JP2000311848A - Method for projection exposure and projection aligner - Google Patents

Method for projection exposure and projection aligner

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JP2000311848A
JP2000311848A JP11120446A JP12044699A JP2000311848A JP 2000311848 A JP2000311848 A JP 2000311848A JP 11120446 A JP11120446 A JP 11120446A JP 12044699 A JP12044699 A JP 12044699A JP 2000311848 A JP2000311848 A JP 2000311848A
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Japan
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optical system
projection
illumination
pattern
optical axis
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JP11120446A
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Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Shiraishi
直正 白石
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70225Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain lowering of fidelity of a transferred pattern, lowering of contrast of a projection image, etc., when a projection optical system which is constituted with a part of imaging luminous flux being actually screened is used. SOLUTION: A reticle 13 is illuminated by illuminating light IL for exposure from an illuminating optical system and the illuminating light IL, which passed through the reticle 13 arrives at a wafer 19 via a projection optical system 18 consisting of lenses L11 to L24, a main mirror M1 having an opening part 61 whose center is an optical axis, a lens element L2 and a sub-mirror M2 having an opening part 62, whose center is an optical axis and an image of a reticle pattern, is transferred on the wafer 19. Distribution of an secondary light source at a pupil surface in an illuminating optical system is optimized so as to be weak at the central part and strong in the outer circumferential part corresponding to that imaging luminous flux is practically screened at a central part, etc., of the opening part 61.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等のデバイスをフォトリソグラフィ技術を用い
て製造する際に、マスクパターンを基板上に露光転写す
る工程で使用される投影露光方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a device such as a semiconductor device, an image pickup device (CCD or the like), a liquid crystal display device, or a thin film magnetic head by using a photolithography technique to form mask patterns on a substrate. The present invention relates to a projection exposure method and an apparatus used in a step of exposing and transferring to a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルに形成された微細な原版パターン(レチ
クルパターン)を投影光学系を介して、基板としてのフ
ォトレジストが形成されたウエハ(又はガラスプレート
等)上に転写するための一括露光型、又は走査露光型等
の投影露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置
では、露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をNAと
すると、解像度はλ/NAに比例するため、従来より解
像度を高めるために、露光光の短波長化と投影光学系の
大NA化とが行われてきた。
2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device or the like, a fine original pattern (reticle pattern) formed on a reticle as a mask is projected via a projection optical system onto a wafer (or a wafer) on which a photoresist as a substrate is formed. A projection exposure apparatus such as a batch exposure type or a scanning exposure type for transfer onto a glass plate or the like is used. In such a projection exposure apparatus, assuming that the wavelength of the exposure light is λ and the numerical aperture of the projection optical system is NA, the resolution is proportional to λ / NA. Increasing the NA of the projection optical system has been performed.

【0003】その結果、現在では露光光として波長24
8nmのKrFエキシマレーザ光が使用されるようにな
り、更に波長193nmのArFエキシマレーザを露光
光源とする露光装置が開発段階となっている。そして、
より短波長の波長157nmのF2 レーザを露光光源と
する露光装置も提案されている。また、投影光学系の開
口数は0.7程度になっている。
As a result, at present, the exposure light having a wavelength of 24
An 8 nm KrF excimer laser beam has been used, and an exposure apparatus using an 193 nm wavelength ArF excimer laser as an exposure light source is under development. And
An exposure apparatus using a shorter wavelength 157 nm F 2 laser as an exposure light source has also been proposed. The numerical aperture of the projection optical system is about 0.7.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来より解
像度を高めるための開発が行われて来たが、半導体集積
回路等の一層の高集積化に対応するためには、露光波長
の更なる短波長化と投影光学系の大NA化とが必要であ
る。しかしながら、露光光としてArFエキシマレーザ
光(波長193nm)程度以下の波長域の光、即ち真空
紫外光を使用する場合には、露光光を高い透過率で透過
する屈折部材の硝材が合成石英、又は蛍石等に限られて
くる。更に露光波長が160nm程度以下になると、使
用可能な硝材は蛍石等となる。このように使用できる硝
材の種類が限定されてくると、屈折部材のみで構成した
投影光学系では諸収差の良好な補正が困難となる。
As described above, developments have been made to increase the resolution than before, but in order to cope with higher integration of semiconductor integrated circuits and the like, the exposure wavelength must be further increased. It is necessary to shorten the wavelength and increase the NA of the projection optical system. However, in the case of using light in the wavelength range of about ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) or less, that is, vacuum ultraviolet light, as the exposure light, the glass material of the refractive member that transmits the exposure light at a high transmittance is synthetic quartz or It is limited to fluorite. Further, when the exposure wavelength becomes about 160 nm or less, usable glass materials include fluorite. If the types of glass materials that can be used are limited in this way, it becomes difficult to properly correct various aberrations in a projection optical system including only a refraction member.

【0005】また、屈折部材のみを用いて構成した投影
光学系を大NA化しようとすると、高価な蛍石等の使用
量が増大するため、投影露光装置の製造コストが大幅に
上昇する恐れがある。斯かる課題を解決するために、例
えば特願平10−370143号において、屈折部材と
反射面の一部に透過部(開口部)が形成された反射部材
とを組み合わせた投影光学系が本件出願人により提案さ
れている。この投影光学系によれば、その反射部材を利
用することで特に色収差を効率よく補正でき、かつ屈折
部材用の高価な硝材の使用量も少なく抑えることが可能
になる。
Further, if an attempt is made to increase the NA of a projection optical system constituted by using only a refracting member, the amount of expensive fluorite or the like used increases, and the manufacturing cost of the projection exposure apparatus may increase significantly. is there. In order to solve such a problem, for example, in Japanese Patent Application No. 10-370143, a projection optical system combining a refraction member and a reflection member having a transmission part (opening) formed in a part of a reflection surface is disclosed in the present application. Suggested by people. According to this projection optical system, chromatic aberration can be efficiently corrected particularly by using the reflection member, and the amount of expensive glass material for the refraction member can be reduced.

【0006】しかしながら、そのような投影光学系を用
いた場合には、レチクルからその反射部材を経てウエハ
に至るべき結像光束の内で、その反射部材の透過部の中
心部を通る光束が事実上遮蔽されてしまうことになる。
このように事実上遮蔽される光束は僅かであるため、現
状の用途では殆ど悪影響はないと考えられる。しかしな
がら、今後転写すべき回路パターンが更に微細化して高
集積化するにつれて、そのような一部の結像光束の事実
上の遮蔽によって、ウエハ上に転写される極めて微細な
パターンの忠実度が低下したり、特定の極めて微細なパ
ターンの像のコントラストが低下したりする恐れがあ
る。
However, when such a projection optical system is used, the light flux passing through the center of the transmitting portion of the reflecting member is actually a part of the image forming light flux that should reach the wafer from the reticle via the reflecting member. It will be shielded from above.
In this way, since the light flux actually blocked is small, it is considered that there is almost no adverse effect in the current application. However, as circuit patterns to be transferred become finer and more highly integrated in the future, such a partial shielding of the image forming light beam reduces the fidelity of the extremely fine pattern transferred onto the wafer. Or the contrast of a specific extremely fine pattern image may be reduced.

【0007】本発明は斯かる点に鑑み、結像光束の一部
が事実上遮蔽されるような構成の投影光学系を使用する
場合に、転写されるパターンの忠実度の低下、又は投影
像のコントラストの低下等の結像特性の劣化を抑制でき
る投影露光方法及び投影露光装置を提供することを目的
とする。更に本発明は、そのような投影露光方法を用い
て高機能のデバイスを製造できるデバイス製造方法を提
供することをも目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the foregoing, the present invention reduces the fidelity of a transferred pattern or reduces a projected image when using a projection optical system having a configuration in which a part of an image forming light beam is virtually blocked. It is an object of the present invention to provide a projection exposure method and a projection exposure apparatus which can suppress the deterioration of the imaging characteristics such as the decrease in contrast of the image. Still another object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of manufacturing a high-performance device using such a projection exposure method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光方
法は、照明光学系からの露光ビームでマスク(13)を
照明し、このマスクのパターンを投影光学系を介して基
板(19)上に転写する投影露光方法であって、その投
影光学系は、それぞれその投影光学系の光軸を含む領域
又はこの光軸の近傍の領域にその露光ビームが透過する
透過部(61,62)が形成された反射面を持つ2つの
反射部材(M1,M2)を有し、その照明光学系のその
マスクのパターン面に対する光学的フーリエ変換面、即
ち瞳面でのその露光ビームの照度分布を、その照明光学
系の光軸を含む領域又はこの光軸の近傍の領域で弱く、
この光軸から離れた外周部で強く設定したものである。
According to the projection exposure method of the present invention, a mask (13) is illuminated with an exposure beam from an illumination optical system, and the pattern of the mask is projected onto a substrate (19) via the projection optical system. In a projection exposure method for transferring, the projection optical system has a transmission portion (61, 62) through which the exposure beam passes, in a region including the optical axis of the projection optical system or in a region near the optical axis. And an optical Fourier transform surface of the illumination optical system with respect to the pattern surface of the mask, that is, the illuminance distribution of the exposure beam on the pupil surface. Weak in the area including the optical axis of the illumination optical system or in the area near this optical axis,
This is set strongly at the outer peripheral portion away from the optical axis.

【0009】斯かる本発明によれば、その投影光学系の
内部に例えばその投影光学系の光軸近傍の領域が透過部
となる反射部材(M1,M2)が使用されている。従っ
て、仮にその照明光学系からの露光ビームが通常の露光
ビームである場合には、マスクから基板に至る結像光路
の内でその透過部の中央部を通過する光路が、事実上遮
蔽されてしまうことになる。即ち、本来反射部材で反射
されるべき光束の内、その光軸近傍としてのその反射部
材の中心近傍の光束は、その透過部のために反射されな
くなり、その基板に到達することができない。これに対
して、本発明においては、その照明光学系中の瞳面での
露光ビームの照度分布を最適化したために、その一部が
透過部となっている反射部材を使用しても、基板上に転
写されるパターンの忠実度の低下や、特定のパターンの
像のコントラストの低下を防ぐことが可能になる。
According to the present invention, the reflection members (M1, M2) are used inside the projection optical system, for example, the region near the optical axis of the projection optical system serving as a transmission part. Therefore, if the exposure beam from the illumination optical system is a normal exposure beam, the optical path passing through the central portion of the transmission section in the imaging optical path from the mask to the substrate is effectively blocked. Will be lost. That is, of the light beams that should be reflected by the reflecting member, the light beam near the center of the reflecting member near the optical axis is not reflected by the transmitting portion and cannot reach the substrate. On the other hand, in the present invention, since the illuminance distribution of the exposure beam on the pupil plane in the illumination optical system is optimized, even if a reflection member having a part as a transmission part is used, It is possible to prevent a decrease in the fidelity of a pattern transferred thereon and a decrease in the contrast of an image of a specific pattern.

【0010】次に、本発明による第1の投影露光装置
は、照明光学系からの露光ビームでマスク(13)を照
明し、このマスクのパターンを投影光学系を介して基板
(19)上に転写する投影露光装置であって、その投影
光学系は、それぞれその投影光学系の光軸を含む領域又
はこの光軸の近傍の領域にその露光ビームが透過する透
過部(61,62)が形成された反射面を持つ2つの反
射部材(M1,M2)を有し、その照明光学系のそのマ
スクのパターン面に対する光学的フーリエ変換面、即ち
瞳面でのその露光ビームの照度分布を、その照明光学系
の光軸を含む領域又はこの光軸の近傍の領域で弱く、こ
の光軸から離れた外周部で強く設定する照度調整部材
(43〜46)を設けたものである。
Next, a first projection exposure apparatus according to the present invention illuminates a mask (13) with an exposure beam from an illumination optical system, and the pattern of the mask is projected onto a substrate (19) via the projection optical system. A projection exposure apparatus for transferring, wherein the projection optical system has transmission portions (61, 62) through which the exposure beam is transmitted in a region including the optical axis of the projection optical system or in a region near the optical axis. And an optical Fourier transform surface of the illumination optical system with respect to the pattern surface of the mask, that is, the illuminance distribution of the exposure beam on the pupil surface. An illuminance adjusting member (43 to 46) is provided which is weak in a region including the optical axis of the illumination optical system or in a region near the optical axis, and is strongly set in an outer peripheral portion distant from the optical axis.

【0011】また、本発明による第2の投影露光装置
は、照明光学系からの露光ビームでマスク(13)を照
明し、このマスクのパターンを投影光学系を介して基板
(19)上に転写する投影露光装置であって、この投影
光学系のそのマスクのパターン面に対する光学的フーリ
エ変換面、即ち瞳面又はこの瞳面の近傍で、そのマスク
上の任意の1点からその基板上の結像位置に至る結像光
路の一部が実質的に遮蔽されると共に、その照明光学系
のそのマスクのパターン面に対する光学的フーリエ変換
面、即ち瞳面でのその露光ビームの照度分布を、その照
明光学系の光軸の回りに実質的に等角度間隔で配置され
た8箇所以上の領域で強くなるように設定する照度調整
部材(46)を設けたものである。
A second projection exposure apparatus according to the present invention illuminates a mask (13) with an exposure beam from an illumination optical system, and transfers the pattern of the mask onto a substrate (19) via the projection optical system. An optical Fourier transform plane of the projection optical system with respect to the pattern surface of the mask, that is, a pupil plane or an arbitrary point on the mask near the pupil plane. A part of the image forming optical path to the image position is substantially blocked, and the optical Fourier transform plane of the illumination optical system with respect to the pattern surface of the mask, that is, the illuminance distribution of the exposure beam at the pupil plane is obtained. An illuminance adjusting member (46) is provided which is set to be strong in eight or more regions arranged at substantially equal angular intervals around the optical axis of the illumination optical system.

