JP3303758B2 - Projection exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents

Projection exposure apparatus and device manufacturing method

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JP3303758B2 JP36896897A JP36896897A JP3303758B2 JP 3303758 B2 JP3303758 B2 JP 3303758B2 JP 36896897 A JP36896897 A JP 36896897A JP 36896897 A JP36896897 A JP 36896897A JP 3303758 B2 JP3303758 B2 JP 3303758B2
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  • 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]

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置及びデ
バイスの製造方法に関し、例えばICやLSI等の半導
体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の
表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際
に、マスクやレチクル(以下「レチクル」と総称す
る。)面上の電子回路パターンをウエハー面上に投影光
学系を介して投影露光又は走査露光し、高集積度のデバ
イスを得るリソグラフィー工程に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus and a method of manufacturing a device, for example, manufacturing a semiconductor device such as an IC or LSI, an imaging device such as a CCD, a display device such as a liquid crystal panel, or a device such as a magnetic head. In the lithography process, an electronic circuit pattern on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “reticle”) is projected or scanned on a wafer surface through a projection optical system to obtain a highly integrated device. It is suitable.

【0002】特にレチクルとウエハとを高精度に位置合
わせ(アライメント)をしてレチクル面上の電子回路パ
ターンを高集積度にシリコンウエハ面上に投影露光する
場合に好適なものである。
In particular, the present invention is suitable for a case where a reticle and a wafer are aligned with high accuracy (alignment) and an electronic circuit pattern on the reticle surface is projected onto a silicon wafer surface with high integration.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来より、半導体デバイスや液晶パネル
等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に
は、レチクル面上のパターンを投影光学系を介してフォ
トレジスト等が塗布されたウエハー又はガラスプレート
等の感光基板上に露光転写する投影露光装置(ステッパ
ー)が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device or a liquid crystal panel is manufactured by using a photolithography technique, a pattern on a reticle surface is formed on a wafer or glass plate coated with a photoresist or the like via a projection optical system. For example, a projection exposure apparatus (stepper) for exposing and transferring an image onto a photosensitive substrate is used.

【0004】特に最近の半導体技術は微細化が進んでお
り、例えば線幅が0.25μmから更に細かなパターン
までの解像が議論の対象となっている。この中で中心的
役割を果たしている技術がステッパーに代表される光露
光技術である。光露光技術の性能の指標となる投影レン
ズ(投影光学系)の性能には大きく分けて3つの方向性
がある。すなわち短波長化,大画面化,そして高NA化
である。短波長の観点では次世代技術としてArFエキ
シマレーザからの光を用いたリソグラフィの開発も盛ん
に行われている。
In particular, the recent semiconductor technology has been miniaturized, and for example, the resolution from a line width of 0.25 μm to a finer pattern has been discussed. Among them, the technology that plays a central role is a light exposure technology represented by a stepper. The performance of the projection lens (projection optical system), which is an index of the performance of the light exposure technology, can be roughly divided into three directions. That is, shorter wavelength, larger screen, and higher NA. From the viewpoint of a short wavelength, lithography using light from an ArF excimer laser has been actively developed as a next-generation technology.

【0005】光露光技術で重要な項目の1つに常に同一
の光学性能を保つという項目がある。ArFエキシマレ
ーザからのリソグラフィでは、使用できる硝材に光の吸
収があり、その光の吸収によって投影光学系の光学性能
が変化することが知られている。光の吸収については既
にi線等の光を用いたリソグラフィでも知られている。
ArFエキシマレーザを用いたステッパーでは投影光学
系の焦点深度が小さくなるため、光学性能を従来より高
精度に制御することが必要とされている。このような光
学性能の制御の中に投影光学系の諸収差がある。この諸
収差の中で補正が最も困難な収差に軸上非点収差や像面
湾曲、そして3次のディストーションや高次のディスト
ーションがある。そして更に対象物自体の持つ非回転対
称な倍率の補正も新たに問題となる。
[0005] One of the important items in the light exposure technique is to always maintain the same optical performance. In lithography using an ArF excimer laser, it is known that usable glass material absorbs light, and the optical performance of the projection optical system changes due to the absorption of the light. Light absorption is already known in lithography using light such as i-line.
In a stepper using an ArF excimer laser, since the depth of focus of the projection optical system is small, it is necessary to control the optical performance with higher precision than before. There are various aberrations of the projection optical system in such control of the optical performance. Among the various aberrations, the aberrations most difficult to correct include axial astigmatism and curvature of field, and third- and high-order distortions. Further, correction of the non-rotationally symmetric magnification of the object itself is another problem.

