JP2001215316A - Method of producing diffraction optical device and method for exposure - Google Patents

Method of producing diffraction optical device and method for exposure

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JP2001215316A
JP2001215316A JP2000023857A JP2000023857A JP2001215316A JP 2001215316 A JP2001215316 A JP 2001215316A JP 2000023857 A JP2000023857 A JP 2000023857A JP 2000023857 A JP2000023857 A JP 2000023857A JP 2001215316 A JP2001215316 A JP 2001215316A
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electromagnetic wave
wave beam
substrate
exposure
optical element
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JP2000023857A
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Seiji Takeuchi
誠二 竹内
Makoto Ogusu
誠 小楠
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the position with high accuracy even on a substrate coated with a photoresist. SOLUTION: The method includes a step of irradiating the rugged pattern on a sample 106 coated with a photoresist with a tracking beam so as to detect the relative position of a converged beam 105 and the sample 106 when the sample 106 is exposed to the converged beam 106 for exposure. The tracking beam is made incident on the sample 106 so as to satisfy the relation of cosθ=λ/4nd, wherein d is the height of the rugged pattern, λ is the wavelength of the tracking beam, n is the refractive index of the photoresist at wavelength λand θ is the incident angle of the tracking beam on the rugged pattern.

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、回折光学素子の製
造方法及び円環パターンを露光する際の露光方法に関
し、更にはその製造方法や露光方法を用いて製造された
回折光学素子、それを有する光学系、光学機器、露光装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a diffractive optical element and an exposure method for exposing a ring pattern, and further relates to a method for manufacturing the same and a diffractive optical element manufactured using the exposure method. The present invention relates to an optical system, an optical device, and an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、注目されている光学素子に回折光
学素子がある。これは円環状のパターンをガラス基板上
に作成し、光を照射すると円環の周期に応じた角度に光
が回折され、レンズのような役割を果たすものである。
2. Description of the Related Art In recent years, a diffractive optical element has been attracting attention as an optical element. In this method, when an annular pattern is formed on a glass substrate and irradiated with light, the light is diffracted at an angle corresponding to the period of the annular ring and plays a role like a lens.

【0003】図8に回折光学素子の例を示す。図8
(a)はフレネルゾーンプレートと呼ばれる回折光学素
子であり、ガラス基板上にクロム等の金属膜を蒸着し、
リソグラフィープロセスなどによりフレネルゾーンを描
画することで金属膜等が残る遮光部と膜のない透光部を
形成したものである。図8(b)は輪帯の半径方向の周
期構造の1周期が連続的な曲面をなしているフレネルレ
ンズの断面図であり、切削やプレス加工で形成されるも
のである。図8(c)はバイナリオプティクス素子と呼
ばれる回折光学素子であり、ガラス基板表面を複数回の
リソグラフィープロセスによって階段状の断面構造にな
るように加工したものである。
FIG. 8 shows an example of a diffractive optical element. FIG.
(A) is a diffractive optical element called a Fresnel zone plate, in which a metal film such as chromium is deposited on a glass substrate,
By drawing a Fresnel zone by a lithography process or the like, a light-shielding portion where a metal film or the like remains and a light-transmitting portion without a film are formed. FIG. 8B is a cross-sectional view of a Fresnel lens in which one period of the periodic structure in the radial direction of the annular zone forms a continuous curved surface, and is formed by cutting or pressing. FIG. 8C shows a diffractive optical element called a binary optics element, which is obtained by processing the surface of a glass substrate into a stepped cross-sectional structure by a plurality of lithography processes.

【0004】図8に示したような円環パターンを持つ回
折光学素子を製造するための従来の回転露光装置を図9
に示す。
A conventional rotary exposure apparatus for manufacturing a diffractive optical element having an annular pattern as shown in FIG. 8 is shown in FIG.
Shown in

【0005】図9において、901は露光用の光源、9
02は照明光学系、903はシャッター系、904は収
束光学系、905は収束ビーム、906はガラス基板で
あるところの試料、907は回転ステージ、908は同
心円状に形成される円環パターンである。901から9
04までが露光光学系909である。光源901からの
電磁波(例えば紫外光)は、照明光学系902により露
光に適したビームに整形され、収束光学系904を通っ
て試料906上で所望のビームスポットサイズに収束さ
れる。ステージ907が回転することにより、試料上に
円環パターンが露光される。またステージ907あるい
は光学系909が試料の半径方向に相対的に移動するこ
とで半径の異なる同心円状の円環パターンが露光され
る。
In FIG. 9, reference numeral 901 denotes a light source for exposure;
02 is an illumination optical system, 903 is a shutter system, 904 is a converging optical system, 905 is a converging beam, 906 is a sample which is a glass substrate, 907 is a rotary stage, and 908 is a concentric annular pattern. . 901 to 9
Reference numeral 04 denotes an exposure optical system 909. An electromagnetic wave (e.g., ultraviolet light) from the light source 901 is shaped into a beam suitable for exposure by the illumination optical system 902, and is converged to a desired beam spot size on the sample 906 through the converging optical system 904. By rotating the stage 907, an annular pattern is exposed on the sample. Further, the stage 907 or the optical system 909 relatively moves in the radial direction of the sample, so that concentric circular patterns having different radii are exposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来、図8(c)のよ
うな回折光学素子を製造する際、まず第1層をレジスト
塗布、パターン露光、エッチングによって基板表面に凹
凸を形成し、次に第2層を再度レジスト塗布、パターン
露光、エッチングによって順次素子表面に階段構造を加
工していく。第3層、第4層と重ねて露光を行って更に
多段の階段構造を加工する場合も、上記と同様の一連の
プロセスを繰り返して行うことになる。この際に問題と
なるのが、すでに加工された下層との重ねあわせ精度で
ある。
Conventionally, when manufacturing a diffractive optical element as shown in FIG. 8 (c), first, a first layer is coated with a resist, patterned by exposure, and etched to form irregularities on the substrate surface. A step structure is sequentially formed on the element surface by applying the second layer again by resist application, pattern exposure, and etching. When the exposure is performed by overlapping the third and fourth layers to process a further multi-step structure, a series of processes similar to the above are repeated. At this time, the problem is the overlay accuracy with the already processed lower layer.

【0007】図9に示したような回転露光装置により露
光する場合、第1層の同心円パターンの中心と第2層を
露光する際のステージの回転中心が一致しないと2つの
層が横ずれした状態の回折光学素子が製作される。さら
に多数の層を重ねあわせをするときには、全てのパター
ンの中心がステージの回転中心と一致する必要がある。
この重ねあわせのずれによる製造誤差が、回折光学素子
の光学性能の1つの指標である回折効率の低下を招くこ
とになっていた。
In the case of exposure using a rotary exposure apparatus as shown in FIG. 9, if the center of the concentric circular pattern of the first layer and the rotation center of the stage when exposing the second layer do not coincide, the two layers are shifted laterally. Is manufactured. When superposing more layers, the centers of all the patterns need to coincide with the rotation center of the stage.
A manufacturing error due to the misalignment causes a decrease in diffraction efficiency, which is one index of the optical performance of the diffractive optical element.

【0008】この課題を解決するための従来技術とし
て、重ねあわせ露光の際にそれ以前に形成されたパター
ンの位置を検出し、検出された位置情報に基づいて位置
合わせを行う回折光学素子の製造方法が特開平8−15
509号公報に開示されている。
As a conventional technique for solving this problem, there is provided a method of manufacturing a diffractive optical element which detects a position of a pattern formed before the overlay exposure and performs alignment based on the detected position information. The method is disclosed in JP-A-8-15
No. 509.

【0009】特開平8−15509号公報に開示された
方法では、塗布されたフォトレジストを介して基板表面
のパターン領域のエッジ部を検出しているが、回折光学
素子のガラス基板の屈折率はフォトレジストの屈折率に
近く界面での反射率が極めて小さいため、エッジ部を検
出するための信号コントラストが低くなり、高い位置検
出精度を確保するには不十分であった。
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-15509, the edge of the pattern area on the substrate surface is detected through the applied photoresist, but the refractive index of the glass substrate of the diffractive optical element is Since the refractive index of the photoresist is close to the refractive index of the photoresist and the reflectance at the interface is extremely small, the signal contrast for detecting the edge portion is low, which is insufficient for securing high position detection accuracy.

