JP2007142084A - Exposure method and manufacturing method of device - Google Patents

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Toshiji Nakajima
利治 中島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a hole array of high density regarding an exposure method for forming a hole array executed in a lithography process, and a device manufacturing method using the method. <P>SOLUTION: A mask R wherein a prescribed pattern is formed is illuminated under cross pole illumination conditions, a wafer W is exposed via a projection optical system PL by light IL projected from the mask, and a hole array is formed on the wafer. Therefore, it is possible to apply limit resolution of a k<SB>1</SB>factor which is the same as that of an L/S pattern, even to a hole array pattern, thus enabling a hole array of high density to be manufactured. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子、液晶表示素子などのマイクロデバイス、例えばメモリ、例えばD−RAM、フラッシュメモリなどを製造する際に、リソグラフィ工程で行われる、ホールアレイを形成するための露光方法及び該方法を利用したデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to an exposure method and a device manufacturing method. More specifically, the present invention is performed in a lithography process when manufacturing a microdevice such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, for example, a memory such as a D-RAM or a flash memory. The present invention relates to an exposure method for forming a hole array and a device manufacturing method using the method.

密集パターン(ラインアンドスペースパターン(以下、L/Sパターンと記述する))の限界解像については、レイリーの式として良く知られているR=k1×(λ/NA)のk1ファクタ(プロセス係数)が指標になる。ここで、λは露光波長(nm)、NAは投影光学系(投影レンズ)の開口数である。 Regarding the limit resolution of a dense pattern (line and space pattern (hereinafter referred to as L / S pattern)), a k 1 factor of R = k 1 × (λ / NA), which is well known as Rayleigh's equation ( Process coefficient). Here, λ is the exposure wavelength (nm), and NA is the numerical aperture of the projection optical system (projection lens).

照明系のコヒーレンス度(σ)最大(σ=1)で理想的な光学系の場合、L/Sパターンについては、k1≧0.250、ホールアレイパターンについては、従来の露光方法ではk1≧0.354であり、両者のk1の最小値同士を比較すると、√2倍の開きがあると考えられてきた。以下、これについて、詳述する。 For an ideal optical system in degree of coherence of the illumination system (sigma) Maximum (sigma = 1), for the L / S pattern, k 1 ≧ 0.250, for hole array pattern, in the conventional exposure method k 1 Since it is ≧ 0.354, it has been considered that there is a difference of √2 when the minimum values of both k 1 are compared. This will be described in detail below.

露光装置において干渉パターン(光学像)が出来るためには、パターンで回折した光のうち、少なくとも2本の光束が、投影光学系の瞳を同時に通過し、被露光物体、例えば、ウエハ又はガラスプレート等(以下、ウエハと総称する)の表面にともに到達する状態を作る必要がある。
(1)L/Sパターンの限界解像
図15に示されるように、等間隔のL/Sパターンから発生する回折光は、sinθ軸(横軸)に対して、一定の間隔となる。n次光と(n+1)次光の間隔はλ/P、n次光の振幅Anは次式(1)のSINC関数で表すことができる。
In order to form an interference pattern (optical image) in the exposure apparatus, at least two light beams out of the light diffracted by the pattern simultaneously pass through the pupil of the projection optical system, and an object to be exposed, for example, a wafer or a glass plate Etc. (hereinafter collectively referred to as a wafer) must be made to reach the surface together.
(1) Limit resolution of L / S pattern As shown in FIG. 15, the diffracted light generated from the equally spaced L / S pattern has a constant interval with respect to the sin θ axis (horizontal axis). interval n order light and (n + 1) order light is amplitude A n of lambda / P, n order light can be expressed by the SINC function of the following equation (1).

上式において、wは、L/Sパターンのうちで光が透過する部分の幅(nm)、Pは、L/Sパターンのピッチ(nm)を示す。 In the above formula, w represents the width (nm) of the portion of the L / S pattern through which light is transmitted, and P represents the pitch (nm) of the L / S pattern.

ウエハ面上で干渉パターン(光学像)を形成するためには、回折光のうち最低限2つの光束が投影光学系(投影レンズ)の瞳を通過する必要がある。限界解像に近づけるためには、投影光学系の瞳の中で、2つの光束ができるだけ離れた位置を通過する必要がある。図16には、この投影光学系の瞳の中で、2つの光束(0次光と+1次光)ができるだけ離れた位置を通過する状態が示されている。   In order to form an interference pattern (optical image) on the wafer surface, it is necessary that at least two light beams out of the diffracted light pass through the pupil of the projection optical system (projection lens). In order to approach the limit resolution, it is necessary that the two light beams pass through as far as possible in the pupil of the projection optical system. FIG. 16 shows a state in which two light beams (0th-order light and + 1st-order light) pass through positions as far apart as possible in the pupil of the projection optical system.

照明光学系のコヒーレンス度(コヒーレンスファクタ)(σ)をパラメータとして、ピッチの限界解像度(P)を表すと次の式(2)のようになる。   When the limit resolution (P) of the pitch is expressed using the coherence degree (coherence factor) (σ) of the illumination optical system as a parameter, the following equation (2) is obtained.

限界解像度は、通常線幅に対して記述されることが多い。L/Sパターンのライン(L)とスペース(S)の幅が等しい場合R=0.5Pなので、線幅についての限界解像度(R)は、式(2)を書き換えて次の式(3)で表される。 The limiting resolution is often described with respect to the normal line width. When the widths of the line (L) and the space (S) of the L / S pattern are equal, R = 0.5P. Therefore, the limit resolution (R) for the line width is rewritten by the following equation (3): It is represented by

更に、コヒーレンス度(σ)の値を限界(=1)まで上げられると仮定すると、最終的な限界解像度(R)は、k1=0.250という定数で表される。すなわち、限界解像度(R)は次式(4)を満足する。 Further, assuming that the value of the degree of coherence (σ) can be increased to the limit (= 1), the final limit resolution (R) is represented by a constant k 1 = 0.250. That is, the limit resolution (R) satisfies the following formula (4).

図16の光源の配置からも想像できるように、限界解像に近いL/Sパターンを形成するために最も効果的な照明形状はダイポール照明となる。
(2)ホールアレイの限界解像
L/Sパターンと同様に、等間隔かつ無限繰り返しのホールアレイパターンから発生する回折光は、sinθx軸、sinθy軸に対して一定間隔となる。x軸方向に関して、m次光と(m+1)次光の間隔は、λ/Px、y軸方向に関してn次光と(n+1)次光の間隔は、λ/Pyとなる(図17参照)。また、x軸方向のm次光、y軸方向のn次光の組み合わせ(m,n)次光の振幅Am,nは、次式(5)のようになる。
As can be imagined from the arrangement of the light sources in FIG. 16, the most effective illumination shape for forming an L / S pattern close to the limit resolution is dipole illumination.
(2) Limit resolution of hole array Similar to the L / S pattern, the diffracted light generated from the hole array pattern of equal intervals and infinite repetition is at regular intervals with respect to the sin θ x axis and the sin θ y axis. With respect to the x-axis direction, the interval between the m-order light and the (m + 1) -order light is λ / P x , and with respect to the y-axis direction, the interval between the n-order light and the (n + 1) -order light is λ / P y (see FIG. 17). ). Further, the amplitude (Am, n) of the combination (m, n) order light of the m-order light in the x-axis direction and the n-order light in the y-axis direction is expressed by the following equation (5).

上式(5)において、wx、wyは、それぞれx軸方向、y軸方向のホールサイズ(nm)、Px、Pyはそれぞれx軸方向、y軸方向のピッチ(nm)を表す。 In the above equation (5), w x and w y represent the hole size (nm) in the x-axis direction and y-axis direction, respectively, and P x and P y represent the pitch (nm) in the x-axis direction and y-axis direction, respectively. .

ウエハ面上で干渉パターン(光学像)を形成するためには、x軸方向、y軸方向とも最低限2つの光束が投影光学系の瞳を通過する必要がある。限界解像に近づけるためには、3つの光束が投影光学系の瞳の中で、できるだけ離れた位置を通過する必要がある。図18には、この投影光学系の瞳の中で、3つの光束((0,0)次光、(0,+1)次光、(+1,0)次光)ができるだけ離れた位置を通過する状態が示されている。   In order to form an interference pattern (optical image) on the wafer surface, it is necessary that at least two light beams pass through the pupil of the projection optical system in both the x-axis direction and the y-axis direction. In order to approach the limit resolution, it is necessary that the three light beams pass through positions as far apart as possible in the pupil of the projection optical system. In FIG. 18, three light beams ((0,0) order light, (0, + 1) order light, (+1,0) order light) pass through positions as far as possible in the pupil of this projection optical system. The state to do is shown.

ここではx軸方向、y軸方向とも等方な密度のホールアレイを仮定し、Px=Py=Pとする。 Here, a hole array having an isotropic density in both the x-axis direction and the y-axis direction is assumed, and P x = P y = P.

図18から照明光学系のコヒーレンス度(σ)をパラメータとして、ピッチの限界解像度(P)を表すと次の式(6)のようになる。   From FIG. 18, the limit resolution (P) of the pitch is expressed by the following equation (6) using the degree of coherence (σ) of the illumination optical system as a parameter.

限界解像度は、L/Sパターンの場合と同様に、通常、ピッチではなく、ホール(Hole)径に対して記述されることが多い。ホール径について、x軸方向とy軸方向は等方なホールアレイを作成すると仮定すると、限界解像度(Rx=Ry=R)は、ホールアレイパターンのホール幅とスペース幅が等しい場合、R=0.5Pなので、式(6)を書き換えて次式(7)のように表すことができる。 As in the case of the L / S pattern, the limit resolution is usually described with respect to the hole diameter instead of the pitch. Assuming that the hole diameter is an isotropic hole array in the x-axis direction and the y-axis direction, the critical resolution (R x = R y = R) is obtained when the hole width and the space width of the hole array pattern are equal. Since = 0.5 P, the equation (6) can be rewritten and expressed as the following equation (7).

更に、コヒーレンス度(σ)の値を限界(=1)まで上げられると仮定すると, 最終的
な限界解像度(R)は、k1=0.354という定数で表される。この値は、L/Sパター
ンの√2倍に等しい。すなわち、限界解像度(R)は次式(8)を満足する。
Further, assuming that the value of the degree of coherence (σ) can be increased to the limit (= 1), the final limit resolution (R) is represented by a constant k 1 = 0.354. This value is equal to √2 times the L / S pattern. That is, the limit resolution (R) satisfies the following equation (8).

図18の光源の配置からも想像できるように、限界解像に近いホールアレイパターンを形成するために最も効果的な照明形状は、傾いていない長方形(又は正方形)の4頂点付近に光源を配置した四重極(Quadrupole)照明となる。
(3)L/Sパターンとホールアレイパターンの限界解像度比較
限界解像度を表す式(3)及び式(7)のk1に相当する部分を取り出すと、L/Sパターンについては、次の式(9)のように書くことができ、ホールアレイパターンについては、式(10)のように書くことができる。
As can be imagined from the arrangement of the light sources in FIG. 18, the most effective illumination shape for forming a hole array pattern close to the limit resolution is to arrange the light sources near the four vertices of a non-tilted rectangle (or square). Quadrupole lighting.
(3) Comparison of limit resolution between L / S pattern and hole array pattern When a portion corresponding to k 1 in the expressions (3) and (7) representing the limit resolution is taken out, the following expression ( 9), and the hole array pattern can be written as in equation (10).

従って、横軸にコヒーレンス度(σ)、縦軸にk1ファクタをとって、グラフに表すと、図19のようになる。 Accordingly, when the coherence degree (σ) is taken on the horizontal axis and the k 1 factor is taken on the vertical axis, the graph is shown in FIG.

この図19のグラフから、コヒーレンス度(σ)が0の場合は、L/Sパターン、ホールアレイパターンとも限界解像度を示すk1ファクタは0.5であるのに対して、コヒーレンス度(σ)が1の場合は、L/Sパターンのk1=0.250、ホールアレイパターンのk1=0.354と差が開いていることがわかる。 From the graph of FIG. 19, when the coherence degree (σ) is 0, the k 1 factor indicating the limit resolution is 0.5 for both the L / S pattern and the hole array pattern, whereas the coherence degree (σ) When 1 is 1, it can be seen that the difference is wide between k 1 = 0.250 of the L / S pattern and k 1 = 0.354 of the hole array pattern.

このことから、コヒーレンス度(σ)を上げる、すなわち照明系の最大NA(iNA)を上げることは、L/Sパターンに対しても、ホールアレイパターンに対してもk1ファクタを小さくする効果があるが、その効き目は、ホールアレイパターンよりL/Sパターンのほうが大きく、最終的(σ=1)には、√2倍の差ができてしまう。 Thus, increasing the degree of coherence (σ), that is, increasing the maximum NA (iNA) of the illumination system has the effect of reducing the k 1 factor for both the L / S pattern and the hole array pattern. However, the effect is larger in the L / S pattern than in the hole array pattern, and a difference of {square root over (2)} is produced in the final (σ = 1).