【0012】これらの投影露光装置によって本発明の投
影露光方法が実施できる。また、照度調整部材によって
その露光ビームの照度分布を4箇所以上の領域で強くな
るように設定した場合には、例えば直交する2つの方向
に周期的なパターンに対する転写忠実度等を向上でき、
その照度分布を8箇所以上の領域で強くなるように設定
した場合には、その直交するパターンに対して斜め方向
に周期的なパターンに対する転写忠実度等も向上でき
る。
With these projection exposure apparatuses, the projection exposure method of the present invention can be carried out. Further, when the illuminance adjustment member sets the illuminance distribution of the exposure beam to be strong in four or more regions, for example, transfer fidelity to a pattern that is periodic in two orthogonal directions can be improved,
When the illuminance distribution is set to be strong in eight or more regions, the transfer fidelity for a pattern that is periodic in an oblique direction with respect to the orthogonal pattern can be improved.

【0013】次に、本発明によるデバイス製造方法は本
発明の投影露光方法を用いて、デバイスパターン(マス
クパターン)をワークピース(基板)上に転写する工程
を含むものである。本発明によって高忠実度で高機能の
高集積度のデバイスが量産できる。
Next, the device manufacturing method according to the present invention includes a step of transferring a device pattern (mask pattern) onto a work piece (substrate) using the projection exposure method of the present invention. According to the present invention, high-fidelity, high-performance, highly integrated devices can be mass-produced.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、露光ビーム
(露光用の照明光)として真空紫外光を使用するステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適
用したものである。図1は本例の投影露光装置を示す概
略構成図であり、この図1において、露光光源1として
フッ素レーザ(F2 レーザ:波長157nm)が使用さ
れている。但し、露光光源1として、ArFエキシマレ
ーザ等の他のレーザ光源、YAGレーザの高調波発生装
置、又は半導体レーザの高調波変換装置等を使用しても
よい。露光光源1から射出された波長157nmのパル
スレーザ光よりなる露光用の照明光(露光光)ILは、
整形光学系2によって断面形状が整形されて露光ビーム
として照度分布均一化用のオプティカル・インテグレー
タ(ホモジナイザー)3に入射する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus using vacuum ultraviolet light as an exposure beam (illumination light for exposure). FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 1, a fluorine laser (F 2 laser: wavelength of 157 nm) is used as an exposure light source 1. However, as the exposure light source 1, another laser light source such as an ArF excimer laser, a harmonic generation device of a YAG laser, a harmonic conversion device of a semiconductor laser, or the like may be used. Exposure illumination light (exposure light) IL composed of pulse laser light having a wavelength of 157 nm emitted from the exposure light source 1 is:
The cross-sectional shape is shaped by the shaping optical system 2 and is incident as an exposure beam on an optical integrator (homogenizer) 3 for uniformizing the illuminance distribution.

【0015】オプティカル・インテグレータ3から射出
された照明光ILは、第1リレーレンズ5、光路折り曲
げ用のミラー6、第2リレーレンズ7を経て視野絞り
(レチクルブラインド)8に至り、照明視野が細長い矩
形領域に制限される。視野絞り8を通過した照明光IL
は、第1コンデンサレンズ9、第2コンデンサレンズ1
0、光路折り曲げ用のミラー11、及び第3コンデンサ
レンズ12を経てマスクとしてのレチクル13のパター
ン面(下面)のパターン領域を照明する。露光光源1、
整形光学系2、オプティカル・インテグレータ3、リレ
ーレンズ5,7、ミラー6、視野絞り8、コンデンサレ
ンズ9,10,12及びミラー11等から照明光学系が
構成されており、照明光学系の光軸をAXとする。
The illumination light IL emitted from the optical integrator 3 passes through a first relay lens 5, a mirror 6 for bending the optical path, and a second relay lens 7, and reaches a field stop (reticle blind) 8, where the illumination field is elongated. Limited to a rectangular area. Illumination light IL that has passed through the field stop 8
Are the first condenser lens 9 and the second condenser lens 1
0, a pattern area on the pattern surface (lower surface) of the reticle 13 as a mask is illuminated via the optical path bending mirror 11 and the third condenser lens 12. Exposure light source 1,
The illumination optical system includes a shaping optical system 2, an optical integrator 3, relay lenses 5, 7, a mirror 6, a field stop 8, condenser lenses 9, 10, 12, and a mirror 11, and the optical axis of the illumination optical system. Is AX.

【0016】本例では、オプティカル・インテグレータ
3としてフライアイレンズを使用するものとする。この
とき、オプティカル・インテグレータ3の射出側の面に
多数の二次光源が形成され、これらの二次光源からの照
明光がそれぞれレチクル13を重畳的に照明することに
よって、レチクル13上での照度分布が均一化される。
この照度分布の均一化のために、オプティカル・インテ
グレータ3(フライアイレンズ)の射出側の面は、リレ
ーレンズ5〜コンデンサレンズ12よりなる光学系によ
ってレチクル13のパターン面に対して光学的にフーリ
エ変換の関係となる面、即ち照明光学系の瞳面IPに合
致するように配置されている。
In this embodiment, a fly-eye lens is used as the optical integrator 3. At this time, a large number of secondary light sources are formed on the emission-side surface of the optical integrator 3, and the illumination light from these secondary light sources illuminates the reticle 13 in a superimposed manner, whereby the illuminance on the reticle 13 is increased. The distribution is made uniform.
In order to make the illuminance distribution uniform, the exit side surface of the optical integrator 3 (fly-eye lens) is optically Fourier-transformed with respect to the pattern surface of the reticle 13 by an optical system including the relay lens 5 and the condenser lens 12. They are arranged so as to match the plane that is in the conversion relationship, that is, the pupil plane IP of the illumination optical system.

【0017】この照明光学系の瞳面IPには、照明光の
開口数を決定するための絞り切り換え部材4が回転自在
に配置されている。装置全体の動作を統轄制御する主制
御系24が駆動モータ47を介して絞り切り換え部材4
の回転角を制御することによって、所望の照明系開口絞
り(いわゆる「σ絞り」)を照明光ILの光路上に設置
する。
On the pupil plane IP of the illumination optical system, an aperture switching member 4 for determining the numerical aperture of the illumination light is rotatably arranged. The main control system 24 for controlling the operation of the entire apparatus is controlled by the drive motor 47 to control the aperture switching member 4.
By controlling the rotation angle of the illumination light IL, a desired illumination system aperture stop (so-called “σ stop”) is set on the optical path of the illumination light IL.

【0018】図7は、円板状の絞り切り換え部材4に形
成されている複数の照明系開口絞りを示し、図7に示す
ように、絞り切り換え部材4の回転軸4aの回りに、通
常の円形開口を持つ開口絞り41、小さい円形開口を持
つ小さいコヒーレンスファクタ(σ値)用の開口絞り4
2、内径が比較的大きい輪帯状の開口43aを持つ輪帯
照明用の開口絞り43、内径が比較的小さい輪帯状の開
口44aを持つ輪帯照明用の開口絞り44、照明光学系
中に設置した場合に光軸の回りに等角度間隔で配置され
る4個の開口45aを持つ変形照明用の開口絞り45、
及び照明光学系中に設置した場合に光軸の回りに等角度
間隔で配置される8個の開口46aを持つ開口絞り46
が配置されている。
FIG. 7 shows a plurality of illumination system aperture stops formed on a disc-shaped aperture switching member 4, and as shown in FIG. Aperture stop 41 with circular aperture, aperture stop 4 with small circular aperture for small coherence factor (σ value)
2. An aperture stop 43 for annular illumination having an annular aperture 43a having a relatively large inner diameter, an aperture stop 44 for annular illumination having an annular aperture 44a having a relatively small inner diameter, installed in the illumination optical system. Aperture stop 45 for deformed illumination having four apertures 45a arranged at equal angular intervals around the optical axis,
And an aperture stop 46 having eight apertures 46a arranged at equal angular intervals around the optical axis when installed in the illumination optical system.
Is arranged.

【0019】なお、変形照明については、特開平4−1
01148号公報、特開平4−225357号公報、特
開平4−225514号公報等で詳細に開示されてい
る。変形照明を行って二次光源の形状を変形させること
によって、例えば所定の周期的パターン等について投影
光学系の解像度を向上させることも可能である。また、
変形照明や輪帯照明を行う場合に、単に照明系開口絞り
で不要な領域の照明光を遮光すると、照明効率が低下し
て、露光工程のスループットが低下する恐れがある。そ
こで、照明効率の低下を防止するため、変形照明や輪帯
照明を行う場合には、例えばオプティカル・インテグレ
ータ3に、二次光源を形成すべき特定の領域へ照明光を
集光させる機能を持たせるようにしてもよい。
The deformed illumination is described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-1 / 4-1.
No. 01148, JP-A-4-225357, JP-A-4-225514 and the like. By performing the deformed illumination to deform the shape of the secondary light source, it is also possible to improve the resolution of the projection optical system for a predetermined periodic pattern, for example. Also,
In the case of performing deformed illumination or annular illumination, simply blocking the illumination light in an unnecessary area with an illumination system aperture stop may decrease the illumination efficiency and decrease the throughput of the exposure process. Thus, in order to prevent a reduction in illumination efficiency, when performing modified illumination or annular illumination, for example, the optical integrator 3 has a function of condensing illumination light on a specific region where a secondary light source is to be formed. You may make it do.

【0020】図1に戻り、レチクル13を透過した照明
光ILは、投影光学系18を介して基板としてのウエハ
19上に、レチクル13のパターンを投影倍率β(βは
1/4,1/5等)で縮小した像を形成する。ウエハ
(wafer)19は例えばシリコン等の半導体又はSOI(s
ilicon on insulator)等の円板状の基板であり、その上
にフォトレジストが塗布されている。以下、投影光学系
18の光軸PAX(レチクル13上では照明光学系の光
軸AXと合致する)に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な
平面内で図1の紙面に平行にX軸を取り、図1の紙面に
垂直にY軸を取って説明する。この場合、レチクル13
上の照明領域は、Y方向に細長いスリット状であり、本
例のレチクル13及びウエハ19の露光時の走査方向は
X方向である。
Returning to FIG. 1, the illumination light IL transmitted through the reticle 13 is projected onto a wafer 19 as a substrate via a projection optical system 18 to project a pattern of the reticle 13 onto a projection magnification β (β is 1/4, 1 / 5) to form a reduced image. The wafer (wafer) 19 is, for example, a semiconductor such as silicon or SOI (s).
The substrate is a disk-shaped substrate such as silicon on insulator), on which a photoresist is applied. Hereinafter, the Z axis is taken parallel to the optical axis PAX of the projection optical system 18 (which coincides with the optical axis AX of the illumination optical system on the reticle 13), and X is set in a plane perpendicular to the Z axis and parallel to the plane of FIG. The description will be made by taking the axis and taking the Y axis perpendicular to the plane of FIG. In this case, the reticle 13
The upper illumination area has a slit shape elongated in the Y direction, and the scanning direction of the reticle 13 and the wafer 19 in the present example at the time of exposure is the X direction.

【0021】本例においてレチクル13は、レチクルス
テージ14上に保持され、レチクルステージ14はレチ
クルベース15上でレチクル13をX方向に連続移動
し、X方向、Y方向及び回転方向に微動してレチクル1
3の同期誤差を補正する。レチクルステージ14の端部
に固定された移動鏡16及びレチクルステージ駆動系1
7内のレーザ干渉計によってレチクルステージ14の位
置が計測され、この計測値及び主制御系24からの制御
情報に基づいて、レチクルステージ駆動系17はレチク
ルステージ14の動作を制御する。
In this embodiment, the reticle 13 is held on a reticle stage 14, and the reticle stage 14 continuously moves the reticle 13 on the reticle base 15 in the X direction, and finely moves in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. 1
3 is corrected. Moving mirror 16 fixed to end of reticle stage 14 and reticle stage drive system 1
The position of the reticle stage 14 is measured by the laser interferometer 7, and the reticle stage drive system 17 controls the operation of the reticle stage 14 based on the measured values and control information from the main control system 24.