【0010】本発明は、上記従来技術を鑑みなされたも
ので、感光材料としてのフォトレジストが塗布された基
板上でも、高精度に位置検出を行うことを可能な手法を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above prior art, and has as its object to provide a method capable of performing position detection with high accuracy even on a substrate coated with a photoresist as a photosensitive material. I do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第1発明は、フォトレジストが塗布された基板
を第1の電磁波ビームで露光する際に、前記基板上の凹
凸に第2の電磁波ビームを照射して前記第1の電磁波ビ
ームと前記基板の相対位置を検出する段階を有し、前記
凹凸の高さをd、前記第2の電磁波ビームの波長をλ、
該波長λにおける前記フォトレジストの屈折率をn、前
記第2の電磁波ビームの前記基板に対する入射角度θと
するとき、 cosθ=λ/4nd を満足するよう前記第2の電磁波ビームを前記基板に入
射させることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, when a substrate coated with a photoresist is exposed to a first electromagnetic wave beam, second irregularities on the substrate are exposed. Irradiating an electromagnetic wave beam to detect a relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate, wherein the height of the irregularities is d, the wavelength of the second electromagnetic wave beam is λ,
Assuming that the refractive index of the photoresist at the wavelength λ is n and the incident angle θ of the second electromagnetic wave beam to the substrate, the second electromagnetic wave beam is incident on the substrate so as to satisfy cos θ = λ / 4nd. It is characterized by having

【0012】本願第1発明の回折光学素子の製造方法に
おいては、検出された前記基板の前記第1の電磁波ビー
ムに対する相対位置の情報に基づいて該相対位置を変更
する段階を有することが好ましい。
It is preferable that the method of manufacturing a diffractive optical element according to the first aspect of the present invention includes a step of changing the relative position of the substrate based on the detected information on the relative position of the substrate with respect to the first electromagnetic wave beam.

【0013】本願第2発明は、フォトレジストが塗布さ
れた基板を回転ステージ上に配置し、該回転ステージを
第1の電磁波ビームに対して回転させることによって前
記基板に円環パターンを露光する露光方法において、前
記フォトレジストの前記第1の電磁波ビームによって露
光された露光部と露光されていない非露光部の境界部に
第2の電磁波ビームを照射して前記第1の電磁波ビーム
と前記基板の相対位置を検出することを特徴としてい
る。
[0013] The second invention of the present application is an exposure step in which a substrate coated with a photoresist is placed on a rotary stage, and the rotary stage is rotated with respect to a first electromagnetic wave beam to expose the substrate to an annular pattern. A method of irradiating a second electromagnetic wave beam to a boundary between an exposed portion of the photoresist exposed by the first electromagnetic wave beam and a non-exposed portion of the photoresist, the first electromagnetic wave beam and the substrate. It is characterized by detecting a relative position.

【0014】本願第2発明の露光方法においても、検出
された前記基板の前記第1の電磁波ビームに対する相対
位置の情報に基づいて該相対位置を変更することが好ま
しい。
In the exposure method according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the relative position is changed based on the detected relative position information of the substrate with respect to the first electromagnetic wave beam.

【0015】また本願第3発明は、本願第1発明の回折
光学素子の製造方法において前記基板を露光する際に用
いられる露光装置であって、前記第1の電磁波ビームを
供給する手段と、前記基板を保持する手段と、前記基板
の相対位置を検出する手段とを有することを特徴として
いる。
Further, the third invention of the present application is an exposure apparatus used for exposing the substrate in the method of manufacturing a diffractive optical element of the first invention of the present application, wherein the means for supplying the first electromagnetic wave beam; It is characterized by having means for holding a substrate and means for detecting the relative position of the substrate.

【0016】本願第4発明は、本願第2発明の露光方法
において前記基板を露光する際に用いられる露光装置で
あって、前記第1の電磁波ビームを供給する手段と、前
記回転ステージと、前記基板の相対位置を検出する手段
とを有することを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus used for exposing the substrate in the exposure method of the second aspect of the present invention, wherein the means for supplying the first electromagnetic wave beam, the rotating stage, Means for detecting the relative position of the substrate.

【0017】本願第5発明の回折光学素子は、本願第2
発明の露光方法を用いてフォトレジストが塗布された基
板を露光し、該フォトレジストを現像することによって
得られたパターンを利用して基板表面を凹凸に形成する
一連のプロセスを複数回繰り返して基板上に階段構造を
形成することによって製造されたことを特徴としてい
る。
The diffractive optical element of the fifth invention of the present application is
Exposure of the substrate coated with photoresist using the exposure method of the invention, a series of processes for forming the substrate surface unevenness using a pattern obtained by developing the photoresist is repeated a plurality of times It is characterized by being manufactured by forming a staircase structure thereon.

【0018】本願第6発明の光学系は、本願第1発明の
回折光学素子の製造方法によって製造された回折光学素
子又は本願第5発明の回折光学素子を有することを特徴
としている。
An optical system according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that it has a diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to the first aspect of the present invention or the diffractive optical element according to the fifth aspect of the present invention.

【0019】本願第7発明の光学機器は、本願第6発明
の光学系を有することを特徴としている。
An optical apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes the optical system according to the sixth aspect of the present invention.

【0020】本願第8発明の露光装置は、本願第6発明
の光学系を有することを特徴としている。
An exposure apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes the optical system according to the sixth aspect of the present invention.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に本発明に関する種々の実施
形態について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments according to the present invention will be described below.

【0022】(実施形態1)図1は第1の実施形態を説
明するための回転露光装置の概略構成図である。本実施
形態は、前工程で試料に既に加工されている同心円状の
段差パターン(円環パターン)をトラッキングのガイド
として用いる実施形態である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rotary exposure apparatus for explaining a first embodiment. This embodiment is an embodiment in which a concentric step pattern (annular pattern) already processed on a sample in a previous process is used as a guide for tracking.

【0023】図1において、101は露光光束(第1の
電磁波ビーム)を供給する光源、102は照明光学系、
103はシャッター系、104は収束光学系、105が
収束ビーム、106は試料、107は回転ステージ、1
08は前工程で既に試料106上に加工されている円環
パターンである。また、109はトラッキング用の光束
(第2の電磁波ビーム)を供給する光源、110は照射
光学系、111,112はミラー、115は入射光、1
16は出射光、113は受光光学系、114は検出系、
117は処理系である。101から104と露光光学系
118であり、109から114がトラッキング系で露
光光学系118に固定的に設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a light source for supplying an exposure light beam (first electromagnetic wave beam), 102 denotes an illumination optical system,
103 is a shutter system, 104 is a converging optical system, 105 is a converging beam, 106 is a sample, 107 is a rotating stage, 1
Reference numeral 08 denotes an annular pattern that has already been processed on the sample 106 in the previous step. Reference numeral 109 denotes a light source for supplying a tracking light beam (second electromagnetic wave beam); 110, an irradiation optical system; 111 and 112, mirrors; 115, incident light;
16 is an outgoing light, 113 is a light receiving optical system, 114 is a detection system,
117 is a processing system. Reference numerals 101 to 104 and an exposure optical system 118 are provided, and reference numerals 109 to 114 are fixedly provided in the exposure optical system 118 as tracking systems.

【0024】照明光学系102により露光に適したビー
ムに成形された光源101からの露光光束は、シャッタ
ー系103、収束光学系104を介して試料106上で
所望のビームスポットサイズに収束される。円環パター
ンの露光に際しては、フォトレジストが塗布された試料
(ガラス基板等)106を回転ステージ107で回転さ
せて試料106上に露光光束を照射する。そして回転ス
テージ107又は露光光学系118を試料106の半径
方向119に相対的に移動させることで、半径の異なる
同心円パターンを露光する。なお、本実施形態では露光
光学系118は固定されており、回転ステージ107を
露光光学系118に対して119の方向に移動させる不
図示のXステージを有している。
An exposure light beam from a light source 101 shaped into a beam suitable for exposure by an illumination optical system 102 is converged to a desired beam spot size on a sample 106 via a shutter system 103 and a converging optical system 104. In exposing the annular pattern, a sample (glass substrate or the like) 106 coated with a photoresist is rotated by a rotating stage 107 to irradiate the sample 106 with an exposure light beam. Then, the rotary stage 107 or the exposure optical system 118 is relatively moved in the radial direction 119 of the sample 106 to expose concentric patterns having different radii. In this embodiment, the exposure optical system 118 is fixed, and has an X stage (not shown) for moving the rotary stage 107 in the direction 119 with respect to the exposure optical system 118.

