurs, and the resist in this portion is subjected to film erosion. Therefore, a good resist image cannot be obtained. On the other hand, when two hole patterns having a center-to-center distance of 0.96 μm are projected by the Super FLEX method (2) under the conditions shown in FIG. 28, the image intensity distribution I25 becomes as shown in FIG. As described above, the comparatively weak Supe
In the case of the r FLEX method (2), a good resist image can be obtained since there is little ringing and no film burrs. However, under this condition, as described with reference to FIG. 28, a sufficient depth of focus effect cannot be obtained as compared with the SFINCS method of the present invention.

【0072】図31は、その他の投影露光法として、投
影光学系の瞳面に瞳の実効的な半径r2 に対して0.7
07倍の半径(NAw×0.707)をもつ円形遮光板
のみを配置したときに得られる孤立したホールパターン
の像強度分布I26を示したものである。この場合も、や
はり本来の像の周囲にリンギングが生じることになり、
近接したコンタクトホールパターンの投影露光への適用
は難しい。
FIG. 31 shows another projection exposure method in which the effective radius r2 of the pupil is set at 0.7 to the pupil plane of the projection optical system.
It shows an image intensity distribution I26 of an isolated hole pattern obtained when only a circular light-shielding plate having a radius of 07 times (NAw × 0.707) is arranged. In this case, ringing also occurs around the original image,
It is difficult to apply a close contact hole pattern to projection exposure.

【0073】図32は近接した複数のコンタクトホール
の例として、DRAM中のメモリーセル部に使われるコ
ンタクトホールパターンPA1 、PA2 、PA3 、PA
4 の2次元的な配列の一例を示すものである。このよう
なホールパターン群に対してSuper FLEX法を
使うと、各ホールの周囲にはリンギング(サブピーク)
Ra、Rb、Rc、Rdが生じ、それらが重なる領域R
oでは4つのリンギングの夫々のピーク強度が重なり合
うことになる。このような場合には2個のホールパター
ン(2つのリンギングが重なる)のみの場合には膜ベリ
の発生しなかった比較的効果の弱いSuper FLE
X法(2)であっても、サブピークの大きさが図30
(C)に示す状態の約2倍となり、やはり膜ベリ強度E
c以上となるため、良好なパターン転写ができなくな
る。すなわち、ウェハ上の領域Roの位置に本来レチク
ル上には存在しないホールの像(ゴースト像)を形成し
てしまうことになる。
FIG. 32 shows contact hole patterns PA1, PA2, PA3, PA used in a memory cell portion in a DRAM as an example of a plurality of contact holes close to each other.
4 shows an example of a two-dimensional array of FIG. When the Super FLEX method is used for such a hole pattern group, ringing (sub-peak) occurs around each hole.
Ra, Rb, Rc, Rd are generated, and the region R in which they overlap
At o, the respective peak intensities of the four ringings overlap. In such a case, when only two hole patterns (two ringings overlap), Super FLE, which is relatively ineffective and has no film burrs, is generated.
Even in the case of the X method (2), the size of the
This is about twice as large as the state shown in FIG.
c or more, good pattern transfer cannot be performed. That is, an image (ghost image) of a hole that does not originally exist on the reticle is formed at the position of the region Ro on the wafer.

【0074】一方、本発明によるSFINCS法であれ
ば図30(A)に示すように、2つのホールパターンの
中間の光強度分布は膜ベリ強度Ecの1/2以下である
ので、図32に示した領域Ro内では、その加算強度が
図30(A)の状態からさらに2倍となっても膜ベリ強
度Ec以下にすることができる。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、あるいは偏光状態制御部材
PCM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
する手段をウェハステージWST上に設けてもよい。ま
た、ラインアンドスペースをもつレチクルを使用すると
きは、偏光状態制御部材PCM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。尚、コンタクトホールパターン
の投影露光時に偏光状態制御部材PCMを用いるととも
に、SHRINC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用からラインアンドスペース用
に交換するときは、偏光状態制御部材PCMのみを退出
させればよい。
On the other hand, in the case of the SFINCS method according to the present invention, as shown in FIG. 30 (A), the light intensity distribution between the two hole patterns is less than 1/2 of the film vertex intensity Ec. In the region Ro shown, even if the added intensity is further doubled from the state shown in FIG. Although the 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 determined whether or not the polarization direction is appropriate, or the polarization state control member is used. In order to determine the quality of the polarization state of the imaging light beam after passing through the PCM, means for photoelectrically detecting a part of the light beam that has passed through the projection optical system may be provided on the wafer stage WST. When a reticle having a line and space is used, the polarization state control member PCM may be moved out of the projection optical system PL, and a part of the illumination system may be replaced so as to be suitable for the SHRINC method. Note that the polarization state control member PCM may be used at the time of projection exposure of the contact hole pattern, and a modified illumination system such as the SHRINC method or an annular illumination light source may be used together. In this case, when exchanging the reticle to be exposed from the contact hole to the line and space, only the polarization state control member PCM needs to be withdrawn.