従って、これまでは、L/Sパターンと同程度に密集度が高い、換言すればk1ファクタが小さいホールアレイパターンの作製のための露光は、実現が困難だと考えられていた。 Therefore, until now, it has been considered difficult to realize exposure for producing a hole array pattern that is as dense as the L / S pattern, in other words, having a small k 1 factor.

一方、より高集積度のDRAM、フラッシュメモリなどのマイクロデバイスの製造のためには、より密集度の高いホールアレイパターンの作成が必要不可欠であり、より密集度が高いホールアレイパターンの作製のための(Low−k1)リソグラフィ技術の出現が待望されていた。 On the other hand, in order to manufacture microdevices such as higher-density DRAMs and flash memories, it is indispensable to create a hole array pattern with a higher density, and to manufacture a hole array pattern with a higher density. The advent of (Low-k 1 ) lithography technology has been highly anticipated.

発明者は、より密集度が高いホールアレイパターンの作製を可能とすべく、種々のシミュレーションなどを繰り返し行うなど、鋭意研究した結果、ある照明条件の下では、L/Sパターンと同じ密集度(同一のk1)でホールアレイパターンの作製のための露光を実現できることが判明した。 As a result of intensive studies such as repeatedly performing various simulations etc. in order to make it possible to produce a hole array pattern with a higher density, the inventor has found the same density (as in the L / S pattern) under certain lighting conditions. It was found that exposure for producing a hole array pattern can be realized with the same k 1 ).

上記のある照明条件とは、照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面(投影光学系の瞳面を含む))における光量分布が図20(A)に示されるような光量分布となるクロスポール照明条件である。このクロスポール照明条件は、X軸方向を周期方向とする複数のVラインから成るL/Sパターンの解像に好適なダイポールX照明条件(図20(B)にその照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面)における光量分布が示されている)と、Y軸方向を周期方向とする複数のHラインから成るL/Sパターンの解像に好適なダイポールY照明条件(図20(C)にその照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面)における光量分布が示されている)とを合わせたものと考えられる。   The above-mentioned certain illumination condition means that the light quantity distribution on the pupil plane of the illumination optical system (and the plane conjugate to this (including the pupil plane of the projection optical system)) is a light quantity distribution as shown in FIG. Cross pole lighting conditions. This cross pole illumination condition is a dipole X illumination condition suitable for resolving an L / S pattern composed of a plurality of V lines with the X-axis direction as a periodic direction (FIG. 20B shows the pupil plane of the illumination optical system ( 20) and a dipole Y illumination condition suitable for resolving an L / S pattern composed of a plurality of H lines with the Y-axis direction as a periodic direction (FIG. 20 (FIG. 20 ()). It is considered that C) is combined with the pupil plane (and the conjugate plane) of the illumination optical system.

発明者は、上記のクロスポール照明条件下では、L/Sパターンと同じ密集度(同一のk1)でホールアレイパターンの作製のための露光が可能であるとの結果に基づいて、熟考した結果、次のような結論に達した。 The inventor pondered based on the result that exposure for producing a hole array pattern is possible with the same density (the same k 1 ) as the L / S pattern under the above-mentioned cross pole illumination conditions. As a result, the following conclusions were reached.

「1つずつの点光源がそれぞれホールアレイパターンを形成していなければいけない。」という条件がついているならば、前述の図18が限界解像を形成する光源の配置を示しているというのは正しい。しかるに、実際には、ホールアレイパターンの形成のために上記条件は必須ではなく、「1つずつの点光源は、L/Sパターンを形成していれば良く、(干渉性のない像の重ね合わせで)最終的にホールアレイになれば良い。」という緩やかな条件で十分である。   If the condition that “one point light source must form a hole array pattern” is given, the above-mentioned FIG. 18 shows the arrangement of light sources that form the limit resolution. correct. However, in practice, the above conditions are not indispensable for forming the hole array pattern. “Each point light source only needs to form an L / S pattern. It is sufficient to use a mild condition that it is only necessary to finally become a hole array.

従って、この条件であれば、ホールアレイパターンに対しても、L/Sパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用できる。発明者は、このような結論の下、さらに研究を行った。 Therefore, under this condition, the same k 1 factor limit resolution as the L / S pattern can be applied to the hole array pattern. The inventor conducted further research based on these conclusions.

本発明は、かかる事情の下でなされたもので、その第1の観点からすると、表面に感光剤が塗布された物体を露光してホールアレイを形成する露光方法であって、クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して前記物体を露光し、前記物体上にホールアレイを形成する工程を含む第1の露光方法である。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under such circumstances. From the first viewpoint, the present invention is an exposure method for forming a hole array by exposing an object coated with a photosensitive agent on the surface, and includes cross-pole illumination conditions. A first exposure comprising: illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed; exposing the object with light emitted from the mask through a projection optical system; and forming a hole array on the object. Is the method.

これによれば、クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して物体を露光し、その物体上にホールアレイを形成する。このため、ホールアレイパターンに対しても、L/Sパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用可能となり、これにより、より密集度の高いホールアレイの作製が可能となる。 According to this, a mask on which a predetermined pattern is formed is illuminated under cross-pole illumination conditions, an object is exposed through the projection optical system with light emitted from the mask, and a hole array is formed on the object. To do. For this reason, the same k 1 factor limit resolution as that of the L / S pattern can be applied to the hole array pattern, thereby making it possible to manufacture a hole array having a higher density.

本発明は、第2の観点からすると、ホールアレイのパターンを投影光学系を用いて表面に感光剤が塗布された物体上に形成する露光方法であって、前記感光剤として化学増幅型のレジストが用いられ、露光に先立って、前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程を含む第2の露光方法である。   From a second viewpoint, the present invention is an exposure method for forming a hole array pattern on an object having a surface coated with a photosensitive agent by using a projection optical system, and a chemically amplified resist as the photosensitive agent. And a step of adjusting the amount of the quenching agent contained in the resist in consideration of the contrast of the pattern image of the hole array formed on the object by the projection optical system prior to exposure. 2 is an exposure method.

これによれば、上述のようにして失活剤を調整することにより、投影光学系により物体上に形成されるホールアレイのパターンの像(空間像)のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能になる。   According to this, by adjusting the quenching agent as described above, an effect equivalent to that of increasing the contrast of the pattern image (aerial image) of the hole array formed on the object by the projection optical system is obtained. It becomes possible to obtain.

また、リソグラフィ工程において、第1、第2の露光方法のいずれかを用いて物体上にホールアレイパターンを形成することにより、高集積度のマイクロデバイスの生産性(歩留りを含む)を向上させることができる。   Further, in the lithography process, the productivity (including yield) of highly integrated microdevices is improved by forming a hole array pattern on the object using either the first exposure method or the second exposure method. Can do.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図14(C)に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る露光装置100の全体構成が概略的に示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows the overall configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan projection exposure apparatus.

露光装置100は、光源10及び照明光学系12を含む照明系、レチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、ウエハWが載置されるウエハステージWST、オフアクシス方式のアライメント検出系AS、及びワークステーションなどのコンピュータから成り、装置全体を統括制御する主制御装置20等を備えている。   The exposure apparatus 100 includes an illumination system including a light source 10 and an illumination optical system 12, a reticle stage RST that holds a reticle R, a projection optical system PL, a wafer stage WST on which a wafer W is placed, an off-axis alignment detection system AS. And a main controller 20 or the like which is composed of a computer such as a workstation and performs overall control of the entire apparatus.

前記光源10としては、ここでは、ArFエキシマレーザ(出力波長193nm)が用いられている。なお、光源10として、F2レーザ(出力波長157nm)等の真空紫外域のパルス光を出力する光源や、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)などの近紫外域のパルス光を出力する光源などを用いても良い。 Here, an ArF excimer laser (output wavelength: 193 nm) is used as the light source 10. As the light source 10, a light source that outputs pulsed light in the vacuum ultraviolet region such as an F 2 laser (output wavelength 157 nm), a light source that outputs pulsed light in the near ultraviolet region such as a KrF excimer laser (output wavelength 248 nm), and the like. It may be used.

前記光源10は、実際には、照明光学系12、レチクルステージRST、投影光学系PL、及びウエハステージWST等から成る露光装置本体が収納されたチャンバ(不図示)が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されており、そのチャンバにビームマッチングユニット(BMU)と呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。光源10は、主制御装置20からの制御情報TSに基づいて、内部のコントローラにより、レーザ光LBの出力のオン・オフ、レーザ光LBの1パルスあたりのエネルギ、発振周波数(繰り返し周波数)、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御されるようになっている。   The light source 10 is actually different from a clean room in which a chamber (not shown) in which an exposure apparatus main body including an illumination optical system 12, a reticle stage RST, a projection optical system PL, a wafer stage WST, and the like is housed is installed. Is installed in a service room with a low degree of cleanliness, and is connected to the chamber via a light transmission optical system (not shown) including at least a part of an optical axis adjustment optical system called a beam matching unit (BMU). . Based on the control information TS from the main controller 20, the light source 10 is turned on / off of the output of the laser beam LB, the energy per pulse of the laser beam LB, the oscillation frequency (repetition frequency), the center The wavelength, spectrum half width, and the like are controlled.

前記照明光学系12は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ及びズーム光学系(いずれも不図示)、並びにオプティカルインテグレータ(ホモジナイザ)32を含むビーム整形・照度均一化光学系30、照明系開口絞り板34、第1リレーレンズ38A、第2リレーレンズ38B、固定レチクルブラインド40A、可動レチクルブラインド40B、光路折り曲げ用のミラーM及びコンデンサレンズ42等を備えている。ここで、オプティカルインテグレータ32としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ(ロッドインテグレータ等)あるいは回折光学素子などを用いることができるが、本実施形態では、フライアイレンズが用いられているので、以下では、「フライアイレンズ32」とも記述する。   The illumination optical system 12 includes a cylinder lens, a beam expander, a zoom optical system (all not shown), a beam shaping / illuminance equalizing optical system 30 including an optical integrator (homogenizer) 32, an illumination system aperture stop plate 34, A first relay lens 38A, a second relay lens 38B, a fixed reticle blind 40A, a movable reticle blind 40B, an optical path bending mirror M, a condenser lens 42, and the like are provided. Here, as the optical integrator 32, a fly-eye lens, an internal reflection type integrator (such as a rod integrator), or a diffractive optical element can be used. In this embodiment, a fly-eye lens is used. Then, it is also described as “fly eye lens 32”.

前記ビーム整形・照度均一化光学系30は、光透過窓11を介して不図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・照度均一化光学系30は、光源10でパルス発光され、光透過窓11を介して入射したレーザビームLBの断面形状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系30内部の射出端側に位置するフライアイレンズ32は、レチクルRを均一な照度分布で照明するために、前記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、その射出側焦点面(照明光学系12の瞳面とほぼ一致)に多数の点光源(光源像)から成る面光源(2次光源)を形成する。この2次光源から射出されるレーザビームを以下においては、「照明光IL」と呼ぶものとする。   The beam shaping / illuminance uniforming optical system 30 is connected to a light transmission optical system (not shown) through a light transmission window 11. The beam shaping / illuminance equalizing optical system 30 shapes the cross-sectional shape of the laser beam LB, which is pulsed by the light source 10 and incident through the light transmission window 11, using, for example, a cylinder lens or a beam expander. The fly-eye lens 32 located on the exit end side in the beam shaping / illuminance uniformizing optical system 30 is irradiated with a laser beam whose cross-sectional shape is shaped in order to illuminate the reticle R with a uniform illumination distribution. A surface light source (secondary light source) composed of a large number of point light sources (light source images) is formed on the exit-side focal plane (substantially coincident with the pupil plane of the illumination optical system 12). Hereinafter, the laser beam emitted from the secondary light source is referred to as “illumination light IL”.

フライアイレンズ32の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板34が配置されている。この照明系開口絞り板34上には、ほぼ等角度間隔で、複数、例えば6つの開口絞り(空間フィルタ)が配置されている。但し、図1では、6つの開口絞りのうちの2種類の開口絞り(後述する通常絞り、第1のクロスポール照明絞り)のみが図示されている。   In the vicinity of the exit-side focal plane of the fly-eye lens 32, an illumination system aperture stop plate 34 made of a disk-shaped member is disposed. On the illumination system aperture stop plate 34, a plurality of, for example, six aperture stops (spatial filters) are arranged at substantially equal angular intervals. However, in FIG. 1, only two types of aperture stops (a normal stop and a first cross-pole illumination stop described later) out of the six aperture stops are shown.