【0022】一方、ウエハ19は不図示のウエハホルダ
を介してウエハステージ20上に保持され、ウエハステ
ージ20はウエハベース21上でウエハ19をX方向に
連続移動すると共に、必要に応じてウエハ19をX方
向、Y方向にステップ移動する。ウエハステージ20の
端部に固定された移動鏡22及びウエハステージ駆動系
23内のレーザ干渉計によってウエハステージ20の位
置が計測され、この計測値及び主制御系24からの制御
情報に基づいて、ウエハステージ駆動系23はウエハス
テージ20の動作を制御する。また、不図示のオートフ
ォーカスセンサによって計測されるウエハ19上の複数
の計測点でのフォーカス位置(光軸PAX方向の位置)
の情報に基づいて、ウエハステージ20はオートフォー
カス方式でウエハ19のフォーカス位置及び傾斜角を制
御することによって、露光中は継続してウエハ19の表
面を投影光学系18の像面に合わせ込む。
On the other hand, the wafer 19 is held on a wafer stage 20 via a wafer holder (not shown), and the wafer stage 20 continuously moves the wafer 19 on the wafer base 21 in the X direction. The step moves in the X and Y directions. The position of the wafer stage 20 is measured by the movable mirror 22 fixed to the end of the wafer stage 20 and the laser interferometer in the wafer stage drive system 23, and based on the measured values and the control information from the main control system 24, Wafer stage drive system 23 controls the operation of wafer stage 20. Also, focus positions (positions in the optical axis PAX direction) at a plurality of measurement points on the wafer 19 measured by an auto focus sensor (not shown).
The wafer stage 20 continuously adjusts the surface of the wafer 19 to the image plane of the projection optical system 18 during the exposure by controlling the focus position and the inclination angle of the wafer 19 based on the information of.

【0023】露光時には、ウエハ18上の一つのショッ
ト領域への露光が終わると、ウエハステージ20のステ
ップ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移
動した後、レチクルステージ14及びウエハステージ2
0を投影光学系18の投影倍率βを速度比としてX方向
に同期走査する、即ちレチクル13とウエハ19上の当
該ショット領域との結像関係を保った状態でそれらを走
査するという動作がステップ・アンド・スキャン方式で
繰り返される。これによって、ウエハ19上の各ショッ
ト領域に順次レチクル13上のパターン像が逐次転写さ
れる。
At the time of exposure, when the exposure of one shot area on the wafer 18 is completed, the next shot area is moved to the scanning start position by the step movement of the wafer stage 20, and then the reticle stage 14 and the wafer stage 2 are moved.
0 is synchronously scanned in the X direction using the projection magnification β of the projection optical system 18 as the speed ratio, that is, the operation of scanning the reticle 13 and the shot area on the wafer 19 while maintaining the imaging relationship is a step.・ Repeated in the AND scan method. Thus, the pattern images on the reticle 13 are sequentially transferred to the respective shot areas on the wafer 19.

【0024】次に、本例の投影光学系について詳細に説
明する。図2は、図1中の投影光学系18の内部構成を
示す断面に沿う端面図であり、この図2において、本例
の反射屈折光学系からなる投影光学系18は、レチクル
13のパターンの一次像(中間像)Iを形成するための
第1結像光学系と、一次像Iからの光に基づいてレチク
ルパターンの二次像を縮小倍率で感光性基板としてのウ
エハ19上に形成するための第2結像光学系とから構成
されている。
Next, the projection optical system of this embodiment will be described in detail. FIG. 2 is an end view along a section showing the internal configuration of the projection optical system 18 in FIG. 1. In FIG. 2, the projection optical system 18 including the catadioptric optical system A first imaging optical system for forming a primary image (intermediate image) I, and a secondary image of a reticle pattern is formed on a wafer 19 as a photosensitive substrate at a reduced magnification based on light from the primary image I. And a second imaging optical system.

【0025】第1結像光学系は、レチクル側から順に正
の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞り(不図
示)と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とから構
成されている。第1レンズ群G1は、レチクル側から順
に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカ
スレンズL11と、レチクル側に非球面形状の凸面を向
けた正メニスカスレンズL12と、ウエハ側に非球面形
状の凹面を向けた正メニスカスレンズL13とから構成
されている。また、第2レンズ群G2は、レチクル側か
ら順に、レチクル側の面が非球面形状に形成された両凹
レンズL21と、レチクル側の面が非球面形状に形成さ
れた両凸レンズL22と、ウエハ側に非球面形状の凸面
を向けた正メニスカスレンズL23と、ウエハ側に非球
面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズL24とから
構成されている。
The first image forming optical system includes, in order from the reticle side, a first lens group G1 having a positive refractive power, an aperture stop (not shown), and a second lens group G2 having a positive refractive power. Have been. The first lens group G1 includes, in order from the reticle side, a positive meniscus lens L11 having an aspheric convex surface facing the reticle side, a positive meniscus lens L12 having an aspheric convex surface facing the reticle side, and a positive meniscus lens L12 having a non-spherical convex surface facing the reticle side. And a positive meniscus lens L13 having a spherical concave surface. The second lens group G2 includes, in order from the reticle side, a biconcave lens L21 having a reticle side surface formed into an aspherical shape, a biconvex lens L22 having a reticle side surface formed into an aspherical shape, and a wafer side A positive meniscus lens L23 having an aspherical convex surface facing the lens and a positive meniscus lens L24 having an aspherical concave surface facing the wafer side.

【0026】一方、第2結像光学系は、レチクル側から
順にウエハ側に凹面を向けた表面反射面R1を有し、且
つ中央に光軸PAXを中心とする円形の開口部61を有
する主鏡M1と、レンズ成分L2と、このウエハ側のレ
ンズ面上に設けられた反射面R2を持つ副鏡M2とから
構成され、副鏡M2の中央部に光軸PAXを中心とした
円形の開口部62が形成されている。本例の主鏡M1の
開口部61及び副鏡M2の開口部62が本発明の反射部
材の透過部に対応している。別の観点によれば、副鏡M
2とレンズ成分L2とは裏面反射鏡を構成し、レンズ成
分L2は裏面反射鏡の屈折部を構成している。この場
合、第1結像光学系の結像倍率をβ1、第2結像光学系
の結像倍率をβ2とすると、一例として 0.7<|β
1/β2|<3.5 の関係が満足されることが望まし
い。
On the other hand, the second image forming optical system has a surface reflecting surface R1 having a concave surface facing the wafer side in order from the reticle side, and a circular opening 61 having a center at the optical axis PAX at the center. A mirror M1, a lens component L2, and a sub-mirror M2 having a reflecting surface R2 provided on the lens surface on the wafer side are provided. A circular opening centered on the optical axis PAX is provided at the center of the sub-mirror M2. A part 62 is formed. The opening 61 of the main mirror M1 and the opening 62 of the sub-mirror M2 in this example correspond to the transmitting part of the reflecting member of the present invention. According to another aspect, the secondary mirror M
The lens component L2 and the lens component L2 form a back reflector, and the lens component L2 forms a refraction part of the back reflector. In this case, assuming that the imaging magnification of the first imaging optical system is β1 and the imaging magnification of the second imaging optical system is β2, for example, 0.7 <| β
It is desirable that the relationship 1 / β2 | <3.5 be satisfied.

【0027】また、投影光学系18を構成する全ての光
学要素(G1,G2,M1,L2,M2)は鏡筒30内
に単一の光軸PAXに沿って配置されている。主鏡M1
は一次像Iの形成位置の近傍に配置され、副鏡M2はウ
エハ19に近接して配置され、主鏡M1及びレンズ成分
L2はそれぞれ凸部M1a及びM2aで鏡筒30に支持
されている。こうして本例においては、レチクル13の
パターンからの照明光ILよりなる結像光束が、第1結
像光学系を介して、レチクルパターンの一次像(中間
像)Iを形成し、一次像Iからの結像光束は、主鏡M1
に光軸PAXを中心として設けられた開口部61及びレ
ンズ成分L2を介して副鏡M2で反射される。そして、
副鏡M2で反射された光は、レンズ成分L2を経て主鏡
M1の表面反射面R1で反射された後、レンズ成分L2
及び副鏡M2に光軸PAXを中心として設けられた開口
部62を介してウエハ19の表面にレチクルパターンの
二次像を縮小倍率で形成する。図2の例では、第1結像
光学系の結像倍率β1は0.6249、第2結像光学系
の結像倍率β2は0.4000であり、レチクル13か
らウエハ19に対する投影倍率βは0.25(1/4
倍)となっている。なお、図2の投影光学系18の詳細
なレンズデータの一例は、本件出願人による特願平10
−370143号に開示されている。
All the optical elements (G1, G2, M1, L2, M2) constituting the projection optical system 18 are arranged in the lens barrel 30 along a single optical axis PAX. Primary mirror M1
Is disposed near the position where the primary image I is formed, the sub-mirror M2 is disposed close to the wafer 19, and the main mirror M1 and the lens component L2 are supported by the lens barrel 30 by convex portions M1a and M2a, respectively. Thus, in the present example, the image forming light flux composed of the illumination light IL from the pattern of the reticle 13 forms the primary image (intermediate image) I of the reticle pattern via the first image forming optical system, and Of the imaging light of the primary mirror M1
Is reflected by the sub-mirror M2 via an opening 61 provided around the optical axis PAX and a lens component L2. And
The light reflected by the sub-mirror M2 passes through the lens component L2, is reflected by the surface reflection surface R1 of the primary mirror M1, and is then reflected by the lens component L2.
A secondary image of the reticle pattern is formed at a reduced magnification on the surface of the wafer 19 through an opening 62 provided around the optical axis PAX in the secondary mirror M2. In the example of FIG. 2, the imaging magnification β1 of the first imaging optical system is 0.6249, the imaging magnification β2 of the second imaging optical system is 0.4000, and the projection magnification β from the reticle 13 to the wafer 19 is 0.25 (1/4
Times). An example of the detailed lens data of the projection optical system 18 shown in FIG.
-370143.

【0028】本例において、投影光学系18を構成する
全ての屈折光学部材(レンズ成分)には蛍石、即ちCa
2 の結晶を使用している。また、露光用の照明光とし
てのフッ素レーザ光(F2 レーザ光)の発振中心波長は
157.6nmであり、波長幅が157.6nm±10
pmの光に対して色収差が補正されていると共に、球面
収差、非点収差、及び歪曲収差などの諸収差も良好に補
正されている。更に、温度変化に対する主鏡M1の反射
面の面変化を抑えて良好な結像性能を維持するために、
主鏡M1の表面反射面R1を支持する支持部材を、線膨
張率3ppm/℃以下の物質、例えばチタン珪酸ガラス
(Titanium Silicate Glass)を用いて形成している。チ
タン珪酸ガラスとしては、例えばコーニング社のULE
(UltraLow Expansion:商品名)が使用できる。
In this embodiment, all refractive optical members (lens components) constituting the projection optical system 18 are fluorite, that is, Ca
We are using a crystal of F 2. The oscillation center wavelength of the fluorine laser light (F 2 laser light) as the illumination light for exposure is 157.6 nm, and the wavelength width is 157.6 nm ± 10.
Chromatic aberration is corrected for the light of pm, and various aberrations such as spherical aberration, astigmatism, and distortion are also corrected well. Further, in order to suppress a surface change of the reflection surface of the primary mirror M1 with respect to a temperature change and maintain a good imaging performance,
The support member that supports the surface reflection surface R1 of the primary mirror M1 is formed using a material having a linear expansion coefficient of 3 ppm / ° C. or less, for example, titanium silicate glass (Titanium Silicate Glass). As titanium silicate glass, for example, Corning ULE
(UltraLow Expansion: trade name) can be used.

【0029】本例の投影光学系18は、反射屈折光学系
を構成する全ての光学要素が単一の光軸に沿って配置さ
れているため、反射部材を用いて色収差等を低減できる
上に、従来の直筒型の屈折系の延長線上の技術により鏡
筒の設計及び製造を行うことが可能になり、製造の困難
性を伴うことなく高精度化を図ることができる。即ち、
本例では、第1結像光学系及び第2結像光学系を構成す
る全ての光学部材が、同一の光軸PAXに沿って鏡筒3
0内に実質的に密閉されて保持されている。なお、第1
結像光学系を構成するレンズL11〜レンズL24を第
1鏡筒内に保持し、第2結像光学系を構成する主鏡M
1、及び副鏡M2と一体化されているレンズ成分L2を
第2鏡筒内に保持し、その第1鏡筒と第2鏡筒とを同一
の光軸PAXに沿って直列に連結してもよい。
In the projection optical system 18 of this embodiment, since all the optical elements constituting the catadioptric system are arranged along a single optical axis, chromatic aberration and the like can be reduced by using a reflecting member. In addition, it becomes possible to design and manufacture a lens barrel by using a technology on an extension of a conventional straight-tube type refracting system, and it is possible to achieve high precision without difficulty in manufacturing. That is,
In the present example, all the optical members constituting the first imaging optical system and the second imaging optical system are arranged along the same optical axis PAX.
It is held substantially sealed within the housing. The first
The lenses L11 to L24 constituting the imaging optical system are held in the first lens barrel, and the primary mirror M constituting the second imaging optical system
1 and the lens component L2 integrated with the sub-mirror M2 are held in a second lens barrel, and the first lens barrel and the second lens barrel are connected in series along the same optical axis PAX. Is also good.