【0025】本実施形態ではレジスト塗布、露光、現
像、加工(エッチング又はデポジション)という一連の
プロセスを複数回繰り返して試料106上に階段構造を
形成し、図8(c)に示したようなバイナリオプティク
ス素子と呼ばれる回折光学素子を作成している。ここで
は、上記一連のプロセスのうちの露光工程について説明
する。
In this embodiment, a series of processes such as resist coating, exposure, development, and processing (etching or deposition) are repeated a plurality of times to form a step structure on the sample 106, as shown in FIG. He produces a diffractive optical element called a binary optics element. Here, the exposure step in the above series of processes will be described.

【0026】まず第1層の露光工程においては、試料1
06が載置された回転ステージ107を回転させながら
119の方向にステップ移動させる。収束ビーム105
が露光する必要のない半径位置にある場合は、シャッタ
ー103が閉じられており、試料106に塗布されたレ
ジストは感光されない。ステップ移動により試料106
が露光する円環パターンの半径位置まで到達したとき、
シャッター103を開き、収束ビーム105がその半径
位置を収束スポットの幅で露光する。ステージ107が
回転しているので感光されたパターンは円環状となる。
これを続け、収束ビーム105が回転ステージ107の
回転中心まで進むと、第1層の露光は終了となる。
First, in the step of exposing the first layer, the sample 1
While rotating the rotary stage 107 on which 06 is mounted, the rotary stage 107 is step-moved in the direction of 119. Convergent beam 105
Is located at a radial position where exposure is not required, the shutter 103 is closed and the resist applied to the sample 106 is not exposed. The sample 106 is moved by the step movement.
Has reached the radial position of the ring pattern to be exposed,
The shutter 103 is opened, and the convergent beam 105 exposes the radial position with the width of the convergent spot. Since the stage 107 is rotating, the exposed pattern has an annular shape.
When the convergent beam 105 continues to the center of rotation of the rotary stage 107, the exposure of the first layer is completed.

【0027】次に第2層以降の露光工程を述べる。第2
層以降の露光工程の際には、試料106は一度回転ステ
ージ107から外され、別のプロセス装置によって現
像、エッチング等の加工を経て同心円状のパターンの凹
凸の段差が形成されている。また、試料106を一度回
転ステージ107から外して再度回転ステージ上に載置
するため、円環パターンの中心は必ずしも回転ステージ
107の回転中心とは一致しないことになる。
Next, the exposure process for the second and subsequent layers will be described. Second
In the exposure step after the layer, the sample 106 is once removed from the rotating stage 107, and a step of concentric pattern unevenness is formed through processing such as development and etching by another process device. In addition, since the sample 106 is once removed from the rotary stage 107 and mounted on the rotary stage again, the center of the annular pattern does not always coincide with the rotation center of the rotary stage 107.

【0028】図2に試料106の拡大図を示す。図2
(a)は上面図で、図2(b)は直線AA′での断面図
である。図2(a)において、201は露光する収束ビ
ーム、202はトラッキング用のビーム、203は現工
程で既に露光された円環、204は現在露光中の円環、
205は下層の円環パターンである。また図2(b)に
おいて、206は下層の円環パターンのプロファイル、
208は露光済みのレジスト、209がトラッキングの
ビームが照射された領域である。トラッキング系は露光
光学系118に固定されてあるので、スポット201と
202の位置関係は常に一定である。
FIG. 2 is an enlarged view of the sample 106. FIG.
2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along a line AA '. In FIG. 2A, 201 is a convergent beam to be exposed, 202 is a tracking beam, 203 is a ring already exposed in the current process, 204 is a ring currently being exposed,
Reference numeral 205 denotes a lower annular pattern. In FIG. 2B, reference numeral 206 denotes a profile of a lower annular pattern,
Reference numeral 208 denotes an exposed resist, and reference numeral 209 denotes an area irradiated with a tracking beam. Since the tracking system is fixed to the exposure optical system 118, the positional relationship between the spots 201 and 202 is always constant.

【0029】第2層の露光に際して、下層の円環パター
ン205の中心が回転ステージ107の回転中心と一致
していると、下層の円環パターン205の段差は半径方
向(図2の矢印rの方向)には動かない。しかし、回転
中心が一致していない場合、回転の周期に応じて段差が
rの方向に振動することになる。
At the time of exposure of the second layer, if the center of the lower annular pattern 205 coincides with the rotation center of the rotary stage 107, the step of the lower annular pattern 205 is shifted in the radial direction (arrow r in FIG. 2). Direction). However, if the rotation centers do not match, the step will vibrate in the direction of r according to the rotation cycle.

【0030】図1の光源109によって供給されたトラ
ッキングビームを照射光学系110によってビーム成形
し、209に示すように下層の円環パターン205の凹
凸の段差のエッジ部に入射させる。その段差によって反
射、散乱される光を受光光学系113を通して、CCD
などの検出系114で検出する。検出系114で検出さ
れる光の強度分布は、円環パターン205が半径方向に
移動すると変化し、移動しないと一定の強度分布とな
る。ところが、前述したように試料106としてのガラ
ス基板の屈折率は未露光のレジストの屈折率に近く界面
での反射率が極めて小さいため、段差のエッジ部を検出
するための信号コントラストが低くなり、高い位置検出
精度を確保することが難しい。そこで本実施形態では、
凹凸の段差の高さをd、トラッキングビームの波長を
λ、波長λにおけるレジストの屈折率をn、トラッキン
グビームの段差に対する入射角度θとするとき、 cosθ=λ/4nd …(1) を満足するようトラッキングビームを試料106に入射
させている。
The tracking beam supplied from the light source 109 shown in FIG. 1 is shaped by the irradiation optical system 110 and is made incident on the edge of the uneven step of the lower annular pattern 205 as shown by 209. The light reflected and scattered by the step is passed through the light receiving optical system 113, and is transmitted to the CCD.
And the like. The intensity distribution of light detected by the detection system 114 changes when the ring pattern 205 moves in the radial direction, and becomes constant when the ring pattern 205 does not move. However, as described above, since the refractive index of the glass substrate as the sample 106 is close to the refractive index of the unexposed resist and the reflectance at the interface is extremely small, the signal contrast for detecting the edge of the step becomes low, It is difficult to ensure high position detection accuracy. Therefore, in this embodiment,
When the height of the step of the unevenness is d, the wavelength of the tracking beam is λ, the refractive index of the resist at the wavelength λ is n, and the incident angle θ with respect to the step of the tracking beam, cos θ = λ / 4nd (1) is satisfied. A tracking beam is incident on the sample 106.

【0031】この条件を満足するようにトラッキングビ
ームが試料106に入射すると、干渉条件で反射光の中
心が暗くなるので、検出系114でモニターされた強度
分布の強度の窪みの移動を検出することで下層の段差が
半径方向に移動するのが容易に検出でき、高い位置検出
精度が確保できる。今、段差の高さdが250nm、ト
ラッキングビームの波長λが1.3μm、波長λにおけ
るレジストの屈折率nが1.45とするとき、上記干渉
条件により、レジストに対する入射角を約40°にする
とレジスト内での段差に対する入射角θは約30°で反
射光の中心が暗くなり、高い精度での位置検出が可能と
なる。
When the tracking beam is incident on the sample 106 so as to satisfy this condition, the center of the reflected light becomes dark under the interference condition. Therefore, it is necessary to detect the movement of the depression of the intensity distribution of the intensity distribution monitored by the detection system 114. Therefore, it is possible to easily detect that the step in the lower layer moves in the radial direction, and high position detection accuracy can be secured. Now, when the height d of the step is 250 nm, the wavelength λ of the tracking beam is 1.3 μm, and the refractive index n of the resist at the wavelength λ is 1.45, the incident angle with respect to the resist is set to about 40 ° by the above interference condition. Then, the incident angle θ with respect to the step in the resist is about 30 °, and the center of the reflected light becomes dark, so that position detection with high accuracy becomes possible.