照明系開口絞り板34上には、図2に示されるように、例えば輪帯照明用の輪帯状の開口絞り(輪帯絞り)36A、通常の円形開口より成る開口絞り(通常絞り)36B、変形光源法用に複数の開口をそれぞれ偏心させて配置して成る4つの変形開口絞り36C〜36Fの合計6つの開口絞りが形成されている。変形開口絞り36C,36Dは、二重極照明(ダイポール照明)条件設定用の開口絞りである。このうち、変形開口絞り36Cは、X軸方向を周期方向とする複数本のY軸方向のラインパターン(Vパターン)から成るラインアンドスペースパターン(L/Sパターン)、(以下、「L/S・Vパターン」と呼ぶ)の転写時の照明条件として好適なダイポールX開口絞りであり、変形開口絞り36Dは、Y軸方向を周期方向とする複数本のX軸方向のラインパターン(Hパターン)から成るL/Sパターン(以下、「L/S・Hパターン」と呼ぶ)の転写時の照明条件として好適なダイポールY開口絞りである。   On the illumination system aperture stop plate 34, as shown in FIG. 2, for example, an annular aperture stop (annular stop) 36A for annular illumination, an aperture stop (normal stop) 36B formed of a normal circular aperture, A total of six aperture stops, that is, four modified aperture stops 36C to 36F, which are formed by decentering a plurality of openings for the modified light source method, are formed. The modified aperture stops 36C and 36D are aperture stops for setting dipole illumination (dipole illumination) conditions. Among them, the modified aperture stop 36C is a line-and-space pattern (L / S pattern) composed of a plurality of line patterns (V patterns) in the Y-axis direction with the X-axis direction as a periodic direction (hereinafter referred to as “L / S pattern”). (Referred to as “V pattern”) is a dipole X aperture stop suitable as an illumination condition at the time of transfer, and the modified aperture stop 36D has a plurality of line patterns (H patterns) in the X axis direction with the Y axis direction as a periodic direction. The dipole Y aperture stop is suitable as an illumination condition for transferring an L / S pattern (hereinafter referred to as “L / S · H pattern”).

また、変形開口絞り36Eは、ホールアレイパターンの転写時に好適なクロスポール照明条件設定用の第1の開口絞り(以下、「第1のクロスポール照明絞り」と呼ぶ)であり、変形開口絞り36Fは、ホールアレイパターンの転写時に好適なクロスポール照明条件設定用の第2の開口絞り(以下、「第2のクロスポール照明絞り」と呼ぶ)である。ここで、開口絞り36C及び36Dと開口絞り36E又は36Fとを比べるとわかるように、クロスポール照明条件は、ダイポールX照明条件とダイポールY照明条件とを合わせたような照明条件と定義できる。   The modified aperture stop 36E is a first aperture stop for setting cross pole illumination conditions suitable for transferring the hole array pattern (hereinafter referred to as “first cross pole illumination stop”), and the modified aperture stop 36F. Is a second aperture stop (hereinafter referred to as “second cross pole illumination stop”) for setting the cross pole illumination conditions suitable for transferring the hole array pattern. Here, as can be seen by comparing the aperture stops 36C and 36D with the aperture stops 36E or 36F, the cross pole illumination condition can be defined as an illumination condition that is a combination of the dipole X illumination condition and the dipole Y illumination condition.

上記第1のクロスポール照明絞り36Eの+Y側(又は−Y側でも良い)の面には、図1に示されるように複数の偏光板35が取り付けられている。図3には、照明光ILの光路上に設定された第1のクロスポール照明絞り36Eを+Y側から見た状態が示されている。この図6に示されるように、第1のクロスポール照明絞り36Eの4つの開口37e,37f,37g,37hを+Y側から覆う状態で、偏光板35E,35F,35G,35Hが第1のクロスポール照明絞り36E(照明系開口絞り板34)に一体的に取り付けられている。偏光板35E,35Gの偏光方向は、それぞれ図3中に矢印で示されるように、光路上への設定時の状態で照明光学系12の光軸IXを中心とした円周の最上端,最右端における接線方向、すなわちX軸方向に設定され、偏光板35F,35Hの偏光方向は、それぞれ図3中に矢印で示されるように、光軸IXを中心とした円周の最右端,最左端における接線方向、すなわちZ軸方向に設定されている。従って、照明系開口絞り板34に設けられた第1のクロスポール照明絞り36Eの開口37e,37gから射出される照明光は、X軸方向にほぼ平行な直線偏光となり、開口37f,37hから射出される照明光は、Z軸方向(ウエハWの面上ではY軸方向)にほぼ平行な方向の直線偏光となる。   As shown in FIG. 1, a plurality of polarizing plates 35 are attached to the surface of the first cross pole illumination stop 36E on the + Y side (or may be the −Y side). FIG. 3 shows a state in which the first cross pole illumination stop 36E set on the optical path of the illumination light IL is viewed from the + Y side. As shown in FIG. 6, with the four openings 37e, 37f, 37g, and 37h of the first cross pole illumination stop 36E covered from the + Y side, the polarizing plates 35E, 35F, 35G, and 35H are the first cross. It is integrally attached to the pole illumination stop 36E (illumination system aperture stop plate 34). The polarization directions of the polarizing plates 35E and 35G are respectively shown by arrows in FIG. 3 in the state of being set on the optical path, the uppermost end of the circumference centered on the optical axis IX of the illumination optical system 12, and the highest The tangential direction at the right end, that is, the X-axis direction is set, and the polarization directions of the polarizing plates 35F and 35H are respectively the rightmost end and the leftmost end of the circumference centered on the optical axis IX as indicated by arrows in FIG. Is set in the tangential direction at Z, that is, in the Z-axis direction. Accordingly, the illumination light emitted from the openings 37e and 37g of the first cross-pole illumination stop 36E provided on the illumination system aperture stop plate 34 is linearly polarized light substantially parallel to the X-axis direction and is emitted from the openings 37f and 37h. The illumination light to be applied becomes linearly polarized light in a direction substantially parallel to the Z-axis direction (Y-axis direction on the surface of the wafer W).

上記第2のクロスポール照明絞り36Fの+Y側(又は−Y側でも良い)の面にも、図1では不図示であるが複数の偏光板が取り付けられている。図4には、照明光ILの光路上に設定された第2のクロスポール照明絞り36Fを+Y側から見た状態が示されている。この第2のクロスポール照明絞り36F4つの開口37i,37j,37k,37lを+Y側から覆う状態で、偏光板35I,35J,35K,35Lが第2の第2のクロスポール照明絞り36F(照明系開口絞り板34)に一体的に取り付けられている。   Although not shown in FIG. 1, a plurality of polarizing plates are also attached to the surface on the + Y side (or on the −Y side) of the second cross pole illumination stop 36F. FIG. 4 shows a state in which the second cross pole illumination stop 36F set on the optical path of the illumination light IL is viewed from the + Y side. The second cross-pole illumination stop 36F covers the four openings 37i, 37j, 37k, and 37l from the + Y side, and the polarizing plates 35I, 35J, 35K, and 35L serve as the second second cross-pole illumination stop 36F (illumination system). It is integrally attached to the aperture stop plate 34).

偏光板35I,35Kの偏光方向は、それぞれ図4中に矢印で示されるように、光路上への設定時の状態で光軸IXを中心とした円周の半径方向、すなわちZ軸方向に設定され、偏光板35J,35Lの偏光方向は、それぞれ図4中に矢印で示されるように、光軸IXを中心とした円周の半径方向、すなわちX軸方向に設定されている。従って、照明系開口絞り板34に設けられた第2のクロスポール照明絞り36Fの開口37i,37kから射出される照明光は、Z軸方向(ウエハWの面上ではY軸方向)にほぼ平行な方向の直線偏光となり、開口37j,37lから射出される照明光は、X軸方向にほぼ平行な直線偏光となる。   The polarization directions of the polarizing plates 35I and 35K are set in the radial direction of the circumference around the optical axis IX, that is, in the Z-axis direction in the state of setting on the optical path, as indicated by arrows in FIG. The polarization directions of the polarizing plates 35J and 35L are set in a radial direction around the optical axis IX, that is, in the X-axis direction, as indicated by arrows in FIG. Accordingly, the illumination light emitted from the openings 37i and 37k of the second cross-pole illumination stop 36F provided on the illumination system aperture stop plate 34 is substantially parallel to the Z-axis direction (Y-axis direction on the surface of the wafer W). The illumination light emitted from the openings 37j and 37l is linearly polarized light substantially parallel to the X-axis direction.

図1に戻り、前記照明系開口絞り板34は、図1に示される主制御装置20からの制御信号MLCにより制御されるモータ等の駆動装置39の駆動で回転軸34aを中心として回転され、開口絞り36A〜36Fのうちのいずれかの開口絞りが照明光ILの光路上に選択的に設定され、これにより瞳面における2次光源の形状や大きさ(照明光の光量分布)が、円形、輪帯、二つ目あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、照明系開口絞り板34を用いて、照明光学系12の瞳面上での照明光の光量分布(2次光源の形状や大きさ)、すなわちレチクルRの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ(フライアイレンズ)32の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、開口絞り板34の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系12の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系12の光軸に沿って移動可能な少なくとも1つのプリズム(円錐プリズムや多面体プリズムなど)、及びズーム光学系の少なくとも1つを含む光学ユニット(成形光学系)を光源10とオプティカルインテグレータ(フライアイレンズ)32との間に配置する構成を採用することができる。なお、照明系開口絞り板34の代わりに前述の成形光学系を用いる場合、照明光学系12の瞳面又はその共役面における照明光の偏光状態を任意に設定する偏光状態設定装置を設ける必要があり、この偏光状態設定装置は、前述の偏光板35などと同様に、位相子(例えば1/4波長板、1/2波長板、あるいはオプティカルローテータ(旋光子)など)を挿脱又は交換可能とする構成でも良いし、あるいは国際公開第2005/036619号パンフレットに開示される複数の楔状のプリズムを用いるものであっても良い。   Returning to FIG. 1, the illumination system aperture stop plate 34 is rotated around a rotation shaft 34 a by driving a drive device 39 such as a motor controlled by a control signal MLC from the main control device 20 shown in FIG. 1. Any one of the aperture stops 36A to 36F is selectively set on the optical path of the illumination light IL, whereby the shape and size of the secondary light source on the pupil plane (the light intensity distribution of the illumination light) is circular. , Ring zone, second or fourth. In the present embodiment, the illumination system aperture stop plate 34 is used to determine the illumination light quantity distribution (the shape and size of the secondary light source) on the pupil plane of the illumination optical system 12, that is, the illumination condition of the reticle R. Although changed, the intensity distribution of the illumination light on the incident surface of the optical integrator (fly eye lens) 32 or the incident angle range of the illumination light is made variable to minimize the light loss caused by the change in the illumination conditions described above. It is preferable to suppress to. For this purpose, instead of or in combination with the aperture stop plate 34, for example, a plurality of diffractive optical elements that are exchanged on the optical path of the illumination optical system 12 and movable along the optical axis of the illumination optical system 12. An optical unit (molding optical system) including at least one prism (conical prism, polyhedral prism, etc.) and at least one zoom optical system is disposed between the light source 10 and the optical integrator (fly-eye lens) 32. Can be adopted. When the above-described shaping optical system is used instead of the illumination system aperture stop plate 34, it is necessary to provide a polarization state setting device that arbitrarily sets the polarization state of illumination light on the pupil plane of the illumination optical system 12 or its conjugate plane. Yes, this polarization state setting device can insert or remove a phase shifter (for example, a quarter wavelength plate, a half wavelength plate, or an optical rotator) similarly to the polarizing plate 35 described above. Alternatively, a plurality of wedge-shaped prisms disclosed in International Publication No. 2005/036619 may be used.

照明系開口絞り板34から出た照明光ILの光路上に、固定レチクルブラインド40A、可動レチクルブラインド40Bを介在させて第1リレーレンズ38A及び第2リレーレンズ38Bを含むリレー光学系が配置されている。   A relay optical system including the first relay lens 38A and the second relay lens 38B is disposed on the optical path of the illumination light IL emitted from the illumination system aperture stop plate 34 with the fixed reticle blind 40A and the movable reticle blind 40B interposed therebetween. Yes.

固定レチクルブラインド40Aは、レチクルRのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルR上の照明領域を規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド40Aの近傍(レチクルRのパターン面に対する共役面)に走査方向(ここでは図1における紙面内左右方向であるY軸方向とする)及びこれに直交する非走査方向(図1における紙面直交方向であるX軸方向)にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド40Bが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置20の制御により、その可動レチクルブラインド40Bを介してレチクルR上の照明領域をさらに制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。   The fixed reticle blind 40A is disposed on a surface slightly defocused from the conjugate surface with respect to the pattern surface of the reticle R, and a rectangular opening that defines an illumination area on the reticle R is formed. Further, in the vicinity of the fixed reticle blind 40A (conjugate plane with respect to the pattern surface of the reticle R), the scanning direction (here, the Y axis direction which is the horizontal direction in FIG. 1) and the non-scanning direction (see FIG. A movable reticle blind 40B having openings whose positions and widths are respectively variable in the direction corresponding to the direction orthogonal to the paper surface (X-axis direction in FIG. 1). At the start and end of scanning exposure, the main controller 20 controls the illumination area on the reticle R via the movable reticle blind 40B, thereby preventing unnecessary exposure. ing.

第2リレーレンズ38B後方の照明光ILの光路上には、当該第2リレーレンズ38Bを通過した照明光ILをレチクルRに向けて反射するミラーMが配置され、このミラーM後方の照明光ILの光路上にコンデンサレンズ42が配置されている。   On the optical path of the illumination light IL behind the second relay lens 38B, there is disposed a mirror M that reflects the illumination light IL that has passed through the second relay lens 38B toward the reticle R, and the illumination light IL behind the mirror M. The condenser lens 42 is disposed on the optical path.