【0030】また、本例の投影露光装置の露光用の照明
光(露光ビーム)として、波長200nm程度以下の真
空紫外域中でも更に波長120〜180nm程度の光を
使用するものとすると、投影光学系18中のレンズL1
1〜L24及びレンズ成分L2の材料は、現状ではこの
波長域の光に対する透過率の高い蛍石等のフッ化物結晶
材料(CaF2,MgF2,LiF,LaF3,リチウム・カ
ルシウム・アルミニウムフロライド(通称:ライカフ結
晶)等)、及びフッ素をドープした合成石英ガラス等に
限定される。また、この波長域の光束は、一般の大気中
に存在する酸素、水蒸気、炭化水素系ガス等により強い
吸収を受けるため、露光ビームが通る光路内でのこれら
の気体濃度を10ppm程度以下に抑える必要がある。
従って、各光学部材(レンズL11〜L24、主鏡M
1、副鏡M2、レンズ成分L2)を保持する鏡筒30内
の結像光路となる空間(図2中でレンズL11からレン
ズ成分L2までの空間)においては、上記吸収の強い気
体を排除し、吸収の小さなヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、窒素等の気体(いわゆる不活性ガス)で置換するこ
とが望ましい。
Further, as illumination light (exposure beam) for exposure of the projection exposure apparatus of this embodiment, light having a wavelength of about 120 to 180 nm is used even in a vacuum ultraviolet region having a wavelength of about 200 nm or less. Lens L1 in 18
At present, materials of fluoride crystal materials such as fluorite (CaF 2 , MgF 2 , LiF, LaF 3 , lithium calcium aluminum fluoride) having a high transmittance for light in this wavelength range are used for the materials 1 to L24 and the lens component L2. (Commonly known as Leica cuff crystals), and synthetic quartz glass doped with fluorine. Further, since the luminous flux in this wavelength range is strongly absorbed by oxygen, water vapor, hydrocarbon gas and the like existing in the general atmosphere, the concentration of these gases in the optical path through which the exposure beam passes is suppressed to about 10 ppm or less. There is a need.
Therefore, each optical member (lenses L11 to L24, primary mirror M
1. In the space (the space from the lens L11 to the lens component L2 in FIG. 2) which is an image forming optical path in the lens barrel 30 holding the sub mirror M2 and the lens component L2), the strongly absorbing gas is excluded. It is desirable to replace the gas with a gas (so-called inert gas) such as helium, neon, argon, or nitrogen having low absorption.

【0031】上記のように、投影光学系18は、その光
軸PAX近傍に開口部61,62(物理的貫通孔又は反
射面の形成されていない部分)の形成された主鏡M1、
副鏡M2を含むため、レチクル13上の任意の1点から
発し、ウエハ19に至る結像光路は、その中心部が実質
的に遮蔽(以下、「中心遮蔽」という)されたものとな
っている。即ち、光路の中心部分を通る光線は、主鏡M
1、副鏡M2の中心部の開口部61,62を透過してし
まい、上記結像光路より外に放出されてしまうためであ
る。
As described above, the projection optical system 18 has a primary mirror M1 having openings 61 and 62 (portions where no physical through-hole or reflection surface is formed) near its optical axis PAX.
Since the sub-mirror M2 is included, the image forming optical path emitted from an arbitrary point on the reticle 13 and reaching the wafer 19 has a center portion substantially shielded (hereinafter, referred to as "center shield"). I have. That is, the light ray passing through the central portion of the optical path is reflected by the primary mirror M
1. This is because the light passes through the openings 61 and 62 at the center of the sub-mirror M2 and is emitted outside the imaging optical path.

【0032】この遮蔽部の全光束に占める位置は、レチ
クル13上の位置に応じて変化してしまう。これでは、
レチクル13上の位置に応じてウエハ19上に形成され
る像の特性が変化してしまうため、今後レチクル13の
パターンの微細度や集積度が一層向上すると、その像の
変化量が許容範囲を超える恐れがある。そこで、本例で
は、レチクル13と一次像(中間像)Iとの中間に形成
される投影光学系18の瞳面PP(即ち、レチクル13
のパターン面に対する光学的なフーリエ変換面)の近傍
に、光軸PAXを中心とした円形の領域で結像光束(結
像光路)を遮蔽するための円形の遮光部材(以下、「中
心遮蔽部」という)CSを配置する。中心遮蔽部CS
は、中心遮蔽絞りとも呼ぶことができる。この中心遮蔽
部CSは、瞳面PPを通る各光束の、主鏡M1、副鏡M
2による遮蔽部分を全て含む大きさで、かつ有効な結像
光束を遮らない大きさとする。これによって、各光束の
中心遮蔽部を、一様に光束の中心部とすることができ、
位置による像の変化が生じない。
The position of the shielding portion in the total light flux changes depending on the position on the reticle 13. In this,
Since the characteristics of the image formed on the wafer 19 change according to the position on the reticle 13, if the fineness and integration of the pattern of the reticle 13 are further improved in the future, the amount of change in the image will be within the allowable range. May exceed. Therefore, in the present embodiment, the pupil plane PP of the projection optical system 18 formed between the reticle 13 and the primary image (intermediate image) I (that is, the reticle 13)
In the vicinity of an optical Fourier transform surface with respect to the pattern surface of (1), a circular light shielding member (hereinafter, referred to as a “central shielding portion”) for shielding an imaging light flux (imaging optical path) in a circular region centered on the optical axis PAX. CS) is arranged. Central shielding part CS
Can also be called a central shielding stop. The central shielding unit CS includes a primary mirror M1 and a secondary mirror M for each light beam passing through the pupil plane PP.
2 and a size that does not block the effective imaging light flux. Thereby, the central shielding portion of each light beam can be uniformly set as the center portion of the light beam,
There is no change in the image depending on the position.

【0033】図3(a)は中心遮蔽部CSの支持方法の
一例を示し、この図3(a)において、薄い輪帯状の金
属板25の中央部に3本の細い支持部材26A,26
B,26Cを介して光軸PAXに中心が合致するように
円形の中心遮蔽部CSが配置されている。支持部材26
A〜26Cは直線状であってもよいが、図3(a)の如
く螺旋状になっている方が、支持部材26A〜26C自
体の回折による悪影響を避けることができて好都合であ
る。
FIG. 3 (a) shows an example of a method of supporting the center shielding portion CS. In FIG. 3 (a), three thin supporting members 26A, 26 are provided at the center of a thin annular metal plate 25.
A circular center shielding portion CS is arranged such that the center coincides with the optical axis PAX via B and 26C. Support member 26
Although A to 26C may be linear, it is more convenient to have a spiral shape as shown in FIG. 3A because it is possible to avoid adverse effects due to diffraction of the support members 26A to 26C themselves.

【0034】図3(b)は中心遮蔽部CSの支持方法の
他の例を示し、この図3(b)において、蛍石等の露光
用の照明光に対して透明な基板27が使用され、この中
心部の表面に形成された円形の金属膜が中心遮蔽部CS
とされている。この場合には、図2の瞳面PPに透明な
基板27が挿入されるのに応じて、他のレンズの形状等
を変更し、光学系の収差を最小とする設計変更が必要で
あることは言うまでもない。なお、基板27は前述した
フッ化物結晶材料(CaF2 等)、又はフッ素等の不純
物をドープした合成石英ガラス等が用いられる。
FIG. 3B shows another example of a method of supporting the center shielding portion CS. In FIG. 3B, a substrate 27 transparent to illumination light for exposure such as fluorite is used. The circular metal film formed on the surface of the central portion is the central shielding portion CS
It has been. In this case, it is necessary to change the shape of other lenses and the like in accordance with the insertion of the transparent substrate 27 into the pupil plane PP in FIG. Needless to say. The substrate 27 is made of the above-mentioned fluoride crystal material (CaF 2 or the like) or synthetic quartz glass doped with impurities such as fluorine.

【0035】また、その瞳面PPには、投影光学系18
の開口数(NA)を決定する開口絞りを設けることもで
きる。ところで上記の投影光学系は、反射鏡の特性と屈
折レンズの特性とを巧みに組み合わせることにより、収
差が非常によく補正される光学系であるが、上記の中心
遮蔽によって、ウエハ19上に形成される転写像の特性
が劣化するという問題がある。特に今後レチクル13の
パターンの微細度や集積度が一層向上すると、その転写
像の特性の劣化量が許容範囲を超える恐れがある。
Further, a projection optical system 18 is provided on the pupil plane PP.
An aperture stop that determines the numerical aperture (NA) can be provided. Incidentally, the above-mentioned projection optical system is an optical system in which aberration is corrected very well by skillfully combining the characteristics of the reflecting mirror and the characteristics of the refractive lens. There is a problem in that the characteristics of the transferred image deteriorate. In particular, if the fineness and integration degree of the pattern of the reticle 13 are further improved in the future, the deterioration amount of the characteristics of the transferred image may exceed the allowable range.

【0036】そこで、図4〜図6を参照して以下でその
転写像の劣化、及びその劣化の防止方法につき説明す
る。図4は、一般にレチクル上に形成される代表的なパ
ターンの例を拡大して示し、この図4において、レチク
ル13のパターン領域には、X方向に周期的なライン・
アンド・スペースパターンよりなる縦パターンVPと、
Y方向に周期的なライン・アンド・スペースパターンよ
りなる横パターンHPと、これらに対して45度回転し
た方向に周期的なライン・アンド・スペースパターンよ
りなる斜めパターンOP2及び斜めパターンOP3とが
形成されている。実際のレチクル上には、そのような縦
パターンVP、横パターンHP、及び斜めパターンOP
2,OP3とほぼ相似なパターンが種々に組み合わせて
形成されている。
The deterioration of the transferred image and a method of preventing the deterioration will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 is an enlarged view of an example of a typical pattern generally formed on a reticle. In FIG.
A vertical pattern VP comprising an AND space pattern;
A horizontal pattern HP composed of a line-and-space pattern that is periodic in the Y direction, and oblique patterns OP2 and OP3 composed of a line-and-space pattern that is periodic in a direction rotated by 45 degrees with respect to the horizontal pattern HP are formed. Have been. On the actual reticle, such a vertical pattern VP, a horizontal pattern HP, and an oblique pattern OP
Patterns almost similar to OP2 and OP3 are formed in various combinations.

【0037】このようなパターンが投影露光される過程
は、照明光が各周期パターンに照明されることによって
発生する各回折光が、ウエハ19上で干渉して像(干渉
縞)を形成する過程と考えることができる。各周期パタ
ーンからは、それぞれ0次、±1次、±2次、…の回折
光が発生する。パターンが比較的微細である場合には、
結像に支配的な回折光は、0次と±1次との3光束に限
定される。なぜなら、それより高次の回折光は、回折角
が投影光学系の開口数より大きくなり、投影光学系を透
過できないからである。
The process of projecting and exposing such a pattern is a process of forming an image (interference fringes) by causing each diffracted light generated by illuminating each periodic pattern with illumination light to interfere with each other on the wafer 19. Can be considered. From each periodic pattern, diffracted lights of the 0th order, ± 1st order, ± 2nd order,... Are generated. If the pattern is relatively fine,
Diffracted light dominant in image formation is limited to three luminous fluxes of 0 order and ± 1 order. This is because higher-order diffracted light has a diffraction angle larger than the numerical aperture of the projection optical system and cannot pass through the projection optical system.

【0038】図6(a)〜(d)に示す光量分布は、レ
チクル上のX方向に周期的なパターンからの所定の回折
光によってウエハ上に形成される像を示し、図6(a)
〜(d)において、横軸はウエハ上のX方向の位置、縦
軸は光量IMを示している。まず図6(a)に示す像I
m1は、レチクル上のパターンからの回折光のうち、0
次光IL(0) と±1次光IL(+1),IL(-1)との3本の
光束によって形成される像を示し、像Im1はコントラ
ストの高い像となっている。また、図6(b)に示す像
Im2は、0次光IL(0) と+1次光IL(+1)(又は−
1次光IL(-1)でもよい)とによって形成されるもので
あり、これも十分なコントラストを有する像となる。
The light quantity distributions shown in FIGS. 6A to 6D show images formed on the wafer by predetermined diffracted light from a periodic pattern on the reticle in the X direction.
In (d), the horizontal axis represents the position in the X direction on the wafer, and the vertical axis represents the light amount IM. First, the image I shown in FIG.
m1 is 0 of the diffracted light from the pattern on the reticle.
An image formed by three light fluxes of the next light IL (0) and the ± first-order lights IL (+1) and IL (-1) is shown, and the image Im1 has a high contrast. The image Im2 shown in FIG. 6B is composed of the zero-order light IL (0) and the + 1-order light IL (+1) (or −
And primary light IL (-1)), which also provides an image with sufficient contrast.

【0039】一方、図6(c)に示す像Im3は、0次
光IL(0) のみから形成される像を示し、この場合には
干渉縞は形成されず、コントラストの無い像となる。ま
た、図6(d)に示す像Im4は、0次光が遮蔽され、
±1次光IL(+1),IL(-1)のみがウエハ上に到達する
場合の像を示し、像Im4はコントラストはあるが、本
来暗部となるべき位置28にも明るいピークの生じる
像、即ち本来の像の1/2のピッチの像、言い換えると
2倍の空間周波数の像(以下、「倍周波像」という)と
なっている。
On the other hand, an image Im3 shown in FIG. 6C is an image formed only from the zero-order light IL (0). In this case, no interference fringes are formed and the image has no contrast. In the image Im4 shown in FIG. 6D, the 0th-order light is blocked,
This shows an image when only the ± first-order lights IL (+1) and IL (-1) reach the wafer, and the image Im4 has a contrast, but has a bright peak at the position 28 which should be a dark part. That is, it is an image having a half pitch of the original image, in other words, an image having twice the spatial frequency (hereinafter, referred to as a “double frequency image”).