【0075】また本発明の各実施例に示した偏光状態制
御部材PCMは、円形状、あるいは輪帯状の透過部で構
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は矩形を含む多角形に、輪帯
状の透過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。さらに、偏光状態制御部材PCM
は、中心の円形透過部を取り囲んで最大2重の輪帯透過
部で構成するようにしたが、その輪帯透過部はそれ以上
に分割した構成にしてもよい。その場合、円形透過部と
n重の各輪帯透過部の夫々の面積はほぼ等しくなるよう
に、すなわち瞳の実効的な開口面積をn+1等分するよ
うな面積に設定される。
Further, the polarization state controlling member PCM shown in each embodiment of the present invention is constituted by a circular or annular transmission part, but this is not limited to a literal shape. For example, the circular transmission portion may be deformed into a polygon including a rectangle, and the annular transmission portion may be deformed into a shape surrounding the polygon in a ring shape. Further, the polarization state control member PCM
Has been configured with a maximum of two or more annular transmission parts surrounding the central circular transmission part, but the annular transmission part may be divided into more parts. In this case, the area of each of the circular transmission portion and each of the n-fold annular transmission portions is set to be substantially equal, that is, the area is set such that the effective aperture area of the pupil is divided into n + 1 equal parts.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上、本発明によれば、コンタクトホー
ル等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、F
LEX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ともに、FLEX法のように
感光基板を光軸方向に移動、又は振動させることなく、
また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
と言った利点がある。特に本発明では、投影光学系の瞳
面(フーリエ変換面)での空間的フィルタリングにとも
なって発生しやすいリンギング自体が十分に小さく押さ
えられるため、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。
As described above, according to the present invention, the depth of focus at the time of projection exposure of an isolated pattern such as a contact hole is set to F.
It can be enlarged to the same extent as the LEX method or the Super FLEX method, and without moving or vibrating the photosensitive substrate in the optical axis direction unlike the FLEX method,
Another advantage is that it is not necessary to create a spatial filter having a complex function of complex amplitude transmittance unlike the Super FLEX method. In particular, in the present invention, the ringing itself, which is likely to occur due to spatial filtering on the pupil plane (Fourier transform plane) of the projection optical system, is kept sufficiently small, so that a plurality of contact hole patterns are arranged relatively close. Even if it is done, Super
As in the case of the FLEX method, there is obtained a great effect that there is no adverse effect (such as generation of a ghost image) caused by superimposition of the ringing subpeak portion.

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

【図1】従来の投影露光方法を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional projection exposure method.

【図2】本発明の投影露光方法を実施するための原理的
な構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration for carrying out a projection exposure method of the present invention.

【図3】本発明の露光方法により焦点深度が増大する原
理を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of increasing the depth of focus by the exposure method of the present invention.

【図4】本発明の実施に好適な投影露光装置の全体的な
構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a projection exposure apparatus suitable for implementing the present invention.

【図5】投影光学系の部分的な構造を示す部分断面図で
ある。
FIG. 5 is a partial sectional view showing a partial structure of a projection optical system.

【図6】本発明の第1の実施例による偏光状態制御部材
PCMの構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a polarization state control member PCM according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例による偏光状態制御部材
PCMの構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to a second embodiment of the present invention.

【図8】照明光の偏光特性を一様に揃えるための偏光制
御手段の構成を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a polarization control unit for uniformly aligning polarization characteristics of illumination light.

【図9】本発明の第3の実施例による偏光状態制御部材
PCMの構成を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a polarization state control member PCM according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a polarization state control member PCM according to a sixth embodiment of the present invention.