【0032】図3に検出系114で検出される強度分布
の一例を示す。図3(b)はトラッキングビームの中央
に下層の段差がある場合、図3(a)は段差が左にずれ
た場合、図3(c)は段差が右にずれた場合の強度分布
を示している。露光光束が紫外光でレジストも紫外域の
電磁波に対してよく感光するような性質を持っている場
合には、トラッキングビームに赤外光(波長1.3μ
m)を用い、露光光束の波長と異ならせることでレジス
トを感光せずにトラッキング(位置検出)することが可
能になる。あるいは、レジストの感度が無い程度の微弱
な強度のトラッキングビームを用いても、レジストがト
ラッキングビームで感光することを防ぐことができる。
FIG. 3 shows an example of the intensity distribution detected by the detection system 114. FIG. 3B shows the intensity distribution when there is a step in the lower layer at the center of the tracking beam, FIG. 3A shows the intensity distribution when the step is shifted to the left, and FIG. 3C shows the intensity distribution when the step is shifted to the right. ing. If the exposure light beam is ultraviolet light and the resist has a property of being sensitive to electromagnetic waves in the ultraviolet region, infrared light (wavelength 1.3 μm) is used as the tracking beam.
By using m) and making the wavelength different from the wavelength of the exposure light beam, tracking (position detection) can be performed without exposing the resist. Alternatively, the resist can be prevented from being exposed to the tracking beam even if a tracking beam having a weak intensity that does not have the sensitivity of the resist is used.

【0033】検出系114で段差の凹凸が左右に移動す
るのが検出された場合、処理系117が不図示のXステ
ージに信号を送り、下層の円環パターンの位置を一定に
保つようにフィードバックする。こうして試料106を
回転ステージ107で回転させながらXステージで往復
運動させることで、下層の円環パターンの中心と回転ス
テージ107の回転中心が一致しなくても、現在露光中
の層の中心と下層の中心が一致するように回転露光を行
っている。
When the detection system 114 detects that the unevenness of the step moves to the left or right, the processing system 117 sends a signal to an X stage (not shown) and performs feedback so as to keep the position of the lower annular pattern constant. I do. In this way, the sample 106 is reciprocated on the X stage while being rotated on the rotary stage 107, so that even if the center of the lower annular pattern does not coincide with the rotation center of the rotary stage 107, the center of the layer currently being exposed and the lower layer are exposed. Are performed so that the centers of the circles coincide with each other.

【0034】なお、トラッキングビームのスポット20
2と露光用収束ビームのスポット201の相対位置は露
光中の円環の半径などにより所望の位置関係が変化する
ので、円環パターンの設計データと現在の露光半径など
からトラッキングビームの位置をミラー111、112
により制御するか、検出系の強度分布のデータにオフセ
ットをかけてフィードバック信号に補正をかけている。
また、下層の段差高さ、レジストの屈折率、その他のプ
ロセス要因により、トラッキング検出の感度が変動する
ため、トラッキングビームの波長、偏光、入射角などは
プロセスや、試料により最適化している。
The tracking beam spot 20
Since the desired positional relationship between 2 and the spot 201 of the convergence beam for exposure changes depending on the radius of the ring during exposure, the position of the tracking beam is mirrored from the design data of the ring pattern and the current exposure radius. 111, 112
, Or offset the data of the intensity distribution of the detection system to correct the feedback signal.
In addition, since the sensitivity of tracking detection varies depending on the height of the step in the lower layer, the refractive index of the resist, and other process factors, the wavelength, polarization, incident angle, and the like of the tracking beam are optimized depending on the process and the sample.

【0035】本実施形態によれば、重ねあわせ露光精度
の高い回転露光装置を提供できるため、回折効率が高
く、不要光の少ない回折光学素子を製造できる。
According to the present embodiment, since a rotary exposure apparatus having high overlay exposure accuracy can be provided, a diffraction optical element having high diffraction efficiency and little unnecessary light can be manufactured.

【0036】(実施形態2)図4は第1の実施形態を説
明するための試料(基板)の拡大図である。回転露光装
置の構成は図1に示した実施形態1と同じであるので説
明を省略する。
(Embodiment 2) FIG. 4 is an enlarged view of a sample (substrate) for explaining the first embodiment. The configuration of the rotary exposure apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

【0037】本実施形態は、露光光束によって露光され
変質したレジストの感光部と露光されていない非感光部
の境界部にトラッキングビームを照射することでトラッ
キングを行う実施形態である。本実施形態は、特に第1
層の同心円パターンを露光するときに有効である。図4
において、401は露光光束の収束スポット、402は
トラッキングビームのスポット、403は現在露光中の
円環パターン、404が露光済みの円環パターンであ
る。
The present embodiment is an embodiment in which tracking is performed by irradiating a tracking beam on a boundary between a photosensitive portion and a non-exposed portion of a resist that has been exposed and deteriorated by an exposure light beam. This embodiment is particularly suitable for the first
This is effective when exposing a concentric pattern of the layer. FIG.
, 401 is a converging spot of an exposure light beam, 402 is a spot of a tracking beam, 403 is an annular pattern currently being exposed, and 404 is an exposed annular pattern.

【0038】実施形態1と同様にトラッキングビームを
照射系110を通して試料106に照射するが、本実施
形態では現在露光中の円環パターン401以外の露光済
みの円環パターン404に照射する。レジストの感光さ
れた部分(感光部)は、化学反応により感光されていな
い部分(非感光部)に比べて屈折率や表面形状などが変
化しているため、この感光部と非感光部の境界部にトラ
ッキングビームを照射することで、その反射光の強度分
布はこの境界部の位置を示すものとなっている。検出系
114が出力する信号を処理してこの強度分布を一定に
保持するようにXステージにフィードバックすることで
回転ステージ107が軸ぶれを起こした場合にも所望の
半径位置を保った同心円を描画することが可能になる。
As in the first embodiment, the tracking beam is applied to the sample 106 through the irradiation system 110. In this embodiment, the tracking beam is applied to the exposed ring pattern 404 other than the currently exposed ring pattern 401. The exposed portion of the resist (photosensitive portion) has a change in refractive index, surface shape, etc., compared to the non-photosensitive portion (non-photosensitive portion) due to a chemical reaction. By irradiating the tracking beam to the portion, the intensity distribution of the reflected light indicates the position of this boundary portion. By processing the signal output from the detection system 114 and feeding it back to the X stage so as to keep this intensity distribution constant, even if the rotation stage 107 is deviated from the axis, a concentric circle with a desired radial position is drawn. It becomes possible to do.

【0039】なお本実施形態においても、トラッキング
ビームのスポット402と露光用収束ビームのスポット
401の相対位置は露光中の円環の半径などにより所望
の位置関係が変化するので、円環パターンの設計データ
と現在の露光半径などからトラッキングビームの位置を
ミラー111,112により制御するか、検出系114
の強度分布のデータにオフセットをかけてフィードバッ
ク信号に補正をかけている。また、レジストの屈折率、
その他のプロセス要因により、トラッキング検出の感度
が変動するため、トラッキングビームの波長、偏光、入
射角などはプロセスや、試料により最適化している。
Also in the present embodiment, the relative position between the spot 402 of the tracking beam and the spot 401 of the convergence beam for exposure changes in a desired positional relationship depending on the radius of the ring during exposure. The position of the tracking beam is controlled by the mirrors 111 and 112 based on the data and the current exposure radius, or the detection system 114
The data of the intensity distribution is offset and the feedback signal is corrected. Also, the refractive index of the resist,
Since the tracking detection sensitivity fluctuates due to other process factors, the wavelength, polarization, incident angle, and the like of the tracking beam are optimized depending on the process and the sample.

【0040】本実施形態によれば、位置合わせ精度の高
い回転露光装置を提供でき、回折効率が高く、不要光の
少ない回折光学素子を製造できる。
According to the present embodiment, it is possible to provide a rotary exposure apparatus having high positioning accuracy, and to manufacture a diffractive optical element having high diffraction efficiency and little unnecessary light.