【0040】次に、図1において照明光学系の瞳面IP
において照明系開口絞り(σ絞り)を図7中の所定の開
口絞りに切り換えた場合に、図2の中心遮蔽のある投影
光学系18を通過してウエハ19に到達する回折光が、
どのような次数の回折光を含むかを図5に示す。図5
(a)は、照明光学系中の瞳面IPでの照明光の照度分
布(二次光源分布)を示し、図5(a)において、1つ
は光軸AXを中心として分布する円形の二次光源CIを
使用した場合、もう1つは光軸AXから所定半径の範囲
(内円と外円とで囲まれた領域)に分布する輪帯状の二
次光源AIを使用した場合を示す。なお、二次光源CI
の中心、及び二次光源AIの中心はそれぞれ光軸AXの
近傍でもよく、二次光源CIの形状は楕円形や多角形状
でもよく、同様に二次光源AIの内側及び外側の外形も
必ずしも円形でなくともよい。これらはそれぞれ図7の
小σ値用の開口絞り42及び輪帯照明用の開口絞り43
を使用した場合に相当する。なお、図5(a),
(c),(e)の照明光学系の瞳面IPにおいて、最外
周の円周INAは、σ値が最大の照明光の断面の外形を
表している。
Next, in FIG. 1, the pupil plane IP of the illumination optical system
When the illumination system aperture stop (σ stop) is switched to the predetermined aperture stop in FIG. 7, diffracted light that reaches the wafer 19 through the projection optical system 18 having the center shield shown in FIG.
FIG. 5 shows what order of diffracted light is included. FIG.
5A shows an illuminance distribution (secondary light source distribution) of the illumination light on a pupil plane IP in the illumination optical system. In FIG. 5A, one is a circular two-dimensional distribution distributed around the optical axis AX. The case where the secondary light source CI is used and the case where the secondary light source AI having an annular shape distributed in a range of a predetermined radius from the optical axis AX (a region surrounded by an inner circle and an outer circle) is used. The secondary light source CI
And the center of the secondary light source AI may be in the vicinity of the optical axis AX, and the shape of the secondary light source CI may be elliptical or polygonal. Similarly, the inner and outer shapes of the secondary light source AI are also necessarily circular. It is not necessary. These are an aperture stop 42 for small σ value and an aperture stop 43 for annular illumination in FIG.
Is equivalent to using. In addition, FIG.
In the pupil plane IP of the illumination optical system in (c) and (e), the outermost circumference INA represents the outer shape of the cross section of the illumination light having the maximum σ value.

【0041】これらの照明光がレチクル13を照明する
と、図4に示す周期的なパターンVP,HP,OP2,
OP3から、回折光が発生する。図5(b)は、図5
(a)に対応して縦パターンVPから発生する0次及び
1次の回折光の、投影光学系18の瞳面PPでの分布を
示す図である。但し、各パターンの周期(ピッチ)P
は、次に示すように投影光学系18の限界解像度に対し
て比較的大きい場合を想定している。
When these illumination lights illuminate the reticle 13, the periodic patterns VP, HP, OP2 and OP2 shown in FIG.
OP3 generates diffracted light. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating distributions of 0th-order and 1st-order diffracted light generated from the vertical pattern VP on the pupil plane PP of the projection optical system 18 corresponding to FIG. However, the period (pitch) P of each pattern
Is assumed to be relatively large with respect to the limit resolution of the projection optical system 18 as shown below.

【0042】P=1.4・λ/PNA (1) ここで、λは露光波長、PNAは投影光学系の開口数で
ある。また、図5(b),(d),(f)の最外周の円
周は、投影光学系18の開口数を規定する開口絞りの開
口(これも「PNA」という)を表している。投影光学
系の瞳面PPと照明光学系の瞳面IPとは、共にレチク
ル13のパターン面に対する光学的フーリエ変換面であ
るため、互いに結像関係となる面である。従って、照明
光学系の瞳面IPで中心の円形領域に分布する二次光源
CIによる0次光CI0は、投影光学系の瞳面PP内で
も、光軸を中心とする円形領域に分布する。一方、+1
次光CI1は、0次光CI0より右方向にλ/Pだけシ
フトした位置に分布し、−1次光CIMは、0次光CI
0より左方向にλ/Pだけシフトした位置に分布する。
ところで、投影光学系の瞳面PPの中心部に分布する0
次光CI0は、中心遮蔽部CSにより遮光されるため、
ウエハ19上に到達することができない。そして、±1
次回折光CI1,CIMのみがウエハ19に到達する。
P = 1.4 · λ / PNA (1) where λ is the exposure wavelength and PNA is the numerical aperture of the projection optical system. 5 (b), 5 (d), and 5 (f), the outermost circumference represents the aperture of the aperture stop (also called “PNA”) that defines the numerical aperture of the projection optical system 18. Since the pupil plane PP of the projection optical system and the pupil plane IP of the illumination optical system are both optical Fourier transform planes with respect to the pattern plane of the reticle 13, they are planes having an image forming relationship with each other. Therefore, the zero-order light CI0 from the secondary light source CI distributed in the center circular area on the pupil plane IP of the illumination optical system is also distributed in the circular area centered on the optical axis in the pupil plane PP of the projection optical system. On the other hand, +1
The first-order light CI1 is distributed at a position shifted by λ / P to the right from the 0th-order light CI0, and the -1st-order light CIM is
It is distributed at positions shifted by λ / P to the left from 0.
By the way, 0 distributed at the center of the pupil plane PP of the projection optical system
Since the next light CI0 is shielded by the center shield CS,
It cannot reach the wafer 19. And ± 1
Only the next-order diffracted lights CI1 and CIM reach the wafer 19.

【0043】このため、円形領域内に分布する二次光源
CIによって、ウエハ19上に形成される像は、その大
部分が、図6(d)の像Im4の如き倍周波像となり、
像の忠実度を悪化させることになる。従って、図2に示
すように中心遮蔽のある投影光学系18を使用する場
合、照明光学系の瞳面IPでの照明光の照度分布(二次
光源形状)は、中心部(照明光学系の光軸AX)近傍
で、その強度が弱いか、あるいは0となっていることが
望ましい。
For this reason, most of the image formed on the wafer 19 by the secondary light source CI distributed in the circular area becomes a double frequency image like the image Im4 in FIG.
This will degrade the fidelity of the image. Therefore, when the projection optical system 18 having a central shield as shown in FIG. 2 is used, the illuminance distribution (secondary light source shape) of the illumination light on the pupil plane IP of the illumination optical system is changed to the central portion (the illumination optical system). It is desirable that the intensity is weak or zero near the optical axis AX).

【0044】例えば、二次光源の形状を、輪帯領域内に
分布する二次光源AIにのみ制限すると、瞳面IP上の
光軸AX近傍での光量は0となる。この場合、縦パター
ンVPからの0次回折光も投影光学系の瞳面PPで輪帯
領域AI0に分布し、中心遮蔽部CSに遮られることは
ない。同様に+1次回折光も輪帯領域AI1に分布し、
その右半分は、投影光学系の開口絞りの開口PNA(開
口数)により遮蔽されるが、左半分は、中心遮蔽部CS
に遮られる一部を除いて、ウエハ19に到達する。な
お、上記+1次回折光AI1の左半分は二次光源AIの
左半分から発せられる照明光の回折光であるので、二次
光源AIの左半分から照明される照明光の大部分は、ウ
エハ19上で0次光と+1次光の干渉による高コントラ
ストな像を形成することになる。
For example, if the shape of the secondary light source is limited only to the secondary light source AI distributed in the annular zone, the light amount near the optical axis AX on the pupil plane IP becomes zero. In this case, the 0th-order diffracted light from the vertical pattern VP is also distributed in the annular zone AI0 on the pupil plane PP of the projection optical system, and is not blocked by the center blocking portion CS. Similarly, the + 1st-order diffracted light is also distributed in the annular zone AI1,
The right half thereof is shielded by the aperture PNA (numerical aperture) of the aperture stop of the projection optical system, while the left half is shielded by the center shielding part CS.
The wafer reaches the wafer 19 except for a part blocked by the wafer 19. Since the left half of the + 1st-order diffracted light AI1 is the diffracted light of the illumination light emitted from the left half of the secondary light source AI, most of the illumination light illuminated from the left half of the secondary light source AI is Above, a high-contrast image is formed by interference between the 0th-order light and the + 1st-order light.

【0045】ところで、上記の+1次回折光AI1は、
その一部が中心遮蔽部CSで遮光される。そのため、二
次光源AIの左半分内の一部の領域(二次光源)DCか
らの照明光による回折光は、0次光DC0のみがウエハ
19上に到達し、図6(c)のIm3の如き、コントラ
ストのない像を形成する。従って、その二次光源DCに
よる像は全体像のコントラストを低下させるが、その光
量比(面積比)はわずかであり、その悪影響は少ない。
By the way, the above + 1st order diffracted light AI1 is
Part of the light is shielded by the central shield CS. Therefore, as for the diffracted light due to the illumination light from the partial area (secondary light source) DC in the left half of the secondary light source AI, only the zero-order light DC0 reaches the wafer 19, and Im3 in FIG. To form an image without contrast. Therefore, the image formed by the secondary light source DC lowers the contrast of the entire image, but the light amount ratio (area ratio) is small, and the adverse effect is small.

【0046】なお、二次光源AIの右半分についても、
同様に、0次回折光AI0と不図示の−1次光とが高コ
ントラストな像を形成する。以上では、レチクル13上
の縦パターンVPのみについて説明したが、中心遮蔽部
CS及び輪帯照明の二次光源AIは、それぞれ光軸PA
X,AXを中心とする円及び輪帯であり、方向性を持た
ないので、どの方向のパターンに関しても、縦パターン
と同様のことが成り立つことは言うまでもない。
The right half of the secondary light source AI is also
Similarly, the 0th-order diffracted light AI0 and the -1st-order light (not shown) form a high-contrast image. In the above, only the vertical pattern VP on the reticle 13 has been described. However, the central light shielding portion CS and the secondary light source AI for annular illumination have the optical axis PA, respectively.
Since it is a circle and an annular zone centered on X and AX and has no directionality, it goes without saying that the same applies to the pattern in any direction.

【0047】この原理を用いて、図1中の絞り切り換え
部材4によって図7の輪帯照明用の開口絞り43を照明
光学系中に設置することで、中心遮蔽のある投影光学系
18を用いてあらゆる方向の周期パターンの像を投影し
たときに、良好なパターン忠実度が得られる。その絞り
43の輪帯状の開口43aの内径は、結像関係にある投
影光学系18の瞳面PPに投影した場合の大きさで、中
心遮蔽部CSよりも大きくとることが望ましい。また、
周期パターンのピッチ(レチクル内での平均的なピッ
チ)等に応じて、図7の別の輪帯照明用の開口絞り44
を使用するようにしてもよい。
Using this principle, an aperture stop 43 for annular illumination shown in FIG. 7 is installed in the illumination optical system by the aperture switching member 4 in FIG. 1, so that the projection optical system 18 having a central shield can be used. Good image fidelity is obtained when images of periodic patterns in all directions are projected. The inner diameter of the annular aperture 43a of the stop 43 is a size when projected on the pupil plane PP of the projection optical system 18 having an image forming relationship, and is desirably larger than the central shielding portion CS. Also,
In accordance with the pitch of the periodic pattern (average pitch in the reticle) and the like, another aperture stop 44 for annular illumination in FIG.
May be used.

【0048】ところで、レチクル13上のパターンの方
向が限定される場合には、転写される像の忠実度を一層
向上させる方法がある。例えば、レチクル13のパター
ンの方向が縦パターンVP及び横パターンHPのみに限
定される場合には、図5(c)に示す二次光源S1,S
2,S3,S4のように、光軸AXから所定の距離の領
域に、光軸AXを中心として90度間隔で配置された二
次光源を使用すると、転写像の忠実度を一層向上するこ
とができる。この二次光源形状は、図5(a)の輪帯状
の二次光源AIから、縦パターンVPに対して、コント
ラストの無い像を形成する光源部DCと、光源部DCに
対して光軸AXを挟んだ反対側の光源部とを削除し、更
に、横パターンHPに対して同様にコントラストの無い
像を形成する上端及び下端の光源部を削除したものとな
っている。
When the direction of the pattern on the reticle 13 is limited, there is a method for further improving the fidelity of the transferred image. For example, when the pattern direction of the reticle 13 is limited to only the vertical pattern VP and the horizontal pattern HP, the secondary light sources S1 and S shown in FIG.
By using secondary light sources arranged at 90 ° intervals around the optical axis AX in a region at a predetermined distance from the optical axis AX as in 2, S3 and S4, the fidelity of the transferred image can be further improved. Can be. The secondary light source shape is such that, from the annular secondary light source AI in FIG. 5A, a light source unit DC that forms an image without contrast with respect to the vertical pattern VP, and an optical axis AX with respect to the light source unit DC. Are removed, and the upper and lower light sources that form an image without contrast for the horizontal pattern HP are also deleted.