【図13】照明光の偏光特性を互いに異ならせ、同時に
時間的にインコヒーレントにするための第7の実施例に
よる偏光制御手段の構成を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a polarization control unit according to a seventh embodiment for making polarization characteristics of illumination light different from each other and simultaneously making them incoherent with time.

【図14】本発明の第7の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a polarization control member PCM according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第8の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to an eighth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第9の実施例による偏光状態制御部
材PCMの構成を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to a ninth embodiment of the present invention.

【図17】図16の構成に対する変形例を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a modified example of the configuration of FIG. 16;

【図18】本発明の第10の実施例による偏光状態制御
部材PCMの構成を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a polarization state controlling member PCM according to a tenth embodiment of the present invention.

【図19】図18の構成に対する変形例を示す図。FIG. 19 is a view showing a modification of the configuration of FIG. 18;

【図20】本発明の第11の実施例による構成を示し、
アライメント系を用いたときの投影光学系の構成を示
す。
FIG. 20 shows a configuration according to an eleventh embodiment of the present invention,
1 shows a configuration of a projection optical system when an alignment system is used.

【図21】本発明の第12実施例によるミラープロジェ
クション方式のアライナーの構成を示す。
FIG. 21 shows a configuration of a mirror projection type aligner according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図22】図21のアライナーに、本発明の各実施例に
よる偏光状態制御部材PCMを適用した様子を示す。
FIG. 22 shows a state in which the polarization state control member PCM according to each embodiment of the present invention is applied to the aligner of FIG.

【図23】単独のホールパターンに対する本発明のSF
INCS法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフを示す。
FIG. 23: SF of the present invention for a single hole pattern
4 shows a graph simulating the effect of the INCS method as an image intensity distribution.

【図24】単独のホールパターンに対する従来の通常露
光法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフを示す。
FIG. 24 is a graph simulating the effect of a conventional normal exposure method on a single hole pattern as an image intensity distribution.

【図25】単独のホールパターンに対する従来のFLE
X法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフを示す。
FIG. 25 shows a conventional FLE for a single hole pattern.
4 shows a graph simulating the effect of the X method as an image intensity distribution.

【図26】単独のホールパターンに対する本発明のSF
INCS法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフを示す。
FIG. 26: SF of the present invention for a single hole pattern
4 shows a graph simulating the effect of the INCS method as an image intensity distribution.

【図27】単独のホールパターンに対する従来のSup
er FLEX法(1)による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフを示す。
FIG. 27 shows a conventional Sup for a single hole pattern.
3 shows a graph simulating the effect of the er FLEX method (1) as an image intensity distribution.

【図28】単独のホールパターンに対する従来のSup
er FLEX法(2)による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフを示す。
FIG. 28 shows a conventional Sup for a single hole pattern.
3 is a graph illustrating the effect of the er FLEX method (2) as an image intensity distribution.

【図29】2個の接近したホールパターンに対する各種
露光法による効果を像強度分布としてシュミレーション
したグラフを示す。
FIG. 29 is a graph simulating the effect of various exposure methods on two close hole patterns as an image intensity distribution.

【図30】接近した2個のホールパターンの間隔を図2
9の場合と考えたときに各種露光法による効果を像強度
分布としてシュミレーションしたグラフを示す。
FIG. 30 shows the distance between two close hole patterns in FIG.
9 is a graph simulating the effects of various exposure methods as an image intensity distribution when considering the case of No. 9.

【図31】瞳の中心に円形遮光部のみを設けたときに、
単独のホールパターンの像強度分布にリンギングが生じ
ることを示すグラフ。
FIG. 31 shows a case where only a circular light-shielding portion is provided at the center of the pupil.
9 is a graph showing that ringing occurs in the image intensity distribution of a single hole pattern.

【図32】2次元的に分布したコンタクトホールパター
ンとリンギングの発生位置との関係を示す。
FIG. 32 shows a relationship between contact hole patterns distributed two-dimensionally and ringing occurrence positions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R・・・レチクル W・・・ウェハ PL・・・投影光学系 AX・・・光軸 PA、PA1 、PA2 ・・・ホールパターン PCM・・・偏光状態制御部材 FA・・・円形状透過部 FB・・・輪帯状透過部 ILB・・・照明光 R: Reticle W: Wafer PL: Projection optical system AX: Optical axis PA, PA1, PA2: Hole pattern PCM: Polarization state control member FA: Circular transmission part FB ... Ring-shaped transmission part ILB ... Illumination light