以上の構成において、フライアイレンズ32の入射面、可動レチクルブラインド40Bの配置面、及びレチクルRのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ32の射出側焦点面(照明光学系12の瞳面)及び投影光学系PLの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。   In the above configuration, the entrance surface of the fly-eye lens 32, the arrangement surface of the movable reticle blind 40B, and the pattern surface of the reticle R are optically conjugate with each other, and the exit-side focal plane (illumination optics) of the fly-eye lens 32 is set. The pupil plane of the system 12 and the pupil plane of the projection optical system PL are set so as to be optically conjugate with each other.

このようにして構成された照明光学系12の作用を簡単に説明すると、光源10からパルス発光されたレーザビームLBは、ビーム整形・照度均一化光学系30に入射して断面形状が整形され、フライアイレンズ32に入射する。これにより、フライアイレンズ32の射出側焦点面に前述した2次光源が形成される。   Briefly explaining the operation of the illumination optical system 12 configured as described above, the laser beam LB emitted by the pulse from the light source 10 is incident on the beam shaping / illuminance uniformizing optical system 30 and the cross-sectional shape thereof is shaped. The light enters the fly eye lens 32. Thereby, the secondary light source described above is formed on the exit-side focal plane of the fly-eye lens 32.

上記の2次光源から射出された照明光ILは、照明系開口絞り板34上のいずれかの開口絞りを通過し、第1リレーレンズ38Aを経て固定レチクルブラインド40A、可動レチクルブラインド40Bの矩形開口を通過する。そして、第2リレーレンズ38Bを通過してミラーMによって光路が垂直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ42を経て、レチクルステージRST上に保持されたレチクルR上の矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。   The illumination light IL emitted from the secondary light source passes through one of the aperture stops on the illumination system aperture stop plate 34, passes through the first relay lens 38A, and has rectangular openings in the fixed reticle blind 40A and the movable reticle blind 40B. Pass through. Then, the optical path is bent vertically downward by the mirror M after passing through the second relay lens 38B, passes through the condenser lens 42, and the rectangular illumination region on the reticle R held on the reticle stage RST has a uniform illuminance distribution. Illuminate.

前記レチクルステージRST上にはレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動系によって、投影光学系PLの光軸AX(前述の照明光学系の光軸IXに一致)に垂直なXY平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向(Y軸方向)に指定された走査速度で駆動可能となっている。   On reticle stage RST, reticle R is fixed, for example, by vacuum suction. Here, reticle stage RST is moved within an XY plane perpendicular to optical axis AX of projection optical system PL (which coincides with optical axis IX of the illumination optical system described above) by a reticle stage drive system (not shown) composed of a linear motor or the like. It can be driven minutely and can be driven at a scanning speed designated in a predetermined scanning direction (Y-axis direction).

レチクルステージRSTのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)16によって、移動鏡15を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計16からのレチクルステージRSTの位置情報(又は速度情報)は、主制御装置20に送られ、主制御装置20ではその位置情報(又は速度情報)に基づいてレチクルステージ駆動系(図示省略)を介してレチクルステージRSTを移動させる。   The position of the reticle stage RST in the stage moving surface is always detected by a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 16 via the moving mirror 15 with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. . The position information (or speed information) of reticle stage RST from reticle interferometer 16 is sent to main controller 20, and main controller 20 uses a reticle stage drive system (not shown) based on the position information (or speed information). ) To move reticle stage RST.

前記投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの方向がZ軸方向とされている。投影光学系PLは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のZ軸方向の光軸AXを有する不図示の複数のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系PLとしては、投影倍率βが例えば1/4、1/5あるいは1/8などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光(露光光)ILによりレチクルR上の照明領域が照明されると、そのレチクルRに形成されたパターンが投影光学系PLによって投影倍率βで縮小された像(部分縮小像)が、表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上のスリット状の露光領域に投影され転写される。   The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction. The projection optical system PL is, for example, a double-sided telecentric reduction system, and includes a plurality of lens elements (not shown) having a common optical axis AX in the Z-axis direction. Further, as the projection optical system PL, one having a projection magnification β of, for example, 1/4, 1/5, or 1/8 is used. Therefore, as described above, when the illumination area on the reticle R is illuminated by the illumination light (exposure light) IL, the pattern formed on the reticle R is reduced by the projection magnification β by the projection optical system PL. The image (partially reduced image) is projected and transferred onto a slit-like exposure area on the wafer W having a resist (photosensitive agent) coated on the surface.

前記ウエハステージWSTは、投影光学系PLの図1における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ25が載置されている。このウエハホルダ25上にウエハWが例えば真空吸着等によって固定されている。   Wafer stage WST is disposed on a base (not shown) below projection optical system PL in FIG. 1, and wafer holder 25 is placed on the upper surface thereof. A wafer W is fixed on the wafer holder 25 by, for example, vacuum suction.

ウエハWとしては、例えば半導体(シリコン等)又はSOI(silicon on insulator)等の円板状の基板が用いられ、該基板の表面(上面)には、感光剤としての化学増幅型レジストが塗布されている。このレジストには、失活剤(Quencher)が含まれている。失活剤及びその量の調整方法については後述する。   As the wafer W, for example, a disk-shaped substrate such as a semiconductor (silicon or the like) or SOI (silicon on insulator) is used, and a chemically amplified resist as a photosensitive agent is applied to the surface (upper surface) of the substrate. ing. This resist contains a quencher. A method for adjusting the deactivator and the amount thereof will be described later.

図1に戻り、前記ウエハステージWSTは、モータ等を含むウエハステージ駆動系24により走査方向(Y軸方向)及び走査方向に垂直な非走査方向(X軸方向)に駆動される。そして、このウエハステージWSTによって、ウエハW上の各ショット領域を走査(スキャン)露光するためにウエハWをレチクルRに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置(加速開始位置)まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。   Returning to FIG. 1, wafer stage WST is driven in a scanning direction (Y-axis direction) and a non-scanning direction (X-axis direction) perpendicular to the scanning direction by wafer stage drive system 24 including a motor and the like. Then, by this wafer stage WST, an operation of scanning the wafer W relative to the reticle R in order to scan (scan) exposure each shot area on the wafer W, and a scanning start position for exposure of the next shot ( A step-and-scan operation that repeats the movement to the acceleration start position) is executed.

ウエハステージWSTのXY平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)18によって、移動鏡17を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)は、主制御装置20に送られ、主制御装置20ではその位置情報(又は速度情報)に基づきウエハステージ駆動系24を介してウエハステージWSTの駆動制御を行う。   The position of wafer stage WST in the XY plane is always detected by a wafer laser interferometer (hereinafter referred to as “wafer interferometer”) 18 through moving mirror 17 with a resolution of about 0.5 to 1 nm, for example. . Position information (or speed information) of wafer stage WST is sent to main controller 20, and main controller 20 controls driving of wafer stage WST via wafer stage drive system 24 based on the position information (or speed information). I do.

また、ウエハステージWSTは、ウエハステージ駆動系24によりZ軸方向、θx方向(X軸回りの回転方向:ピッチング方向)、θy方向(Y軸回りの回転方向:ローリング方向)及びθz方向(Z軸回りの回転方向:ヨーイング方向)にも微小駆動される。   Wafer stage WST is driven by wafer stage drive system 24 in the Z-axis direction, θx direction (rotation direction around X axis: pitching direction), θy direction (rotation direction around Y axis: rolling direction), and θz direction (Z-axis). It is also finely driven in the direction of rotation (yaw direction).

前記アライメント検出系ASは、投影光学系PLの側面に配置されている。本実施形態では、ウエハW上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク(ファインアライメントマーク)を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ASとして用いられている。このアライメント検出系ASの詳細な構成は、例えば、特開平9−219354号公報などに開示されている。アライメント検出系ASによる観測結果は、主制御装置20に供給される。   The alignment detection system AS is disposed on the side surface of the projection optical system PL. In the present embodiment, an imaging type alignment sensor that observes street lines and position detection marks (fine alignment marks) formed on the wafer W is used as the alignment detection system AS. The detailed configuration of the alignment detection system AS is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-219354. The observation result by the alignment detection system AS is supplied to the main controller 20.

更に、図1の装置には、ウエハW表面の露光領域内部及びその近傍の領域のZ軸方向(光軸AX方向)の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系(焦点検出系)の一つである、多点フォーカス位置検出系(21,22)が設けられている。この多点フォーカス位置検出系(21,22)の詳細な構成等については、例えば、特開平6−283403号公報などに開示されている。多点フォーカス位置検出系(21,22)による検出結果は、主制御装置20に供給される。   Further, the apparatus of FIG. 1 includes an oblique incidence type focus detection system (focus detection system) for detecting the position in the Z-axis direction (optical axis AX direction) of the exposure area on the surface of the wafer W and the vicinity thereof. A multi-point focus position detection system (21, 22) is provided. The detailed configuration of the multipoint focus position detection system (21, 22) is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-283403. The detection result by the multipoint focus position detection system (21, 22) is supplied to the main controller 20.

更に、本実施形態の露光装置100では、図示は省略されているが、レチクルRの上方に、投影光学系PLを介してレチクルR上のレチクルマークとウエハステージWST上に設けられた基準マーク板上の基準マークとを同時に観察するための露光波長を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、例えば特開平7−176468号公報などに開示されているものと同様の構成のものが用いられている。   Further, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, although not shown, a reticle mark on the reticle R and a reference mark plate provided on the wafer stage WST via the projection optical system PL above the reticle R. A pair of reticle alignment systems comprising a TTR (Through The Reticle) alignment optical system using an exposure wavelength for simultaneously observing the upper reference mark is provided. As these reticle alignment systems, for example, those having the same configuration as that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-176468 are used.

次に、本実施形態の露光装置100による露光動作を、簡単に説明する。なお、ここでは、ウエハW上への1層目の露光がすでに終了しており、2層目以降の露光を行うものとして説明する。   Next, the exposure operation by the exposure apparatus 100 of this embodiment will be briefly described. Here, it is assumed that the exposure of the first layer on the wafer W has already been completed and the second and subsequent layers are exposed.

a. まず、主制御装置20は、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージRST上に回路パターンが形成されたレチクルRをロードする。 a. First, main controller 20 loads reticle R having a circuit pattern formed on reticle stage RST via a reticle loader (not shown).

b. 次に、主制御装置20は、そのレチクルRがレチクルステージRST上まで搬送される搬送途中に不図示のバーコードリーダ等により読み取られたそのレチクルRの情報に基づいて、そのレチクルRを用いた露光に最適な照明条件を設定すべく、制御信号MLCを駆動装置39に与える。これにより、駆動装置39により照明系開口絞り板34が回転軸34aを中心として回転され、そのレチクルRの露光に最適な照明条件が設定される。 b. Next, main controller 20 uses reticle R based on information on reticle R read by a bar code reader (not shown) during the transfer of reticle R onto reticle stage RST. A control signal MLC is supplied to the drive device 39 in order to set an optimal illumination condition for exposure. Thereby, the illumination system aperture stop plate 34 is rotated about the rotation axis 34a by the drive device 39, and the optimum illumination condition for the exposure of the reticle R is set.

c. 次に、主制御装置20は、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系AS及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。 c. Next, main controller 20 performs reticle alignment using the above-described reticle alignment system and a reference mark plate (not shown), and baseline measurement using alignment detection system AS and the reference mark plate in the same manner as a normal scanning stepper. Follow the procedure.

d. 次に、主制御装置20は、不図示のウエハローダを介してウエハステージWST上のウエハ交換を行う(但し、ウエハステージWST上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする)。 d. Next, main controller 20 performs wafer exchange on wafer stage WST via a wafer loader (not shown) (however, if no wafer is loaded on wafer stage WST, the wafer is simply loaded).

e. 次に、主制御装置20は、ウエハWに対するアライメント(例えばEGA方式のウエハアライメントなど)を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハW上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。 e. Next, main controller 20 performs alignment on wafer W (for example, EGA wafer alignment). As a result of this wafer alignment, the arrangement coordinates of a plurality of shot areas on the wafer W are obtained with high accuracy.

f. 次に、主制御装置20は、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハW上の各ショット領域の露光のために走査開始位置(加速開始位置)にウエハステージWSTを移動させる動作と、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとを同期してY軸方向に相対走査しつつレチクルRを照明光ILにより照明してレチクルR上のパターンをウエハW上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。 f. Next, main controller 20 moves wafer stage WST to a scanning start position (acceleration start position) for exposure of each shot area on wafer W based on the result of the wafer alignment described above, and a reticle. A step of repeating the operation of irradiating the reticle R with the illumination light IL and transferring the pattern on the reticle R to the shot area on the wafer W while synchronously scanning the stage RST and the wafer stage WST in the Y-axis direction. • Perform an AND-scan exposure.

g. 上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計16によって検出されるレチクルステージRSTのXY位置の情報、ウエハ干渉計18によって検出されるウエハステージWSTの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系(21,22)によって検出されるウエハWのZ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの位置関係が適切に保たれるよう、主制御装置20により、レチクルステージRST及びウエハステージWSTの位置制御が行われる。 g. During the relative scanning, particularly during scanning exposure, information on the XY position of reticle stage RST detected by reticle interferometer 16, position information on wafer stage WST detected by wafer interferometer 18, and multipoint focus position Based on the Z position and leveling information of the wafer W detected by the detection system (21, 22), the reticle is controlled by the main controller 20 so that the positional relationship between the reticle stage RST and the wafer stage WST is properly maintained. Position control of stage RST and wafer stage WST is performed.