【0049】従って、パターンの方向が、縦方向(配列
方向がX方向)及び横方向(配列方向がY方向)に限定
される場合には、更に優れた結像特性を有することにな
る。このときの二次光源S1からの照明光による回折光
の投影光学系の瞳面PPでの分布を図5(d)に示す。
図5(d)において、0次光S10、及び縦パターンV
P、横パターンHPからの各+1次回折光S1V,S1
Hは、中心遮蔽部CSに殆ど遮られることなく瞳面PP
を透過し、ウエハ19に至る。従って、二次光源S1か
らの照明光からは、全て図6(b)の像Im2の如く高
コントラストな像が形成されることになる。もちろん、
他の二次光源S2,S3,S4に関しても同様である。
Therefore, when the pattern direction is limited to the vertical direction (the arrangement direction is the X direction) and the horizontal direction (the arrangement direction is the Y direction), more excellent imaging characteristics are obtained. FIG. 5D shows the distribution of the diffracted light by the illumination light from the secondary light source S1 on the pupil plane PP of the projection optical system at this time.
In FIG. 5D, the zero-order light S10 and the vertical pattern V
P, each + 1st-order diffracted light S1V, S1 from the horizontal pattern HP
H is the pupil plane PP almost unobstructed by the central shield CS.
And reaches the wafer 19. Accordingly, from the illumination light from the secondary light source S1, a high-contrast image like the image Im2 in FIG. 6B is formed. of course,
The same applies to the other secondary light sources S2, S3, S4.

【0050】但し、図4中の斜めパターンOP2,OP
3のような斜め方向に周期的なパターンに関しては、そ
れぞれの1次回折光S12,S13は、大部分が中心遮
蔽部CSによって遮光されたり、開口絞りの開口PNA
(開口数)によって遮光される。従って、斜めパターン
の結像特性の向上はあまり期待できない。この原理を用
いて、図1中の絞り切り換え部材4によって、図7の変
形照明用の開口絞り45を照明光学系中に設置して、図
5(c)に示す二次光源S1〜S4を使用することで、
中心遮蔽のある投影光学系18を用いても、特に縦方向
及び横方向の周期パターンに関して良好なパターン忠実
度が得られる。その際に、図5(c)の各二次光源S1
〜S4間の距離の1/2、例えば図5(c)の二次光源
S1とS2との間隔の半値wは、結像関係にある投影光
学系18の瞳面PPに投影した大きさとして、中心遮蔽
部CSの半径よりも大きくとることが望ましい。
However, the oblique patterns OP2 and OP in FIG.
For a pattern that is periodic in the oblique direction such as 3, most of the respective first-order diffracted lights S12 and S13 are shielded by the central shielding portion CS or the aperture PNA of the aperture stop.
(Numerical aperture). Therefore, improvement in the imaging characteristics of the oblique pattern cannot be expected much. Using this principle, the aperture switch 45 for the modified illumination shown in FIG. 7 is installed in the illumination optical system by the aperture switching member 4 in FIG. 1, and the secondary light sources S1 to S4 shown in FIG. By using
Even with the use of the projection optical system 18 having a central shield, good pattern fidelity can be obtained, particularly for a periodic pattern in the vertical and horizontal directions. At this time, each secondary light source S1 shown in FIG.
1/2 of the distance between S4 and S4, for example, the half value w of the interval between the secondary light sources S1 and S2 in FIG. 5C is the size projected on the pupil plane PP of the projection optical system 18 in an image forming relationship. , It is desirable to make it larger than the radius of the central shielding part CS.

【0051】なお、上記の実施の形態では、各二次光源
S1〜S4の形状を、図5(c)の如く輪帯からその一
部を切り出したような形状としたが、それぞれを特開平
4−225514号公報等で提案されているような概ね
正方形の形状としてもよく、あるいは円形領域から上記
の半値wの幅内の領域を遮蔽するような形状であっても
よい。
In the above embodiment, the shape of each of the secondary light sources S1 to S4 is such that a part thereof is cut out from the ring as shown in FIG. 5C. The shape may be a substantially square shape as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-225514, or a shape that shields a region within the width of the half value w from the circular region.

【0052】更に、斜めパターンOP2,OP3に対し
ても、良好な結像特性を得るためには、二次光源の形状
を、図5(e)に示すように光軸AXの回りに等角度間
隔で配置された8個の二次光源E1〜E8にするとよ
い。これは、縦パターン及び横パターンに最適化した上
記図5(c)に示した二次光源S1〜S4から、更にそ
れらの各中央部を削除したものであり、二次光源の分布
は、光軸AXから所定の距離の領域に、光軸AXを中心
として45度間隔で分布するものとなる。
Further, in order to obtain good imaging characteristics even for the oblique patterns OP2 and OP3, the shape of the secondary light source is set at an equal angle around the optical axis AX as shown in FIG. It is preferable to use eight secondary light sources E1 to E8 arranged at intervals. This is the secondary light sources S1 to S4 shown in FIG. 5C optimized for the vertical pattern and the horizontal pattern, and their respective central parts are further deleted. The distribution of the secondary light sources is In a region at a predetermined distance from the axis AX, the light is distributed at intervals of 45 degrees around the optical axis AX.

【0053】この二次光源のうち、二次光源E1,E2
からの照明光による回折光の投影光学系の瞳面PPでの
分布を図5(f)に示す。0次光E10,E20はもち
ろん瞳面を透過し、縦パターンVPによる1次回折光E
1V,E2V、及び横パターンHPによる1次回折光E
1H,E2Hもその大部分が瞳面を透過する。更に、斜
めパターンOP2からの1次回折光E12,E22も大
部分が瞳面を透過する。
Of the secondary light sources, secondary light sources E1 and E2
FIG. 5F shows the distribution of the diffracted light by the illumination light from the pupil plane PP of the projection optical system. The 0th-order lights E10 and E20 pass through the pupil plane, and are the first-order diffracted lights E by the vertical pattern VP.
1V, E2V, and first-order diffracted light E by the horizontal pattern HP
Most of 1H and E2H also transmit through the pupil plane. Further, most of the first-order diffracted lights E12 and E22 from the oblique pattern OP2 are transmitted through the pupil plane.

【0054】一方、斜めパターンOP3からの+1次回
折光のうち、二次光源E2からの光束である+1次回折
光E23は瞳面を透過するが、二次光源E1からの光束
である+1次回折光E13は開口絞り(開口数)PNA
により遮光されてしまう。但し、二次光源E1からの−
1次回折光E14は瞳面を透過するため、結局、二次光
源E1,E2からの照明光の縦方向、横方向、及び斜め
方向のパターンに対する0次光と、±1次回折光とのど
ちらか一方は常にウエハに到達し、図6(b)に示す如
きコントラストの高い像を形成することになる。
On the other hand, of the + 1st-order diffracted light from the oblique pattern OP3, the + 1st-order diffracted light E23, which is the light from the secondary light source E2, passes through the pupil plane, but the + 1st-order diffracted light E13, which is the light from the secondary light source E1. Is the aperture stop (numerical aperture) PNA
Light is blocked by the However,-from the secondary light source E1
Since the first-order diffracted light E14 passes through the pupil plane, the first-order diffracted light E1 is eventually divided into the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light for the patterns of the illumination light from the secondary light sources E1 and E2 in the vertical, horizontal, and oblique directions. One always reaches the wafer and forms an image with high contrast as shown in FIG.

【0055】この原理を用いて、図1中の絞り切り換え
部材4によって図7の開口絞り46を照明光学系中に設
置して、図5(e)に示す二次光源E1〜E8を使用す
ることによって、中心遮蔽のある投影光学系18を用い
ても、特に縦方向、横方向及び斜め45度方向の周期パ
ターンに関して良好なパターン忠実度を有する投影露光
装置を実現できる。また、その際に、各二次光源E1〜
E8中の近接する二次光源間の距離は、結像関係にある
投影光学系18の瞳面PPに投影した場合の長さで、中
心遮蔽部CSの直径よりも大きくとることが望ましい。
Using this principle, the aperture stop 46 shown in FIG. 7 is installed in the illumination optical system by the stop switching member 4 shown in FIG. 1, and the secondary light sources E1 to E8 shown in FIG. 5E are used. As a result, even when the projection optical system 18 having the center shield is used, it is possible to realize a projection exposure apparatus having good pattern fidelity, particularly with respect to the periodic pattern in the vertical, horizontal, and oblique 45-degree directions. At that time, each secondary light source E1
The distance between the adjacent secondary light sources in E8 is a length when the image is projected on the pupil plane PP of the projection optical system 18 having an image-forming relationship, and is preferably larger than the diameter of the central shielding portion CS.

【0056】なお、上記の実施の形態では、各二次光源
E1〜E8の形状を、図5(e)の如く輪帯からその一
部を切り出したような形状としたが、それぞれの形状は
任意でよく、正方形や円形であってもよい。また、ウエ
ハ19への照明光の照度を高めて、ウエハ19への露光
時間を短縮し、露光装置のスループットを高めるために
は、これらの8箇所の二次光源E1〜E8の領域に照明
光を効率よく集光させる必要がある。この方法として
は、例えば、図1のオプティカル・インテグレータ3と
して直列に配列された2段のフライアイレンズを使用
し、その1段目(光源側)のフライアイレンズを8n個
のレンズエレメント(nは自然数)から構成し、その2
段目のフライアイレンズをその8箇所に別々に配置され
た8個のフライアイレンズから構成してもよい。この構
成では、その1段目のフライアイレンズの各レンズエレ
メントの射出側の面をテーパ加工して屈折作用を持た
せ、上記8箇所に配置される2段目のフライアイレンズ
に照明光を集光させることによって、高い照明効率が得
られる。
In the above embodiment, the shape of each of the secondary light sources E1 to E8 is such that a part thereof is cut out from the annular zone as shown in FIG. 5 (e). It may be arbitrary and may be square or circular. In order to increase the illuminance of the illumination light on the wafer 19, shorten the exposure time on the wafer 19, and increase the throughput of the exposure apparatus, the illumination light is applied to these eight secondary light sources E1 to E8. Must be efficiently condensed. As this method, for example, a two-stage fly-eye lens arranged in series as the optical integrator 3 in FIG. 1 is used, and the first-stage (light source side) fly-eye lens is replaced with 8n lens elements (n Is a natural number).
The stage fly-eye lens may be composed of eight fly-eye lenses separately arranged at eight positions. In this configuration, the surface on the exit side of each lens element of the first-stage fly-eye lens is tapered to have a refraction effect, and illumination light is applied to the second-stage fly-eye lenses arranged at the eight positions. By converging light, high illumination efficiency can be obtained.

【0057】なお、以上の実施の形態では、照明光は、
所定の各二次光源の位置にのみ分布するものとしたが、
照明光学系の瞳面IP上の、各二次光源の位置以外の部
分に多少の照明光が分布していてもそれ程問題となるも
のではなく、要するに、各指定位置で二次光源の強度分
布が大きく、他の位置で小さくなっていれば、本発明の
効果を得ることができる。
In the above embodiment, the illumination light is
Although it is assumed that it is distributed only at the position of each predetermined secondary light source,
Even if some illumination light is distributed on a portion other than the position of each secondary light source on the pupil plane IP of the illumination optical system, it does not matter much. In short, the intensity distribution of the secondary light source at each designated position Is larger and smaller at other positions, the effect of the present invention can be obtained.

【0058】また、以上の実施の形態では、オプティカ
ル・インテグレータ3としてフライアイレンズを使用す
るとしたが、これに代えてロッド(4角柱状のガラス)
を使用することもできる。この場合には、オプティカル
・インテグレータ3の射出面に二次光源は形成されず、
またロッドの射出面は照明光学系の瞳面ではなくなり、
レチクル13のパターン面と共役な面となるが、ロッド
の射出面とレチクル13との間に形成される照明光学系
の瞳面IPに対して、図1と同様の絞り切り換え部材4
によって所望の照明系開口絞り(σ絞り)を設けること
で、投影光学系18を使用した場合でも良好なパターン
忠実度が得られる。又は、ロッドの入射面は照明光学系
の瞳面にほぼ配置されるので、その入射面に近接して絞
り切り換え部材4を設けるようにしてもよい。
In the above embodiment, a fly-eye lens is used as the optical integrator 3, but instead of this, a rod (quadrangular prism-shaped glass) is used.
Can also be used. In this case, no secondary light source is formed on the exit surface of the optical integrator 3,
Also, the exit surface of the rod is no longer the pupil plane of the illumination optical system,
Although it is conjugate with the pattern surface of the reticle 13, the iris switching member 4 similar to FIG. 1 is provided with respect to the pupil plane IP of the illumination optical system formed between the exit surface of the rod and the reticle 13.
By providing a desired illumination system aperture stop (σ stop), good pattern fidelity can be obtained even when the projection optical system 18 is used. Alternatively, since the entrance surface of the rod is substantially arranged on the pupil plane of the illumination optical system, the aperture switching member 4 may be provided close to the entrance surface.

【0059】あるいは、ロッドよりも光源側の、レチク
ルのパターン面に対する光学的なフーリエ変換面に二次
光源の形状を決定する上記の絞り、又は集光部材を設け
ることによっても、良好なパターン忠実度が得られる。
なお、フライアイレンズはその射出側焦点面(照明光学
系の瞳面)に多数の光源像を形成し、その多数の光源像
からなる面光源が二次光源AIとなるが、ロッドではそ
の入射面側に形成される複数の虚像が二次光源に相当す
る。
Alternatively, good pattern fidelity can be obtained by providing the above-mentioned stop or light-condensing member for determining the shape of the secondary light source on an optical Fourier transform surface with respect to the reticle pattern surface closer to the light source than the rod. Degree.
The fly-eye lens forms a large number of light source images on its exit-side focal plane (the pupil plane of the illumination optical system), and the surface light source composed of the large number of light source images serves as the secondary light source AI. A plurality of virtual images formed on the surface side correspond to a secondary light source.