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年11月18日[Submission date] November 18, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】光学装置及び投影露光装置Patent application title: Optical apparatus and projection exposure apparatus

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0015】本発明は、光路内や鏡筒内にダスト等の異
物の進入を防ぐこと光学装置及びそれを備えた投影露光
装置を得ることを目的とする。また、投影光学系を介し
た正確なアライメントマークの計測が行なえる投影露光
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical device for preventing foreign matter such as dust from entering an optical path or a lens barrel and a projection exposure apparatus having the same. It is another object of the present invention to provide a projection exposure apparatus that can accurately measure an alignment mark via a projection optical system.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
請求項1に記載の発明では、照明光で照明されるマスク
のパターンを基板に転写する投影露光装置に用いられる
光学装置において、前記照明光の光路内に、外気から遮
断された光路内空間を形成し、前記光路内空間内に配置
され、前記露光光の光学特性を変更する変更手段と、前
記露光光の光学特性を変更するために、前記変更手段を
制御する制御機構と、前記制御機構を収納し、前記外気
から遮断された収納空間を形成する収納部材とを備える
構成にした。請求項12に記載の発明では、露光光で照
明されたマスク上のパターンからの光を投影光学系を介
して基板に転写する投影露光装置において、前記基板上
に形成されたアライメントマークから発生し、前記露光
光とは異なる波長の計測光を前記投影光学系を介して検
出する検出手段と、前記投影光学系の瞳面近傍で、かつ
前記投影光学系の光軸から離れた位置に配置され、前記
計測光を所定面の計測領域に向けて偏向する偏向光学部
材と、前記マスクと前記基板との間に配置され、前記パ
ターンからの光の光学特性を互いに異ならせる複数の領
域を有するフィルタと、を備える構成とした。請求項1
6に記載の発明では、マスクに露光光を照射するととも
に、投影光学系を介して前記露光光で基板を露光する投
影露光装置において、前記露光光と波長が異なるととも
に、前記投影光学系の瞳面上の互いに異なる位置を通過
する一対の計測光がアライメントマークに照射されるよ
うに、前記一対の計測光をそれぞれ偏向させる偏向光学
部材と、前記アライメントマークから発生する光を検出
する検出手段と、前記マスクと前記基板との間に配置さ
れ、前記パターンからの光の光学特性を互いに異ならせ
る複数の領域を有するフィルタと、を備える構成とし
た。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical apparatus used in a projection exposure apparatus for transferring a mask pattern illuminated by illumination light onto a substrate. In the optical path of the illumination light, a space within the optical path that is shielded from the outside air is formed, and arranged in the space within the optical path, and a changing unit that changes the optical characteristics of the exposure light, and changes the optical characteristics of the exposure light. In order to achieve this, a control mechanism for controlling the change means and a storage member for storing the control mechanism and forming a storage space shielded from the outside air are provided. According to a twelfth aspect of the present invention, in a projection exposure apparatus for transferring light from a pattern on a mask illuminated with exposure light to a substrate via a projection optical system, the light is generated from an alignment mark formed on the substrate. Detecting means for detecting measurement light having a wavelength different from the exposure light via the projection optical system, and a detection means disposed near the pupil plane of the projection optical system and at a distance from the optical axis of the projection optical system. A deflecting optical member that deflects the measurement light toward a measurement area on a predetermined surface, and a filter that is disposed between the mask and the substrate and has a plurality of regions that make optical characteristics of light from the pattern different from each other. And a configuration including: Claim 1
In the invention described in Item 6, in a projection exposure apparatus that irradiates a mask with exposure light and exposes a substrate with the exposure light via a projection optical system, the exposure light has a different wavelength from the exposure light and a pupil of the projection optical system. A deflecting optical member that deflects the pair of measurement lights so that the pair of measurement lights passing through different positions on the surface is irradiated on the alignment mark, and a detection unit that detects light generated from the alignment mark. And a filter disposed between the mask and the substrate and having a plurality of regions that make optical characteristics of light from the pattern different from each other.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0017】[0017]

