JP3102087B2 - Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method - Google Patents

Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method

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JP3102087B2
JP3102087B2 JP03260767A JP26076791A JP3102087B2 JP 3102087 B2 JP3102087 B2 JP 3102087B2 JP 03260767 A JP03260767 A JP 03260767A JP 26076791 A JP26076791 A JP 26076791A JP 3102087 B2 JP3102087 B2 JP 3102087B2
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  • Variable Magnification In Projection-Type Copying Machines (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影型露光装置に関する
ものであり、特に半導体集積素子等の回路パターン又は
液晶素子のパターンの転写に使用される投影型露光装置
の照明系の切り換えに伴うフォーカス調整、及び使用す
るマスクの切り換えに伴うフォーカス調整に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type exposure apparatus, and more particularly to a focus associated with switching of an illumination system of a projection type exposure apparatus used for transferring a circuit pattern of a semiconductor integrated device or a pattern of a liquid crystal element. This relates to adjustment and focus adjustment accompanying switching of a mask to be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の回路パターン形成には、一般
にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要である。
この工程には通常、レチクル(マスク)パターンを半導
体ウェハ等の試料基板上に転写する方法が採用される。
試料基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちマスクパターンの透明部分のパ
ターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターンが
転写される。投影型露光装置では、マスク上に描画され
た転写すべき回路パターンが、投影光学系を介して試料
基板(ウェハ)上に投影、結像される。
2. Description of the Related Art Forming a circuit pattern of a semiconductor or the like requires a step generally called a photolithographic technique.
In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a sample substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted.
A photosensitive photoresist is applied on the sample substrate, and a circuit pattern is transferred to the photoresist according to an irradiation light image, that is, a pattern shape of a transparent portion of the mask pattern. In a projection type exposure apparatus, a circuit pattern to be transferred drawn on a mask is projected and imaged on a sample substrate (wafer) via a projection optical system.

【0003】従来の投影型露光装置では、マスクのフー
リエ変換相当面、もしくはその近傍面に入射する照明光
束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心とするほぼ円
形内(あるいは矩形内)でほぼ一様になるようにしてい
た(通常照明)。パターンピッチが微細化するとマスク
を通過する光束の回折角が大きくなり、回折角が投影光
学系のレチクル側開口数(NAR ) より大きくなると±
1次回折光は投影光学系を透過できなくなる。
In a conventional projection exposure apparatus, the distribution of the amount of illumination light flux incident on a surface corresponding to the Fourier transform of a mask or a surface in the vicinity thereof is substantially circular (or rectangular) around the optical axis of the illumination optical system. (Normal illumination). When the pattern pitch becomes finer, the diffraction angle of the light beam passing through the mask increases, and when the diffraction angle becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system, ±
The first-order diffracted light cannot pass through the projection optical system.

【0004】従って、より微細なパターンを転写する為
には、より短い波長の露光光源を使用するか、あるいは
より開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択する
必要があった。もちろん、波長と開口数の両方を最適化
する努力も考えられる。しかしながら従来の露光装置に
おいては、照明光源を現在より短波長化(例えば200
nm以下)することは、透過光学部材として使用可能な
適当な光学材料が存在しない等の理由により現時点では
困難である。
Therefore, in order to transfer a finer pattern, it was necessary to select whether to use an exposure light source having a shorter wavelength or a projection optical system having a larger numerical aperture. Of course, efforts can be made to optimize both the wavelength and the numerical aperture. However, in the conventional exposure apparatus, the illumination light source has a shorter wavelength (for example, 200 nm).
(nm or less) is difficult at present because there is no suitable optical material usable as a transmission optical member.

【0005】また投影光学系の開口数は、現状でもすで
に理論的限界に近く、これ以上の大開口化はほぼ望めな
い状態である。また、もし現状以上の大開口化が可能で
あるとしても±λ/2NA2 で表わされる焦点深度は開
口数の増加に伴なって急激に減少し、実使用に必要な焦
点深度がますます少なくなるという問題が顕著になって
くる。
Further, the numerical aperture of the projection optical system is already close to the theoretical limit at present, and it is almost impossible to further increase the numerical aperture. Further, even if the aperture can be made larger than the current state, the depth of focus represented by ± λ / 2NA 2 decreases sharply with an increase in the numerical aperture, and the depth of focus required for actual use is further reduced. The problem of becoming more pronounced.

【0006】そこで、近年、特開平2−50417号公
報には、照明光学系と投影光学系に光軸と同心の開口絞
りを設けて照明光のマスクに対する入射角度を制約する
とともに、マスクパターンに応じて該開口径を調整し
て、資料基板上の投影像のコントラストを維持しつつ焦
点深度を確保することが示されている。また、輪環状の
透光部が光軸を中心として同心円状に形成された輪帯状
の開口絞りを照明系に設けることにより、焦点深度を拡
大すること(輪帯照明)が提案されている。
In recent years, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-50417 discloses that an illumination optical system and a projection optical system are provided with an aperture stop concentric with an optical axis to restrict the angle of incidence of illumination light on a mask and to provide a mask pattern. It is disclosed that the aperture diameter is adjusted accordingly to secure the depth of focus while maintaining the contrast of the projected image on the data substrate. Further, it has been proposed to provide an illumination system with a ring-shaped aperture stop in which a ring-shaped light transmitting portion is formed concentrically with the optical axis as a center, thereby increasing the depth of focus (zonal illumination).

【0007】さらに、照明光をマスクに所定の入射角で
入射させることにより、投影光学系中の瞳面で光軸から
偏心した位置を通過する0次光と1次回折光とを干渉さ
せて解像度を向上させる技術が提案されている(傾斜照
明)。一方、マスクの回路パターンの透過部分のうち、
特定の部分からの透過光の位相を、他の透過部分からの
透明光の位相よりπだけずらす、いわゆる位相シフトマ
スクが特公昭62−50811号公報等で提案されてい
る。
Further, by causing the illumination light to enter the mask at a predetermined incident angle, the 0th-order light and the 1st-order diffracted light that pass through a position decentered from the optical axis on the pupil plane in the projection optical system interfere with each other to achieve resolution. There has been proposed a technique for improving the brightness (inclined lighting). On the other hand, of the transparent portions of the circuit pattern of the mask,
A phase shift mask that shifts the phase of transmitted light from a specific portion by π from the phase of transparent light from another transmitted portion has been proposed in Japanese Patent Publication No. Sho 62-50811.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような照明光形状の変化や位相シフトマスクの導入によ
り、投影光学系を通る光束の瞳面内での位置や形状が様
々に変化する。これをより具体的に説明する。投影レン
ズの開口数をNA、照明系の開口数をNAiとすると、
照明系の1つのパラメータであるσ値はσ=NAi/N
Aで定義される。このσ値は従来0.5程度であり、従
来の照明方法(通常照明)を行う場合や通常のマスクを
使用する場合にはマスクからの回折光が瞳面内で投影光
学系の光軸を含んで開口(瞳面)全体に広がっていた。
これに対して、例えば位相シフトマスクではσ値を0.
3程度として使用している。
However, due to the change of the illumination light shape and the introduction of the phase shift mask as described above, the position and shape of the light beam passing through the projection optical system in the pupil plane are variously changed. This will be described more specifically. If the numerical aperture of the projection lens is NA and the numerical aperture of the illumination system is NAi,
The σ value which is one parameter of the illumination system is σ = NAi / N
Defined by A. This σ value is conventionally about 0.5, and when a conventional illumination method (normal illumination) is performed or when a normal mask is used, the diffracted light from the mask causes the optical axis of the projection optical system to fall within the pupil plane. Including it, it spread throughout the aperture (pupil plane).
On the other hand, for example, in a phase shift mask, the σ value is set to 0.
Used as about 3.

【0009】また、位相シフトの原理により瞳面内で光
軸を含む光束が消失するため、投影光学系の瞳面内の周
辺の一部分の領域のみ光束が通過する。さらに、前述の
輪帯照明や傾斜照明を行った場合も位相シフトマスクの
場合と同様に瞳面内で光軸を含む光束はなく、瞳面内の
周辺部分の領域のみ光束が通過する。このように、σ値
が変わったり、瞳面内での光束の通過の状態が変わった
りすると、投影光学系に残存する微小な球面収差や投影
光学系の微小な光吸収の影響により投影光学系の焦点位
置に微小な変動が生じる。
Further, since the light beam including the optical axis disappears in the pupil plane due to the principle of the phase shift, the light beam passes through only a part of the peripheral area in the pupil plane of the projection optical system. Further, even when the above-described annular illumination or oblique illumination is performed, there is no light beam including the optical axis in the pupil plane, as in the case of the phase shift mask, and the light beam passes only in a peripheral region in the pupil plane. As described above, when the σ value changes or the state of light flux passing through the pupil plane changes, the projection optical system is affected by minute spherical aberration remaining in the projection optical system and minute light absorption of the projection optical system. Slightly fluctuates in the focal position of.

【0010】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、照明光状態の変化(瞳面を通過する光束の位
置、形状や開口数の変化)や位相シフトマスクの導入に
かかわらず常に最良焦点位置で露光を行うことを目的と
する。
The present invention has been made in view of such a problem, and is irrespective of changes in the illumination light state (changes in the position, shape, and numerical aperture of a light beam passing through a pupil plane) and the introduction of a phase shift mask. The purpose is to always perform exposure at the best focus position.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的の為に、本発明
では、光源(1)からの照明光を微細パターンを有する
マスク(12)上に照射する照明光学系と、マスクのパ
ターン像を基板(16)上に投影露光する投影光学系
(14)と、基板を保持して、投影光学系の光軸方向に
移動可能なステージ(19)と、光軸方向に関する投影
光学系の所定結像面と基板との相対位置偏差を検出し、
該偏差に応じた検出信号を出力する焦点検出手段(A
F、24、25)と、検出信号に基づいてステージの移
動を制御する制御手段(32、33)とを備えた投影型
露光装置において、投影光学系の開口数と、照明光学系
の開口数と、前記投影光学系内の前記マスクのフーリエ
変換面を通る光束の形状と該フーリエ変換面を通る光束
の位置との少なくとも1つに関する情報を入力する入力
手段(34、35)と;入力手段からの情報に基づいて
所定の露光条件を設定する設定手段(6、15a、6
0、40、41、5、12b)と;設定手段に設定され
る露光条件を切り換える切り換え手段(TA、37、4
9、44、38、61)と;切り換え手段による切り換
えによって変化する所定結像面の光軸方向の位置変化に
応じた値だけ焦点検出手段と制御手段とのいずれか一方
にオフセットを加える調整手段(33、32)とを設け
た。
According to the present invention, there is provided an illumination optical system for irradiating illumination light from a light source (1) onto a mask (12) having a fine pattern, and a mask pattern image. A projection optical system (14) for projecting and exposing on a substrate (16), a stage (19) holding the substrate and movable in the optical axis direction of the projection optical system, and a predetermined connection of the projection optical system in the optical axis direction. Detects the relative position deviation between the image plane and the substrate,
Focus detection means (A) for outputting a detection signal corresponding to the deviation
F, 24, 25) and control means (32, 33) for controlling the movement of the stage based on the detection signal, the numerical aperture of the projection optical system and the numerical aperture of the illumination optical system Input means (34, 35) for inputting information on at least one of a shape of a light beam passing through a Fourier transform surface of the mask in the projection optical system and a position of the light beam passing through the Fourier transform surface; Setting means (6, 15a, 6) for setting predetermined exposure conditions based on information from
0, 40, 41, 5, 12b); switching means (TA, 37, 4) for switching the exposure conditions set in the setting means.
Adjustment means for adding an offset to one of the focus detection means and the control means by a value corresponding to a change in the position in the optical axis direction of the predetermined image plane which is changed by the switching by the switching means. (33, 32).

【0012】[0012]

【作用】本発明では照明光形状の変更や通常マスクと位
相シフトマスクとの交換により焦点位置が変動しても常
に最良焦点位置での露光が実現できる。
According to the present invention, exposure at the best focus position can always be realized even if the focus position fluctuates due to the change of the illumination light shape or the exchange of the normal mask and the phase shift mask.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明の一実施例による投影型露光装
置の構成を示したものである。水銀ランプ1より発生し
た照明光束は、楕円鏡2の第2焦点f0 に集光した後、
ミラー3、リレー系等のレンズ系4を介してフライアイ
レンズ5に入射する。フライアイレンズ5はレチクル1
2上に照射される照明光の強度分布を均一化するための
ものである。フライアイレンズ5のレチクル側焦点面5
a近傍には開口絞り6が設けられている。開口絞り6に
は照明光を光軸AXを中心とした円形領域(又は矩形領
域)に制限する開口部6aが設けられており、開口部6
aの大きさにより照明系の開口数が決められ、これによ
りσ値が決まる。
FIG. 1 shows the configuration of a projection type exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The illumination light flux generated from the mercury lamp 1 is focused on the second focal point f 0 of the elliptical mirror 2,
The light enters a fly-eye lens 5 via a mirror 3 and a lens system 4 such as a relay system. Fly-eye lens 5 is reticle 1
2 to make the intensity distribution of the illumination light irradiated on the surface 2 uniform. Reticle-side focal plane 5 of fly-eye lens 5
An aperture stop 6 is provided near a. The aperture stop 6 is provided with an opening 6 a for limiting illumination light to a circular area (or a rectangular area) centered on the optical axis AX.
The numerical aperture of the illumination system is determined by the magnitude of a, which determines the σ value.