従って、ウエハWに対する露光が終了すると、ウエハW上の複数のショット領域の各々に、レチクルR上のパターンの像が精度良く形成される。   Therefore, when exposure on the wafer W is completed, a pattern image on the reticle R is accurately formed in each of a plurality of shot areas on the wafer W.

ところで、ウエハ上にホールアレイを形成するに際しては、ホールアレイパターンが形成されたレチクルが用いられる。本実施形態では、このホールアレイの形成に際して、2種類のレチクルが用いられる。   By the way, when a hole array is formed on a wafer, a reticle on which a hole array pattern is formed is used. In the present embodiment, two types of reticles are used when forming the hole array.

《第1の露光方法》
まず、パターン領域内に図5(A)に示されるようにマトリックス状の配置でホールアレイパターンが形成されたバイナリマスクからなるレチクルR1を用いて、ウエハW上にホールアレイを形成する場合の露光について説明する。
<< First exposure method >>
First, exposure is performed when a hole array is formed on a wafer W using a reticle R1 formed of a binary mask in which a hole array pattern is formed in a matrix arrangement as shown in FIG. Will be described.

レチクルR1のパターン領域内には、ピッチpが130nm(ウエハ上換算値)の正方マトリックス状配置の65nm角(ウエハ上換算値)のパターンから成るホールアレイパターンが形成されている。   In the pattern area of the reticle R1, a hole array pattern is formed which is a 65 nm square (converted value on the wafer) pattern of a square matrix arrangement with a pitch p of 130 nm (converted value on the wafer).

まず、前述のa.の工程で、主制御装置20の支配下にあるレチクルローダによりレチクルステージRST上にレチクルR1がロードされる。   First, the a. In this process, reticle R1 is loaded onto reticle stage RST by the reticle loader under the control of main controller 20.

次に、前述のb.の工程で、そのレチクルR1を用いた露光に最適な照明条件、ここでは、前述の第1のクロスポール照明条件を設定すべく、主制御装置20の指示に基づき、駆動装置39により照明系開口絞り板34が回転され、開口絞り36Eが照明光ILの光路上に設定される。   Next, b. In this step, an illumination system aperture is set by the drive device 39 based on an instruction from the main controller 20 in order to set an optimal illumination condition for exposure using the reticle R1, here the first cross pole illumination condition. The aperture plate 34 is rotated, and the aperture stop 36E is set on the optical path of the illumination light IL.

次に、前述のc.及びd.の工程の動作が行われ、e.の工程で、レチクルR1のパターンがウエハW上の各ショット領域に、ステップ・アンド・スキャン方式で転写される。このとき、レチクルR1上のパターン領域は、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光(照明光学系瞳面における接線方向(瞳面における放射方向に直交する方向)を偏光方向とする直線偏光)の照明光ILにより照明される。このため、このレチクルR1を用いた露光に際しては、ダイポールX照明条件下でL/S・Vパターンを形成し、ダイポールY照明条件下でL/S・Hパターンを形成する場合と同様に、結像に寄与する回折光、すなわち2光束干渉する全ての光がウエハW面上でS偏光(TE偏光)となるので、ウエハW上には、ホールアレイパターンのコントラストの極めて良好な像(潜像)が形成される。   Next, c. And d. The operation of the process is performed, e. In this process, the pattern of the reticle R1 is transferred to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method. At this time, the pattern region on the reticle R1 is cross-pole illumination conditions and Azimuthal polarized light (linearly polarized light whose polarization direction is a tangential direction on the illumination optical system pupil plane (a direction orthogonal to the radiation direction on the pupil plane)). Illuminated by the illumination light IL. Therefore, in the exposure using the reticle R1, the L / S · V pattern is formed under the dipole X illumination condition and the L / S · H pattern is formed under the dipole Y illumination condition. Since the diffracted light contributing to the image, that is, all the light that interferes with the two light beams becomes S-polarized light (TE-polarized light) on the wafer W surface, an image with a very good contrast of the hole array pattern (latent image) is formed on the wafer W. ) Is formed.

そして、露光終了後に、ウエハWを不図示のコータ・デベロッパで現像することで、そのウエハW表面には、ArFエキシマレーザ光及びNA0.92の投影光学系を用いては従来は良好な解像が困難であった、ホールの大きさが65nmでピッチ130nmのホールアレイパターンのレジスト像(コントラストの良好な像)が形成される。   Then, after the exposure is completed, the wafer W is developed by a coater / developer (not shown), and ArF excimer laser light and NA0.92 projection optical system are used on the surface of the wafer W to achieve a good resolution. Thus, a resist image (an image with good contrast) of a hole array pattern having a hole size of 65 nm and a pitch of 130 nm is formed.

以下、シミュレーション及びその結果に基づいて、本実施形態において、上記のような密集度の高いホールアレイパターンを形成できることの、理論的裏付けについて説明する。   Hereinafter, based on the simulation and the result, the theoretical support that the hole array pattern having a high density as described above can be formed in the present embodiment will be described.

まず、露光波長(λ)=193.306nm、投影光学系の開口数(NA)=0.92、照明系最大σ=0.97の露光装置で、ウエハ上に65nmホール(ピッチ:130nm)を形成する場合のシミュレーションについて説明する。この条件でk1ファクタを計算すると、k1=0.309となり、0.354より小さく、従来のホールアレイパターンの露光に際して用いられていた前述の四重極照明条件では露光が不可能である。 First, with an exposure apparatus having an exposure wavelength (λ) = 193.306 nm, a numerical aperture (NA) = 0.92 of the projection optical system, and an illumination system maximum σ = 0.97, a 65 nm hole (pitch: 130 nm) is formed on the wafer. A simulation in the case of forming will be described. When the k 1 factor is calculated under this condition, k 1 = 0.309, which is smaller than 0.354, and exposure is impossible under the above-described quadrupole illumination condition used for exposure of the conventional hole array pattern. .

図5(B)には、図5(A)のレチクルR1に対応するオブジェクトスペクトラム(回折光)が示され、図5(C)には、その照明系設計解が示されている。   FIG. 5B shows an object spectrum (diffracted light) corresponding to the reticle R1 in FIG. 5A, and FIG. 5C shows the illumination system design solution.

前述の図17の場合と同様、ホールアレイのパターンからは、図5(B)に示されるように、正方格子の頂点にスペクトル((m、n)次回折光)が発生し、その間隔はλ/Px=λ/Py=λ/Pである。 As in the case of FIG. 17 described above, from the hole array pattern, as shown in FIG. 5B, a spectrum ((m, n) order diffracted light) is generated at the apex of the square lattice, and the interval is λ / P x = λ / P y = λ / P.

この場合、そのλ/Pの値はsinθスケールで、1.487である。したがって、クロスポールの最適ポジションは、σスケール(NA=1に規格化したスケール)で1.487/(2×0.92)=0.808となる。ここで、最適ポジションとは、デフォーカスしたときの像の崩れを最小にするために、ウエハ面に0次光と+1次光(あるいは0次光と−1次光)が、等しい入射角で到達するような条件(光源のポジション)を指す。各光源の大きさは、結像性能の観点だけから考えれば、できる限り小さいほうが有利であるが, 実際の露光装置では照明光学系に使用される硝材のダメージと光量のバランスから決まる。ここでは、σ=0.120(半径)であるものとする。   In this case, the value of λ / P is 1.487 on the sin θ scale. Therefore, the optimum position of the cross pole is 1.487 / (2 × 0.92) = 0.008 on the σ scale (scale normalized to NA = 1). Here, the optimum position means that the 0th-order light and the + 1st-order light (or 0th-order light and −1st-order light) are incident on the wafer surface at the same incident angle in order to minimize the image collapse when defocused. This refers to the condition (light source position) that can be reached. The size of each light source is advantageously as small as possible from the viewpoint of imaging performance alone, but in an actual exposure apparatus, it is determined by the balance between the damage of the glass material used in the illumination optical system and the amount of light. Here, it is assumed that σ = 0.120 (radius).

図6(A)には、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のパターンの空間像の等高線図が示され、図6(B)には、図6(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図6(C)には、図6(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。これら図6(A)〜図6(C)からわかるように、形成される空間像は、ダイポールX相当の照明で形成されるL/S・Vパターンと、ダイポールY相当の照明で形成されるL/S・Hパターンとの、干渉性の無い重ね合わせでできている。そのため、A断面のホール(Hole)像(明るくなるところ)と同じ形状を反転させた像(暗くなるところ)がB断面の位置に発生している。   FIG. 6A shows a contour map of the aerial image of the pattern on the reticle R1 formed under irradiation with illumination light of Azimuthal polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. The aerial image intensity corresponding to the cross section A in FIG. 6A is shown, and the aerial image intensity corresponding to the B cross section in FIG. 6A is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 6A to 6C, the formed spatial image is formed by the L / S · V pattern formed by the illumination equivalent to the dipole X and the illumination equivalent to the dipole Y. It is made up of a non-coherent overlay with the L / S · H pattern. For this reason, an image (a dark place) obtained by inverting the same shape as a hole image (a bright place) of the A cross section is generated at the position of the B cross section.

図7(A)には、クロスポール照明条件下で、かつ非偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のパターンの空間像の等高線図が示され、図7(B)には、図7(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図7(C)には、図7(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。   FIG. 7A shows a contour map of the aerial image of the pattern on the reticle R1 formed under cross-pole illumination conditions and by irradiation with non-polarized illumination light, and FIG. The aerial image intensity corresponding to the A cross section of FIG. 7A is shown, and the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 7A is shown in FIG. 7C.

また、図8(A)には、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のパターンの空間像の等高線図が示され、図8(B)には、図8(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図8(C)には、図8(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。   Further, FIG. 8A shows a contour map of a spatial image of a pattern on the reticle R1 formed under irradiation of irradiation light with radial polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. FIG. 8A shows the aerial image intensity corresponding to the A cross section of FIG. 8A, and FIG. 8C shows the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 8A.

図6(A)〜図8(C)を見ると、わかるように、ダイポールX照明でL/S・Vパターンを形成し、ダイポールY照明でL/S・Hパターンを形成するのと同じように考えて、ウエハ面でS偏光の入射になるAzimuthal偏光照明の像が、最もコントラストが良好である。   As can be seen from FIGS. 6A to 8C, the L / S · V pattern is formed by dipole X illumination and the L / S · H pattern is formed by dipole Y illumination. In view of this, the image of Azimuthal polarization illumination in which S-polarized light is incident on the wafer surface has the best contrast.

前述と同様の条件で、57nmホールアレイのパターンを形成する場合の露光のシミュレーションを行った結果、詳細は省略するが、上記と同様の結果が得られた。但し、最もコントラストが良好なAzimuthal偏光照明の像であってもそのコントラストが、前述の65nmホールアレイの像より幾分低かった。この理由は、次に説明する、最大照明σの制限のために、照明光源を最適な位置に配置できなかったことが原因と考えられる。   As a result of performing a simulation of exposure in the case of forming a 57 nm hole array pattern under the same conditions as described above, the same results as described above were obtained although details are omitted. However, the contrast of the Azimuthal polarized illumination image with the best contrast was somewhat lower than that of the 65 nm hole array image. The reason for this is considered to be that the illumination light source could not be placed at an optimal position due to the limitation of the maximum illumination σ described below.

すなわち、57nmホールアレイのパターンの場合、ピッチが114nmであるから、正方格子の頂点に発生するスペクトル((m、n)次回折光)の間隔λ/Px=λ/Py=λ/Pは、sinθスケールで、1.696である。したがってCross Poleの最適ポジションは、σスケールで1.696/(2×0.92)=0.922となる。ところが、各光源の大きさについて、最小値(σ=0.120)の制限を設けていて、σ=0.922の位置にσ=0.120の光源を配置すると、照明σの最大値0.97を超えてしまうので、最適なσ=0.922の位置には光源を配置できない。このため、やむなく、制限内で最も外側、すなわちσ=0.850の位置に光源を配置することとしたのである。 That is, in the case of a 57 nm hole array pattern, since the pitch is 114 nm, the interval (λ / P x = λ / P y = λ / P) of the spectrum ((m, n) order diffracted light) generated at the apex of the square lattice is The sin θ scale is 1.696. Therefore, the optimal position of Cross Pole is 1.696 / (2 × 0.92) = 0.922 on the σ scale. However, when the size of each light source is limited to a minimum value (σ = 0.120) and a light source of σ = 0.120 is arranged at a position of σ = 0.922, the maximum value of illumination σ is 0. .97, the light source cannot be arranged at the optimum position of σ = 0.922. For this reason, the light source is inevitably arranged at the outermost position within the limit, that is, at the position of σ = 0.850.