【作用】本発明の作用を実施例の記載に基づいて説明す
る。レチクル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(以後瞳面と略す)、
又はその近傍面に偏光状態制御部材を設け、その瞳面内
で円形または輪帯状に分布する結像光の一部と、それ以
外の部分に分布する結像光とを互いに干渉し合わない偏
光状態とする。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、回折した露光光束(結
像光)は瞳面内で干渉し合わない2つの光束に空間的に
分割され、ウェハ等の被露光体に到達する。ウェハ上で
も2つ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出す像(コンタクト
ホールの像)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ェハ面
に達すると、ここですべて振幅的に合成(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Super−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。
The operation of the present invention will be described based on the description of the embodiment. A plane in the projection optical system (hereinafter abbreviated as a pupil plane) that optically has a Fourier transform relationship with respect to the reticle pattern plane;
Or, a polarization state control member is provided on a surface in the vicinity thereof, and a part of the imaging light distributed in a circular or annular shape in the pupil plane and the imaging light distributed in other parts do not interfere with each other. State. As a result, the exposure luminous flux (imaging light) transmitted and diffracted in the reticle pattern, especially through the contact hole pattern, is spatially divided into two luminous fluxes that do not interfere with each other in the pupil plane, and reaches the object to be exposed such as a wafer. I do. Since the two light beams do not interfere with each other even on the wafer (they are incoherent), an intensity-combined image in terms of the light amount of the image (the image of the contact hole) created by each light beam is obtained. In the conventional exposure method, the light flux transmitted and diffracted through the minute contact hole pattern on the reticle reaches the wafer surface via the projection optical system, where it is all amplitude-combined (coherent addition), and the image of the reticle pattern (optical image) ) Was formed. Even in the conventional Super-FLEX method, the imaging light distributed on the pupil plane is only partially phase-shifted, so that it is still coherent addition.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0016】請求項1に記載の発明によれば、外気から
のダストの進入を防ぐことができる。請求項13、16
に記載の発明によれば、露光光とは異なる波長の計測光
を用いて、アライメントマークの計測を行なったとして
も、計測光に対する投影光学系の収差の影響をほとんど
受けることがないので、正確なアライメントマークの計
測が行なえる。
According to the first aspect of the invention, it is possible to prevent dust from entering from outside air. Claims 13 and 16
According to the invention described in (1), even if the alignment mark is measured using measurement light having a wavelength different from the exposure light, the measurement light is hardly affected by the aberration of the projection optical system. Measurement of the alignment mark.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
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、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする円形領域内に分布する結像光とその外側の領域に
分布する結像光との間の偏光状態を互いに異ならせる偏
光状態制御手段を備えたことを特徴とする投影露光装
置。
An illumination means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with illumination light for exposure, and an image of the pattern formed on a sensitive substrate by projecting light generated from the pattern of the mask. A projection optical system comprising: a projection optical system, comprising: a Fourier transform surface in an imaging optical path between the mask and the sensitive substrate, or a surface near the Fourier transform surface; And a polarization state control means for making the polarization states of the imaging light distributed in a circular region centered on the optical axis of the projection optical system and the imaging light distributed in a region outside the circular region different from each other. A projection exposure apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項2】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
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、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする輪帯状領域内に分布する結像光と該輪帯状領域の
内側、又は外側に分布する結像光との間の偏光状態を互
いに異ならせる偏光状態制御手段を備えたことを特徴と
する投影露光装置。
2. An illuminating means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with illumination light for exposure, and projecting an image of the pattern on a sensitive substrate by irradiating light generated from the pattern of the mask. A projection optical system comprising: a projection optical system, comprising: a Fourier transform surface in an imaging optical path between the mask and the sensitive substrate, or a surface near the Fourier transform surface; Polarization that causes the polarization states of the imaging light distributed in the annular region centered on the optical axis of the projection optical system and the imaging light distributed inside or outside the annular region to be different from each other. A projection exposure apparatus comprising state control means.