【0041】(実施形態3)図5は第3の実施形態を説
明するための回転露光装置の概略構成図である。本実施
形態は、トラッキングビームがパターンや変質部以外の
試料上のガイドを照射する実施形態である。特に本実施
形態では、試料の周辺部をこのガイドとして利用してい
る。
(Embodiment 3) FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a rotary exposure apparatus for explaining a third embodiment. The present embodiment is an embodiment in which a tracking beam irradiates a guide on a sample other than a pattern or a deteriorated portion. In particular, in the present embodiment, the periphery of the sample is used as this guide.

【0042】図5において、501は露光光束を供給す
る光源、502は照明光学系、503はシャッター系、
504は収束光学系、505は収束ビーム、506は試
料、507は回転ステージ、508は円環パターンであ
る。また、509はトラッキング用の光束を供給する光
源、510は照射光学系、511はハーフミラー、51
5は入射光及び出射光、513は受光光学系、514は
検出系、517は処理系である。501から504が露
光光学系518であり、509から514がトラッキン
グ系521で、ガイド520に沿って不図示の駆動部に
よって駆動される。
In FIG. 5, reference numeral 501 denotes a light source for supplying an exposure light beam, 502 denotes an illumination optical system, 503 denotes a shutter system,
Reference numeral 504 denotes a converging optical system, 505 denotes a converging beam, 506 denotes a sample, 507 denotes a rotating stage, and 508 denotes an annular pattern. Reference numeral 509 denotes a light source for supplying a light beam for tracking; 510, an irradiation optical system; 511, a half mirror;
5 is an incident light and an outgoing light, 513 is a light receiving optical system, 514 is a detection system, and 517 is a processing system. Reference numerals 501 to 504 denote an exposure optical system 518, and reference numerals 509 to 514 denote a tracking system 521, which are driven along a guide 520 by a drive unit (not shown).

【0043】照明光学系502により露光に適したビー
ムに成形された光源501からの露光光束は、シャッタ
ー系503、収束光学系504を介して試料506上で
所望のビームスポットサイズに収束される。円環パター
ンの露光に際しては、フォトレジストが塗布された試料
506を回転ステージ507で回転させて試料506上
に露光光束を照射する。そして回転ステージ507又は
露光光学系518を試料506の半径方向519に相対
的に移動させることで、半径の異なる同心円パターンを
露光する。なお、本実施形態では露光光学系518は固
定されており、回転ステージ507を露光光学系518
に対して519の方向に移動させる不図示のXステージ
を有している。
The exposure light beam from the light source 501 shaped into a beam suitable for exposure by the illumination optical system 502 is converged to a desired beam spot size on the sample 506 via a shutter system 503 and a converging optical system 504. When exposing the ring pattern, the sample 506 coated with the photoresist is rotated by a rotating stage 507 to irradiate the sample 506 with an exposure light beam. Then, the rotary stage 507 or the exposure optical system 518 is relatively moved in the radial direction 519 of the sample 506, thereby exposing concentric patterns having different radii. In this embodiment, the exposure optical system 518 is fixed, and the rotation stage 507 is mounted on the exposure optical system 518.
, Which is moved in the direction of 519 with respect to.

【0044】本実施形態でも、実施形態1と同様に、レ
ジスト塗布、露光、現像、加工(エッチング又はデポジ
ション)という一連のプロセスを複数回繰り返して試料
506上に階段構造を形成し、図8(c)に示したよう
なバイナリオプティクス素子と呼ばれる回折光学素子を
作成している。ここでは、上記一連のプロセスのうちの
露光工程について説明する。
In this embodiment, as in the first embodiment, a series of processes of resist coating, exposure, development, and processing (etching or deposition) is repeated a plurality of times to form a step structure on the sample 506, and FIG. A diffractive optical element called a binary optics element as shown in FIG. Here, the exposure step in the above series of processes will be described.

【0045】まず第1層の露光工程においては、試料5
06が載置された回転ステージ507を回転させながら
519の方向にステップ移動させる。収束ビーム505
が露光する必要のない半径位置にある場合は、シャッタ
ー503が閉じられており、試料506に塗布されたレ
ジストは感光されない。ステップ移動により試料506
が露光する円環パターンの半径位置まで到達したとき、
シャッター503を開き、収束ビーム505がその半径
位置を収束スポットの幅で露光する。ステージ507が
回転しているので感光されたパターンは円環状となる。
これを続け、収束ビーム505が回転ステージ507の
回転中心まで進むと、第1層の露光は終了となる。
First, in the exposure step of the first layer, the sample 5
While rotating the rotary stage 507 on which 06 is mounted, the rotary stage 507 is step-moved in the direction of 519. Convergent beam 505
Is located at a radial position that does not require exposure, the shutter 503 is closed and the resist applied to the sample 506 is not exposed. The sample 506 is moved by the step movement.
Has reached the radial position of the ring pattern to be exposed,
The shutter 503 is opened, and the convergent beam 505 exposes its radial position with the width of the convergent spot. Since the stage 507 is rotating, the exposed pattern has an annular shape.
When this is continued and the convergent beam 505 advances to the rotation center of the rotary stage 507, the exposure of the first layer is completed.

【0046】第1層の露光工程に際して、トラッキング
系521は前述の式(1)を満足するように試料506
の外周(外縁部)に光を照射し、その反射、散乱光によ
って位置を検出し、処理系517はトラッキング系52
1で検出した位置情報に基づいてXステージを駆動する
ことで試料506の外周と露光収束ビームの関係を所望
の関係に保っている。そして、回転ステージ507をX
ステージによって移動させた場合には、トラッキング系
521もガイド520に沿って、回転ステージ507の
移動量とほぼ同等の移動量で移動させることで、常に試
料506の外周近傍にトラッキングビームを照射し、そ
の反射光をモニターすることを可能としている。所望の
半径の円環を露光中には試料506の外周と所望の円環
との距離が一定となる様に、トラッキング系521はガ
イド519のその位置で固定し、外周がトラッキングビ
ームスポットに対して変動しないようにXステージにフ
ィードバックすることで外周に対する位置が補償された
円環を露光している。
In the step of exposing the first layer, the tracking system 521 adjusts the sample 506 so as to satisfy the above equation (1).
The outer periphery (outer edge) of the light source is irradiated with light, and the position is detected by the reflected and scattered light.
By driving the X stage based on the position information detected in step 1, the desired relationship between the outer periphery of the sample 506 and the exposure convergent beam is maintained. Then, rotate the stage 507 to X
When the tracking system 521 is moved by the stage, the tracking system 521 is also moved along the guide 520 with a movement amount substantially equal to the movement amount of the rotating stage 507, so that the tracking beam is always irradiated near the outer periphery of the sample 506, It is possible to monitor the reflected light. The tracking system 521 is fixed at the position of the guide 519 so that the distance between the outer circumference of the sample 506 and the desired ring becomes constant during the exposure of the ring having the desired radius, and the outer circumference is positioned with respect to the tracking beam spot. By feeding back to the X stage so as not to fluctuate, the ring whose position with respect to the outer periphery is compensated is exposed.

【0047】次に第2層以降の露光工程を述べる。第2
層以降の露光工程の際には、試料506は一度回転ステ
ージ507から外され、別のプロセス装置によって現
像、エッチング等の加工を経て同心円状のパターンの凹
凸の段差が形成されている。また、試料506を一度回
転ステージ507から外して再度回転ステージ上に載置
するため、円環パターンの中心は必ずしも回転ステージ
507の回転中心とは一致しないことになる。しかし、
第1層のパターンは外周と同心円に露光、加工されてい
るので、第1層と同様の露光方法及びトラッキング方法
で露光することによって、第2層以降の円環パターンも
試料506の外周と同心円となり、結果として第1層の
円環パターンと同心円を露光することになる。
Next, the exposure process for the second and subsequent layers will be described. Second
In the exposure step after the layer, the sample 506 is once removed from the rotary stage 507, and a step of concentric pattern unevenness is formed through processing such as development and etching by another process device. In addition, since the sample 506 is once removed from the rotary stage 507 and mounted on the rotary stage again, the center of the annular pattern does not always coincide with the rotation center of the rotary stage 507. But,
Since the pattern of the first layer is exposed and processed concentrically with the outer periphery, by exposing with the same exposure method and tracking method as the first layer, the circular pattern of the second layer and thereafter is also concentric with the outer periphery of the sample 506. As a result, concentric circles are exposed with the annular pattern of the first layer.