《第2の露光方法》
次に、図9(A)に示されるように、パターン領域内にマトリックス状の配置でホールアレイパターンが形成されたクロムレスマスクからなるレチクルR2を用いて、ウエハW上にホールアレイを形成する場合の露光について説明する。
<< Second exposure method >>
Next, as shown in FIG. 9A, a hole array is formed on the wafer W using a reticle R2 made of a chromeless mask in which a hole array pattern is formed in a matrix arrangement in the pattern region. The case of exposure will be described.

レチクルR2のパターン領域内には、図9(A)中に白色の正方形で示される位相が0の100%透過ガラス部と、図9(A)中に塗りつぶしの正方形で示される位相がπずれた状態の100%透過ガラス部(例えばガラスを掘り込むことによって形成される)とが、交互に稠密に並べられ、全体として1つのマトリクスを形成するホールアレイパターンが形成されている。ホールアレイパターンの周囲の黒色部分は、透過率が0のクロム材を表す。「クロムレスマスク」という名前がついているが、パターンが存在しない広い領域については、このようにクロムで遮光されることが多い。この場合、白色の正方形、塗りつぶしの正方形の一辺(ウエハ上換算値)は、作成するホールアレイのピッチ(Px=Py=P)に等しくなるように設定されている。   In the pattern area of the reticle R2, the 100% transmission glass portion whose phase is 0 shown by a white square in FIG. 9A and the phase shown by a filled square in FIG. 9A are shifted by π. The 100% transparent glass portions (formed by, for example, digging glass) are arranged alternately and densely to form a hole array pattern that forms one matrix as a whole. The black portion around the hole array pattern represents a chromium material with zero transmittance. Although named “chromeless mask”, a wide area where no pattern exists is often shielded from light by chrome. In this case, one side (converted value on the wafer) of the white square and the filled square is set to be equal to the pitch (Px = Py = P) of the hole array to be created.

まず、前述のa.の工程で、主制御装置20の支配下にあるレチクルローダによりレチクルステージRST上にレチクルR2がロードされる。   First, the a. In this step, reticle R2 is loaded on reticle stage RST by the reticle loader under the control of main controller 20.

次に、前述のb.の工程で、そのレチクルR2を用いた露光に最適な照明条件、ここでは、前述の第2のクロスポール照明条件を設定すべく、主制御装置20の指示に基づき、駆動装置39により照明系開口絞り板34が回転され、開口絞り36Fが照明光ILの光路上に設定される。   Next, b. In this step, an illumination system aperture is set by the drive device 39 based on an instruction from the main controller 20 in order to set an optimal illumination condition for exposure using the reticle R2, here the second cross-pole illumination condition. The aperture plate 34 is rotated, and the aperture stop 36F is set on the optical path of the illumination light IL.

次に、前述のc.及びd.の工程の動作が行われ、e.の工程で、レチクルR2のパターンがウエハW上の各ショット領域に、ステップ・アンド・スキャン方式で転写される。このとき、レチクルR2上のパターン領域は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光(照明光学系瞳面における放射方向(半径方向)を偏光方向とする直線偏光)の照明光ILにより照明される。このため、このレチクルR2を用いた露光に際しては、結像に寄与する回折光、すなわち2光束干渉する全ての光がウエハW面上でS偏光(TE偏光)となるので、ウエハW上には、ホールアレイパターンのコントラストの極めて良好な像(潜像)が形成される。   Next, c. And d. The operation of the process is performed, e. In this process, the pattern of the reticle R2 is transferred to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method. At this time, the pattern region on the reticle R2 is illuminated with illumination light IL of radial polarization (linearly polarized light with the radiation direction (radial direction) in the illumination optical system pupil plane as the polarization direction) under cross-pole illumination conditions. . For this reason, during exposure using the reticle R2, diffracted light that contributes to image formation, that is, all light that interferes with two light beams becomes S-polarized light (TE-polarized light) on the wafer W surface. An image (latent image) having a very good contrast of the hole array pattern is formed.

そして、露光終了後に、ウエハWを不図示のデベロッパで現像することで、そのウエハW表面には、ArFエキシマレーザ光及びNA0.92の投影光学系を用いては従来は良好な解像が困難であった、ホールの大きさが65nmでピッチ130nmのホールアレイパターンのレジスト像(コントラストの良好な像)が形成される。   Then, after the exposure is completed, the wafer W is developed by a developer (not shown), and it is difficult to achieve a good resolution conventionally by using ArF excimer laser light and NA 0.92 projection optical system on the surface of the wafer W. Thus, a hole array pattern resist image (an image with good contrast) having a hole size of 65 nm and a pitch of 130 nm is formed.

以下、シミュレーション及びその結果に基づいて、本実施形態で上記のような密集度の高いホールアレイパターンを形成できることの、理論的裏付けについて説明する。   Hereinafter, based on the simulation and the result, the theoretical support that the hole array pattern having a high density as described above can be formed in the present embodiment will be described.

図9(B)には、レチクルR2から発生するオブジェクトスペクトラム(回折光)が示されている。この図9(B)に示されるように、クロムレスマスクの場合は、バイナリマスク(ハーフトーン型位相シフトマスクを含む)とは異なり、(+1,+1)次、(−1,+1)次、(−1,−1)次及び(+1,−1)次の4方向にしかスペクトルは発生していない。この理由を以下に述べる。   FIG. 9B shows an object spectrum (diffracted light) generated from the reticle R2. As shown in FIG. 9B, in the case of a chromeless mask, unlike a binary mask (including a halftone type phase shift mask), (+1, +1) order, (-1, +1) order, Spectra are generated only in the (−1, −1) -order and (+1, −1) -order four directions. The reason for this will be described below.

図9(A)のレチクルR2のパターンは、図10(A)〜図10(D)にそれぞれのパターンのレイアウトが示される4つのバイナリマスクのパターンに分解することができる。   The pattern of the reticle R2 in FIG. 9A can be decomposed into four binary mask patterns whose layouts are shown in FIGS. 10A to 10D.

ここで、図10(A)のパターンは、図9(A)のホールアレイパターンのマトリクス(行方向をY方向とし、列方向をX方向とする)の奇数行、奇数列の構成要素である位相0のパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。   Here, the pattern of FIG. 10A is a component of odd-numbered rows and odd-numbered columns of the matrix of the hole array pattern of FIG. 9A (the row direction is the Y direction and the column direction is the X direction). This is a binary mask pattern obtained by extracting a phase 0 pattern.

また、10(B)のパターンは、図9(A)のホールアレイパターンのマトリクスの偶数行、偶数列の構成要素である位相0のパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。   The pattern 10 (B) is a binary mask pattern obtained by extracting the phase 0 pattern, which is a component of the even-numbered rows and even-numbered columns, of the matrix of the hole array pattern of FIG. 9 (A).

また、図10(C)のパターンは、図9(A)のホールアレイパターンのマトリクスの奇数行、偶数列の構成要素である位相πのパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。   The pattern in FIG. 10C is a binary mask pattern obtained by extracting the pattern of phase π, which is a component of the odd rows and even columns in the matrix of the hole array pattern in FIG. 9A.

また、図10(D)のパターンは、図9(A)のホールアレイパターンのマトリクスの偶数行、奇数列の構成要素である位相πのパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。   The pattern of FIG. 10D is a binary mask pattern obtained by extracting the pattern of phase π, which is a component of the even-numbered rows and odd-numbered columns, of the hole array pattern matrix of FIG. 9A.

図10(A)、図10(B)、図10(C)、図10(D)のマスクパターンのオブジェクトスペクトラム(回折光)を計算すると、それぞれ図11(A)、図11(B)、図11(C)、図11(D)のようになる。   When the object spectrum (diffracted light) of the mask patterns in FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D is calculated, FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. It becomes like FIG. 11 (C) and FIG. 11 (D).

図9(A)及び図10(A)〜図10(D)中の白色の正方形、塗りつぶしの正方形で示されるホールパターンの一辺(ウエハ上換算値)が、作成するホールアレイのピッチ(Px=Py=P)に等しく、図10(A)〜図10(D)の各マスクパターンのピッチが作成するホールアレイのピッチの2倍のピッチなので、回折光は、図5(B)のオブジェクトスペクトラム(回折光)と比較すると、1/2の距離のところに発生する。また、図10(A)〜図10(D)の各マスクパターンから発生する(m,n)次回折光の振幅は同じ大きさであるが、ガラス透過部の位相が0かπか、偶数行か奇数行か、あるいは偶数列か奇数列かによって、正負が逆転する。図11(A)〜図11(D)において、塗りつぶしの四角は、正(+)の回折光を示し、黒塗りの四角は、負(−)の回折光を示す。   9A and 10A to 10D, one side (converted value on the wafer) of the hole pattern indicated by the white square and the filled square is the pitch of the hole array to be created (Px = Py = P), and the pitch of each mask pattern in FIGS. 10A to 10D is twice the pitch of the hole array to be created, so that the diffracted light is the object spectrum in FIG. 5B. Compared with (diffracted light), it occurs at a distance of 1/2. The amplitudes of the (m, n) order diffracted light generated from the mask patterns of FIGS. 10A to 10D are the same, but the phase of the glass transmission part is 0, π, or even rows. The sign is reversed depending on whether it is an odd row or an even or odd column. In FIGS. 11A to 11D, the filled squares indicate positive (+) diffracted light, and the black squares indicate negative (−) diffracted light.

図10(A)〜図10(B)のマスクパターンから発生する(m,n)次回折光の符号および足し合わせた結果をまとめると、次の表1のようになる。   Table 1 below summarizes the signs of the (m, n) -order diffracted light generated from the mask patterns of FIGS. 10A to 10B and the combined result.

前述の如く、図9(A)のレチクルR2のパターンは、図10(A)〜図10(D)にそれぞれのパターンのレイアウトが示される4つのバイナリマスクのパターンに分解することができ(すなわち、マスクのパターンのレイアウト同士の足し合わせが成立しており)、それぞれのパターンのレイアウトから回折光を発生させる操作(すなわち、フーリエ変換)は、線形結合が成立するので、結果的にオブジェクトスペクトラム間の足し合わせも成立する。その結果、表1に示されるように、(−1,−1)次,(−1,+1)次,(+1,−1)次,(+1,+1)次という4つの回折光しか残らないことが判る。 As described above, the pattern of reticle R2 in FIG. 9A can be decomposed into four binary mask patterns whose layouts are shown in FIGS. The mask pattern layouts are added together), and the operation for generating diffracted light from each pattern layout (ie, Fourier transform) results in a linear combination. Addition is also established. As a result, as shown in Table 1, only four diffracted lights of (-1, -1) order, (-1, +1) order, (+1, -1) order, (+1, +1) order remain. I understand that.

ここで、露光波長(λ)=193.306nm、投影光学系の開口数(NA)=0.92、照明系最大σ=0.97の露光装置で、レチクルR2を用いて、ウエハ上に65nmホール(ピッチ:130nm)を形成する場合のシミュレーションについて説明する。   Here, an exposure apparatus having an exposure wavelength (λ) = 193.306 nm, a numerical aperture (NA) of the projection optical system = 0.92, and an illumination system maximum σ = 0.97 is used, and is 65 nm on the wafer using the reticle R2. A simulation for forming holes (pitch: 130 nm) will be described.

この場合の照明系設計解(光源の配置(最適解))は、前述のバイナリマスクからなるレチクルR1の場合と同じになる。   The illumination system design solution (light source arrangement (optimum solution)) in this case is the same as that of the reticle R1 including the binary mask described above.

図12(A)には、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図が示され、図12(B)には、図12(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図12(C)には、図12(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。これら図12(A)〜図12(C)からわかるように、形成される空間像は、ダイポールX相当の照明で形成されるL/S・Hパターンと、ダイポールY相当の照明で形成されるL/S・Vパターンとの、干渉性の無い重ね合わせでできている。そのため、A断面のホール(Hole)像(明るくなるところ)と同じ形状を反転させた像(暗くなるところ)がB断面の位置に発生している。   FIG. 12A shows a contour map of the aerial image of the pattern on the reticle R2 formed by irradiation with illumination light of Azimuthal polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. The aerial image intensity corresponding to the A cross section in FIG. 12A is shown, and the aerial image intensity corresponding to the B cross section in FIG. 12A is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 12A to 12C, the formed spatial image is formed by the L / S · H pattern formed by the illumination equivalent to the dipole X and the illumination equivalent to the dipole Y. It is made up of a non-coherent overlay with the L / S · V pattern. For this reason, an image (a dark place) obtained by inverting the same shape as a hole image (a bright place) of the A cross section is generated at the position of the B cross section.

この場合、図9(B)に示されるように、点Oに光が入射した場合、(−1,−1)次,(−1,+1)次,(+1,−1)次,(+1,+1)次の回折光が、その点Oから見て45度、135度方向に発生するため、バイナリマスクの場合とは異なり、ダイポールX相当の照明でL/S・Hパターンの空間像が形成され、ダイポールY相当の照明でL/S・Vパターンが形成される。   In this case, as shown in FIG. 9B, when light is incident on the point O, the (−1, −1) order, (−1, +1) order, (+1, −1) order, (+1) , + 1) Since the next-order diffracted light is generated in directions of 45 degrees and 135 degrees when viewed from the point O, unlike the case of the binary mask, an aerial image of the L / S · H pattern is obtained with illumination equivalent to the dipole X. The L / S · V pattern is formed by illumination equivalent to the dipole Y.