【0014】回転板TA内には開口部の大きさのことな
る複数の開口絞り6が設けられており、駆動部36によ
り回転板TAを駆動させることによって開口部の大きさ
が変えられる。また、回転板TA内には他の開口絞り、
例えば輪帯状の透明部を光軸を中心として同心円状に設
けた開口絞り6−Cが設けられており、回転板TAを駆
動することにより開口部の形状を任意に選択可能となっ
ている。また、開口部の大きさを変える場合は可変開口
絞りを設けて開口部の大きさを変えるようにしてもよ
い。一方、フライアイレンズ5のレチクル側焦点面5b
はレチクルパターン13のフーリエ変換面(瞳共役面)
とほぼ一致する様に、光軸AXと垂直な面内方向に配置
されている。尚、フライアイレンズの光源側焦点面5a
と、レチクル側焦点面5bとは当然ながらフーリエ変換
の関係である。従って図1の例の場合、フライアイレン
ズのレチクル側焦点面5b、すなわちフライアイレンズ
5の射出面は、レチクルパターン13と結像関係(共
役)になっている。
A plurality of aperture stops 6 having different sizes of apertures are provided in the rotary plate TA, and the size of the apertures can be changed by driving the rotary plate TA by the driving unit 36. In addition, another aperture stop is provided in the rotary plate TA,
For example, an aperture stop 6-C in which a ring-shaped transparent portion is provided concentrically around the optical axis is provided, and the shape of the opening can be arbitrarily selected by driving the rotary plate TA. When the size of the opening is changed, a variable aperture stop may be provided to change the size of the opening. On the other hand, the reticle-side focal plane 5b of the fly-eye lens 5
Is the Fourier transform plane (pupil conjugate plane) of the reticle pattern 13
Are arranged in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX so as to substantially coincide with the optical axis AX. The light source side focal plane 5a of the fly-eye lens
And the reticle-side focal plane 5b naturally have a Fourier transform relationship. Therefore, in the case of the example of FIG. 1, the reticle-side focal plane 5 b of the fly-eye lens, that is, the exit surface of the fly-eye lens 5 has an imaging relationship (conjugate) with the reticle pattern 13.

【0015】ここで、σ値を可変とする方法は開口絞り
に限らず、図2に示す如く、インプットレンズ3とフラ
イアイレンズ4との平行光路間にアフォーカル変倍光学
系60を配置して、このアフォーカル変倍光学系60に
よる変倍によりフライアイレンズ5の射出側面5bで形
成される2次光源像を効率良く変化させても良い。この
調整は駆動部61により行われる。
Here, the method of changing the σ value is not limited to the aperture stop. As shown in FIG. 2, an afocal variable power optical system 60 is arranged between the parallel optical paths of the input lens 3 and the fly-eye lens 4. The secondary light source image formed on the exit side surface 5b of the fly-eye lens 5 may be efficiently changed by the zooming by the afocal zooming optical system 60. This adjustment is performed by the drive unit 61.

【0016】図2は、図1に示したフライアイレンズ5
よりも光源側の光学的な構成の様子を示しており、図中
では、アフォーカル変倍光学系60は、正の第1レンズ
群60aと、負の第2レンズ群60bと、正の第1レン
ズ群60cとから構成されている。そして、図2の
(A)及び(B)に示す如く、各レンズ群(60a〜6
0c)を移動させることにより変倍が達成され、フライ
アイレンズの射出側に形成される2次光源の大きさを遮
光することなく可変にできる。また、アフォーカル変倍
光学系60の変倍によっても、フライアイレンズの入射
側面5aは、インプットレンズ4とアフォーカル変倍光
学系60とに関して楕円鏡の開口2aとほぼ共役に設け
られている。これにより、物体面及び瞳面(フーリエ
面)との二重共役関係とを維持しながら、効率の良くσ
値を可変にすることができる。
FIG. 2 shows the fly-eye lens 5 shown in FIG.
In the figure, the optical configuration on the light source side is shown. In the drawing, the afocal variable power optical system 60 includes a first positive lens group 60a, a second negative lens group 60b, and a positive first lens group 60b. And one lens group 60c. Then, as shown in FIGS. 2A and 2B, each lens group (60a-6
Zooming is achieved by moving 0c), and the size of the secondary light source formed on the exit side of the fly-eye lens can be changed without blocking light. In addition, even when the magnification of the afocal variable power optical system 60 is changed, the incident side surface 5a of the fly-eye lens is provided substantially conjugate with the opening 2a of the elliptical mirror with respect to the input lens 4 and the afocal variable power optical system 60. . Thereby, while maintaining the double conjugate relationship between the object plane and the pupil plane (Fourier plane), the
The value can be variable.

【0017】さて、図1にもどって開口部6aから射出
した光束L1はリレーレンズ7によりレチクルブライン
ド8に導かれる。レチクルブラインド8はレチクルパタ
ーン13とほぼ共役な面に設けられ、レチクル12上の
特定エリアのみを照明するための視野絞りであり、不図
示の駆動系によりその大きさが可変となっている。レチ
クルブラインド8を通過した光束L1はリレーレンズ
9、ミラー10、コンデンサーレンズ11を介してレチ
クル12を照明する。光束L1がレチクルパターン13
から発生した回折光は投影光学系14によりウエハ16
上に集光結像される。また、駆動部37はNA絞り15
aを駆動して投影光学系の瞳面15の大きさを可変とす
るものであり、投影光学系14のNAを所望の値に変え
られる。
Now, returning to FIG. 1, the light beam L 1 emitted from the opening 6 a is guided to the reticle blind 8 by the relay lens 7. The reticle blind 8 is provided on a surface substantially conjugate with the reticle pattern 13, is a field stop for illuminating only a specific area on the reticle 12, and has a variable size by a drive system (not shown). The light beam L1 that has passed through the reticle blind 8 illuminates the reticle 12 via the relay lens 9, the mirror 10, and the condenser lens 11. The luminous flux L1 is the reticle pattern 13
The diffracted light generated from the
It is focused and imaged on it. The drive unit 37 is provided with the NA diaphragm 15
a is driven to change the size of the pupil plane 15 of the projection optical system, and the NA of the projection optical system 14 can be changed to a desired value.

【0018】ウエハ16はウエハチャック17に真空吸
着されており、ウエハチャック17はモータ18により
Z方向(光軸方向)に移動可能なZステージ19上に設
けられている。さらに、Zステージ19はモータ20に
より2次元移動可能なXYステージ21上に設けられ、
Zステージ端部にはレーザ干渉計22からのレーザビー
ムを反射する反射鏡23が設けられている。XYステー
ジ21の位置はレーザ干渉計22によって、例えば0.
01μmの分解能で常時検出される。
The wafer 16 is vacuum-sucked on a wafer chuck 17, and the wafer chuck 17 is provided on a Z stage 19 that can be moved in a Z direction (optical axis direction) by a motor 18. Further, the Z stage 19 is provided on an XY stage 21 that can be moved two-dimensionally by a motor 20,
At the end of the Z stage, a reflecting mirror 23 for reflecting a laser beam from the laser interferometer 22 is provided. The position of the XY stage 21 is determined by the laser
It is always detected with a resolution of 01 μm.

【0019】XYステージ21上には焦点位置(結像位
置)検出の際に用いられるフィーデューシャル・マーク
を備えた基準部材(ガラス基板)24が、ウエハ16の
表面位置とほぼ一致するように設けられている。本実施
例では図示していないが、フィーデューシャル・マーク
として光透過性の2組のスリットパターン(バーパター
ン)が夫々X、Y方向に伸びて形成されている。さら
に、Zステージ19の内部には基準部材24に近接して
PINフォトダイオード等の光電検出器25が配置され
ており、本実施例ではレチクル12の焦点検出計測用パ
ターン(例えば光透過性の十字スリット)を通過した照
明光を、スリットパターンを介して受光するように構成
されている。図1中では回路パターンの投影像がウエハ
16上ではなく、基準部材24上に結像した状態を示し
ている。本実施例ではZステージ19を駆動しながら、
この基準部材24を透過して光電検出器25に達する光
量を検出することにより焦点位置計測用パターンの投影
光学系14による結像位置(焦点位置)を検出する。
尚、この焦点検出の方法は特開昭59−094032号
公報に開示されている。
On the XY stage 21, a reference member (glass substrate) 24 provided with a fiducial mark used for detecting a focal position (imaging position) is set so as to substantially coincide with the surface position of the wafer 16. Is provided. Although not shown in this embodiment, two sets of light-transmitting slit patterns (bar patterns) are formed in the X and Y directions as a fiducial mark. Further, a photoelectric detector 25 such as a PIN photodiode is disposed inside the Z stage 19 near the reference member 24. In this embodiment, a focus detection measurement pattern (for example, a light-transmitting cross The illumination light passing through the slit is received through the slit pattern. FIG. 1 shows a state where the projected image of the circuit pattern is formed not on the wafer 16 but on the reference member 24. In this embodiment, while driving the Z stage 19,
By detecting the amount of light that passes through the reference member 24 and reaches the photoelectric detector 25, the image forming position (focal position) of the focus position measuring pattern by the projection optical system 14 is detected.
The method of focus detection is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-094032.

【0020】また、図1に示す投影露光装置には投影光
学系14とウエハ16の表面との間隔を検出するギャッ
プセンサAFが設けられている。投光器26からの光束
はミラー27を介して投影光学系の所定結像面に向けて
光軸AXに対して斜めに入射し、ディテクタ31はウエ
ハ16(基準部材24)からの反射光をミラー28、平
行平板ガラス29を介して受光し、光電信号を出力す
る。ディテクタ31はCCD等の一次元ポジションディ
テクタであり、ウエハ16のZ方向の位置の変化をポジ
ションディテクタ上の位置変化として検出する。フォー
カス制御部32は例えばポジションディテクタの中心で
反射光が受光されるように、モータ18に駆動信号を出
力してZステージ19を駆動する。このギャップセンサ
によりウエハ16の表面を所定結像面に常に一致させる
ことができる。
The projection exposure apparatus shown in FIG. 1 is provided with a gap sensor AF for detecting the distance between the projection optical system 14 and the surface of the wafer 16. The light beam from the light projector 26 is obliquely incident on the optical axis AX toward a predetermined image forming surface of the projection optical system via the mirror 27, and the detector 31 reflects the reflected light from the wafer 16 (reference member 24) to the mirror 28. , And receives light through the parallel flat glass 29 to output a photoelectric signal. The detector 31 is a one-dimensional position detector such as a CCD, and detects a change in the position of the wafer 16 in the Z direction as a position change on the position detector. The focus controller 32 outputs a drive signal to the motor 18 to drive the Z stage 19 so that the reflected light is received at the center of the position detector, for example. With this gap sensor, the surface of the wafer 16 can always be made to coincide with a predetermined imaging plane.

【0021】このギャップセンサAFにオフセットを持
たせる場合には、平行平板ガラス24の角度を駆動部3
0で変えることによりポジションディテクタ上に入射す
る反射光の位置を中心からずらしたり、ポジションディ
テクタからの出力にオフセットを持たせるようにすれば
よい。尚、ギャップセンサAFの構成はこれに限るもの
でなく、特開昭60−168112号公報に開示されて
いるような同期検波法を用いるものでもよい。また、投
影光学系のイメージフィード全域をカバーするようなス
リット状の光を照射し、複数領域に分割されたディテク
タの夫々で反射光を検出するギャップセンサでもよい。
When the gap sensor AF is provided with an offset, the angle of the parallel flat glass
By changing it to 0, the position of the reflected light incident on the position detector may be shifted from the center, or the output from the position detector may have an offset. Note that the configuration of the gap sensor AF is not limited to this, and a synchronous detection method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. S60-168112 may be used. Alternatively, a gap sensor that irradiates slit-like light covering the entire image feed of the projection optical system and detects reflected light with each of the detectors divided into a plurality of regions may be used.

【0022】ところで、図1には装置を統括制御する主
制御系33と、レチクル12が投影光学系14の直上に
レチクル搬送系38により搬送される途中でレチクルパ
ターン13の脇に形成された名称を表すバーコードBC
を読み取るバーコードリーダ34と、オペレータからの
コマンドやデータを入力するキーボード35が設けられ
ている。主制御系33内には、このステッパーで扱うべ
き複数枚のレチクルの名称と、各名称に対応したステッ
パーの動作パラメータとが予め登録されている。そし
て、主制御系33はバーコードリーダ34がレチクルバ
ーコードBCを読み取ると、その名称に対応した動作パ
ラメータの1つとして、予め登録されている開口絞り6
や投影光学系14のNA絞り等の情報を、駆動部36、
駆動部37に出力する。これによって最適な照明光形状
(通常或いは輪帯)や最適なσ値等の照明条件、及び最
適な投影光学系のNAとなるように調整される。
FIG. 1 shows a main control system 33 for integrally controlling the apparatus and names formed beside the reticle pattern 13 while the reticle 12 is being conveyed by the reticle conveyance system 38 directly above the projection optical system 14. Barcode BC representing
And a keyboard 35 for inputting commands and data from an operator. In the main control system 33, the names of a plurality of reticles to be handled by the stepper and the operation parameters of the stepper corresponding to each name are registered in advance. When the barcode reader 34 reads the reticle barcode BC, the main control system 33 reads the aperture stop 6 registered in advance as one of the operation parameters corresponding to the name.
Information such as the aperture stop of the projection optical system 14 and the like,
Output to the drive unit 37. In this manner, adjustment is made so that the illumination condition such as the optimal illumination light shape (normal or annular zone) and the optimal σ value, and the optimal NA of the projection optical system are obtained.

【0023】主制御系33にはパラメータの1つとして
照明光形状やσ値、NA等に応じてギャップセンサAF
等にオフセットを与えるフォーカスオフセット値がレチ
クル名(バーコード情報)に対応して記憶されている。
そして、σ値等の照明条件の切り換えとNAの切り換え
との少なくとも1つによって変化する所定結像面の光軸
方向の位置変化に応じたオフセット値をパラメータとし
て選択する。
The main control system 33 has a gap sensor AF according to the illumination light shape, σ value, NA, etc. as one of the parameters.
The focus offset value that gives an offset to the reticle is stored in correspondence with the reticle name (barcode information).
Then, an offset value corresponding to a change in the position of the predetermined image plane in the optical axis direction, which is changed by at least one of the switching of the illumination condition such as the σ value and the switching of the NA, is selected as a parameter.