【0060】また、前述の実施の形態では絞り切り換え
部材4を用いて照明光学系の瞳面(フーリエ変換面)上
での照明光の強度分布、即ち二次光源の形状や大きさを
変更可能としたが、例えば露光光源1とオプティカル・
インテグレータ3との間に配置される少なくとも1つの
光学素子を光軸方向に移動可能とする、即ちズーム光学
系とし、オプティカル・インテグレータ3の入射面上で
の照明光の強度分布を変更可能としてもよい。これによ
り、フライアイレンズではその射出側焦点面、ロッドで
はその入射面が配置される照明光学系の瞳面、あるいは
オプティカル・インテグレータ3の射出面とレチクル1
2との間に設定される照明光学系の瞳面上での二次光源
の大きさ、即ち照明光学系のコヒーレントファクタ(σ
値)を連続的に、かつ光量損失なく変更することができ
る。
In the above-described embodiment, the intensity distribution of the illumination light on the pupil plane (Fourier transform plane) of the illumination optical system, that is, the shape and size of the secondary light source can be changed by using the aperture switching member 4. However, for example, the exposure light source 1 and the optical
At least one optical element disposed between the optical integrator 3 and the integrator 3 can be moved in the optical axis direction, that is, a zoom optical system, and the intensity distribution of the illumination light on the incident surface of the optical integrator 3 can be changed. Good. Thereby, in the fly-eye lens, its exit side focal plane, in the rod, the pupil plane of the illumination optical system where its entrance plane is arranged, or the exit plane of the optical integrator 3 and the reticle 1
2, the size of the secondary light source on the pupil plane of the illumination optical system, that is, the coherent factor (σ) of the illumination optical system
Value) can be changed continuously and without loss of light quantity.

【0061】更に、その少なくとも1つの光学素子より
も光源側、又はオプティカル・インテグレータ側に一対
の円錐プリズム(アキシコン)を配置し、その一対のア
キシコンの光軸方向に関する間隔を調整することで、オ
プティカル・インテグレータ3の入射面上での照明光
を、その強度分布が中心部よりもその外側で高くなる輪
帯状に変更可能に構成してもよい。これにより、フライ
アイレンズではその射出側焦点面、ロットではその入射
面が配置される照明光学系の瞳面、あるいはオプティカ
ル・インテグレータ3の射出面とレチクル12との間に
設定される照明光学系の瞳面上での照明光の強度分布
(二次光源の形状や大きさ)を変更することが可能とな
ると共に、照明条件の変更に伴う照明光の光量損失を大
幅に低減することができ、高スループットの維持が可能
となる。
Further, a pair of conical prisms (axicons) is disposed closer to the light source or the optical integrator than the at least one optical element, and the distance between the pair of axicons in the optical axis direction is adjusted. The illumination light on the incident surface of the integrator 3 may be configured to be changeable into an annular shape in which the intensity distribution is higher outside the center than outside the center. As a result, the exit-side focal plane of the fly-eye lens, the pupil plane of the illumination optical system where the entrance plane is located in the lot, or the illumination optical system set between the exit plane of the optical integrator 3 and the reticle 12 It is possible to change the intensity distribution (shape and size of the secondary light source) of the illumination light on the pupil plane, and to greatly reduce the light quantity loss of the illumination light due to the change of the illumination condition. , High throughput can be maintained.

【0062】なお、前述のズーム光学系と一対のアキシ
コンとを併用することにより、通常照明と輪帯照明との
切替だけでなく、輪帯照明における二次光源の外径、内
径、及び輪帯比(外径と内径との比)の少なくとも1つ
を連続的に、かつ光量損失なく変更することが可能とな
る。また、照明光学系の光軸から偏心した複数個の二次
光源、例えば図5(c),(e)に示した4個、又は8
個の二次光源を形成するために、前述のズーム光学系と
一対のアキシコンとを併用して照明光学系の瞳面(フー
リエ変換面)上に輪帯状の二次光源を形成すると共に、
図7に示した開口絞り、あるいは輪帯状の二次光源を部
分的に遮光又は減光する光学要素(遮光板又は減光板)
を照明光学系の瞳面又はその近傍に配置するようにして
もよい。この場合、絞り切り換え部材4のみで複数個の
二次光源を形成するのに比べて光量損失を大幅に低減す
ることが可能となる。
By using the above-mentioned zoom optical system and a pair of axicons, not only switching between normal illumination and annular illumination, but also the outer diameter, inner diameter, and annular diameter of the secondary light source in annular illumination. At least one of the ratios (the ratio between the outer diameter and the inner diameter) can be changed continuously and without loss of light amount. Also, a plurality of secondary light sources decentered from the optical axis of the illumination optical system, for example, four or eight shown in FIGS. 5C and 5E.
In order to form two secondary light sources, an annular secondary light source is formed on the pupil plane (Fourier transform plane) of the illumination optical system by using the above-described zoom optical system and a pair of axicons in combination.
An optical element (light-shielding plate or light-attenuating plate) that partially blocks or diminishes the aperture stop or the annular secondary light source shown in FIG.
May be arranged on the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity thereof. In this case, it is possible to greatly reduce the light amount loss as compared with the case where a plurality of secondary light sources are formed only by the aperture switching member 4.

【0063】また、上記の実施の形態の照明光学系及び
投影光学系18は、各光学部材を所定の位置関係で支持
部材や鏡筒内に配置して調整を行った後、鏡筒を不図示
のコラムに設置することによって組み上げられる。そし
て、この組立調整と共に、ステージ系やレーザ干渉計等
の組立及び調整を行い、各構成要素を、電気的、機械的
又は光学的に連結することによって上記の実施の形態の
投影露光装置が組み上げられる。この場合の作業は温度
管理が行われたクリーンルーム内で行うことが望まし
い。そして、上記の投影露光装置によって露光が行われ
たウエハが、現像工程、パターン形成工程、ボンディン
グ工程等を経ることによって、半導体素子等のデバイス
が製造される。
In the illumination optical system and the projection optical system 18 according to the above-described embodiment, after the respective optical members are arranged in the supporting member or the lens barrel in a predetermined positional relationship, and the adjustment is performed, the lens barrel becomes unfit. Assembled by installing on the column shown. Along with the assembly adjustment, the stage system and the laser interferometer are assembled and adjusted, and the respective components are electrically, mechanically or optically connected to assemble the projection exposure apparatus of the above embodiment. Can be The work in this case is desirably performed in a clean room where the temperature is controlled. The wafer exposed by the above-mentioned projection exposure apparatus undergoes a developing step, a pattern forming step, a bonding step, and the like, whereby devices such as semiconductor elements are manufactured.

【0064】なお、以上の実施の形態では、図2に示す
投影光学系18が使用されているが、本発明は、そのよ
うな投影光学系18が使用されている場合にのみ有効な
ものではなく、その他の構成の投影光学系が使用されて
いる場合にも有効であることはもちろんである。但し、
本発明は、特に光軸近傍に開口部(透過部)が形成され
た光学部材を備えた投影光学系を有する場合に有効であ
る。
In the above embodiment, the projection optical system 18 shown in FIG. 2 is used. However, the present invention is not effective only when such a projection optical system 18 is used. Of course, the present invention is also effective when a projection optical system having another configuration is used. However,
The present invention is particularly effective when having a projection optical system including an optical member having an opening (transmission part) formed near the optical axis.

【0065】図2に示した投影光学系18では副鏡M2
とレンズ成分L2とで裏面反射鏡を構成するものとした
が、例えばレンズ成分L2とは分離して副鏡M2を配置
する、即ち副鏡M2を表面反射鏡としてもよく、この構
成は特願平11−66769号等に開示されている。ま
た、図2の投影光学系18では主鏡M1及び副鏡M2が
一次像(中間像)Iよりも像面側(ウエハ側)に配置さ
れていたが、例えば特開平10−104513号公報に
開示されているように、その中間像Iの形成位置よりも
物体面側(レチクル側)に一対の反射鏡(主鏡M1及び
副鏡M2に相当)が配置される反射屈折系、あるいは米
国特許第5650877号、又は第5559338号に
開示されているように、中間像Iを形成しない反射屈折
系を用いてもよい。
In the projection optical system 18 shown in FIG.
And the lens component L2 constitute a back surface reflecting mirror. For example, a sub mirror M2 may be disposed separately from the lens component L2, that is, the sub mirror M2 may be a front surface reflecting mirror. It is disclosed in JP-A-11-66769. Further, in the projection optical system 18 of FIG. 2, the primary mirror M1 and the secondary mirror M2 are arranged on the image plane side (wafer side) with respect to the primary image (intermediate image) I, for example, as disclosed in JP-A-10-104513. As disclosed, a catadioptric system in which a pair of reflecting mirrors (corresponding to a primary mirror M1 and a secondary mirror M2) is arranged on the object plane side (reticle side) of the position where the intermediate image I is formed, or US Pat. As disclosed in Japanese Patent No. 5650877 or No. 5559338, a catadioptric system that does not form the intermediate image I may be used.

【0066】また、図2の投影光学系18は物体面及び
像面の両側でそれぞれテレセントリックであるが、像面
側のみテレセントリックであってもよいし、さらには投
影光学系18を構成する全ての光学素子を3つ以上の鏡
筒に分割して収納し、不活性ガスのパージが維持される
ようにその複数の鏡筒を接続する、あるいはその複数の
鏡筒を別の鏡筒内に収納する(即ち、投影光学系18を
二重鏡筒とする)ようにしてもよい。また、投影光学系
18の中心遮蔽部CSとその瞳面との半径比は20%程
度以下であることが好ましいが、例えば転写すべきパタ
ーンの線幅、あるいは要求される投影光学系18のフィ
ールドサイズ等によってはその半径比が20%を越えて
もよい。なお、中心遮蔽部CSの大きさ、即ち前述の半
径比は、投影光学系18のフィールドサイズに応じて決
定されるので、例えば半径比が20%程度以下となる、
比較的小さなフィールドサイズを有する投影光学系を用
いる場合には、ステップ・アンド・スティッチ方式を採
用して基板(ウエハ)上に大面積の回路パターンを形成
するようにしてもよい。
The projection optical system 18 shown in FIG. 2 is telecentric on both sides of the object plane and the image plane, but may be telecentric only on the image plane side. The optical element is divided and stored in three or more lens barrels, and the plurality of lens barrels are connected so that the inert gas purge is maintained, or the plurality of lens barrels is stored in another lens barrel. (That is, the projection optical system 18 is a double lens barrel). The radius ratio between the central shielding portion CS of the projection optical system 18 and its pupil plane is preferably about 20% or less. For example, the line width of the pattern to be transferred or the required field of the projection optical system 18 Depending on the size, the radius ratio may exceed 20%. Since the size of the central shielding portion CS, that is, the above-described radius ratio is determined according to the field size of the projection optical system 18, the radius ratio is, for example, about 20% or less.
When a projection optical system having a relatively small field size is used, a circuit pattern having a large area may be formed on a substrate (wafer) by using a step-and-stitch method.

【0067】なお、中心遮蔽部分の半径が、投影光学系
の瞳半径(開口数NAに相当)の15%程度以下である
ときには、中心遮蔽部分が結像特性に与える影響は小さ
いので、本発明の如き変形照明を適用する必要性は低
い。一方、中心遮蔽部分の半径が投影光学系の瞳半径に
対して、20%程度以上となるときには、中心遮蔽部分
による悪影響が大きくなるため、本発明に記載の変形照
明が有効となる。
When the radius of the central shielding portion is about 15% or less of the pupil radius (corresponding to the numerical aperture NA) of the projection optical system, the effect of the central shielding portion on the imaging characteristics is small. The necessity of applying the modified illumination such as is low. On the other hand, when the radius of the central shielding portion is about 20% or more of the pupil radius of the projection optical system, the adverse effect of the central shielding portion becomes large, so that the modified illumination according to the present invention is effective.

【0068】但し、中心遮蔽部分の半径が一層増大する
と、本発明の変形光源の面積が減少し、それに伴って、
光量や照度均一性が低下する恐れがあるので、中心遮蔽
部分の半径は、投影光学系瞳面の25%程度以下に抑え
ることが望ましい。また、本発明は露光光としてArF
エキシマレーザ光(波長193nm)のようなほぼ真空
紫外域の最も長波長側の光、又はKrFエキシマレーザ
光(波長248nm)のように遠紫外域等の光を使用し
て、かつ投影光学系の一部に反射部材を含むような場合
には同様に適用することができる。
However, when the radius of the central shielding portion is further increased, the area of the deformed light source of the present invention is reduced.
Since there is a possibility that the light quantity and the illuminance uniformity may be reduced, it is desirable that the radius of the central shielding portion be suppressed to about 25% or less of the pupil plane of the projection optical system. Also, the present invention uses ArF as the exposure light.
The light of the longest wavelength in the vacuum ultraviolet region, such as excimer laser light (wavelength 193 nm), or the light in the far ultraviolet region, such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), is used for the projection optical system. In the case where a reflection member is partially included, the same can be applied.