【0006】次に軸上非点収差について例をあげて説明
する。ウエハ面上の露光する領域を大きくするために最
近では照明領域をスリット形状とし、該スリット形状に
対しレチクルとウエハを同期させながら走査するスキャ
ナーと呼ばれる走査型の投影露光装置の開発が盛んであ
る。このようなスリット形状の露光光を用いるとスリッ
トの形状が回転対称でない為、硝材の光吸収により光軸
に関して非対称な熱分布が生じ投影光学系に非点収差
(軸上非点収差)が発生してくる。
Next, axial astigmatism will be described with an example. In recent years, in order to enlarge the area to be exposed on the wafer surface, a scanning type projection exposure apparatus called a scanner which scans the reticle and the wafer while synchronizing the reticle and the wafer with respect to the slit shape has been actively developed. . When such slit-shaped exposure light is used, since the slit shape is not rotationally symmetric, heat absorption asymmetric with respect to the optical axis due to light absorption of the glass material causes astigmatism (on-axis astigmatism) in the projection optical system. Will come.

【0007】しかしながら従来の投影露光装置で用いて
いる投影光学系には露光光の吸収による非対称な諸収差
の発生を該投影光学系の光学性能を変化させて補正する
手段が適用されておらず、露光光の吸収の影響による非
対称の非点収差については有効に補正することができな
かった。このため従来は投影光学系に入射する露光光の
量を制限して、諸収差の発生を少なくする等消極的な対
策が取られていたに過ぎなかった。
However, the projection optical system used in the conventional projection exposure apparatus does not include means for correcting the occurrence of asymmetrical aberrations due to absorption of exposure light by changing the optical performance of the projection optical system. Asymmetric astigmatism due to the influence of exposure light absorption could not be effectively corrected. Therefore, conventionally, only passive measures such as limiting the amount of exposure light incident on the projection optical system to reduce the occurrence of various aberrations have been taken.

【0008】次に像面湾曲について説明する。投影光学
系が露光光を吸収し、それによって生じる像面湾曲の変
化を補正する方法としては、像面湾曲がペッツバール和
に関係するためレンズやミラー等の光学素子のパワー
(屈折力)を変える方法が知られている。しかしながら
従来より屈折力を可変とした光学素子を投影露光装置の
投影光学系に適用することがなされておらず、露光光の
吸収の影響を有効に補正することができなかった。この
ため従来は投影光学系に入射する露光光の量を制限し
て、諸収差の発生を少なくする等の消極的な対策が取ら
れていたに過ぎなかった。
Next, field curvature will be described. As a method of correcting the change in curvature of field caused by the projection optical system absorbing the exposure light, the power (refractive power) of an optical element such as a lens or a mirror is changed because the curvature of field is related to the Petzval sum. Methods are known. However, conventionally, an optical element having a variable refractive power has not been applied to a projection optical system of a projection exposure apparatus, and the effect of absorption of exposure light cannot be effectively corrected. Therefore, conventionally, only passive measures such as limiting the amount of exposure light incident on the projection optical system to reduce the occurrence of various aberrations have been taken.

【0009】次に非回転対称の倍率について説明する。
半導体素子を製造する為の光露光技術に求められている
ファクターとして高解像力化の他に何層にもわたって重
ね合わされるパターン間相互の位置合わせ精度がある。
Next, the non-rotationally symmetric magnification will be described.
Factors required for a light exposure technique for manufacturing a semiconductor element include not only high resolution but also mutual alignment accuracy between patterns superimposed over multiple layers.

【0010】位置合わせの方法として一般によく用いら
れているのはグローバルアライメントと呼ばれる手法で
ある。グローバルアライメントの誤差は大きくは焼き付
けられる各ショット間相互の誤差であるインターショッ
ト成分と、各ショット内部の誤差であるイントラショッ
ト成分とに分けられる。最近は画面サイズが大きくなり
イントラショット成分の誤差をいかに小さく抑えるかが
大きな問題となっている。実際のウエハーではプロセス
により非対称な歪が発生する。
[0010] A method generally referred to as global alignment is commonly used as a method of positioning. Global alignment errors are largely divided into inter-shot components, which are errors between shots to be printed, and intra-shot components, which are errors inside each shot. Recently, as the screen size increases, how to suppress the error of the intra-shot component has become a major problem. In an actual wafer, an asymmetric distortion occurs due to the process.