【0024】フォーカスオフセット値はσ値等の照明条
件、NA等に応じて求められ、所定結像面の変化に対応
するための情報となる。このオフセット値はバーコード
情報としてレチクルに記録しておいてもよい。また、予
め試し焼き等を行い、各照明条件における最良結像面を
求めておき、バーコード情報としてレチクルに記録して
おくか、又はレチクル名(バーコード情報)に対応させ
て主制御系33のメモリー内に記録しておいてもよい。
The focus offset value is obtained according to the illumination conditions such as the σ value, the NA, etc., and serves as information for coping with a change in a predetermined image plane. This offset value may be recorded on the reticle as barcode information. In addition, trial printing or the like is performed in advance to determine the best image forming plane under each illumination condition, and the bar code information is recorded on the reticle, or the main control system 33 is associated with the reticle name (bar code information). May be recorded in the memory.

【0025】以上の動作はキーボード35からオペレー
タがコマンドとデータを主制御系33へ直接入力するこ
とによっても実行できる。また、σ値、NA、各照明光
形状の少なくとも1つが選択/設定される毎に前述の基
準部材24を使って最良結像面を求め、主制御系33内
にメモリしてもよい。
The above operation can also be executed by the operator directly inputting commands and data from the keyboard 35 to the main control system 33. Further, each time at least one of the σ value, NA, and each illumination light shape is selected / set, the best imaging plane may be obtained by using the aforementioned reference member 24 and stored in the main control system 33.

【0026】さて、レチクルにより選択される開口絞り
の形状に応じて投影光学系の瞳面15を通る光束の位置
が異なる。このようすを図3,図4、図5に示す、図3
(a)、図4(a)、図5(a)で実線は0次光を示
し、一点鎖線は−1次回折光を示し、点線は+1次回折
光を示しており、図1のレンズ7、9、11、ミラー1
1をミラー11として簡略化して示してある。図3
(a)は開口部6aの大きさをσ値が0.5程度となる
ようにした場合(開口絞り6−A)の基本的な光路を示
し、図3(b)は図3(a)の場合の瞳面15での0
次、±1次の光の広がりを示している。図4(a)と
(b)は開口部6aの大きさをσ値が0.3程度となる
ようにした場合(開口絞り6−B)の基本的な光路と瞳
面15での0次、±1次の光の広がりを示している。図
5(a)と(b)は開口絞り6を輪帯状の透過部を持つ
輪帯絞り6−Cに交換した場合の基本的な光路と瞳面1
5の0次、±1次の光の広がりを示している。 図2
(b)、図3(b)、図4(b)に示すように、瞳面1
5を通る光束の位置は開口部の形状により大きく異な
り、球面収差や光の吸収量も異なる。
The position of the light beam passing through the pupil plane 15 of the projection optical system differs depending on the shape of the aperture stop selected by the reticle. This is shown in FIGS. 3, 4, and 5, and FIG.
4A, FIG. 4A, and FIG. 5A, the solid line indicates the zero-order light, the dashed-dotted line indicates the -1st-order diffracted light, and the dotted line indicates the + 1st-order diffracted light. 9, 11, mirror 1
1 is simply shown as a mirror 11. FIG.
FIG. 3A shows a basic optical path when the size of the opening 6a is set to a value of about 0.5 (aperture stop 6-A), and FIG. 3B shows the basic optical path. 0 in the pupil plane 15 in the case of
Next, the spread of ± 1 order light is shown. FIGS. 4A and 4B show the basic optical path and the 0th order in the pupil plane 15 when the size of the opening 6a is set so that the σ value is about 0.3 (aperture stop 6-B). , ± 1 order light spread. FIGS. 5A and 5B show the basic optical path and pupil plane 1 when the aperture stop 6 is replaced with an annular stop 6-C having an annular transmission portion.
The 0th order and ± 1st order light spread of 5 are shown. FIG.
(B), as shown in FIGS. 3 (b) and 4 (b), the pupil plane 1
The position of the light beam passing through 5 greatly differs depending on the shape of the opening, and the spherical aberration and the light absorption amount also differ.

【0027】図5に示す輪帯照明では、瞳面15内で光
軸AXを含む光束がなく、球面収差があると最良結像面
のZ方向の位置が変化する。図3、図4においても、瞳
面15内を通る光束の位置(又は形状)が異なり、開口
絞りの大きさが異なるため、光の吸収量や球面収差が異
なり、最良結像面の位置が異なる。さらに、光の吸収に
よって投影光学系内のレンズが加熱され、屈折率変化や
膨張が生じる。このレンズの変化によって投影光学系の
焦点位置が変化する場合がある。
In the annular illumination shown in FIG. 5, if there is no light beam including the optical axis AX in the pupil plane 15 and there is spherical aberration, the position of the best image plane in the Z direction changes. 3 and 4, the position (or shape) of the light beam passing through the pupil plane 15 is different and the size of the aperture stop is different, so that the amount of absorbed light and the spherical aberration are different, and the position of the best imaging plane is different. different. Further, the lens in the projection optical system is heated by the absorption of light, causing a change in refractive index and expansion. The focal position of the projection optical system may change due to the change of the lens.

【0028】このため、光の吸収量や残存球面収差によ
っては、夫々の照明光形状ごとにギャップセンサAFに
オフセットを加える必要がある。次に、本実施例の代表
的な動作を説明する。レチクル12に設けられたバーコ
ードBCをバーコードリーダ34により読み取り、レチ
クル12に応じた最適な照明条件(照明光形状、σ
値)、NAを選択する。ここでは、バーコードBCの情
報に基づいて図3に示すような照明条件が得られるよう
な開口絞り6−Aを駆動部36により選択するものとす
る。
For this reason, it is necessary to add an offset to the gap sensor AF for each illumination light shape depending on the amount of absorbed light and the residual spherical aberration. Next, a typical operation of this embodiment will be described. The barcode BC provided on the reticle 12 is read by a barcode reader 34, and optimal illumination conditions (illumination light shape, σ
Value), NA. Here, it is assumed that the drive unit 36 selects the aperture stop 6-A that can obtain the illumination condition as shown in FIG. 3 based on the information of the barcode BC.

【0029】次にレチクル搬送系38によりレチクル交
換が行われる。交換後のレチクルに設けられたバーコー
ドBCをバーコードリーダ34により読み取り、最適な
照明条件を選択する。ここでは図5に示すような輪帯絞
り6−Cを選択するものとする。バーコード情報にはσ
値等の照明条件とNAの情報とが記録されており、この
情報と予め主制御系33に記憶されている情報とから対
応するフォーカスオフセット値を求め、電気的、光学的
なオフセット量をギャップセンサAFに加える。これに
より、σ値等の照明条件とNAとが変わった場合でも、
ウエハ16の表面を所定結像面に常に一致させながら露
光を行うことができる。
Next, the reticle is exchanged by the reticle transport system 38. The barcode BC provided on the reticle after the replacement is read by the barcode reader 34, and the optimum illumination condition is selected. Here, it is assumed that the annular stop 6-C as shown in FIG. 5 is selected. Bar code information
The illumination condition such as the value and the information of NA are recorded, and a corresponding focus offset value is obtained from this information and the information stored in the main control system 33 in advance, and the electrical and optical offset amount is determined by the gap. Add to sensor AF. Thereby, even when the illumination condition such as the σ value and the NA change,
Exposure can be performed while the surface of the wafer 16 always coincides with a predetermined imaging plane.

【0030】また、焦点差に応じた量だけZステージ1
9を上下させ、その位置からの反射光がポジションディ
テクタ31の中心に入射するように平行平板ガラス29
を駆動してフォーカスキャリブレーションを行うような
動作にしてもよいし、レチクル交換毎に基準部材24を
用いて焦点位置を検出し、この焦点位置に基準部材24
の表面が位置するようにZステージ19を移動し、この
焦点位置でフォーカスキャリブレーションを行ってもよ
い。
The Z stage 1 has an amount corresponding to the focal difference.
9 so that the reflected light from that position is incident on the center of the position detector 31.
May be driven to perform focus calibration, or the focus position may be detected using the reference member 24 each time the reticle is replaced, and the reference member 24
Alternatively, the Z stage 19 may be moved so that the surface is positioned, and focus calibration may be performed at this focal position.

【0031】さらに、レチクルやZステージ19の光軸
方向の位置にオフセットを加えるようにしてもよい。こ
こで、本実施例による投影露光装置が、複数のレンズエ
レメント間の圧力を制御する制御系等を備えている場合
において、照射量の投影光学系への蓄積により結像変動
が生ずるので平行平板ガラスはフォーカス位置を逐次オ
フセットさせるようにトラッキング制御される。従っ
て、本発明の如くσ値等の照明条件とNAとの少なくと
も1つの変化による結像面位置変動に対するオフセット
は上記トラッキング制御信号への補正量(一定値)とし
て加えてやればよい。複数のレンズエレメント間の圧力
を制御する制御系等やトラッキング制御については特開
昭63−58349号公報に開示されている。
Further, an offset may be added to the position of the reticle or the Z stage 19 in the optical axis direction. Here, in the case where the projection exposure apparatus according to the present embodiment includes a control system or the like for controlling the pressure between a plurality of lens elements, an imaging variation occurs due to accumulation of the irradiation amount in the projection optical system. The tracking control of the glass is performed so as to sequentially offset the focus position. Therefore, as in the present invention, the offset with respect to the change of the imaging plane position due to at least one change of the illumination condition such as the σ value and the NA may be added as a correction amount (constant value) to the tracking control signal. A control system for controlling the pressure between a plurality of lens elements and tracking control are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-58349.

【0032】本実施例による投影型露光装置に、特開昭
63−58349号公報に開示されているような投影光
学系の複数のレンズエレメント間の圧力を制御する制御
系を備えているものとすると、次に本発明の第2の実施
例について説明する。照明条件を変えるのは、前述のも
のに限らず、瞳面15上を通る0次光と±1次回折光と
が光軸AXから偏心した位置を夫々分離して通過する傾
斜照明も考えられる。特に、本件出願人により出願され
ており、未だ公知になっていないが、光源からの光束を
複数の照明光(例えば、2個や4個)に分割して、夫々
の照明光で傾斜照明を行う露光装置が提案されている。
(以下、本明細書中でこのように複数の光束で行う傾斜
照明を「複数斜入射照明」という。)瞳面15上での0
次光と±1次回折光の夫々が通る位置、照明光の個数に
よっても焦点位置は変動する。
The projection type exposure apparatus according to this embodiment has a control system for controlling the pressure between a plurality of lens elements of a projection optical system as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-58349. Then, a second embodiment of the present invention will be described. The illumination conditions are not limited to those described above, but may be tilted illumination in which the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted lights passing on the pupil plane 15 pass through the eccentric positions separated from the optical axis AX. In particular, although not yet known, the applicant has filed an application, and divides the luminous flux from the light source into a plurality of illumination lights (for example, two or four), and performs the inclined illumination with each of the illumination lights. Exposure apparatuses have been proposed.
(Hereinafter, the oblique illumination performed with a plurality of light beams in this specification is referred to as “plural oblique incidence illumination”.) 0 on the pupil plane 15
The focal position also varies depending on the position where each of the secondary light and the ± first-order diffracted light passes and the number of illumination light.

【0033】以下、傾斜照明、特に複数斜入射照明の場
合についての焦点変動について説明する。図6は図1中
のレンズ4からレチクル12までに相当する部分を示し
ており、レンズ4から光源1までとレチクル12からウ
エハ16まで、及びステージ、主制御系、駆動系等は図
1と同様であるものとし、図1のレンズ7、9、11、
ミラー10をレンズ11として模式的に表している。ま
た、図1と同様の部材には同様の符号を付してある。
The focus variation in the case of oblique illumination, particularly in the case of multiple oblique incidence illumination will be described below. FIG. 6 shows a portion corresponding to the portion from the lens 4 to the reticle 12 in FIG. 1. The portion from the lens 4 to the light source 1, the portion from the reticle 12 to the wafer 16, the stage, the main control system, the drive system, etc. The same applies to the lenses 7, 9, 11,
The mirror 10 is schematically illustrated as a lens 11. The same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0034】光源1から照明光はレンズ4を介して光分
割部材40、41に入射する。ここでは光分割部材は、
V型の凹部を持つ第1の多面プリズム40と、V型の凸
部を持つ第2の多面プリズム41とした。これら2つの
プリズムの屈折作用によって照明光束は2つの光束に分
割される。それぞれの光束は別々のフライアイレンズ5
A、5Bに入射する。ここでは、フライアイレンズ群5
A、5Bを2個としたが、この数量は任意でよい。ま
た、光分割部材も、フライアイレンズ群の個数に合わせ
ていくつに分割してもよい。例えば、フライアイレンズ
群が4個より成れば、光分割部材40、41は夫々ピラ
ミッド型の多面プリズムとすればよい。
The illumination light from the light source 1 enters the light splitting members 40 and 41 via the lens 4. Here, the light splitting member is
A first polyhedral prism 40 having a V-shaped concave portion and a second polyhedral prism 41 having a V-shaped convex portion were used. Due to the refraction of these two prisms, the illumination light beam is split into two light beams. Each light beam is a separate fly-eye lens 5
A, 5B. Here, the fly-eye lens group 5
A and 5B are two, but this quantity may be arbitrary. The light dividing member may be divided into any number according to the number of fly-eye lens groups. For example, if the number of fly-eye lens groups is four, each of the light splitting members 40 and 41 may be a pyramid-shaped polygonal prism.