【0048】なお、トラッキングビームはトラッキング
ガイドとして試料506の外周の角や側壁を用いたり、
試料506の外周近傍に設けたトラッキング用の円環状
の溝を用いることでも同様な効果が得られる。
The tracking beam uses the outer corners and side walls of the sample 506 as a tracking guide,
The same effect can be obtained by using an annular groove for tracking provided near the outer periphery of the sample 506.

【0049】本実施形態によれば、位置合わせ精度の高
い回転露光装置を提供でき、回折効率が高く、不要光の
少ない回折光学素子を製造できる。
According to the present embodiment, it is possible to provide a rotary exposure apparatus with high positioning accuracy, and to manufacture a diffractive optical element with high diffraction efficiency and little unnecessary light.

【0050】(実施形態4)第4の実施形態はトラッキ
ングビームを変調しながらトラッキングを行うものであ
る。本実施形態の「変調」とは、ビームを偏向させるこ
とを呼んでいる。
(Embodiment 4) In the fourth embodiment, tracking is performed while modulating a tracking beam. “Modulation” in the present embodiment refers to deflecting a beam.

【0051】本実施形態の回転露光装置の構成は、図1
に示した実施形態1とほぼ同じであるが、照明光学系1
10に音響光学変調素子を含みトラッキングビームのス
ポットが試料の半径方向に微小に往復運動するよう構成
している。音響光学変調素子には鋸歯状波を入力し、往
路は復路に対して遅く移動するようにする。ビームが半
径方向に移動した場合、下層の段差又は前の周に露光し
たレジスト変質部(感光部)の境界部を通過する際に反
射光あるいは散乱光に変化が現れる。この反射光の変化
を検出し、その信号の位相を音響光学変調素子に入力し
た波形と比較する。位相が変化しなければ、収束ビーム
と基準にしている下層の段差又は前の周に露光したレジ
スト変質部の境界部などに一定の間隔が保たれている。
この位相による情報を処理し、Xステージにフィードバ
ックし回転ステージ107の位置補正を行っている。実
施形態2や3の照明光学系にも同様の効果をもたせるこ
とで同じ効果が得られる。
The configuration of the rotary exposure apparatus of this embodiment is shown in FIG.
Is substantially the same as the first embodiment shown in FIG.
Reference numeral 10 includes an acousto-optic modulation element so that the spot of the tracking beam reciprocates slightly in the radial direction of the sample. A sawtooth wave is input to the acousto-optic modulator, and the forward path is moved slowly with respect to the backward path. When the beam moves in the radial direction, a change appears in the reflected light or the scattered light when passing through the step in the lower layer or the boundary of the resist altered portion (photosensitive portion) exposed on the previous circumference. The change in the reflected light is detected, and the phase of the signal is compared with the waveform input to the acousto-optic modulator. If the phase does not change, a certain interval is maintained at the step between the convergent beam and the lower layer used as a reference, or at the boundary between the affected portions of the resist exposed on the previous circumference.
The information based on this phase is processed and fed back to the X stage to correct the position of the rotating stage 107. The same effect can be obtained by providing the illumination optical system of the second or third embodiment with a similar effect.

【0052】なお、この変調方式では音響光学変調素子
のほかに、ピエゾ素子などを用いて、図1のミラー11
1を振動させることでも同様の効果が得られる。
In this modulation method, a piezo element or the like is used in addition to the acousto-optic modulation element, and the mirror 11 shown in FIG.
A similar effect can be obtained by vibrating 1.

【0053】(実施形態5)第5の実施形態は、実施形
態4と同様に、トラッキングビームを変調しながらトラ
ッキングを行うものであるが、本実施形態の「変調」
は、ビームの光量を変えることを呼んでいる。
(Fifth Embodiment) In the fifth embodiment, tracking is performed while modulating the tracking beam, as in the fourth embodiment.
Refers to changing the light intensity of the beam.

【0054】本実施形態の回転露光装置の構成も、図1
に示した実施形態1とほぼ同じであるが、図1のトラッ
キング用の光源109が電流や電圧を変化させることに
より光量(光強度)を変えられる光源であり、例えば半
導体レーザー等を用いている。本実施形態では、前工程
ですでに加工されたパターンの段差にトラッキングビー
ムを照射して相対位置を検出する際に、一定周波数でト
ラッキングビームの光量を変調している。検出系114
で反射光を検出した後、処理系117でこの周波数の信
号のみを電気的なフィルターによって抽出することで不
要な電気ノイズが取り除かれ、S/N比の高いトラッキ
ング信号を得ることが可能になる。光源の電流や電圧を
変化させる他に、わずかに周波数の異なる2波長光源を
用いることなどでも同様の強度変調光源が得られる。実
施形態2や3のトラッキング用光源にも同様の効果をも
たせることで同じ効果が得られる。
The configuration of the rotary exposure apparatus of this embodiment is also the same as that of FIG.
However, the tracking light source 109 in FIG. 1 is a light source that can change the amount of light (light intensity) by changing a current or a voltage, and uses, for example, a semiconductor laser or the like. . In the present embodiment, the amount of the tracking beam is modulated at a constant frequency when the relative position is detected by irradiating the step on the pattern already processed in the previous process with the tracking beam. Detection system 114
After the reflected light is detected by the processing unit 117, unnecessary electric noise is removed by extracting only the signal of this frequency by the electric filter in the processing system 117, and a tracking signal with a high S / N ratio can be obtained. . A similar intensity-modulated light source can be obtained by using a two-wavelength light source having a slightly different frequency in addition to changing the current and voltage of the light source. The same effect can be obtained by providing the tracking light source of the second or third embodiment with a similar effect.

【0055】(実施形態6)第6の実施形態はパターン
露光用の収束ビームを複数用いたものである。実施形態
1の回転露光装置において、露光光学系118を複数備
えることで露光のスループットを向上させることが可能
になる。これら複数の光学系はそれぞれ異なる収束スポ
ット径で収束し、大きいスポット径のビームが半径の小
さい内側のパターンを分担し、小さいスポット径のビー
ムが半径の大きい外側のパターンを分担するよう構成す
る。わずかに異なる半径位置で、試料の異なる角度位置
に配置しておくことでもスループットの向上の効果が得
られる。
(Embodiment 6) The sixth embodiment uses a plurality of convergent beams for pattern exposure. In the rotary exposure apparatus of the first embodiment, by providing a plurality of exposure optical systems 118, it is possible to improve the exposure throughput. The plurality of optical systems converge at different convergent spot diameters, so that a beam with a large spot diameter shares an inner pattern with a small radius and a beam with a small spot diameter shares an outer pattern with a large radius. By arranging the sample at slightly different radial positions and at different angular positions of the sample, the effect of improving the throughput can be obtained.

【0056】(実施形態7)第7の実施形態はトラッキ
ングビームを1つパターン露光用ビームに対して複数配
備するものである。実施形態1の回転露光装置におい
て、トラッキング系109から114を複数セット配置
すれば良い。図6は複数のトラッキングビームを用いた
際の試料の収束スポット周辺の拡大図である。601が
露光光束の収束スポット、602a,bがトラッキング
ビームのスポット、603が現在露光中の円環パター
ン、604が露光済みの円環パターン、605が前工程
ですでに加工済みのパターン段差である。
(Embodiment 7) In the seventh embodiment, a plurality of tracking beams are provided for one pattern exposure beam. In the rotary exposure apparatus of the first embodiment, a plurality of sets of the tracking systems 109 to 114 may be arranged. FIG. 6 is an enlarged view around the convergent spot of the sample when a plurality of tracking beams are used. Reference numeral 601 denotes a converging spot of an exposure light beam, 602a and b denote tracking beam spots, 603 denotes an annular pattern currently being exposed, 604 denotes an exposed annular pattern, and 605 denotes a pattern step already processed in the previous process. .