図13(A)には、クロスポール照明条件下で、かつ非偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図が示され、図13(B)には、図13(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図13(C)には、図13(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。   FIG. 13A shows a contour map of the aerial image of the pattern on the reticle R2 formed under irradiation with unpolarized illumination light under cross-pole illumination conditions, and FIG. The aerial image intensity corresponding to the A cross section of FIG. 13A is shown, and the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 13A is shown in FIG.

また、図14(A)には、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図が示され、図14(B)には、図14(A)のA断面に相当する空間像強度が示され、図14(C)には、図14(A)のB断面に相当する空間像強度が示されている。   Further, FIG. 14A shows a contour map of a spatial image of a pattern on the reticle R2 formed under irradiation with irradiation light of radial polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. Shows the aerial image intensity corresponding to the A cross section of FIG. 14A, and FIG. 14C shows the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG.

図12(A)〜図14(C)を見ると、わかるように、ダイポールX相当の照明系で、L/S・Hパターンが形成され、ダイポールY相当の照明で、L/S・Vパターンが形成されることから、ウエハ面でS偏光の入射になるRadial偏光照明の像が、最もコントラストが良好である。   As can be seen from FIGS. 12A to 14C, the L / S · H pattern is formed by the illumination system equivalent to the dipole X, and the L / S · V pattern is obtained by the illumination equivalent to the dipole Y. Therefore, the image of the radially polarized illumination in which the S-polarized light is incident on the wafer surface has the best contrast.

前述と同様の条件で、57nmホールアレイのパターンを形成する場合の露光のシミュレーションを行った結果、詳細は省略するが、上記と同様の結果が得られた。但し、最もコントラストが良好なRadial偏光照明の像のコントラストが、前述の65nmホールアレイの像より幾分低かった。この理由は、前述のバイナリマスクの場合と同様に、最大照明σの制限のために、照明光源を最適な位置に配置できなかったことが原因と考えられる。   As a result of performing a simulation of exposure in the case of forming a 57 nm hole array pattern under the same conditions as described above, the same results as described above were obtained although details are omitted. However, the contrast of the radial polarized illumination image with the best contrast was somewhat lower than the image of the 65 nm hole array described above. The reason for this is considered to be that the illumination light source could not be arranged at the optimum position due to the limitation of the maximum illumination σ as in the case of the binary mask described above.

ところで、半導体デバイス(例えばメモリ、例えばD−RAM、フラッシュメモリなどを含む)は、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計工程に基づいたレチクル(前述のレチクルR1、R2を含む)を製作する工程、シリコン材料からウエハを製作する工程、本実施形態の露光装置による露光を含むリソグラフィ工程を含むウエハ処理工程、デバイス組み立て工程(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)及び検査ステップ等を経て製造される。   By the way, for a semiconductor device (for example, a memory such as a D-RAM or a flash memory), a process for designing the function and performance of the device and a reticle (including the reticles R1 and R2 described above) based on the design process are manufactured. A process for manufacturing a wafer from a silicon material, a wafer processing process including a lithography process including exposure by the exposure apparatus of this embodiment, a device assembly process (including a dicing process, a bonding process, and a package process), an inspection step, and the like. It is manufactured after.

上記リソグラフィ工程には、前述のレチクルR1(又はR2)を用いた第1の露光方法(又は第2の露光方法)によりレチクルのパターンをウエハに転写する工程を含む露光工程、露光に引き続いてウエハを加熱し、化学増幅型レジストの露光後の触媒反応を促進するPost Exposure Bake(PEB)を行う工程、及びウエハを現像する現像工程などが含まれる。   The lithography step includes an exposure step including a step of transferring a reticle pattern onto the wafer by the first exposure method (or second exposure method) using the reticle R1 (or R2), and the wafer following the exposure. And a post-exposure bake (PEB) for promoting the catalytic reaction after exposure of the chemically amplified resist, and a development step for developing the wafer.

次に、説明は多少前後するが、本実施形態において、ウエハW上に塗布されている化学増幅型レジストに含まれる失活剤(Quencher)の量の調整(コントロール)について説明する。   Next, although the description will be somewhat different, in this embodiment, adjustment (control) of the amount of quencher contained in the chemically amplified resist applied on the wafer W will be described.

これまでの説明からもわかるように、第1の露光方法、第2の露光方法によるホールアレイの結像は、直交するL/Sパターンの像を非干渉的に重ね合わせているため, 半ピッチずれている箇所に、(空間像強度に関して)山の高さと同じ深さの谷が発生する。従って、理想状態の条件であっても、山のピーク=1.0、中間値=0.5、谷のボトム=0.0(いずれも相対的な値)となり、ホールアレイを形成する側の像のコントラストは、次式(11)で表され、0.333を超えられないことがわかる。   As can be seen from the above description, the image formation of the hole array by the first exposure method and the second exposure method overlaps the images of the L / S patterns orthogonal to each other in a non-interfering manner, so that half pitch A valley having the same depth as the height of the mountain (with respect to the intensity of the aerial image) is generated at the shifted position. Therefore, even under ideal conditions, the peak of the peak = 1.0, the intermediate value = 0.5, the bottom of the valley = 0.0 (both are relative values), and the side on which the hole array is formed It can be seen that the contrast of the image is expressed by the following formula (11) and cannot exceed 0.333.

このように、露光装置側では、0.333以上にコントラストを上げることはできないが,化学増幅型レジストに含まれるQuencher(失活剤))の量をコントロールすることにより、空間像のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能である。 As described above, on the exposure apparatus side, the contrast cannot be increased to 0.333 or more, but the contrast of the aerial image is increased by controlling the amount of Quencher (deactivator) contained in the chemically amplified resist. It is possible to obtain the same effect as the above.

これをさらに詳述すると、化学増幅型レジストを用いる場合には、露光→Post Exposure Bake(PEB)→現像という工程の間に次のような反応が存在する。
(1) 露光工程では, 露光光による光化学反応で, Photo Acid Generator(PGA)から酸が発生する。
(2) PEB工程では、露光工程で発生した酸とレジスト像形成物質であるDissolution Inhibitor(DI)が反応し、レジストの中に現像液に溶けやすい箇所ができる。この反応で、酸は触媒として働く(すなわち、酸は、増えることもなければ、消滅もしない)。また、PEB工程中の熱(130℃程度)により、酸が拡散するので、一般にPEB工程中の酸の濃度分布は一定ではなく、徐々に(PEB時間の経過とともに)、濃度分布にメリハリがなくなる。
(3) 現像工程では、PEB工程中にできたレジストの中の現像液に溶けやすくなった部分に、現像液が接触し、徐々に溶けて、最終的なレジスト像を形成する。
More specifically, in the case of using a chemically amplified resist, the following reaction exists between the steps of exposure → post exposure bake (PEB) → development.
(1) In the exposure process, acid is generated from Photo Acid Generator (PGA) by photochemical reaction by exposure light.
(2) In the PEB process, the acid generated in the exposure process reacts with Dissolution Inhibitor (DI), which is a resist image forming substance, and a portion that is easily dissolved in the developer is formed in the resist. In this reaction, the acid acts as a catalyst (ie, the acid does not increase or disappear). In addition, since the acid diffuses due to heat (about 130 ° C.) during the PEB process, the acid concentration distribution in the PEB process is generally not constant, and gradually (with the lapse of PEB time), the concentration distribution is not sharp. .
(3) In the development process, the developer comes into contact with the portion of the resist formed in the PEB process that is easily dissolved in the developer, and gradually dissolves to form a final resist image.

そこで、本実施形態におけるホール・アレイ作成の場合は、失活剤の量を図6(B)、図14(B)などに示される空間像の山のピークと、図6(C)、図14(C)に示される空間像の谷のボトムのちょうど中間になるようにコントロールする。これにより、空間像の谷を形成する部分が「無かったことに」なり、従来のホールアレイの形成の場合と同様に、PEB工程、現像工程を扱うことが可能になる。   Therefore, in the case of creating the hole array in the present embodiment, the amount of the quenching agent is set to the peak of the aerial image peak shown in FIG. 6 (B), FIG. 14 (B), and the like. Control is made so that it is exactly in the middle of the bottom of the valley of the aerial image shown in 14 (C). As a result, “there is no part where the valley of the aerial image is formed”, and it is possible to handle the PEB process and the development process as in the case of forming the conventional hole array.

以上説明したように、本実施形態によると、ホールアレイの作製に際し、前述の第1の露光方法又は第2の露光方法が実行され、クロスポール照明条件下で前述のレチクルR1又はR2が照明され、そのレチクルR1又はR2から射出される光で投影光学系PLを介してウエハWを露光し、そのウエハW上にホールアレイを形成する。このため、ホールアレイパターンに対しても、L/Sパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用可能となり、これにより、より密集度の高いホールアレイの作製が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the hole array is manufactured, the first exposure method or the second exposure method is performed, and the reticle R1 or R2 is illuminated under the cross-pole illumination condition. Then, the wafer W is exposed to light emitted from the reticle R1 or R2 via the projection optical system PL, and a hole array is formed on the wafer W. For this reason, the same k 1 factor limit resolution as that of the L / S pattern can be applied to the hole array pattern, thereby making it possible to manufacture a hole array having a higher density.

また、本実施形態によると、上述のようにして失活剤を調整することにより、投影光学系PLによりウエハW上に形成されるホールアレイのパターンの像(空間像)のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能になる。   Further, according to this embodiment, the contrast of the hole array pattern image (aerial image) formed on the wafer W by the projection optical system PL is increased by adjusting the quenching agent as described above. It is possible to obtain the same effect as.

なお、上記実施形態では、バイナリマスクを用い、クロスポール照明条件かつAzimuthal偏光照明によりホールアレイパターンを形成する第1の露光方法、クロムレスマスクを用い、クロスポール照明条件かつRadial偏光照明によりホールアレイパターンを形成する第2の露光方法について説明したが、これに限らず、バイナリマスク、クロムレスレスマスクを問わず、クロスポール照明条件かつ非偏光照明により露光を行ってホールアレイパターンを形成しても良い。かかる場合であっても、上記実施形態と同様に、ラインスペースパターンの形成時と同等の小さなk1ファクタを用いた露光によりホールアレイパターンをウエハ上に形成することができる(図7(B)、図13(B)等参照)。 In the above embodiment, a first exposure method for forming a hole array pattern using a binary mask with cross pole illumination conditions and Azimuthal polarization illumination, a hole array using a chromeless mask with cross pole illumination conditions and radial polarization illumination. Although the second exposure method for forming a pattern has been described, the present invention is not limited to this, and a hole array pattern is formed by performing exposure under cross-pole illumination conditions and non-polarized illumination regardless of whether it is a binary mask or a chromeless mask. Also good. Even in such a case, the hole array pattern can be formed on the wafer by exposure using a small k 1 factor equivalent to that at the time of forming the line space pattern, as in the above embodiment (FIG. 7B). , See FIG.

また、上記実施形態では、上記第1の露光方法又は第2の露光方法とともに、前述したレジスト中の失活剤の含有量の調整を行う場合について説明したが、かかる失活剤の調整は、必ずしも行わなくても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the case where the content of the quencher in the resist mentioned above was adjusted with the said 1st exposure method or the 2nd exposure method was demonstrated, adjustment of this quencher is It is not always necessary.

また、露光に先立って、化学増幅型レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系によりウエハ等の物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程は、上述した第1、第2の露光方法に限らず、その他のホールアレイの形成のための露光と組み合わせて実行しても良い。かかる場合であっても、ウエハ等の物体上に形成されるホールアレイパターンの像のコントラストを実質的に増加させることができる。   Prior to exposure, the step of adjusting the amount of the quenching agent contained in the chemically amplified resist in consideration of the contrast of the pattern image of the hole array formed on the object such as a wafer by the projection optical system is The method is not limited to the first and second exposure methods described above, and may be executed in combination with exposure for forming other hole arrays. Even in such a case, the contrast of the image of the hole array pattern formed on an object such as a wafer can be substantially increased.

上述したリソグラフィ工程において、上記実施形態の処理、あるいは上述したような種々の変形形態の処理を行うことで、ウエハ上に、従来に比べて密集度の高いホールアレイを形成することができ、最終的に従来に比べて密集度の高い電子デバイスを製造することが可能になる。   In the above-described lithography process, by performing the processing of the above-described embodiment or the processing of various modifications as described above, it is possible to form a hole array having a higher density than the conventional one on the wafer. Therefore, it becomes possible to manufacture an electronic device having a higher density than the conventional one.