【0035】フライアイレンズ群5A、5Bを射出した
光束L2、L3はレンズ11を介してレチクル12に光
軸AXに対して所定の角度だけ傾いて入射する。フライ
アイレンズ群5A、5Bのレチクル側焦点面5bはレチ
クルパターン13に対するフーリエ変換面50とほぼ一
致した位置に設けられている。フライアイレンズ群5
A、5Bのレチクル側焦点面5b近傍には個々のフライ
アイレンズ群5A、5Bの大きさに合わせて開口部が設
けられている空間フィルター43が設けられており、不
要な光束を遮光している。
The light beams L2 and L3 emitted from the fly-eye lens groups 5A and 5B enter the reticle 12 via the lens 11 at a predetermined angle with respect to the optical axis AX. The reticle-side focal plane 5b of each of the fly-eye lens groups 5A and 5B is provided at a position substantially coincident with the Fourier transform plane 50 for the reticle pattern 13. Fly-eye lens group 5
A spatial filter 43 having openings corresponding to the sizes of the fly-eye lens groups 5A and 5B is provided in the vicinity of the reticle-side focal plane 5b of A and 5B to block unnecessary light beams. I have.

【0036】光分割部材はプリズムに限らず、回折格子
状パターン、ミラー、光ファイバー、光軸から偏心した
位置に開口部が設けられた空間フィルター(第1の実施
例の開口絞りに相当するもの)でもよい。また、複数の
照明光を形成する手段は光分割部材に限らず、時分割的
にフライアイレンズ群の夫々に光束を集中させる可動ミ
ラー等を用いてもよい。
The light splitting member is not limited to the prism, but is a diffraction grating pattern, a mirror, an optical fiber, and a spatial filter having an opening at a position decentered from the optical axis (corresponding to the aperture stop of the first embodiment). May be. The means for forming the plurality of illumination lights is not limited to the light splitting member, and a movable mirror or the like that concentrates the light flux on each of the fly-eye lens groups in a time-division manner may be used.

【0037】保持部材42は、フライアイレンズ群5
A、5Bの各中心(換言すれば、フライアイレンズ群5
A、5Bの各々における2次光源像が作る各光量分布の
重心)がレチクルパターンの周期性に応じて決まる量だ
け、光軸AXに対して偏心した離散的な位置に設定され
るように、フライアイレンズ群5A、5Bを一体に保持
している。さらに、可動部材44(ターレット板)には
保持部材42とともに、レチクルパターン13の周期性
の違いに応じて、複数のフライアイレンズ群の光軸AX
に対する偏心状態を互いに異ならせて保持する複数の保
持部材(不図示)が一体に固定されており、この可動部
材44を駆動部材48により駆動することによって、複
数の保持部材の各々を交換可能に照明光学系の光路中に
配置できるようになっている。
The holding member 42 includes a fly-eye lens group 5
A, 5B center (in other words, fly-eye lens group 5
A and 5B are set at discrete positions decentered with respect to the optical axis AX by an amount determined according to the periodicity of the reticle pattern. The fly-eye lens groups 5A and 5B are integrally held. Further, the movable member 44 (turret plate) and the holding member 42 together with the optical axis AX of the plurality of fly-eye lens groups are changed according to the difference in the periodicity of the reticle pattern 13.
A plurality of holding members (not shown) for holding the eccentric states with respect to each other are fixed integrally. By driving the movable member 44 by the driving member 48, each of the plurality of holding members can be exchanged. It can be arranged in the optical path of the illumination optical system.

【0038】次に、保持部材交換用の可動部材44の構
成を図7を用いて説明する。図7は可動部材の具体的な
構成を示す図であって、ここでは4つの保持部材42、
45、46、47が約90°間隔で、回転軸44aを中
心として回転可能な可動部材(ターレット板)44上に
配置されている。フライアイレンズ群5A、5Bの各々
に照明光束L2、L3が入射しており、保持部材42が
照明光学系中に配置されている様子を示している。この
とき、保持部材42はその中心と光軸AXとがほぼ一致
するように照明光学系中に配置される。複数のフライア
イレンズ群5A、5Bは、その各中心がレチクルパター
ンの周期性に応じて決まる量だけ、照明光学系の光軸A
Xに対して偏心した離散的な位置に設定されるように一
体に保持部材42に保持されており、ここでは保持部材
42の中心(光軸AX)に関してほぼ対称に配置されて
いる。
Next, the structure of the movable member 44 for replacing the holding member will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration of the movable member, and here, four holding members 42,
45, 46 and 47 are arranged on a movable member (turret plate) 44 rotatable about a rotation shaft 44a at intervals of about 90 °. Illumination light beams L2 and L3 are incident on the fly-eye lens groups 5A and 5B, respectively, and the holding member 42 is arranged in the illumination optical system. At this time, the holding member 42 is arranged in the illumination optical system such that the center thereof substantially coincides with the optical axis AX. Each of the plurality of fly-eye lens groups 5A and 5B has an optical axis A of the illumination optical system whose center is determined by an amount determined according to the periodicity of the reticle pattern.
The holding member 42 is integrally held by the holding member 42 so as to be set at discrete positions eccentric with respect to X. Here, the holding members 42 are arranged substantially symmetrically with respect to the center (optical axis AX) of the holding member 42.

【0039】さて、4つの保持部材42、45、46、
47の各々は、レチクルパターン13の周期性の違いに
応じて複数のフライアイレンズ群を、光軸AX(保持部
材の中心)に対する偏心状態(すなわち光軸AXとほぼ
垂直な面内での位置)を互いに異ならせて保持してい
る。保持部材42、45は共に2つのフライアイレンズ
群(5A、5B)、(45A、45B)を有しており、
これらフライアイレンズ群は照明光学系中に配置された
ときに、その配列方向が互いにほぼ直交するように固定
されている。保持部材46は、4つのフライアイレンズ
群46A、46B、46C、46Dをその中心46cA
(光軸AX)からほぼ等距離に配置、固定する。保持部
材47は1つのフライアイレンズ47Aの中心が保持部
材の中心とほぼ一致するように固定され、第1の実施例
のような照明状態で露光を行う場合に用いられる。尚、
保持部材4、45、46、47において、空間フィルタ
ー43を設ける場合は、フライアイレンズ群とともに保
持部材に一体に保持されているものとする。
Now, the four holding members 42, 45, 46,
Each of the 47 moves the plurality of fly-eye lens groups in an eccentric state with respect to the optical axis AX (the center of the holding member) in accordance with the difference in the periodicity of the reticle pattern 13 (that is, positions in a plane substantially perpendicular to the optical axis AX). ) Are kept different from each other. Each of the holding members 42 and 45 has two fly-eye lens groups (5A and 5B) and (45A and 45B),
When these fly-eye lens groups are arranged in the illumination optical system, they are fixed so that their arrangement directions are substantially orthogonal to each other. The holding member 46 has four fly-eye lens groups 46A, 46B, 46C, and 46D at their centers 46cA.
(Optical axis AX) It is arranged and fixed at substantially the same distance from the optical axis AX. The holding member 47 is fixed such that the center of one fly-eye lens 47A substantially coincides with the center of the holding member, and is used when performing exposure in an illumination state as in the first embodiment. still,
When the spatial filter 43 is provided in the holding members 4, 45, 46, and 47, it is assumed that the spatial filter 43 is integrally held by the holding member together with the fly-eye lens group.

【0040】前述の如くレチクルバーコードBCの情報
に従って、モータ及びギア等から成る駆動素子48によ
りターレット板44を回転させることによって、4つの
保持部材42、45、46、47の各々を交換でき、レ
チクルパターンの周期性(ピッチ、配列方向等)に応じ
た所望の保持部材を照明光学系中に配置することが可能
となる。また、プリズム40とプリズム41との間隔を
駆動部材48により調節することにより、照明光束のフ
ーリエ変換面50上での位置が変わり、偏心状態の異な
るフライアイレンズ群の夫々に合わせて照明光束を入射
することができる。また、フライアイレンズ群と光分割
部材を一体として保持し、一体で交換可能としてもよ
い。
As described above, the turret plate 44 is rotated by the drive element 48 including a motor and gears according to the information of the reticle bar code BC, so that each of the four holding members 42, 45, 46, 47 can be replaced. A desired holding member according to the periodicity (pitch, arrangement direction, etc.) of the reticle pattern can be arranged in the illumination optical system. Further, by adjusting the distance between the prism 40 and the prism 41 by the driving member 48, the position of the illumination light beam on the Fourier transform surface 50 changes, and the illumination light beam is adjusted to each of the fly-eye lens groups having different eccentric states. Can be incident. Further, the fly-eye lens group and the light splitting member may be integrally held, and may be integrally replaced.

【0041】また、前述の如くレチクルバーコードBC
の情報に従って、第1の実施例のような露光(通常照
明)を行うか、複数斜入射照明を行うかを選択し、通常
照明の露光を行う場合は保持部材47を選択し、複数斜
入射照明を行う場合は保持部材42、45、46のいず
れか1つを選択するようにしてもよい。従来方式の露光
を行う場合は保持部材47が選択され、光束分割部材を
所定の光学系に交換する。また、レンズ4がフライアイ
レンズ群に照明光を集中可能な場合は光束分割部材を光
路中から退避させるだけでよい。
Further, as described above, the reticle bar code BC
According to this information, it is selected whether to perform exposure (normal illumination) as in the first embodiment or to perform multiple oblique incidence illumination, and to perform exposure for normal illumination, select the holding member 47 and perform multiple oblique incidence illumination. When lighting is performed, any one of the holding members 42, 45, and 46 may be selected. When performing the conventional exposure, the holding member 47 is selected, and the light beam splitting member is replaced with a predetermined optical system. When the lens 4 can concentrate the illumination light on the fly-eye lens group, it is only necessary to retract the light beam splitting member from the optical path.

【0042】また、図6では保持部材42の後方(レチ
クル側)に空間フィルター43を配置していたが、保持
部材の各々においてフライアイレンズ群以外を遮光部と
すれば、特に空間フィルター43を設ける必要はない。
このとき、ターレット板44は透過部でも遮光部であっ
ても良い。さらに、ターレット板44に固定すべき保持
部材の数、及び複数のフライアイレンズ群の偏心状態
(位置)は図7に示したものに限られるものでなく、転
写すべきレチクルパターンの周期性に応じて任意に設定
しておけば良い。また、レチクルパターンへの照明光束
の入射角度等を厳密に設定する必要がある場合には、保
持部材において複数のフライアイレンズ群の各々を、光
軸AXを中心としてその半径方向(放射方向)に微動可
能に、さらに光軸AXを中心として保持部材(フライア
イレンズ群5A、5B)を回転可能に構成しても良い。
この際、光束分割部材として、特に光ファイバーを用い
る場合には、フライアイレンズ群の移動に伴ってその射
出端も移動するように構成しておく、例えば射出端とフ
ライアイレンズ群とを一体に固定しておけば良い。ま
た、保持部材の回転に伴って矩形状のフライアイレンズ
群も相対的に傾くが、保持部材を回転させる際には上記
傾きを生じさせずに、フライアイレンズ群の位置のみが
移動するように構成することが望ましい。尚、フライア
イレンズは通常四角形であるが、この四辺はレチクルの
四辺と回転がないようにセットされることが望ましい。
In FIG. 6, the spatial filter 43 is arranged behind the holding member 42 (on the reticle side). No need to provide.
At this time, the turret plate 44 may be a transmission part or a light shielding part. Further, the number of holding members to be fixed to the turret plate 44 and the eccentric state (position) of the plurality of fly-eye lens groups are not limited to those shown in FIG. It may be set arbitrarily according to. When it is necessary to strictly set the angle of incidence of the illumination light beam on the reticle pattern, each of the plurality of fly-eye lens groups in the holding member is moved in the radial direction (radiation direction) around the optical axis AX. The holding members (the fly-eye lens groups 5A and 5B) may be configured to be rotatable about the optical axis AX.
At this time, particularly when an optical fiber is used as the light beam dividing member, the exit end of the fly-eye lens group is also configured to move with the movement of the fly-eye lens group. For example, the exit end and the fly-eye lens group are integrated. It should be fixed. In addition, the rectangular fly-eye lens group also relatively tilts with the rotation of the holding member, but when the holding member is rotated, the above-described tilt does not occur, and only the position of the fly-eye lens group moves. It is desirable to configure. Although the fly-eye lens is usually rectangular, it is preferable that the four sides are set so as not to rotate with the four sides of the reticle.

【0043】空間フィルター43の開口部1つあたりの
径(又はフライアイレンズ群の夫々の射出端面積)は、
その開口部を透過する照明光束のレチクル12に対する
開口数と投影光学系14のレチクル側開口数(NAR
との比、いわゆるσ値が0.1〜0.3程度になるよう
に設定することが望ましい。σ値が0.1より小さい
と、転写像のパターン忠実度が劣化し、0.3より大き
いと、解像度向上や、焦点深度増大の効果が弱くなって
しまう。
The diameter per opening of the spatial filter 43 (or the area of the exit end of each fly-eye lens group) is
The numerical aperture of the illumination light beam transmitted through the opening to the reticle 12 and the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system 14
Is desirably set so that the so-called σ value is about 0.1 to 0.3. If the σ value is smaller than 0.1, the pattern fidelity of the transferred image is degraded, and if it is larger than 0.3, the effect of improving the resolution and increasing the depth of focus is weakened.

【0044】また、フライアイレンズ群の1つによって
決まるσ値の条件(0.1σ0.3程度)を満たす
為に、個々のフライアイレンズ群5A、5Bの射出端面
積の大きさ、(光軸と垂直な面内方向の大きさ)を、照
明光束(射出光束)にあわせて決定しても良い。また、
各フライアイレンズ群5A、5Bのレチクル側焦点面5
b近傍に、それぞれ可変開口絞り(空間フィルター43
と同等のもの)を設けて、各フライアイレンズ群からの
光束の開口数を可変として、σ値を変えても良い。それ
とあわせて、投影光学系14内の瞳(入射瞳、もしくは
射出瞳)15近傍に設けられた可変開口絞り(NA制限
絞り)15aで投影系としてのNAも可変とすることも
できる。また、レンズ系4をズームレンズ系としてσ値
を最適化してもよい。
In order to satisfy the condition of the σ value (approximately 0.1 < σ < 0.3) determined by one of the fly-eye lens groups, the size of the exit end area of each of the fly-eye lens groups 5A and 5B is large. By the way, (the size in the in-plane direction perpendicular to the optical axis) may be determined according to the illumination light flux (emission light flux). Also,
Reticle-side focal plane 5 of each fly-eye lens group 5A, 5B
b, a variable aperture stop (spatial filter 43)
And the σ value may be changed by changing the numerical aperture of the light beam from each fly-eye lens group. At the same time, the NA as the projection system can be made variable by a variable aperture stop (NA limiting stop) 15a provided near the pupil (entrance pupil or exit pupil) 15 in the projection optical system 14. Further, the σ value may be optimized by using the lens system 4 as a zoom lens system.