【請求項3】前記照明手段中、もしくは前記マスクから
前記偏光状態制御手段までの結像光路中に設けられて前
記結像光の偏光を特定の状態に揃える第2の偏光制御手
段を備えたことを特徴とする請求項第1項、又は第2項
記載の投影露光装置。
A second polarization control means provided in the illumination means or in an image forming optical path from the mask to the polarization state control means for adjusting the polarization of the image forming light to a specific state. 3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項4】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
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、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする円形領域内に分布する光とその外側の領域に分布
する光との間の偏光状態を互いに異ならせる第1の偏光
状態制御手段と;前記照明手段に設けられ、偏光特性の
揃った第1の照明光と、該第1の照明光とは異なる偏光
特性で、かつ時間的にインコヒーレントな第2の照明光
とを生成する第2の偏光制御手段とを備えたことを特徴
とする投影露光装置。
4. An illuminating means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with illumination light for exposure, and irradiating light generated from the pattern of the mask to form an image of the pattern on a sensitive substrate. A projection optical system comprising: a projection optical system, comprising: a Fourier transform surface in an imaging optical path between the mask and the sensitive substrate, or a surface in the vicinity thereof, on the Fourier transform surface, or a surface in the vicinity thereof First polarization state control means for making the polarization states of light distributed in a circular region centered on the optical axis of the projection optical system above and light distributed in a region outside the circular region different from each other; Means for generating a first illumination light having a uniform polarization characteristic and a second illumination light having a polarization characteristic different from the first illumination light and being temporally incoherent. And control means. Projection exposure equipment.
【請求項5】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
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、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする輪帯状領域内に分布する照明光と該輪帯状領域の
内側、又は外側に分布する照明光との間の偏光状態を互
いに異ならせる第1の偏光状態制御手段と;前記照明手
段に設けられ、偏光特性の揃った第1の照明光と、該記
第1の照明光とは異なる偏光特性で、かつ時間的にイン
コヒーレントな第2の照明光とを生成する第2の偏光制
御手段とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
5. An illuminating means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with illumination light for exposure, and irradiating light generated from the pattern of the mask to form an image of the pattern on a sensitive substrate. A projection optical system comprising: a projection optical system, comprising: a Fourier transform surface in an imaging optical path between the mask and the sensitive substrate, or a surface in the vicinity thereof, on the Fourier transform surface, or a surface in the vicinity thereof First, the polarization states of illumination light distributed in an annular area centered on the optical axis of the projection optical system and illumination light distributed inside or outside the annular area are different from each other. Polarization state control means; first illumination light provided in the illumination means and having uniform polarization characteristics, and second illumination temporally incoherent with polarization characteristics different from the first illumination light. Second polarization control means for generating light And a projection exposure apparatus.
【請求項6】前記偏光状態制御手段は、前記円形領域
内、又は前記輪帯状領域内と、それ以外の領域とで透過
光の偏光方向を互いに直交させる1対の偏光板より成る
ことを特徴とする請求項第1項から第5項のいずれか一
項に記載の投影露光装置。
6. The polarization state control means comprises a pair of polarizing plates for making the polarization directions of transmitted light orthogonal to each other in the circular area or in the annular area and in the other area. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】前記偏光状態制御手段は前記円形領域内、
又は前記輪帯状領域内と、それ以外の領域とで透過光の
円偏光状態を互いに逆の状態にする1対の偏光板と1/
4波長板との合成部材より成ることを特徴とする請求項
第1項から第5項のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
7. The polarization state control means includes:
Alternatively, a pair of polarizers is used to set the circularly polarized light transmitted through the ring-shaped region and the other region to opposite states.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the projection exposure apparatus comprises a composite member with a four-wavelength plate.
【請求項8】前記偏光状態制御手段は1/4波長板、又
は1/2波長板より成ることを特徴とする請求項第1項
から第5項のいずれか一項に記載の投影露光装置。
8. A projection exposure apparatus according to claim 1, wherein said polarization state control means comprises a quarter-wave plate or a half-wave plate. .
【請求項9】前記偏光状態制御手段は旋光性物質より成
ることを特徴とする請求項第1項から第5項のいずれか
一項に記載の投影露光装置。
9. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein said polarization state control means is made of an optically rotatory substance.
【請求項10】前記結像光路内のフーリエ変換面、又は
その近傍に前記投影光学系の光軸を中心とする円形状、
又は輪帯状の遮光部材を設けたことを特徴とする請求項
第1項から第9項のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
10. A circular shape centered on the optical axis of the projection optical system, at or near a Fourier transform plane in the image forming optical path,
10. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a ring-shaped light shielding member.
【請求項11】前記偏光状態制御手段、第2の偏光制御
手段、又は前記遮光部材の少なくとも1つを交換可能な
らしめる駆動部材を設けたことを特徴とする請求項第1
項から第10項のいずれか一項に記載の投影露光装置。
11. The apparatus according to claim 1, further comprising a driving member for replacing at least one of said polarization state control means, said second polarization control means, and said light shielding member.
Item 11. The projection exposure apparatus according to any one of Items 10 to 10.
【請求項12】前記感応基板への露光中、又は複数の露
光間に前記感応基板を前記投影光学系の光軸方向に移
動、又は振動せしめる移動機構を設けたことを特徴とす
る請求項第1項から第11項のいずれか一項に記載の投
影露光装置。
12. A moving mechanism for moving or oscillating the sensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system during exposure of the sensitive substrate or during a plurality of exposures. Item 12. The projection exposure apparatus according to any one of items 1 to 11.
【請求項13】孤立した微細なホール用パターンの複数
個が形成されたマスクを、所定の入射角度範囲をもつ露
光用の照明光で一様に照射し、前記マスクからの光を投
影光学系を介して感光基板上に結像光束として投射する
ことにより、前記複数個のホール用パターンの各投影像
を前記感光基板上に露光する方法において、 前記投影光学系内のフーリエ変換面、もしくはその近傍
面に分布する結像光束を、前記投影光学系の光軸を中心
とする円形状領域と、その外側を取り囲む輪帯状領域と
に分割したとき、前記円形状領域と輪帯状領域の夫々を
透過して前記感光基板に達する結像光束の間の偏光状態
を互いに異ならせる偏光状態変換部材を前記投影光学系
内に設けるとともに、前記投影光学系内のフーリエ変換
面の実効的な開口面積に対して前記円形状領域の面積を
ほぼ半分にした状態で、前記ホール用パターンの投影像
を露光することを特徴とする露光方法。
13. A mask in which a plurality of isolated fine hole patterns are formed is uniformly irradiated with exposure illumination light having a predetermined incident angle range, and light from said mask is projected onto a projection optical system. By projecting each projected image of the plurality of hole patterns on the photosensitive substrate by projecting as an imaged light beam onto the photosensitive substrate via the, the Fourier transform surface in the projection optical system, or the When the imaging light flux distributed on the near surface is divided into a circular area centered on the optical axis of the projection optical system and an annular area surrounding the outside, each of the circular area and the annular area is divided into Provided in the projection optical system a polarization state conversion member that changes the polarization state between the imaging light fluxes that pass through and reach the photosensitive substrate, and the effective aperture area of the Fourier transform surface in the projection optical system. An exposure method for exposing a projected image of the hole pattern in a state where the area of the circular region is reduced to approximately half.
【請求項14】孤立した微細なホール用パターンの複数
個が形成されたマスクを、所定の入射角度範囲をもつ露
光用の照明光で一様に照射し、前記マスクからの光を投
影光学系を介して感光基板上に結像光束として投射する
ことにより、前記複数個のホール用パターンの各投影像
を前記感光基板上に露光する方法において、 前記投影光学系内のフーリエ変換面、もしくはその近傍
面に分布する結像光束を、前記投影光学系の光軸を中心
とする円形状領域とその外側を少なくとも2重に取り囲
むn個の輪帯状領域とに分割したとき、前記円形状領域
とn個の輪帯状領域のうち少なくとも2つの領域の夫々
を透過して前記感光基板に達する結像光束の間の偏光状
態を互いに異ならせる偏光状態変換部材を前記投影光学
系内に設けるとともに、前記投影光学系内のフーリエ変
換面の実効的な開口面積が、前記円形状領域とn個の輪
帯状領域の夫々の面積でほぼn+1等分された状態で、
前記ホール用パターンの投影像を露光することを特徴と
する露光方法。
14. A mask in which a plurality of isolated fine hole patterns are formed is uniformly irradiated with exposure illumination light having a predetermined incident angle range, and light from said mask is projected onto a projection optical system. By projecting each projected image of the plurality of hole patterns on the photosensitive substrate by projecting as an imaged light beam onto the photosensitive substrate via the, the Fourier transform surface in the projection optical system, or the When the imaging light flux distributed on the nearby surface is divided into a circular region centered on the optical axis of the projection optical system and n orb-shaped regions surrounding the outside at least doubly, the circular region A polarization state conversion member that transmits each of at least two of the n ring-shaped areas and makes the polarization state of the imaging light flux reaching the photosensitive substrate different from each other is provided in the projection optical system, In a state in which the effective aperture area of the Fourier transform surface in the projection optical system is approximately n + 1 equally divided by the respective areas of the circular area and the n ring-shaped areas,
An exposure method, comprising exposing a projected image of the hole pattern.
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