【0057】スポット602aは前工程ですでに加工済
みのパターン段差605を照射し、検出系はその反射光
あるいは散乱光を検出している。一方、スポット602
bはすでに露光済みの円環パターンの感光部と非感光部
の境界部にビームを照射し、検出系はその反射光あるい
は散乱光を検出している。信号検出はそれぞれ実施形態
1,2に同様である。こうした2つの信号によって得ら
れた位置情報を処理系で処理して、Xステージにフィー
ドバックすることで露光用収束ビームの位置を下層のパ
ターンや外側の円環パターンに対して所望の位置に正確
に制御することができる。処理系を共通化するため、2
つのトラッキングビームの双方を加工済みのパターンの
段差に照射したり、露光済みの円環パターンの感光部と
非感光部の境界部に照射することでも同様に位置検出が
行える。
The spot 602a irradiates the pattern step 605 already processed in the previous step, and the detection system detects the reflected light or the scattered light. On the other hand, spot 602
b irradiates a beam on the boundary between the photosensitive portion and the non-photosensitive portion of the already exposed annular pattern, and the detection system detects the reflected light or the scattered light. The signal detection is the same as in the first and second embodiments. The position information obtained by these two signals is processed by the processing system and fed back to the X stage, so that the position of the convergence beam for exposure can be accurately adjusted to a desired position with respect to the lower layer pattern and the outer annular pattern. Can be controlled. To share the processing system, 2
Position detection can also be performed by irradiating both of the two tracking beams to the step of the processed pattern or by irradiating the boundary between the photosensitive portion and the non-photosensitive portion of the exposed circular pattern.

【0058】また光学系を簡略化するため、一つのトラ
ッキングビーム用光源からビームスプリッターによりビ
ームを複数に分けたり、トラッキング用の照射光学系に
よって試料面とほぼ共役となる光源側の位置にスポット
数に応じた穴を配したマスクを配置し、そのマスクを照
明して照射光学系で結像させることでも複数スポットを
得ることができる。
Further, in order to simplify the optical system, the beam is split into a plurality of beams by a beam splitter from one tracking beam light source, and the number of spots is set at a position on the light source side almost conjugate with the sample surface by the tracking irradiation optical system. It is also possible to obtain a plurality of spots by arranging a mask provided with holes according to the above, illuminating the mask and forming an image with an irradiation optical system.

【0059】なお、以上の説明した実施形態1〜7で
は、不図示のXステージにフィードバックをかけて回転
軸と試料中心のずれを補正したが、これは試料中心と露
光用ビームの相対位置にフィードバックをかける方法の
一例であり、Xステージが微動できない場合は粗動のみ
をXステージにさせ、フィードバックによる微小な相対
位置補正は露光光学系側の微動で行ったり、露光光学系
の中の反射ミラーなどの光学系の微調により相対位置を
微調しても良い。
In the first to seventh embodiments described above, the deviation between the rotation axis and the center of the sample is corrected by applying feedback to an X stage (not shown). This is an example of a method of applying feedback. If the X stage cannot be finely moved, only the coarse movement is performed on the X stage. The minute relative position correction by feedback is performed by fine movement on the side of the exposure optical system or reflection in the exposure optical system. The relative position may be finely adjusted by fine adjustment of an optical system such as a mirror.

【0060】(実施形態8)次に実施形態1〜7で説明
した手法によって製造された回折光学素子を投影光学系
に用いた半導体露光装置の実施形態について説明する。
(Embodiment 8) Next, an embodiment of a semiconductor exposure apparatus using a diffractive optical element manufactured by the method described in Embodiments 1 to 7 as a projection optical system will be described.

【0061】図7はIC、LSI等の半導体デバイス、
CCD等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製
造する際の露光工程に用いられる露光装置の要部概略図
である。図7において、71は光源、72はパターンが
形成されたレチクル、73はレチクルステージ、74は
鏡筒、75は回折光学素子、76a〜76cは通常の屈
折レンズ、77はウエハ、78はウエハステージであ
る。本実施形態の露光装置の投影光学系79は、回折光
学素子75と屈折レンズ76a〜76cの組み合わせに
より構成されている。
FIG. 7 shows semiconductor devices such as ICs and LSIs,
FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of an exposure apparatus used in an exposure process when manufacturing an imaging device such as a CCD and a device such as a magnetic head. 7, reference numeral 71 denotes a light source, 72 denotes a pattern-formed reticle, 73 denotes a reticle stage, 74 denotes a lens barrel, 75 denotes a diffractive optical element, 76a to 76c denote ordinary refractive lenses, 77 denotes a wafer, and 78 denotes a wafer stage. It is. The projection optical system 79 of the exposure apparatus according to the present embodiment includes a combination of a diffractive optical element 75 and refraction lenses 76a to 76c.

【0062】本実施液体の露光装置は、露光工程に際し
て、ウエハステージ78によってレジストが塗布された
ウエハ77を所望の位置に位置決めし、不図示のフォー
カス検出手段により、ウエハ77の高さをフォーカス位
置に調整する。そして、不図示のシャッターを開き、光
源71からの照明光によってレチクル72を照明し、レ
チクル72の上のパターンを投影光学系79によってウ
エハ77上に投影露光する。またレンズ76a〜76c
のうちの少なくとも1つは、ウエハ77の熱歪み等によ
る伸縮に対応するため微小に上下動可能となっており、
投影光学系79の倍率補正や収差補正を行うことができ
る。
In the exposure apparatus of the present embodiment, in the exposure step, the wafer 77 coated with the resist by the wafer stage 78 is positioned at a desired position, and the height of the wafer 77 is adjusted to a focus position by a focus detection means (not shown). Adjust to Then, a shutter (not shown) is opened, the reticle 72 is illuminated by the illumination light from the light source 71, and the pattern on the reticle 72 is projected and exposed on the wafer 77 by the projection optical system 79. Also, lenses 76a to 76c
At least one of them is capable of moving up and down slightly to cope with expansion and contraction of the wafer 77 due to thermal distortion and the like.
The magnification correction and the aberration correction of the projection optical system 79 can be performed.

【0063】本実施形態では、回折光学素子75を投影
光学系79に用いているため、光学部材の厚さを低減し
つつ、光学性能の高い投影光学系の実現が可能である。
例えば、ArFエキシマレーザーなどの紫外光源を露光
光源に用いても、透過率が高く、劣化の少ない投影光学
系が可能となる。
In this embodiment, since the diffractive optical element 75 is used for the projection optical system 79, it is possible to realize a projection optical system having high optical performance while reducing the thickness of the optical member.
For example, even when an ultraviolet light source such as an ArF excimer laser is used as an exposure light source, a projection optical system with high transmittance and less deterioration can be realized.

【0064】また、回折効率が高く、不要回折光などの
悪影響が少ない回折光学素子75を投影光学系79に用
いているため、高い解像力を要求する半導体露光に適し
た半導体露光装置を提供できる。
Further, since the diffractive optical element 75 having high diffraction efficiency and less adverse effects such as unnecessary diffracted light is used for the projection optical system 79, a semiconductor exposure apparatus suitable for semiconductor exposure requiring high resolution can be provided.

【0065】なお、各実施形態1〜7で説明した手法に
よって製造された回折光学素子は、本実施形態で説明し
たような露光装置に限らず、汎用の光学機器にも広く応
用できる。
The diffractive optical element manufactured by the method described in each of the first to seventh embodiments can be widely applied not only to the exposure apparatus described in the present embodiment but also to general-purpose optical equipment.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折光学
素子の製造方法や露光方法によれば、フォトレジストが
塗布された基板上でも、高精度に位置検出を行うことが
できる。
As described above, according to the method and the method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention, position detection can be performed with high accuracy even on a substrate coated with a photoresist.

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

【図1】第1の実施形態を説明するための回転露光装置
の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rotary exposure apparatus for explaining a first embodiment.

【図2】第1の実施形態の試料の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the sample according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態の検出系で検出される強度分布
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an intensity distribution detected by the detection system according to the first embodiment.

【図4】第2の実施形態の試料の要部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a sample according to a second embodiment.

【図5】第3の実施形態を説明するための回転露光装置
の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a rotary exposure apparatus for explaining a third embodiment.

【図6】第7の実施形態の試料の要部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a sample according to a seventh embodiment.