【0045】さて、図8はレチクル12からウエハ16
までの基本的な光路を模式的に示した図であり、これを
使って光束L2のレチクルへの入射とウエハ16への結
像の様子を説明する。レチクル(マスク)上に描画され
た回路パターン13は、一般に周期的なパターンを多く
含んでいる。1つのフライアイレンズ群5Aからの照明
光が照射されたレチクルパターン13からは0次回折光
成分D0 及び±1次回折光成分DP 、Dm 及びより高次
の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生
する。
FIG. 8 shows the state of the reticle 12 and the wafer 16.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the basic optical path up to this point, and the state of incidence of a light beam L2 on a reticle and image formation on a wafer 16 will be described with reference to FIG. The circuit pattern 13 drawn on the reticle (mask) generally includes many periodic patterns. One 0-order diffracted light component D 0 and ± 1-order diffracted light component D P from the reticle pattern 13 the illumination light is irradiated from the fly's eye lens 5A, the D m and more diffracted light components of higher order, the fine patterns Occurs in the direction according to the degree.

【0046】このとき、照明光束(主光線)が、傾いた
角度でレチクル12に入射するから、発生した各次数の
回折光成分も、垂直に照明された場合に比べ、傾き(角
度ずれ)をもってレチクルパターン13から発生する。
図7中の照明光L2は、光軸に対してψだけ傾いてレチ
クル12に入射しており、照明光L4はレチクルパター
ン13により回折され、光軸AXに対してψだけ傾いた
方向に進む0次回折光D0 、0次回折光に対してθP
け傾いた+1次回折光DP 、及び0次回折光D 0 に対し
てθm だけ傾いて進む−1次回折光Dm を発生する。し
かしながら、照明光L2は両側テレセントリックな投影
光学系14の光軸AXに対して角度ψだけ傾いてレチク
ルパターンに入射するので、0次回折光D0 もまた投影
光学系の光軸AXに対して角度ψだけ傾いた方向に進行
する。
At this time, the illumination light beam (principal ray) is tilted.
Incident on the reticle 12 at an angle.
The diffracted light component also has a tilt (angle
(Delay) from the reticle pattern 13.
The illumination light L2 in FIG.
Illumination light L4 is incident on the reticle 12
And is inclined by ン with respect to the optical axis AX.
0th order diffracted light D traveling in the direction0, Θ for the 0th order diffracted lightPIs
Inclined + 1st order diffracted light DP, And zero-order diffracted light D 0Against
And θm-1st order diffracted light DmOccurs. I
However, the illumination light L2 is a telecentric projection on both sides.
Retick tilted by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the optical system 14
0th order diffracted light D0Also projection
Travels in a direction inclined by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the optical system
I do.

【0047】従って、+1次光DP は光軸AXに対して
θP +ψの方向に進行し、−1次回折光Dm は光軸AX
に対してθm −ψの方向に進行する。このとき回折角θ
P 、θm はそれぞれ sin(θP +ψ)− sinψ=λ/P (1) sin(θm −ψ)+ sinψ=λ/P (2) である。
Therefore, the + 1st-order light D P travels in the direction of θ P + に 対 し て with respect to the optical axis AX, and the −1st-order diffracted light D m becomes the optical axis AX.
Proceeds in the direction of θ m −ψ. At this time, the diffraction angle θ
P, theta m respectively sin (θ P + ψ) - sinψ = λ / P (1) is sin (θ m -ψ) + sinψ = λ / P (2).

【0048】ここでは、+1次回折光DP 、−1次回折
光Dm の両方が投影光学系14の瞳15を透過している
ものとする。レチクルパターン13の微細化に伴って回
折角が増大すると先ず角度θP +ψの方向に進行する+
1次回折光DP が投影光学系14の瞳15を透過できな
くなる。すなわちsin(θP +ψ)>NAR の関係に
なってくる。しかし照明光L2が光軸AXに対して傾い
て入射している為、このときの回折角でも−1次回折光
m は、投影光学系14に入射可能となる。すなわちs
in(θm −ψ)<NAR の関係になる。
[0048] Here, + 1-order diffracted light D P, -1 both-order diffracted light D m is assumed to transmit pupil 15 of the projection optical system 14. When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern 13, the reticle pattern 13 first advances in the direction of the angle θ P + ψ.
1-order diffracted light D P can not be transmitted through the pupil 15 of the projection optical system 14. That is, the relationship becomes sin (θ P + ψ)> NA R. But since the illumination light L2 is incident is inclined with respect to the optical axis AX, -1-order diffracted light D m at a diffraction angle in this case is possible it enters the projection optical system 14. That is, s
in (θ m −ψ) <NA R

【0049】従って、ウェハ16上には0次回折光D0
と−1次回折光Dm の2光束による干渉縞が生じる。こ
の干渉縞はレチクルパターン13の像であり、レチクル
パターン13が1:1のラインアンドスペースの時、約
90%のコントラストとなってウェハ16上に塗布され
たレジストに、レチクルパターン13の像をパターニン
グすることが可能となる。
Accordingly, the zero-order diffracted light D 0 is placed on the wafer 16.
If -1 interference fringes caused by two light beams of the diffracted light D m occurs. This interference fringe is an image of the reticle pattern 13. When the reticle pattern 13 has a line and space ratio of 1: 1, the image of the reticle pattern 13 is formed on a resist applied on the wafer 16 with a contrast of about 90%. Patterning becomes possible.

【0050】このときの解像限界は、 sin(θm −ψ)=NAR (3) となるときであり、従って NAR +sinψ=λ/P P=λ/(NAR +sinψ) (4) が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチであ
る。
The resolution limit at this time is when sin (θ m -ψ) = NA R (3), and therefore, NA R + sinψ = λ / PP = λ / (NA R + sinψ) (4) Is the pitch on the reticle side of the minimum pattern that can be transferred.

【0051】一例として今sinψを0.5×NAR
度に定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターン
の最小ピッチは P=λ/(NAR +0.5NAR ) =2λ/3NAR (5) となる。
As an example, assuming that sinψ is set to about 0.5 × NA R , the minimum pitch of the pattern on the transferable reticle is P = λ / (NA R + 0.5NA R ) = 2λ / 3NA R ( 5)

【0052】一方、照明系中でのレチクル12に対する
フーリエ変換面50上での照明光の分布が投影光学系1
4の光軸AXを中心とする円形領域内である通常の露光
装置の場合、P≒λ/NAR であった。従って、通常の
露光装置より高い解像度が実現できることがわかる。次
に、レチクルパターンに対して特定の入射方向と入射角
で露光光を照射して、0次回折光成分と1次回折光成分
とを用いてウェハ上に結像パターンを形成方法によっ
て、焦点深度も大きくなる理由について説明する。
On the other hand, the distribution of illumination light on the Fourier transform surface 50 for the reticle 12 in the illumination system is
In the case of the normal exposure apparatus in the circular area centered on the optical axis AX of No. 4, P ≒ λ / NA R. Therefore, it can be seen that a higher resolution than a normal exposure apparatus can be realized. Next, the reticle pattern is irradiated with exposure light in a specific incident direction and an incident angle, and a depth of focus is formed by a method of forming an imaging pattern on a wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component. The reason for the increase will be described.

【0053】図8のようにウェハ16が投影光学系14
の焦点位置(最良結像面)に一致している場合には、レ
チクルパターン13中の1点を出てウェハ16上の一点
に達する各回折光は、投影光学系12のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このため
通常照明のように0次回折光成分が投影光学系14の瞳
面15のほぼ中心(光軸近傍)を貫通する場合でも、0
次回折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等し
く、相互の波面収差も零である。しかし、ウェハ16が
投影光学系14の焦点位置に一致していないデフォーカ
ス状態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は
光軸近傍を通る0次回折光に対して焦点前方(投影光学
系14から遠ざかる方)では短く、焦点後方(投影光学
系14に近づく方)では長くなりその差は入射角の差に
応じたものとなる。従って、0次、1次、…の各回折光
は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後におけるボ
ケを生じることとなる。
As shown in FIG. 8, the wafer 16 is
In this case, each diffracted light that exits one point in the reticle pattern 13 and reaches one point on the wafer 16 passes through any part of the projection optical system Have the same optical path length. Therefore, even when the 0th-order diffracted light component penetrates substantially through the center (near the optical axis) of the pupil plane 15 of the projection optical system 14 as in the case of ordinary illumination, the 0th-order diffracted light component remains at
The optical path lengths of the next-order diffracted light component and the other diffracted light components are equal, and the mutual wavefront aberration is also zero. However, when the wafer 16 is in a defocused state in which the focal position of the projection optical system 14 is not coincident, the optical path length of the higher-order diffracted light obliquely incident is in front of the 0th-order diffracted light passing near the optical axis. The distance becomes shorter at a position farther from the projection optical system 14, and becomes longer at a position behind the focus (a direction approaching the projection optical system 14), and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, the 0th-order, 1st-order,... Diffracted lights mutually form wavefront aberrations, causing blur before and after the focal position.

【0054】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
ェハ16の焦点位置からのずれ量をΔF、各回折光が−
に入射するときの入射角θw の正弦をr(r=sinθ
w )とすると、ΔFr2 /2で与えられる量である。
(このときrは各回折光の、瞳面15での光軸AXから
の距離を表わす。従来の通常照明を行う投影型露光装置
では、0次回折光D0 は光軸AXの近傍を通るので、r
(0次)=0となり、一方±1次回折光DP 、Dm は、
r(1次)=M・λ/Pとなる(Mは投影光学系の倍
率)。
The above-mentioned wavefront aberration due to defocusing is obtained by subtracting ΔF from the focal position of the wafer 16 with each diffracted light.
The sine of the incident angle θ w when incident on the
When w), is an amount given by ΔFr 2/2.
(In this case r is the diffracted light, represents the distance from the optical axis AX on the pupil plane 15. In a projection type exposure apparatus that performs conventional normal illumination, because zero-order diffracted light D 0 passes through the vicinity of the optical axis AX , R
(0th order) = 0, while ± 1st order diffracted lights D P and D m are
r (1st order) = M · λ / P (M is the magnification of the projection optical system).

【0055】従って、0次回折光D0 と±1次回折光D
P 、Dm のデフォーカスによる波面収差は ΔF・M2(λ/P)2/2となる。 一方、本実施例における投影型露光装置では、図8に示
すように0次回折光成分D0 は光軸AXから角度ψだけ
傾いた方向に発生するから、瞳面15における0次回折
光成分の光軸AXからの距離はr(0次)=M・sin
ψである。
Therefore, the 0th-order diffracted light D 0 and the ± 1st-order diffracted light D
P, the wavefront aberration due to defocus of D m is the ΔF · M 2 (λ / P ) 2/2. On the other hand, in the projection type exposure apparatus according to the present embodiment, since the 0th-order diffracted light component D 0 is generated in a direction inclined from the optical axis AX by an angle ψ as shown in FIG. The distance from the axis AX is r (0th order) = M · sin
ψ.

【0056】一方、−1次回折光成分Dm の瞳面におけ
る光軸からの距離はr(−1次)=M・sin(θm
ψ)となる。そしてこのとき、sinψ=sin(θm
−ψ)となれば、0次回折光成分D0 と−1次回折光成
分Dm のデフォーカスによる相対的な波面収差は零とな
り、ウェハ16が焦点位置より光軸方向に若干ずれても
パターン13の像ボケは従来程大きく生じないことにな
る。すなわち、焦点深度が増大することになる。また、
(2)式のように、sin(θm −ψ)+sinψ=λ
/Pであるから、照明光束L4のレチクル12への入射
角ψが、ピッチPのパターンに対して、sinψ=λ/
2Pの関係にすれば焦点深度をきわめて増大することが
可能である。
Meanwhile, the distance from the optical axis in the -1 pupil plane of the diffracted light component D m is r (-1 order) = M · sin (θ m -
ψ). At this time, sinψ = sin (θ m
If a -ψ), 0-order diffracted light component D 0 and -1 relative wavefront aberration due to defocusing of the order diffracted light component D m becomes zero, the pattern be shifted slightly in the direction of the optical axis from the wafer 16 is the focal position 13 Will not occur as much as before. That is, the depth of focus increases. Also,
As shown in equation (2), sin (θ m −ψ) + sinψ = λ
/ P, the incident angle ψ of the illumination light beam L4 to the reticle 12 is sin ψ = λ /
With a 2P relationship, it is possible to greatly increase the depth of focus.

【0057】さて、フライアイレンズ群の各位置(光軸
と垂直な面内での位置)は、転写すべきレチクルパター
ンに応じて決定(変更)するのが良い。フライアイレン
ズ群の位置決定の具体例を、図6、図9を用いて説明す
る。図6ではレンズ11のフライアイレンズ側主点から
フライアイレンズ群5のレチクル側焦点面5bまでの距
離と、レンズ11のレチクル側主点からレチクルパター
ン13までの距離は共にfであるとする。
The positions of the fly-eye lens group (positions in a plane perpendicular to the optical axis) are preferably determined (changed) according to the reticle pattern to be transferred. A specific example of determining the position of the fly-eye lens group will be described with reference to FIGS. In FIG. 6, the distance from the fly-eye lens-side principal point of the lens 11 to the reticle-side focal plane 5b of the fly-eye lens group 5 and the distance from the reticle-side principal point of the lens 11 to the reticle pattern 13 are both f. .