また、上記実施形態では、照明系開口絞り板34の開口絞り36E,36Fそれぞれの開口の出口側に偏光板を一体的に設ける場合について説明したが、これに限らず、例えば開口絞り36Eを照明光ILの光路上に設置する場合に、フライアイレンズ32と照明系開口絞り板34との間に別の大きな偏光板を配置し、例えば開口絞り36Eの開口37e〜37hの一部又は全部に1/2波長板を配置して、各1/2波長板の回転角を調整するようにしても良い。   In the above embodiment, the description has been given of the case where the polarizing plate is integrally provided on the exit side of each aperture stop 36E, 36F of the illumination system aperture stop plate 34. However, the present invention is not limited to this. For example, the aperture stop 36E is illuminated. When installing on the optical path of the light IL, another large polarizing plate is disposed between the fly-eye lens 32 and the illumination system aperture stop plate 34, and for example, part or all of the apertures 37e to 37h of the aperture stop 36E. A half-wave plate may be arranged to adjust the rotation angle of each half-wave plate.

また、例えば光源として直線偏光のレーザビームが射出されるようなレーザ光源を使用することにより、開口絞り36A〜36Fのそれぞれを直線偏光の照明光で照明する場合には、例えば開口絞り36E、36Fそれぞれの開口の一部または全部に適当な回転方向の1/2波長板を設けるだけで良い。この場合、一部の開口に1/2波長板を設けるだけでも良いが、全部の開口に1/2波長板を設けるほうが照明のバラツキを低減する上で効果がある。このように1/2波長板を使用して偏光方向を調整した場合には、照明光の損失がないので照明効率が良い。この場合、1/2波長板以外に、例えば旋光子(イメージローテータ)などを用いても良い。   For example, when each of the aperture stops 36A to 36F is illuminated with linearly polarized illumination light by using a laser light source that emits a linearly polarized laser beam as the light source, for example, the aperture stops 36E and 36F. It is only necessary to provide a half-wave plate with an appropriate rotation direction in part or all of each opening. In this case, only half-wave plates may be provided in some openings, but providing half-wave plates in all openings is more effective in reducing variation in illumination. Thus, when the polarization direction is adjusted using the half-wave plate, the illumination efficiency is good because there is no loss of illumination light. In this case, for example, an optical rotator (image rotator) may be used in addition to the half-wave plate.

なお、上記実施形態では、マスクとしてレチクルを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器とも呼ばれる)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)を含む可変成形マスク(電子マスク)を用いても良い。また、露光対象となる物体はウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレートなどでも良い。   In the above embodiment, the case of using a reticle as a mask has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a DMD (Digital Micro-mirror Device) which is a kind of non-light-emitting image display element (also referred to as a spatial light modulator) is used. You may use the variable shaping | molding mask (electronic mask) containing. The object to be exposed is not limited to a wafer, and may be a glass plate, for example.

また、上記実施形態の露光装置の光源10としては、F2レーザ光源、ArFエキシマレーザ光源、KrFエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、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光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、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用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。 Further, the light source 10 of the exposure apparatus of the above embodiment is not limited to an ultraviolet pulse light source such as an F 2 laser light source, an ArF excimer laser light source, or a KrF excimer laser light source, but g-line (wavelength 436 nm), i-line (wavelength 365 nm). It is also possible to use an ultra-high pressure mercury lamp that emits a bright line such as. In addition, a single wavelength laser beam oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium), and a nonlinear optical crystal is obtained. It is also possible to use harmonics that have been converted into ultraviolet light. The magnification of the projection optical system may be not only a reduction system but also an equal magnification or an enlargement system.

また、上記実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。また、ウエハステージを2基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。さらに、例えば国際公開第2004/053955号パンフレットなどに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置にも本発明を適用することができる。   In the above embodiment, the case of a scanning exposure apparatus has been described. However, the present invention is not limited to a step-and-repeat machine, a step-and-scan machine, a step-and-scan machine, and the like, as long as the exposure apparatus includes a projection optical system.・ It can be applied to any stitching machine. The present invention can also be applied to a twin stage type exposure apparatus having two wafer stages. Furthermore, the present invention is also applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 2004/053955 pamphlet and the like in which a liquid (for example, pure water) is filled between the projection optical system PL and the wafer. Can do.

本発明の露光方法及びデバイス製造方法は、例えばメモリ、例えばD−RAM、フラッシュメモリなどのマイクロデバイスの製造に適している。   The exposure method and device manufacturing method of the present invention are suitable for manufacturing a microdevice such as a memory, for example, a D-RAM or a flash memory.

一実施形態に係る露光装置100の全体構成を概略的に示す図である。1 is a drawing schematically showing an overall configuration of an exposure apparatus 100 according to an embodiment. 図1の照明系開口絞り板を、−Y方向から見て示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the illumination system aperture stop plate of FIG. 1 as viewed from the −Y direction. 照明光の光路上に設定された第1のクロスポール照明絞りを+Y側から見た状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the 1st cross pole illumination stop set on the optical path of illumination light from the + Y side. 照明光の光路上に設定された第2のクロスポール照明絞りを+Y側から見た状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the 2nd cross pole illumination stop set on the optical path of illumination light from the + Y side. 図5(A)は、ホールアレイパターンが形成されたバイナリマスクからなるレチクルR1を示す図、図5(B)は、図5(A)のレチクルR1に対応するオブジェクトスペクトラム(回折光)を示す図、図5(C)は、照明系設計解の光源配置を示す図である。5A shows a reticle R1 made of a binary mask on which a hole array pattern is formed, and FIG. 5B shows an object spectrum (diffracted light) corresponding to the reticle R1 in FIG. 5A. FIG. 5C is a diagram showing the light source arrangement of the illumination system design solution. 図6(A)は、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図6(B)は、図6(A)のA断面A断面に相当する空間像強度を示す図、図6(C)は、図6(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。6A is a contour diagram of the aerial image of the hole array pattern on the reticle R1 formed under irradiation of illumination light with Azimuthal polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. 6B is a diagram of FIG. FIG. 6C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the A cross section A of FIG. 6A, and FIG. 6C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 図7(A)は、クロスポール照明条件下で、かつ無偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図7(B)は、図7(A)のA断面に相当する空間像強度を示す図、図7(C)は、図7(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。FIG. 7A is a contour map of the aerial image of the hole array pattern on the reticle R1 formed by irradiation with non-polarized illumination light under cross-pole illumination conditions, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the A section of A), and FIG. 7C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the B section of FIG. 図8(A)は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR1上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図8(B)は、図8(A)のA断面に相当する空間像強度を示す図、図8(C)は、図8(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。FIG. 8A is a contour map of the aerial image of the hole array pattern on the reticle R1 formed under irradiation with irradiation light of radial polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. FIG. 8C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the A section of A), and FIG. 8C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the B section of FIG. 図9(A)は、ホールアレイパターンが形成されたクロムレスマスクからなるレチクルR2を示す図、図9(B)は、レチクルR2から発生するオブジェクトスペクトラム(回折光)を示す図である。FIG. 9A shows a reticle R2 made of a chromeless mask on which a hole array pattern is formed, and FIG. 9B shows an object spectrum (diffracted light) generated from the reticle R2. 図10(A)〜図10(D)は、図9(A)のレチクルR2のパターンを分解した4つのバイナリマスクのパターンのレイアウトをそれぞれ示す図である。FIGS. 10A to 10D are diagrams respectively showing layouts of patterns of four binary masks obtained by disassembling the pattern of reticle R2 of FIG. 9A. 図11(A)、図11(B)、図11(C)、図11(D)は、それぞれ図10(A)、図10(B)、図10(C)、図10(D)のマスクパターンのオブジェクトスペクトラム(回折光)を示す図である。11 (A), FIG. 11 (B), FIG. 11 (C), and FIG. 11 (D) are respectively the same as FIG. 10 (A), FIG. 10 (B), FIG. 10 (C), and FIG. It is a figure which shows the object spectrum (diffracted light) of a mask pattern. 図12(A)はクロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図、図12(B)は、図12(A)のA断面に相当する空間像強度を示す図、図12(C)は、図12(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。12A is a contour map of a spatial image of a pattern on the reticle R2 formed by irradiation with illumination light of Azimuthal polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. 12B is a diagram of FIG. FIG. 12C is a diagram illustrating the aerial image intensity corresponding to the A cross section, and FIG. 12C is a diagram illustrating the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 図13(A)は、クロスポール照明条件下で、かつ無偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図、図13(B)は、図13(A)のA断面に相当する空間像強度を示す図、図13(C)には、図13(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。FIG. 13A is a contour diagram of the aerial image of the pattern on the reticle R2 formed by irradiation with non-polarized illumination light under cross-pole illumination conditions, and FIG. 13B is a diagram of FIG. 13A. FIG. 13C is a diagram showing the aerial image intensity corresponding to the cross section B of FIG. 13A. FIG. 図14(A)は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルR2上のパターンの空間像の等高線図、図14(B)は、図14(A)のA断面に相当する空間像強度を示す図、図14(C)は、図14(A)のB断面に相当する空間像強度を示す図である。FIG. 14A is a contour map of a spatial image of a pattern on the reticle R2 formed under irradiation with irradiation light of radial polarization under cross-pole illumination conditions, and FIG. 14B is a diagram of FIG. 14A. FIG. 14C is a diagram illustrating the aerial image intensity corresponding to the A cross section of FIG. 14A, and FIG. 14C is a diagram illustrating the aerial image intensity corresponding to the B cross section of FIG. 等間隔のL/Sパターンから発生する回折光を横軸をsinθ軸として示す図である。It is a figure which shows the diffracted light which generate | occur | produces from the L / S pattern of equal intervals by making a horizontal axis into sin (theta) axes. L/Sパターンの限界解像を形成する光源の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the light source which forms the limit resolution of a L / S pattern. ホールアレイからの(m,n)次回折光の発生位置を示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production position of the (m, n) order diffracted light from a hole array. 従来のホールアレイパターンの限界解像を形成する光源の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the light source which forms the limit resolution of the conventional hole array pattern. L/Sとホールアレイの限界解像度を比較するための図である。It is a figure for comparing the limit resolution of L / S and a hole array. 図20(A)は、クロスポール照明条件の照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面(投影光学系の瞳面を含む))における光量分布を示す図、図20(B)はダイポールX照明条件の照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面)における光量分布を示す図、図20(C)は、ダイポールY照明条件の照明光学系の瞳面(及びこれに共役な面)における光量分布を示す図である。20A shows a light amount distribution on the pupil plane of the illumination optical system under the cross-pole illumination condition (and a plane conjugate to this (including the pupil plane of the projection optical system)), and FIG. 20B shows a dipole. FIG. 20C is a diagram showing a light quantity distribution on a pupil plane (and a plane conjugate to it) of the illumination optical system under the X illumination condition, and FIG. 20C is a pupil plane (and a plane conjugate with this) of the illumination optical system under the dipole Y illumination condition. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100…露光装置、W…ウエハ、R…レチクル、PL…投影光学系。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Exposure apparatus, W ... Wafer, R ... Reticle, PL ... Projection optical system.

Claims (8)

表面に感光剤が塗布された物体を露光してホールアレイを形成する露光方法であって、
クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して前記物体を露光し、前記物体上にホールアレイを形成する工程を含む露光方法。
An exposure method in which a hole array is formed by exposing an object having a surface coated with a photosensitive agent,
Illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed under cross-pole illumination conditions, exposing the object with light emitted from the mask through a projection optical system, and forming a hole array on the object Exposure method.
前記マスクは、ホールアレイのパターンが形成されたバイナリマスクであることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。   The exposure method according to claim 1, wherein the mask is a binary mask on which a hole array pattern is formed. 前記バイナリマスクは、前記投影光学系の瞳面における放射方向に直交する方向を偏光方向とする照明光により照明されることを特徴とする請求項2に記載の露光方法。   The exposure method according to claim 2, wherein the binary mask is illuminated with illumination light whose polarization direction is a direction orthogonal to a radiation direction on a pupil plane of the projection optical system. 前記マスクは、ホールアレイに対応するパターンが形成されたクロムレスマスクであることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。   2. The exposure method according to claim 1, wherein the mask is a chromeless mask in which a pattern corresponding to a hole array is formed. 前記クロムレスマスクは、前記投影光学系の瞳面における放射方向を偏光方向とする照明光により照明されることを特徴とする請求項4に記載の露光方法。   The exposure method according to claim 4, wherein the chromeless mask is illuminated with illumination light whose polarization direction is a radiation direction on a pupil plane of the projection optical system. 前記感光剤は、化学増幅型のレジストであり、
前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体に形成される像のコントラストを考慮して予め調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の露光方法。
The photosensitive agent is a chemically amplified resist,
6. The method according to claim 1, further comprising a step of adjusting in advance an amount of the quenching agent contained in the resist in consideration of a contrast of an image formed on the object by a projection optical system. The exposure method according to item.
ホールアレイのパターンを投影光学系を用いて表面に感光剤が塗布された物体上に形成する露光方法であって、
前記感光剤として化学増幅型のレジストが用いられ、
露光に先立って、前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程を含む露光方法。
An exposure method for forming a hole array pattern on an object having a surface coated with a photosensitive agent using a projection optical system,
A chemically amplified resist is used as the photosensitizer,
An exposure method including a step of adjusting an amount of a quenching agent contained in the resist in advance of exposure in consideration of a contrast of a pattern image of a hole array formed on the object by a projection optical system.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にホールアレイのパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。   A device manufacturing method including a lithography step of forming a hole array pattern on an object using the exposure method according to claim 1.
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