【図7】第11の実施形態の露光装置の概略構成図であ
る。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus of an eleventh embodiment.

【図8】回折光学素子の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a diffractive optical element.

【図9】従来の回転露光装置の概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a conventional rotary exposure apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 露光用の光源 102 照明光学系 103 シャッター系 104 収束光学系 105 収束ビーム 106 試料 107 回転ステージ 108 同心円パターン 109 トラッキング用の光源 110 照射光学系 111 ミラー 112 ミラー 113 受光光学系 114 検出系 115 入射光 116 出射光 117 処理系 118 露光光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Light source for exposure 102 Illumination optical system 103 Shutter system 104 Convergent optical system 105 Convergent beam 106 Sample 107 Rotating stage 108 Concentric pattern 109 Tracking light source 110 Irradiation optical system 111 Mirror 112 Mirror 113 Light receiving optical system 114 Detection system 115 Incident light 116 Outgoing light 117 Processing system 118 Exposure optical system

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトレジストが塗布された基板を第1
の電磁波ビームで露光する際に、前記基板上の凹凸に第
2の電磁波ビームを照射して前記第1の電磁波ビームと
前記基板の相対位置を検出する段階を有し、前記凹凸の
高さをd、前記第2の電磁波ビームの波長をλ、該波長
λにおける前記フォトレジストの屈折率をn、前記第2
の電磁波ビームの前記凹凸に対する入射角度θとすると
き、 cosθ=λ/4ndを満足するよう前記第2の電磁波
ビームを前記基板に入射させることを特徴とする回折光
学素子の製造方法。
A first substrate coated with a photoresist;
When exposing with an electromagnetic wave beam, the method includes irradiating a second electromagnetic wave beam to the unevenness on the substrate to detect a relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate. d, the wavelength of the second electromagnetic wave beam is λ, the refractive index of the photoresist at the wavelength λ is n,
Wherein the second electromagnetic wave beam is incident on the substrate so that cos θ = λ / 4nd is satisfied when the incident angle θ of the electromagnetic wave beam with respect to the unevenness is set.
【請求項2】 検出された前記第1の電磁波ビームと前
記基板の相対位置の情報に基づいて、該相対位置を変更
する段階を有することを特徴とする請求項1記載の回折
光学素子の製造方法。
2. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, further comprising the step of changing the relative position of the first electromagnetic wave beam based on the detected information on the relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate. Method.
【請求項3】 前記第2の電磁波ビームを変調しながら
照射する段階を有することを特徴とする請求項1又は2
記載の回折光学素子の製造方法。
3. The method according to claim 1, further comprising the step of irradiating the second electromagnetic wave beam while modulating it.
A method for manufacturing the diffractive optical element according to the above.
【請求項4】 前記第1の電磁波ビームと前記第2の電
磁波ビームは異なる波長の電磁波であることを特徴とす
る請求項1乃至3いずれか1項記載の回折光学素子の製
造方法。
4. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said first electromagnetic wave beam and said second electromagnetic wave beam are electromagnetic waves having different wavelengths.
【請求項5】 前記第2の電磁波ビームは前記フォトレ
ジストを感光しない強度の電磁波であることを特徴とす
る請求項1乃至3いずれか1項記載の回折光学素子の製
造方法。
5. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein the second electromagnetic wave beam is an electromagnetic wave having an intensity not exposing the photoresist.
【請求項6】 フォトレジストが塗布された基板を回転
ステージ上に配置し、該回転ステージを第1の電磁波ビ
ームに対して回転させることによって前記基板に円環パ
ターンを露光する露光方法において、前記フォトレジス
トの前記第1の電磁波ビームによって露光された感光部
と露光されていない非感光部の境界部に第2の電磁波ビ
ームを照射して前記第1の電磁波ビームと前記基板の相
対位置を検出することを特徴とする露光方法。
6. An exposure method for arranging a substrate coated with a photoresist on a rotary stage and exposing the substrate to an annular pattern by rotating the rotary stage with respect to a first electromagnetic wave beam. A second electromagnetic wave beam is applied to a boundary portion between a photosensitive portion exposed by the first electromagnetic wave beam and a non-exposed portion of the photoresist to detect a relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate. An exposure method, comprising:
【請求項7】 検出された前記第1の電磁波ビームと前
記基板の相対位置の情報に基づいて該相対位置を変更す
ることを特徴とする請求項6記載の露光方法。
7. The exposure method according to claim 6, wherein the relative position is changed based on information on the detected relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate.
【請求項8】 前記第2の電磁波ビームを変調しながら
照射することを特徴とする請求項6又は7記載の露光方
法。
8. The exposure method according to claim 6, wherein the irradiation is performed while modulating the second electromagnetic wave beam.
【請求項9】 前記第1の電磁波ビームと前記第2の電
磁波ビームは異なる波長の電磁波であることを特徴とす
る請求項6乃至8いずれか1項記載の露光方法。
9. The exposure method according to claim 6, wherein said first electromagnetic wave beam and said second electromagnetic wave beam are electromagnetic waves having different wavelengths.
【請求項10】 前記第2の電磁波ビームは前記フォト
レジストを感光しない強度の電磁波であることを特徴と
する請求項6乃至8いずれか1項記載の露光方法。
10. The exposure method according to claim 6, wherein the second electromagnetic wave beam is an electromagnetic wave having an intensity that does not expose the photoresist.
【請求項11】 複数の前記第1の電磁波ビームで前記
基板を露光することを特徴とする請求項6乃至10いず
れか1項記載の露光方法。
11. The exposure method according to claim 6, wherein the substrate is exposed with a plurality of the first electromagnetic wave beams.
【請求項12】 複数の前記第2の電磁波ビームを照射
して前記第1の電磁波ビームと前記基板の相対位置を検
出することを特徴とする請求項6乃至11いずれか1項
記載の露光方法。
12. The exposure method according to claim 6, wherein a plurality of the second electromagnetic wave beams are irradiated to detect a relative position between the first electromagnetic wave beam and the substrate. .
【請求項13】 請求項1乃至5いずれか1項記載の回
折光学素子の製造方法において前記基板を露光する際に
用いられる露光装置であって、前記第1の電磁波ビーム
を供給する手段と、前記基板を保持する手段と、前記基
板の相対位置を検出する手段とを有することを特徴とす
る露光装置。
13. An exposure apparatus used for exposing the substrate in the method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein: a means for supplying the first electromagnetic wave beam; An exposure apparatus comprising: means for holding the substrate; and means for detecting a relative position of the substrate.
【請求項14】 請求項6乃至12いずれか1項記載の
露光方法において前記基板を露光する際に用いられる露
光装置であって、前記第1の電磁波ビームを供給する手
段と、前記回転ステージと、前記基板の相対位置を検出
する手段とを有することを特徴とする露光装置。
14. An exposure apparatus used for exposing said substrate in the exposure method according to claim 6, wherein said means for supplying said first electromagnetic wave beam; Means for detecting a relative position of the substrate.
【請求項15】 請求項6乃至12記載の露光方法を用
いてフォトレジストが塗布された基板を露光し、該フォ
トレジストを現像することによって得られたパターンを
利用して基板表面を凹凸に形成する一連のプロセスを複
数回繰り返して基板上に階段構造を形成することによっ
て製造されたことを特徴とする回折光学素子。
15. A substrate coated with a photoresist is exposed by using the exposure method according to claim 6, and the surface of the substrate is formed to have irregularities using a pattern obtained by developing the photoresist. A diffractive optical element manufactured by forming a staircase structure on a substrate by repeating a series of processes described above a plurality of times.
【請求項16】 請求項1乃至5いずれか1項記載の回
折光学素子の製造方法によって製造された回折光学素子
又は請求項15記載の回折光学素子を有することを特徴
とする光学系。
16. An optical system comprising the diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1 or the diffractive optical element according to claim 15.
【請求項17】 請求項16記載の光学系を有すること
を特徴とする光学機器。
17. An optical apparatus comprising the optical system according to claim 16.
【請求項18】 請求項16記載の光学系を有すること
を特徴とする露光装置。
18. An exposure apparatus comprising the optical system according to claim 16.
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