【0058】図9(A)、(C)は共にレチクルパター
ン13中に形成される一部分のパターンの例を表わす図
であり、図9(B)は図9(A)のレチクルパターンの
場合に最適なフライアイレンズ群の中心のフーリエ変換
面(又は投影光学系の瞳面)での位置を示し、図9
(D)は図9(C)のレチクルパターンの場合に最適な
各フライアイレンズ群の位置(最適な各フライアイレン
ズ群の中心の位置)を表わす図である。
FIGS. 9A and 9C are diagrams each showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 13. FIG. 9B is a diagram showing the case of the reticle pattern shown in FIG. 9A. FIG. 9 shows the position of the center of the optimum fly-eye lens group on the Fourier transform plane (or the pupil plane of the projection optical system).
FIG. 10D is a diagram illustrating an optimum position of each fly-eye lens group (optimum center position of each fly-eye lens group) in the case of the reticle pattern of FIG. 9C.

【0059】図9(A)は、いわゆる1次元ラインアン
ドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等しい
幅でY方向に帯状に並び、それらがX方向にピッチPで
規則的に並んでいる。このとき、個々のフライアイレン
ズ群の最適位置は図9(B)に示すようにフーリエ変換
面内に仮定したY方向の線分Lα上、及び線分Lβ上の
任意の位置となる。図9(B)はレチクルパターン13
に対するフーリエ変換面50(5b)を光軸AX方向か
ら見た図であり、かつ、面50内の座標系X,Yは、同
一方向からレチクルパターン13を見た図9(A)と同
一にしてある。さて、図9(B)において光軸AXが通
る中心Cから、各線分Lα、Lβまでの距離α、βはα
=βであり、λを露光波長としたとき、α=β=f・
(1/2)・(λ/P)に等しい。この距離α,βをf
・sinψと表わせれば、sinψ=λ/2Pであり、
これは前述の数値と一致している。従って各フライアイ
レンズ群の各中心(各フライアイレンズ群の夫々によっ
て作られる2次光源像の光量分布の各重心)位置が線分
Lα、Lβ上にあれば図9(A)に示す如きラインアン
ドスペースパターンに対して、各フライアイレンズから
の照明光により発生する0次回折光と±1次回折光のう
ちのどちらか一方との2つの回折光は、投影光学系の瞳
面15において光軸AXからほぼ等距離となる位置を通
る。従って前述の如く、ラインアンドスペースパターン
(図9(A))に対する焦点深度を最大とすることがで
き、かつ高解像度を得ることができる。
FIG. 9A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern in which a transparent portion and a light-shielding portion are arranged in a band in the Y direction with the same width, and they are regularly arranged at a pitch P in the X direction. I have. At this time, the optimum position of each fly-eye lens group is an arbitrary position on the line segment Lα in the Y direction assumed in the Fourier transform plane and on the line segment Lβ as shown in FIG. 9B. FIG. 9B shows the reticle pattern 13.
FIG. 9 is a view of the Fourier transform plane 50 (5b) with respect to the optical axis AX direction, and the coordinate system X, Y in the plane 50 is the same as FIG. 9A in which the reticle pattern 13 is viewed from the same direction. It is. Now, in FIG. 9B, the distances α and β from the center C through which the optical axis AX passes to the respective line segments Lα and Lβ are α
= Β, and when λ is the exposure wavelength, α = β = f ·
It is equal to (1/2) · (λ / P). Let these distances α and β be f
· If it can be expressed as sinψ, sinψ = λ / 2P,
This is in agreement with the above numerical values. Accordingly, if the center of each fly-eye lens group (the center of gravity of the light intensity distribution of the secondary light source image formed by each fly-eye lens group) is on the line segments Lα and Lβ, as shown in FIG. For the line-and-space pattern, two diffracted lights, one of the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light generated by the illumination light from each fly-eye lens, are reflected on the pupil plane 15 of the projection optical system. It passes through a position approximately equidistant from the axis AX. Therefore, as described above, the depth of focus for the line and space pattern (FIG. 9A) can be maximized, and high resolution can be obtained.

【0060】次に図9(C)は、レチクルパターンがい
わゆる2次元ドットパターンである場合であり、かつ、
パターンのX方向(横方向)ピッチがPx、Y方向(縦
方向)ピッチがPyとなっている。図9(D)はこの場
合の各フライアイレンズ群の最適位置を表わす図であ
り、図9(C)との位置、回転関係は図9(A),
(B)の関係と同じである。図9(C)の如き、2次元
パターンに照明光が入射するとパターンの2次元方向の
周期性(X:Px、Y:Py)に応じた2次元方向に回
折光が発生する。図9(C)の如き2次元パターンにお
いても回折光中の0次回折光と±1次回折光のうちのい
ずれか一方とが投影光学系瞳面15において光軸AXか
らほぼ等距離となるようにすれば、焦点深度を最大とす
ることができる。図9(C)のパターンではX方向のピ
ッチはPxであるから図9(D)に示す如く、α=β=
f・(1/2)・(λ/Px)となる線分Lα、Lβ上
に各フライアイレンズ群の中心があれば、パターンのX
方向成分について焦点深度を最大とすることができる。
同様に、γ=ε=f・(1/2)・(λ/Py)となる
線分Lγ、Lε上に各フライアイレンズ群の中心があれ
ば、パターンY方向成分について焦点深度を最大とする
ことができる。
Next, FIG. 9C shows a case where the reticle pattern is a so-called two-dimensional dot pattern, and
The pitch in the X direction (horizontal direction) of the pattern is Px, and the pitch in the Y direction (vertical direction) is Py. FIG. 9D is a diagram showing the optimal position of each fly-eye lens group in this case, and the position and rotation relationship with FIG. 9C are shown in FIGS.
This is the same as the relationship of (B). When illumination light is incident on a two-dimensional pattern as shown in FIG. 9C, diffracted light is generated in a two-dimensional direction according to the periodicity (X: Px, Y: Py) in the two-dimensional direction of the pattern. Even in the two-dimensional pattern as shown in FIG. 9C, one of the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light in the diffracted light is set to be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 15 of the projection optical system. Then, the depth of focus can be maximized. In the pattern of FIG. 9C, the pitch in the X direction is Px, so that as shown in FIG.
If the center of each fly-eye lens group is on the line segment Lα, Lβ that is f · (1/2) · (λ / Px), the X of the pattern
The depth of focus can be maximized for the directional component.
Similarly, if the center of each fly-eye lens group is on the line segments Lγ and Lε satisfying γ = ε = f · (1 /) · (λ / Py), the depth of focus is maximized for the pattern Y-direction component. can do.

【0061】以上、図9(B)、又は(D)に示した各
位置に配置したフライアイレンズ群からの照明光束がレ
チクルパターン13に入射すると、0次光回折光成分D
0 と、+1次回折光成分DR または−1次回折光成分D
m のいずれか一方とが、投影光学系14内の瞳面15で
は光軸AXからほぼ等距離となる光路を通る。従って図
8で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影型露光
装置が実現できる。以上、レチクルパターン13として
図9(A)、又は(C)に示した2例のみを考えたが、
他のパターンであってもその周期性(微細度)に着目
し、そのパターンからの+1次回折光成分または−1次
回折光成分のいずれか一方と0次回折光成分との2光束
が、投影光学系内の瞳面15では光軸AXからほぼ等距
離になる光路を通る様な位置に各フライアイレンズ群の
中心を配置すればよい。また図9(A)、(C)のパタ
ーン例は、ライン部とスペース部の比(デューティ比)
が1:1のパターンであった為、発生する回折光中では
±1次回折光が強くなる。このため、±1次回折光のう
ちの一方と0次回折光との位置関係に着目したが、パタ
ーンがデューティ比1:1から異なる場合等では他の回
折光、例えば±2次回折光のうちの一方と0次回折光と
の位置関係が、投影光学系瞳面15において光軸AXか
らほぼ等距離となるようにしてもよい。
As described above, when the illumination light beam from the fly-eye lens group arranged at each position shown in FIG. 9B or 9D enters the reticle pattern 13, the 0th-order light diffracted light component D
0, + 1-order diffracted light component D R or -1-order diffracted light component D
Any one of m passes through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 15 in the projection optical system 14. Accordingly, as described with reference to FIG. 8, a projection exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus can be realized. As described above, only two examples shown in FIG. 9A or 9C are considered as the reticle pattern 13.
Focusing on the periodicity (fineness) of other patterns, two luminous fluxes of either the + 1st-order diffracted light component or the -1st-order diffracted light component and the 0th-order diffracted light component from the pattern are projected into the projection optical system. In the inner pupil plane 15, the center of each fly-eye lens group may be arranged at a position passing through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX. The pattern examples in FIGS. 9A and 9C show the ratio (duty ratio) between the line portion and the space portion.
Is a 1: 1 pattern, so that ± 1st-order diffracted light becomes stronger in the generated diffracted light. For this reason, attention has been paid to the positional relationship between one of the ± 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light. However, when the pattern is different from the duty ratio of 1: 1 or the like, the other diffracted lights, for example, one of the ± 2nd-order diffracted lights The positional relationship between the zero-order diffracted light and the zero-order diffracted light may be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 15 of the projection optical system.

【0062】また、レチクルパターン13が図9(D)
の如く2次元の周期性パターンを含む場合、特定の1つ
の0次回折光成分に着目したとき、投影光学系の瞳面1
5上ではその1つの0次回折光成分を中心としてX方向
(第1方向)に分布する1次以上の高次回折光成分と、
Y方向(第2方向)に分布する1次以上の高次回折光成
分とが存在し得る。そこで、特定の1つの0次回折光成
分に対して2次元のパターンの結像を良好に行うものと
すると、第1方向に分布する高次回折光成分の1つと、
第2方向に分布する高次回折光成分の1つと、特定の0
次回折光成分との3つが、瞳面19上で光軸AXからほ
ぼ等距離に分布するように、特定の0次回折光成分(1
つのフライアイレンズ群)の位置を調節すればよい。例
えば、図9(D)中でフライアイレンズ中心位置を点P
ζ、Pη、Pκ、Pμのいずれかと一致させるとよい。
点Pζ、Pη、Pκ、Pμはいずれも線分LαまたはL
β(X方向の周期性について最適な位置、すなわち0次
回折光とX方向の±1次回折光の一方とが投影光学系瞳
面15上で光軸からほぼ等距離となる位置)及び線分L
γ、Lε(Y方向の周期性について最適な位置)の交点
であるためX方向、Y方向のいずれのパターン方向につ
いても最適な光源位置である。
The reticle pattern 13 is shown in FIG.
When a two-dimensional periodic pattern is included as shown in FIG. 1, when focusing on one specific zero-order diffracted light component, the pupil plane 1 of the projection optical system
5, a first-order or higher-order diffracted light component distributed in the X direction (first direction) around the one 0-order diffracted light component;
There may be first-order or higher-order diffracted light components distributed in the Y direction (second direction). Therefore, assuming that a two-dimensional pattern is favorably imaged with respect to one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction is represented by:
One of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0
The specific zero-order diffracted light component (1) is distributed such that the three diffracted light components are distributed on the pupil plane 19 at substantially the same distance from the optical axis AX.
The positions of the two fly-eye lens groups may be adjusted. For example, the center position of the fly-eye lens in FIG.
It is preferable to match any of ζ, Pη, Pκ, and Pμ.
Points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ are line segments Lα or L
β (the position optimal for the periodicity in the X direction, that is, the position where the 0th-order diffracted light and one of the ± 1st-order diffracted lights in the X direction are approximately equidistant from the optical axis on the pupil plane 15 of the projection optical system) and the line segment L
Since this is the intersection of γ and Lε (the optimum position for the periodicity in the Y direction), the light source position is the optimum in both the X direction and the Y direction.

【0063】尚、フーリエ変換面での光量重心が光軸A
Xと一致するように配置するのが望ましい。例えば2つ
のフライアイレンズ群を光軸AXに対称に配置すればよ
い。以上、複数のフライアイレンズ群の位置決定の例を
示したが、照明光束は、前述の光学部材(回折格子状パ
ターン、可動ミラー、プリズム或いはファイバー等)に
より、各フライアイレンズ群の移動位置に対応して集中
させたが、この様な集中化のための光学部材は設けなく
ても良い。
Note that the center of light quantity on the Fourier transform plane is the optical axis A.
It is desirable to arrange so as to coincide with X. For example, two fly-eye lens groups may be arranged symmetrically with respect to the optical axis AX. The example of determining the positions of the plurality of fly-eye lens groups has been described above. However, the illumination light beam is moved by the above-described optical member (diffraction grating pattern, movable mirror, prism, fiber, or the like). However, the optical member for such concentration need not be provided.

【0064】また、フライアイレンズ5の光源側焦点面
5a近傍に、拡散板や光ファイバー束等の光散乱部材を
用いることで、照明光の均一化を行なっても良い。ある
いは本発明の実施例で使用されたフライアイレンズ5と
は別に、さらにフライアイレンズ(以後、別フライアイ
レンズ)等のオプチカルインテグレーターを用いて、照
明光の均一化を行なっても良い。このとき別フライアイ
レンズは、上記フライアイレンズ5の光源側焦点面5a
近傍での照明光量分布を可変とする光学部材、例えばプ
リズム40よりも光源(ランプ)1側であることが望ま
しい。さらに別フライアイレンズのレンズエレメントの
断面形状は正方形(矩形)よりも正六角形にするのが望
ましい。さらに、別フライアイレンズより光源側に図2
に示すようなズーム系を設けてもよい。
The illumination light may be made uniform by using a light scattering member such as a diffusion plate or an optical fiber bundle near the light source side focal plane 5a of the fly-eye lens 5. Alternatively, separately from the fly-eye lens 5 used in the embodiment of the present invention, the illumination light may be made uniform using an optical integrator such as a fly-eye lens (hereinafter, another fly-eye lens). At this time, the separate fly-eye lens is a light source side focal plane 5a of the fly-eye lens 5.
It is desirable to be closer to the light source (lamp) 1 than the optical member, for example, the prism 40, which makes the illumination light amount distribution in the vicinity variable. Further, it is desirable that the cross-sectional shape of the lens element of another fly-eye lens be a regular hexagon rather than a square (rectangle). Furthermore, as shown in FIG.
A zoom system as shown in FIG.