【0069】但し、本発明がその効果を最大限に発揮す
るのは、投影光学系中の屈折部材(レンズ等)用の透過
率の高い硝材の種類が限定される波長域、即ち真空紫外
域中でも特に120〜180nm程度の波長域の光を露
光光として使用する場合である。この波長域の露光光の
光源としては、上記の実施の形態のフッ素レーザの他
に、波長120〜130nm程度のAr2(アルゴン・ダ
イマー)レーザ、波長146nm程度のKrArレー
ザ、その他の気体レーザ、及び他のレーザ光の高調波を
発生する高調波変換素子等がある。
However, the present invention exerts its effect to the maximum only in a wavelength range in which the types of glass materials having a high transmittance for a refraction member (such as a lens) in a projection optical system are limited, ie, a vacuum ultraviolet region. In particular, this is a case where light in a wavelength range of about 120 to 180 nm is used as exposure light. As a light source of the exposure light in this wavelength range, in addition to the fluorine laser of the above embodiment, an Ar 2 (argon dimer) laser having a wavelength of about 120 to 130 nm, a KrAr laser having a wavelength of about 146 nm, other gas lasers, And a harmonic conversion element for generating a harmonic of another laser beam.

【0070】一例としては、DFB半導体レーザ又はフ
ァイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単
一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウム
(Er)とイッテルビウム(Yb)の両方)がドープさ
れたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を
用いて紫外光に波長変換した高調波を露光用照明光とし
て用いてもよい。例えば、単一波長レーザの発振波長を
1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193
〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシ
マレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波
長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157
〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2 レーザ
とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
As an example, an infrared or visible single wavelength laser oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is doped with, for example, erbium (or both erbium (Er) and ytterbium (Yb)). Harmonics amplified by a fiber amplifier and wavelength-converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used as illumination light for exposure. For example, if the oscillation wavelength of a single-wavelength laser is in the range of 1.544 to 1.553 μm, 193
8th harmonic within the range of 〜194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as that of the ArF excimer laser is obtained, and when the oscillation wavelength is within the range of 1.57 to 1.58 μm, 157
The 10th harmonic within the range of 15158 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser is obtained.

【0071】なお、本発明は、露光光として波長5〜1
5nm程度の軟X線のような極端紫外光(EUV光)を
使用する場合に、反射系よりなる投影光学系を使用する
場合等にも適用することができる。更に、上記の実施の
形態は本発明をステップ・アンド・スキャン方式の投影
露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパー
等の一括露光型の投影露光装置にも適用できることは明
らかである。
It is to be noted that the present invention uses the exposure light having a wavelength of 5-1.
The present invention can be applied to a case where extreme ultraviolet light (EUV light) such as soft X-ray of about 5 nm is used, and a case where a projection optical system including a reflection system is used. Further, in the above embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus. However, it is apparent that the present invention can be applied to a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper. .

【0072】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the spirit of the present invention.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明によれば、結像光束の一部が事実
上遮蔽されるような構成の投影光学系を使用する場合
に、照明光学系からの露光ビームの照度分布を実質的に
最適化しているため、その結像光束の遮蔽に起因する結
像特性への悪影響を軽減することができ、転写されるパ
ターンの忠実度の低下、又は投影像のコントラストの低
下等を抑制できる利点がある。
According to the present invention, when a projection optical system having a configuration in which a part of an image forming light beam is practically shielded is used, the illuminance distribution of the exposure beam from the illumination optical system is substantially reduced. Because of the optimization, it is possible to reduce the adverse effect on the image forming characteristics due to the shielding of the image forming light beam, and to suppress a decrease in the fidelity of the transferred pattern or a decrease in the contrast of the projected image. There is.

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

【図1】 本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を
示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a projection exposure apparatus according to an example of an embodiment of the present invention.

【図2】 図1中の投影光学系18の構成を示す断面に
沿う端面図である。
FIG. 2 is an end view along a section showing a configuration of a projection optical system 18 in FIG.

【図3】 (a)は図2中の中心遮蔽部CSの支持方法
の一例を示す拡大平面図、(b)はその中心遮蔽部CS
の支持方法の他の例を示す拡大側面図である。
3A is an enlarged plan view showing an example of a method of supporting a center shielding portion CS in FIG. 2, and FIG.
It is an expanded side view which shows the other example of the support method of FIG.

【図4】 レチクルのパターン領域に形成される代表的
な周期パターンを示す拡大平面図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a typical periodic pattern formed in a pattern region of a reticle.

【図5】 その実施の形態の投影露光装置における照明
光学系の瞳面の二次光源の分布と、それに対応して投影
光学系の瞳面を通過する結像光束(回折光)の分布との
関係を示す図である。
FIG. 5 shows the distribution of secondary light sources on the pupil plane of the illumination optical system in the projection exposure apparatus according to the embodiment, and the distribution of imaging light flux (diffracted light) passing through the pupil plane of the projection optical system correspondingly. FIG.

【図6】 有効な回折光の組み合わせの例と、各回折光
の組み合わせによって形成される像との関係を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an example of an effective combination of diffracted lights and an image formed by the combination of the diffracted lights.

【図7】 図1の絞り切り換え部材4に形成されている
複数の照明系開口絞り(σ絞り)を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a plurality of illumination system aperture stops (σ stops) formed on the aperture switching member 4 of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…露光光源、3…オプティカル・インテグレータ、4
…絞り切り換え部材、8…視野絞り、13…レチクル、
18…投影光学系、19…ウエハ、24…主制御系、4
2〜46…開口絞り(σ絞り)、CS…中心遮蔽部、6
1,62…開口部、M1…主鏡、M2…副鏡、VP…縦
パターン、HP…横パターン、OP2,OP3…斜めパ
ターン
1: Exposure light source, 3: Optical integrator, 4
... Aperture switching member, 8 ... Field stop, 13 ... Reticle,
18: Projection optical system, 19: Wafer, 24: Main control system, 4
2 to 46: aperture stop (σ stop), CS: center shielding portion, 6
1, 62: opening, M1: primary mirror, M2: secondary mirror, VP: vertical pattern, HP: horizontal pattern, OP2, OP3: diagonal pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA21 LA01 NA02 NA04 PA07 PA17 PB07 QA02 QA06 QA12 QA21 QA25 QA32 QA41 QA45 RA03 RA12 RA13 RA26 RA31 RA32 TA01 TA03 TA04 UA00 UA02 UA03 UA04 5F046 BA04 BA05 CA03 CA04 CA08 CB12 CB13 CB25 DA07 DB04 DC12 9A001 BB05 HH34 JJ61 KK16 KK54 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H087 KA21 LA01 NA02 NA04 PA07 PA17 PB07 QA02 QA06 QA12 QA21 QA25 QA32 QA41 QA45 RA03 RA12 RA13 RA26 RA31 RA32 TA01 TA03 TA04 UA00 UA02 UA03 UA04 5F046 BA04 BA05 CA03 CB04 DA07 DB04 DC12 9A001 BB05 HH34 JJ61 KK16 KK54

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明光学系からの露光ビームでマスクを
照明し、該マスクのパターンを投影光学系を介して基板
上に転写する投影露光方法であって、 前記投影光学系は、それぞれ前記投影光学系の光軸を含
む領域又は該光軸の近傍の領域に前記露光ビームが透過
する透過部が形成された反射面を持つ2つの反射部材を
有し、 前記照明光学系の前記マスクのパターン面に対する光学
的フーリエ変換面での前記露光ビームの照度分布を、前
記照明光学系の光軸を含む領域又は該光軸の近傍の領域
で弱く、かつ該光軸から離れた外周部で強く設定したこ
とを特徴とする投影露光方法。
1. A projection exposure method for illuminating a mask with an exposure beam from an illumination optical system and transferring a pattern of the mask onto a substrate via a projection optical system, wherein each of the projection optical systems A region including the optical axis of the optical system or a region in the vicinity of the optical axis, two reflective members each having a reflective surface on which a transmission portion through which the exposure beam passes is formed; and a pattern of the mask of the illumination optical system. The illuminance distribution of the exposure beam on the optical Fourier transform plane with respect to the surface is set to be weak in a region including the optical axis of the illumination optical system or in a region near the optical axis and strong in an outer peripheral portion distant from the optical axis. And a projection exposure method.
【請求項2】 照明光学系からの露光ビームでマスクを
照明し、該マスクのパターンを投影光学系を介して基板
上に転写する投影露光装置であって、 前記投影光学系は、それぞれ前記投影光学系の光軸を含
む領域又は該光軸の近傍の領域に前記露光ビームが透過
する透過部が形成された反射面を持つ2つの反射部材を
有し、 前記照明光学系の前記マスクのパターン面に対する光学
的フーリエ変換面での前記露光ビームの照度分布を、前
記照明光学系の光軸を含む領域又は該光軸の近傍の領域
で弱く、かつ該光軸から離れた外周部で強く設定する照
度調整部材を設けたことを特徴とする投影露光装置。
2. A projection exposure apparatus which illuminates a mask with an exposure beam from an illumination optical system and transfers a pattern of the mask onto a substrate via a projection optical system. A region including the optical axis of the optical system or a region in the vicinity of the optical axis, two reflective members each having a reflective surface on which a transmission portion through which the exposure beam passes is formed; and a pattern of the mask of the illumination optical system. The illuminance distribution of the exposure beam on the optical Fourier transform plane with respect to the surface is set to be weak in a region including the optical axis of the illumination optical system or in a region near the optical axis and strong in an outer peripheral portion distant from the optical axis. A projection exposure apparatus, comprising:
【請求項3】 前記照度調整部材は、前記照明光学系の
前記光学的フーリエ変換面での前記露光ビームの照度分
布を、前記照明光学系の光軸を囲む輪帯状の領域で強く
なるように設定することを特徴とする請求項2記載の投
影露光装置。
3. The illuminance adjusting member increases an illuminance distribution of the exposure beam on the optical Fourier transform surface of the illumination optical system in an annular zone surrounding the optical axis of the illumination optical system. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the setting is performed.
【請求項4】 前記照度調整部材は、前記照明光学系の
前記光学的フーリエ変換面での前記露光ビームの照度分
布を、前記照明光学系の光軸の回りに実質的に等角度間
隔で配置された4箇所以上の複数の領域で強くなるよう
に設定することを特徴とする請求項2記載の投影露光装
置。
4. The illuminance adjusting member arranges illuminance distribution of the exposure beam on the optical Fourier transform surface of the illumination optical system at substantially equal angular intervals around an optical axis of the illumination optical system. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the intensity is set to be stronger in a plurality of the four or more areas.
【請求項5】 照明光学系からの露光ビームでマスクを
照明し、該マスクのパターンを投影光学系を介して基板
上に転写する投影露光装置であって、 該投影光学系の前記マスクのパターン面に対する光学的
フーリエ変換面又は該面の近傍で、前記マスク上の任意
の1点から前記基板上の結像位置に至る結像光路の一部
が実質的に遮蔽されると共に、 前記照明光学系の前記マスクのパターン面に対する光学
的フーリエ変換面での前記露光ビームの照度分布を、前
記照明光学系の光軸の回りに実質的に等角度間隔で配置
された8箇所以上の領域で強くなるように設定する照度
調整部材を設けたことを特徴とする投影露光装置。
5. A projection exposure apparatus for illuminating a mask with an exposure beam from an illumination optical system and transferring a pattern of the mask onto a substrate via a projection optical system, wherein the pattern of the mask of the projection optical system is provided. A part of an imaging optical path from an arbitrary point on the mask to an imaging position on the substrate near or at an optical Fourier transform plane with respect to the plane, and the illumination optics The illuminance distribution of the exposure beam on the optical Fourier transform surface with respect to the pattern surface of the mask of the system is strongly enhanced in eight or more regions arranged at substantially equal angular intervals around the optical axis of the illumination optical system. A projection exposure apparatus provided with an illuminance adjustment member for setting the brightness of the projection exposure apparatus.
【請求項6】 前記投影光学系は、球面状の反射面の一
部に開口が形成された反射部材を備え、 該反射部材の前記開口の中央部を通過する結像光路が実
質的に遮蔽されることを特徴とする請求項5記載の投影
露光装置。
6. The projection optical system includes a reflecting member having an opening formed in a part of a spherical reflecting surface, and an image forming optical path passing through a central portion of the opening of the reflecting member is substantially blocked. 6. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the exposure is performed.
【請求項7】 前記投影光学系は、それぞれ前記投影光
学系の光軸を含む領域又は該光軸の近傍の領域に前記露
光ビームが透過する透過部が形成された反射面を持つ2
つの反射部材を有することを特徴とする請求項5又は6
記載の投影露光装置。
7. The projection optical system has a reflection surface in which a transmission portion through which the exposure beam passes is formed in a region including the optical axis of the projection optical system or in a region near the optical axis.
7. The light emitting device according to claim 5, further comprising: two reflecting members.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項8】 請求項1記載の投影露光方法を用いて、
デバイスパターンをワークピース上に転写する工程を含
むデバイス製造方法。
8. A projection exposure method according to claim 1,
A device manufacturing method including a step of transferring a device pattern onto a workpiece.
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