【0065】さて、以上のような複数斜入射照明におい
て、夫々の光束の位置、光束の数によって瞳面15内で
の光束が通過する位置、形状が異なるため焦点位置が異
なる。また、複数斜入射照明と第1実施例に示すような
通常照明との切り換えによって焦点位置がことなる。こ
のため、夫々の複数斜入射照明の条件に応じてフォーカ
スオフセットを予め主制御系33に記憶しておき、第1
の実施例で述べたように、照明状態の切り換えに応じ
て、ギャップセンサAFにオフセットを加えたり、照明
状態の切り換え毎にフオーカスキャリブレーションを行
えばよい。
In the above-mentioned plurality of oblique incidence illuminations, the position and shape of the light beam passing through the pupil plane 15 differ depending on the position of each light beam and the number of light beams, so that the focal position differs. Also, the focal position is changed by switching between the multiple oblique incidence illumination and the normal illumination as shown in the first embodiment. For this reason, the focus offset is stored in advance in the main control system 33 in accordance with the condition of each of the plurality of oblique incident illuminations, and the
As described in the third embodiment, an offset may be added to the gap sensor AF in accordance with the switching of the illumination state, or focus calibration may be performed every time the illumination state is switched.

【0066】以上の実施例に於て、光源は水銀ランプ1
を用いて説明したが、他の輝線ランプやレーザー(エキ
シマ等)、あるいは連続スペクトルの光源であっても良
い。また照明光学系中の光学部材の大部分をレンズとし
たが、ミラー(凹面鏡、凸面鏡)であっても良い。投影
光学系としては屈折系であっても、反射系であっても、
あるいは反射屈折系であってもよい。また、以上の実施
例においては両側テレセントリックな投影光学系を使用
したが片側テレセントリック系でも、非テレセントリッ
ク系でもよい。さらに、光源から発生する照明光のう
ち、特定の波長の光のみを利用する為に、照明光学系中
に干渉フィルター等の単色化手段を設けてもよい。
In the above embodiment, the light source is the mercury lamp 1
However, other bright line lamps, lasers (excimer, etc.), or light sources having a continuous spectrum may be used. Although most of the optical members in the illumination optical system are lenses, mirrors (concave mirrors, convex mirrors) may be used. Whether the projection optical system is a refraction system or a reflection system,
Alternatively, a catadioptric system may be used. In the above embodiment, a double-sided telecentric projection optical system is used, but a one-sided telecentric system or a non-telecentric system may be used. Furthermore, in order to use only light of a specific wavelength among the illumination light generated from the light source, a monochromatic unit such as an interference filter may be provided in the illumination optical system.

【0067】以下、本実施例の動作について説明する。
動作の一例として照明光束の個数を2個から4個への切
り換えの場合について説明する。照明光束が2個から4
個に切り替わった場合、切替え情報(バーコード、キー
ボード等)に基づき、フォーカスオフセット値を求め
る。そして第1の実施例と同様の動作により、ギャップ
センサAFにオフセットを加えたり、照明状態の切り換
え毎にフオーカスキャリブレーションを行えばよい。
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described.
As an example of the operation, a case where the number of illumination light beams is switched from two to four will be described. Illumination flux from 2 to 4
When the number has been switched, the focus offset value is obtained based on the switching information (barcode, keyboard, etc.). Then, by the same operation as in the first embodiment, an offset may be added to the gap sensor AF, or focus calibration may be performed each time the illumination state is switched.

【0068】また、4個(又は2個)の照明光の位置が
変化する場合は、切替え情報に基づいて第1の実施例と
同様の動作により、ギャップセンサAFにオフセットを
加えたり、照明状態の切り換え毎にフオーカスキャリブ
レーションを行えばよい。さらに従来照明(通常照明)
から複数斜入射照明へ切り換わる場合も、切替え情報に
基づいて第1の実施例と同様の動作により、ギャップセ
ンサAFにオフセットを加えたり、照明状態の切り換え
毎にフオーカスキャリブレーションを行えばよい。この
際、オフセット量が平行平板ガラス29の駆動量を越え
ていたり、電気的なオフセット量の許容値を越えていた
りした場合は、自動的にフォーカスキャリブレーション
を行うような動作にしてもよい。
When the positions of the four (or two) illumination lights are changed, an offset is applied to the gap sensor AF or the illumination state is changed by the same operation as in the first embodiment based on the switching information. Focus calibration may be performed each time the switching is performed. Conventional lighting (normal lighting)
In the case where the illumination is switched from the illumination to the multiple oblique illumination, the offset may be added to the gap sensor AF based on the switching information and the focus calibration may be performed each time the illumination state is switched. . At this time, if the offset amount exceeds the driving amount of the parallel flat glass 29 or exceeds the allowable value of the electrical offset amount, an operation of automatically performing focus calibration may be performed.

【0069】また、通常照明から1つ光束を用いた傾斜
照明への切り替えを行う場合でも同様の動作で焦点変動
を補正することが可能である。次に第3の実施例につい
て説明する。図10(a)は位相シフトレチクルからの
回折光の光路を示す図であり、図10(b)は瞳面15
上での回折光の状態を示す図である。図10(a)で一
点鎖線は−1次回折光を示し、点線は+1次回折光を示
しており、開口絞りは6−Bを設けてある。尚、図10
(a)では図1のレンズ7、9、11、ミラー11をミ
ラー11として簡略化して示してある。位相シフトレチ
クル12bを用いると、第2実施例で説明した複数斜入
射照明のように、複数の光束が瞳面15で光軸から偏心
した位置を通過する。従って、通常レチクルから位相シ
フトレチクルに切り換えた場合には第2実施例と同様
に、ギャップセンサAFにオフセットを加えたり、交換
時にフオーカスキャリブレーションを行う必要がある。
Even when switching from normal illumination to oblique illumination using one light beam, it is possible to correct the focus fluctuation by the same operation. Next, a third embodiment will be described. FIG. 10A is a diagram showing an optical path of diffracted light from the phase shift reticle, and FIG.
It is a figure which shows the state of the above-mentioned diffracted light. In FIG. 10A, the one-dot chain line indicates the -1st order diffracted light, the dotted line indicates the + 1st order diffracted light, and the aperture stop is provided with 6-B. Note that FIG.
In FIG. 1A, the lenses 7, 9, 11 and the mirror 11 of FIG. When the phase shift reticle 12b is used, a plurality of light beams pass through a position decentered from the optical axis on the pupil plane 15, as in the case of the multiple oblique incidence illumination described in the second embodiment. Therefore, when switching from the normal reticle to the phase shift reticle, it is necessary to add an offset to the gap sensor AF or perform focus calibration at the time of replacement, as in the second embodiment.

【0070】また、前述の通常レチクルで複数斜入射照
明を行う場合と位相シフトレチクルを使用する場合との
切り換えに応じてギャップセンサAFにオフセットを加
えたり、交換時にフオーカスキャリブレーションを行
う。さらに、位相シフトレチクルでもその種類に応じて
瞳面15上にできる光束の位置、形状は異なる場合があ
り、この場合も切り換えに応じてギャップセンサAFに
オフセットを加えたり、交換時にフオーカスキャリブレ
ーションを行う。
Further, an offset is added to the gap sensor AF in accordance with the switching between the case of performing the multiple oblique incidence illumination with the normal reticle and the case of using the phase shift reticle, and the focus calibration is performed at the time of replacement. Furthermore, the position and shape of the light beam formed on the pupil plane 15 may differ depending on the type of the phase shift reticle. In this case, too, an offset is added to the gap sensor AF according to the switching, and the focus calibration is performed at the time of replacement. I do.

【0071】以上第1から第3の実施例において結像状
態の異なるものとしては 通常照明を行った場合 輪帯照明 〃 複数斜入射照明 〃 位相シフトレチクルを用いた場合 NA可変 〃 σ値可変 〃 が考えられ、〜の相互の切り換えや〜夫々の条
件変更毎にフォーカスオフセット値を予め求めておき、
これらの夫々が選択された場合に、記憶されたオフセッ
ト量をギャップセンサAFに加味すれば、結像状態が変
化した場合でも常に最良焦点位置で露光を行うことがで
きる。
In the above-described first to third embodiments, the different imaging conditions are as follows: normal illumination; annular illumination; plural oblique incidence illumination; use of a phase shift reticle; variable NA; variable σ value; The focus offset value is obtained in advance for each of the mutual switching and each condition change,
If each of these is selected and the stored offset amount is added to the gap sensor AF, exposure can always be performed at the best focus position even when the imaging state changes.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上、本発明によれば、照明光状態や使
用するレチクルによらず、常に最良焦点面で露光を行う
ことができる。
As described above, according to the present invention, exposure can always be performed on the best focal plane regardless of the illumination light state and the reticle used.

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

【図1】本発明の第1の実施例における投影露光装置の
概略を示す図、
FIG. 1 is a view schematically showing a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention;

【図2】図1の装置の照明系の開口数を可変とする手段
としてズームレンズ系を用いた場合を示す部分図、
FIG. 2 is a partial view showing a case where a zoom lens system is used as a means for varying the numerical aperture of an illumination system of the apparatus of FIG. 1,

【図3】図1の装置における比較的大きなσ値での
(a)照明光の光路を示す図、(b)投影光学系の瞳面
上での回折光を示す図、
3A is a diagram showing an optical path of illumination light at a relatively large σ value in the apparatus of FIG. 1; FIG. 3B is a diagram showing diffracted light on a pupil plane of a projection optical system;

【図4】図1の装置における比較的小さなσ値での
(a)照明光の光路を示す図、(b)投影光学系の瞳面
上での回折光を示す図、
4A is a diagram showing an optical path of illumination light at a relatively small σ value in the apparatus of FIG. 1, FIG. 4B is a diagram showing diffracted light on a pupil plane of a projection optical system,

【図5】図1の装置における輪帯状の開口絞りを設けた
場合での(a)照明光の光路を示す図、(b)投影光学
系の瞳面上での回折光を示す図、
5A is a diagram showing an optical path of illumination light when a ring-shaped aperture stop is provided in the apparatus of FIG. 1, FIG. 5B is a diagram showing diffracted light on a pupil plane of a projection optical system,

【図6】本発明の第2の実施例における投影露光装置の
一部を示す図、
FIG. 6 is a view showing a part of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention;

【図7】本発明の第2の実施例における切替え部材を示
す図、
FIG. 7 is a diagram showing a switching member according to a second embodiment of the present invention;

【図8】本発明の第2の実施例におけるレチクルからウ
エハまでの基本的な光路を示す図、
FIG. 8 is a diagram showing a basic optical path from a reticle to a wafer according to a second embodiment of the present invention;

【図9】(A)、(C)はマスク上に形成されたレチク
ルパターンの一例を示す平面図(B)、(D)は
(A)、(C)の夫々に対応したレチクルパターンのフ
ーリエ変換面における各フライアイレンズ群(面光源
像)の配置を説明する図、
FIGS. 9A and 9C are plan views showing examples of a reticle pattern formed on a mask, and FIGS. 9D and 9D are Fourier diagrams of reticle patterns corresponding to FIGS. 9A and 9C, respectively. FIG. 7 is a diagram illustrating the arrangement of each fly-eye lens group (surface light source image) on a conversion surface;

【図10】(a)位相シフトレチクルを用いた場合の投
影光学系を通る光束を示す図、(b)投影光学系の瞳面
上での回折光を示す図である。
10A is a diagram illustrating a light beam passing through a projection optical system when a phase shift reticle is used, and FIG. 10B is a diagram illustrating diffracted light on a pupil plane of the projection optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 4…レンズ系 5、5A、5B、45A、45B、46A、46B、4
7A…フライアイレンズ TA、44…ターレット板 6…開口絞り 12…レチクル 12b…位相シフトレチクル 13…レチクルパターン 14…投影光学系 15…瞳面 15a…NA絞り 16…ウエハ 19…Zステージ 21…XYステージ 24…基準部材 25…光電検出器 26、27、28、29、30、31…ギャップセンサ
AF 32…フォーカス制御系 33…主制御系 34…バーコードリーダ 35…キーボード 36、37、18、29、30、48、49、60…駆
動系 40、41…光分割部材 42、45、46、47…保持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 4 ... Lens system 5, 5A, 5B, 45A, 45B, 46A, 46B, 4
7A: fly-eye lens TA, 44: turret plate 6: aperture stop 12: reticle 12b: phase shift reticle 13: reticle pattern 14: projection optical system 15: pupil plane 15a: NA stop 16: wafer 19, Z stage 21: XY Stage 24 Reference member 25 Photoelectric detectors 26, 27, 28, 29, 30, 31 Gap sensor AF 32 Focus control system 33 Main control system 34 Barcode reader 35 Keyboard 36, 37, 18, 29 , 30, 48, 49, 60 drive system 40, 41 light splitting member 42, 45, 46, 47 holding member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (31)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスクに照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光を基板上に投射する投影光学系とを備えた投
影露光装置において、 前記照明光学系内で前記マスクのパターン面と実質的に
フーリエ変換の関係となる所定面上での前記照明光の分
布を変更可能で、前記照明光学系の光軸に沿って移動す
る複数のプリズムを含む光学部材を有し、前記マスクの
パターンに応じて、前記照明光による前記基板の露光条
件を設定する設定手段と、 前記マスクの交換、及び前記露光条件の変更の少なくと
も一方に応じて、前記基板上での前記パターンの結像状
態を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする投影
露光装置。
An illumination optical system for irradiating illumination light to a mask,
A projection optical system for projecting the illumination light onto a substrate, wherein the illumination light on a predetermined surface that is substantially in a Fourier transform relationship with the pattern surface of the mask in the illumination optical system. Having an optical member including a plurality of prisms moving along the optical axis of the illumination optical system, and setting exposure conditions of the substrate with the illumination light according to the pattern of the mask. A projection exposure apparatus, comprising: setting means; and adjusting means for adjusting an image forming state of the pattern on the substrate in accordance with at least one of replacement of the mask and change of the exposure condition. .
【請求項2】前記露光条件は、前記所定面上での前記照
明光の分布と、前記投影光学系の開口数とを含むことを
特徴とする請求項1に記載の投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure condition includes a distribution of the illumination light on the predetermined surface and a numerical aperture of the projection optical system.
【請求項3】前記調整手段は、前記投影光学系の光軸方
向に関する結像面と前記基板との位置関係を調整するこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein said adjusting means adjusts a positional relationship between an image forming plane in the optical axis direction of said projection optical system and said substrate.
【請求項4】前記調整手段は、前記マスクの交換、及び
前記露光条件の変更の少なくとも一方によって生じる前
記投影光学系の結像面の位置変化に応じて前記基板を移
動することを特徴とする請求項3に記載の投影露光装
置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the adjusting means moves the substrate in accordance with a change in the position of an image plane of the projection optical system caused by at least one of replacement of the mask and change of the exposure condition. The projection exposure apparatus according to claim 3.
【請求項5】前記調整手段は、前記投影光学系の光軸方
向に関する前記基板の位置情報を検出する検出手段と、
前記位置情報に基づいて前記基板を保持する可動体の移
動を制御する制御手段とを有し、前記結像面の位置変化
に応じて前記検出手段と前記制御手段のいずれかにオフ
セットを与えることを特徴とする請求項4に記載の投影
露光装置。
5. A detecting means for detecting position information of the substrate in an optical axis direction of the projection optical system;
Control means for controlling the movement of the movable body holding the substrate based on the position information, and giving an offset to one of the detection means and the control means in accordance with a change in the position of the imaging surface The projection exposure apparatus according to claim 4, wherein:
【請求項6】前記設定手段は、前記光学部材の少なくと
も一部を移動して、前記所定面上での前記照明光の強度
分布を中心部よりもその外側で高めることを特徴とする
請求項1〜5のいずれか一項に記載の投影露光装置。
6. The apparatus according to claim 1, wherein said setting means moves at least a part of said optical member to increase an intensity distribution of said illumination light on said predetermined surface outside a central portion. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】前記設定手段は、前記複数のプリズムの間
隔を変更して、前記所定面上で前記強度分布が高められ
る外側領域の位置を調整することを特徴とする請求項6
に記載の投影露光装置。
7. The apparatus according to claim 6, wherein said setting means adjusts a position of an outer region where said intensity distribution is enhanced on said predetermined surface by changing an interval between said plurality of prisms.
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項8】前記光学部材は、前記外側領域の大きさを
調整するズームレンズ系を有することを特徴とする請求
項7に記載の投影露光装置。
8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein said optical member has a zoom lens system for adjusting the size of said outer region.
【請求項9】マスクに照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光を基板上に投射する投影光学系とを備えた投
影露光装置において、 前記マスクのパターンに応じて、前記照明光学系内で前
記マスクのパターン面と実質的にフーリエ変換の関係と
なる所定面上での前記照明光の分布を変更するために、
前記照明光学系の光軸に沿って移動する複数のプリズム
とズームレンズ系とを有し、前記複数のプリズムによっ
て前記所定面上の前記照明光学系の光軸を含む中心部の
外側に前記照明光を分布させる設定手段を備えたことを
特徴とする投影露光装置。
9. An illumination optical system for irradiating the mask with illumination light,
A projection exposure apparatus comprising: a projection optical system configured to project the illumination light onto a substrate. In accordance with a pattern of the mask, a pattern surface of the mask is substantially Fourier-transformed within the illumination optical system. To change the distribution of the illumination light on a predetermined surface,
A plurality of prisms and a zoom lens system that move along the optical axis of the illumination optical system, and the plurality of prisms illuminate the illumination optical system outside the center including the optical axis of the illumination optical system on the predetermined surface. A projection exposure apparatus comprising setting means for distributing light.
【請求項10】前記設定手段は、前記複数のプリズムの
間隔を変更して、前記照明光が分布する外側領域の位置
を調整することを特徴とする請求項9に記載の投影露光
装置。
10. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein said setting means adjusts a position of an outer area where said illumination light is distributed by changing an interval between said plurality of prisms.
【請求項11】前記設定手段は、前記ズームレンズ系に
よって、前記照明光が分布する外側領域の大きさを調整
することを特徴とする請求項9又は10に記載の投影露
光装置。
11. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein said setting means adjusts the size of an outer area in which said illumination light is distributed by said zoom lens system.
【請求項12】前記ズームレンズ系は、前記複数のプリ
ズムよりもその入射側に配置されることを特徴とする請
求項8〜12のいずれか一項に記載の投影露光装置。
12. The projection exposure apparatus according to claim 8, wherein said zoom lens system is arranged on an incident side of said plurality of prisms.
【請求項13】前記照明光学系はオプチカルインテグレ
ータを有し、前記複数のプリズムは、前記オプチカルイ
ンテグレータよりもその入射側に配置されることを特徴
とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の投影露光
装置。
13. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system has an optical integrator, and the plurality of prisms are arranged on an incident side of the optical integrator. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項14】前記設定手段は、前記所定面上での前記
照明光の分布を規定する絞りを有することを特徴とする
請求項1〜13のいずれか一項に記載の投影露光装置。
14. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the setting unit has a stop for defining a distribution of the illumination light on the predetermined surface.
【請求項15】前記外側領域は、前記照明光学系の光軸
から偏心した位置に光量重心が設定される局所領域を含
むことを特徴とする請求項7又は10に記載の投影露光
装置。
15. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the outer region includes a local region in which a light amount center of gravity is set at a position decentered from an optical axis of the illumination optical system.
【請求項16】前記局所領域から射出する光束の照射に
よって前記パターンから発生する、互いに次数が異なる
2つの回折光が、前記投影光学系内の前記マスクのパタ
ーン面に対するフーリエ変換面上でその光軸からほぼ等
距離に分布するように、前記設定手段が前記局所領域の
位置を調整することを特徴とする請求項15に記載の投
影露光装置。
16. Two diffracted lights having different orders, which are generated from the pattern by irradiating a light beam emitted from the local area, on a Fourier transform plane with respect to a pattern plane of the mask in the projection optical system. 16. The projection exposure apparatus according to claim 15, wherein the setting unit adjusts the position of the local area so that the local area is distributed substantially equidistant from the axis.
【請求項17】前記2つの回折光の一方は0次回折光で
あることを特徴とする請求項16に記載の投影露光装
置。
17. The projection exposure apparatus according to claim 16, wherein one of the two diffracted lights is a zero-order diffracted light.
【請求項18】前記外側領域は、前記照明光学系の光軸
との間隔が互いにほぼ等しい複数の局所領域を含むこと
を特徴とする請求項15〜17のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
18. The projection exposure apparatus according to claim 15, wherein said outer region includes a plurality of local regions having substantially the same distance from the optical axis of said illumination optical system. apparatus.
【請求項19】前記複数の局所領域は、前記パターンの
周期方向に沿って配置される一対の局所領域を含むこと
を特徴とする請求項18に記載の投影露光装置。
19. The projection exposure apparatus according to claim 18, wherein said plurality of local regions include a pair of local regions arranged along a periodic direction of said pattern.
【請求項20】前記複数の局所領域は、前記所定面上で
前記照明光学系の光軸と交差し、かつ前記パターンの長
手方向に延びる軸によって区画される一対の局所領域を
含むことを特徴とする請求項18に記載の投影露光装
置。
20. The plurality of local regions include a pair of local regions that intersect the optical axis of the illumination optical system on the predetermined surface and are defined by axes extending in a longitudinal direction of the pattern. The projection exposure apparatus according to claim 18, wherein
【請求項21】前記複数の局所領域は、前記所定面上の
前記照明光学系の光軸で直交する第1及び第2軸によっ
て区画されることを特徴とする請求項18に記載の投影
露光装置。
21. The projection exposure apparatus according to claim 18, wherein the plurality of local regions are defined by first and second axes orthogonal to an optical axis of the illumination optical system on the predetermined surface. apparatus.
【請求項22】前記パターンは、互いに直交する第1及
び第2方向にそれぞれ延びるパターン要素を含み、前記
第1及び第2軸はそれぞれ前記第1及び第2方向に沿っ
て規定されることを特徴とする請求項21に記載の投影
露光装置。
22. The pattern includes pattern elements extending in first and second directions orthogonal to each other, wherein the first and second axes are defined along the first and second directions, respectively. The projection exposure apparatus according to claim 21, wherein:
【請求項23】前記各局所領域から射出する光束の照射
によって前記パターンから発生する0次回折光、前記第
1方向に前記0次回折光と並んで分布する0次以外の回
折光、及び前記第2方向に前記0次回折光と並んで分布
する0次以外の回折光が、前記投影光学系内の前記マス
クのパターン面に対するフーリエ変換面上でその光軸か
らほぼ等距離に分布するように、前記設定手段が前記各
局所領域の位置を調整することを特徴とする請求項22
に記載の投影露光装置。
23. A zero-order diffracted light generated from the pattern by irradiation of a light beam emitted from each of the local regions, a non-zero-order diffracted light distributed along with the zero-order diffracted light in the first direction, and the second diffracted light. The diffracted light of the order other than the 0th order distributed along with the 0th order diffracted light in the direction is distributed almost equidistant from its optical axis on the Fourier transform plane with respect to the pattern plane of the mask in the projection optical system. 23. The apparatus according to claim 22, wherein the setting means adjusts the position of each of the local areas.
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項24】前記外側領域はその光量重心が前記照明
光学系の光軸とほぼ一致することを特徴とする請求項1
8〜23のいずれか一項に記載の投影露光装置。
24. The outer region according to claim 1, wherein the center of gravity of the light amount substantially coincides with the optical axis of the illumination optical system.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 8 to 23.
【請求項25】前記局所領域から射出する光束の開口数
と前記投影光学系の開口数との比が0.1〜0.3程度
となるように、前記局所領域の大きさを定めることを特
徴とする請求項15〜24のいずれか一項に記載の投影
露光装置。
25. The size of the local area is determined so that the ratio of the numerical aperture of a light beam emitted from the local area to the numerical aperture of the projection optical system is about 0.1 to 0.3. The projection exposure apparatus according to any one of claims 15 to 24, wherein:
【請求項26】請求項1〜25のいずれか一項に記載の
投影露光装置を用いて、マスクに形成される回路パター
ンを基板上に転写するリソグラフィ工程を含むことを特
徴とする回路素子形成方法。
26. A circuit element forming method, comprising a lithography step of transferring a circuit pattern formed on a mask onto a substrate by using the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 25. Method.
【請求項27】照明光学系を通してマスクに照明光を照
射するとともに、投影光学系を介して前記照明光で基板
を露光する方法において、 前記照明光学系内で複数のプリズムとズームレンズ系の
移動を制御して、前記マスクのパターン面と実質的にフ
ーリエ変換の関係となる前記照明光学系内の所定面上
で、前記照明光学系の光軸を含む中心部の外側に前記照
明光を分布させることを特徴とする投影露光方法。
27. A method of irradiating a mask with illumination light through an illumination optical system and exposing a substrate with the illumination light through a projection optical system, comprising: moving a plurality of prisms and a zoom lens system in the illumination optical system. Controlling the distribution of the illumination light on a predetermined surface in the illumination optical system having a substantially Fourier transform relationship with the pattern surface of the mask, outside the center including the optical axis of the illumination optical system. And a projection exposure method.
【請求項28】前記照明光学系の光軸方向に関する前記
複数のプリズムの間隔を変更し、前記所定面上で前記照
明光が分布する外側領域の位置を調整することを特徴と
する請求項27に記載の投影露光方法。
28. The apparatus according to claim 27, wherein a distance between the plurality of prisms in the optical axis direction of the illumination optical system is changed, and a position of an outer area where the illumination light is distributed on the predetermined surface is adjusted. 3. The projection exposure method according to 1.
【請求項29】照明光学系を通してマスクに照明光を照
射するとともに、投影光学系を介して前記照明光で基板
を露光する方法において、 前記照明光学系内でその光軸方向に関する複数のプリズ
ムの間隔を調整して、前記マスクのパターン面と実質的
にフーリエ変換の関係となる前記照明光学系内の所定面
上で、前記照明光学系の光軸を含む中心部の外側に前記
照明光を分布させるとともに、前記照明光の分布の設定
によって生じる前記投影光学系の光学特性の変化を補正
することを特徴とする投影露光方法。
29. A method of irradiating a mask with illumination light through an illumination optical system and exposing a substrate with the illumination light through a projection optical system, comprising: By adjusting the interval, on a predetermined surface in the illumination optical system that is substantially in a Fourier transform relationship with the pattern surface of the mask, the illumination light is emitted outside a center portion including the optical axis of the illumination optical system. A projection exposure method, comprising distributing and correcting a change in optical characteristics of the projection optical system caused by setting the distribution of the illumination light.
【請求項30】前記照明光学系内のズームレンズ系を移
動して、前記所定面上で前記照明光が分布する外側領域
の大きさを調整することを特徴とする請求項27〜29
のいずれか一項に記載の投影露光方法。
30. The zoom lens system according to claim 27, wherein a zoom lens system in said illumination optical system is moved to adjust a size of an outer area on said predetermined surface where said illumination light is distributed.
The projection exposure method according to any one of the above.
【請求項31】請求項27〜30のいずれか一項に記載
の投影露光方法を用いて、マスクに形成される回路パタ
ーンを基板上に転写するリソグラフィ工程を含むことを
特徴とする回路素子形成方法。
31. A method of forming a circuit element, comprising: a lithography step of transferring a circuit pattern formed on a mask onto a substrate by using the projection exposure method according to claim 27. Method.
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