【0011】例えば22mmの画面サイズに対して非対
称で補正できない成分として倍率で2ppmの誤差があ
れば 22mm×2ppm=44nm の誤差となり、線幅0.25μmの解像性能に対してこ
れだけで1/5x近くの値を持つことになる。重ね合わ
せのバジェットから見てこの値は許容外であることは明
らかで、イントラショット成分を抑えていくのが光露光
装置の大きな課題となっている。
For example, if there is an error of 2 ppm in magnification as a component which is asymmetric and cannot be corrected for a screen size of 22 mm, an error of 22 mm × 2 ppm = 44 nm is obtained. It will have a value close to 5x. It is clear from the overlay budget that this value is out of tolerance, and suppressing the intra-shot component has become a major issue for the light exposure apparatus.

【0012】ディストーションについては倍率と3次の
ディストーションを制御する方法については公知の手段
がある。例えば投影光学系内の複数個の素子を光軸方向
に移動させる、光学素子間に封入されている気体の圧力
を変えるなどの手法である。倍率は光学系の基本量なの
で他の収差に変動を与えずに変化させることが可能であ
るが、3次のディストーションの補正については移動に
伴う収差の変化や、調整範囲が少ない等の問題があり、
設計当初から補正を考慮した設計を行う必要がある。特
に昨今、変形照明法あるいは位相シフトマスクなどの像
改良という名で総称される各種の結像法が採用される
と、各結像法同士でのディストーションのマッチングが
問題となる。この場合、設計に負荷をかけずに任意に3
次のディストーションを制御する技術の確立が大きな課
題である。
As for the distortion, there are known means for controlling the magnification and the third-order distortion. For example, there are techniques such as moving a plurality of elements in the projection optical system in the optical axis direction, and changing the pressure of gas sealed between the optical elements. Since the magnification is a basic amount of the optical system, it can be changed without changing other aberrations.However, the correction of the third-order distortion involves problems such as a change in aberration due to movement and a small adjustment range. Yes,
It is necessary to design from the beginning of design considering the correction. In particular, recently, when various imaging methods collectively called image improvement such as a modified illumination method or a phase shift mask are adopted, matching of distortion between the respective imaging methods becomes a problem. In this case, the design is arbitrarily 3 without any load.
Establishing a technology to control the next distortion is a major issue.

【0013】次に高次のディストーションについて説明
する。走査型の投影露光装置では走査(スキャン)によ
って非対称な倍率差、例えば光軸に対して直交する方向
にとられたx軸とy軸の倍率差を補正することができ
る。又、走査する方向については走査に伴う平均化効果
でディストーションの平均化が行われている。例えばス
リットがx方向に長く、走査がy軸方向に行われるとす
ると、走査した結果はy方向の倍率が走査の同期を制御
することで調整され、所謂3次,5次といった光学的デ
ィストーションはスリット内の平均化で小さい値に抑え
られている。
Next, a high-order distortion will be described. In a scanning type projection exposure apparatus, an asymmetric magnification difference, for example, an x-axis and y-axis magnification difference taken in a direction orthogonal to the optical axis can be corrected by scanning. In the scanning direction, the distortion is averaged by an averaging effect accompanying the scanning. For example, if the slit is long in the x direction and the scanning is performed in the y axis direction, the scanning result is adjusted by controlling the synchronization of the scanning in the y direction. It is suppressed to a small value by averaging in the slit.

【0014】しかしながら、x方向についての平均化は
なされないので、光学的にディストーションを高精度に
制御する必要がある。公知の技術で倍率、3次のディス
トーションを補正した時に最も問題となるのが5次以上
の高次ディストーションである。これを補正することは
大きな課題といえる。
However, since averaging in the x direction is not performed, it is necessary to optically control the distortion with high precision. The most important problem when correcting the third-order distortion by a known technique is the fifth-order or higher-order distortion. Correcting this is a major issue.

【0015】マスク面上のパターンをウエハ面上に投影
する投影光学系内に残存する投影光学系の光軸に対して
回転非対称な光学特性を調整可能とした投影露光装置が
特開平7−183190号公報で提案されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 7-183190 discloses a projection exposure apparatus capable of adjusting optical characteristics that are rotationally asymmetric with respect to the optical axis of a projection optical system remaining in a projection optical system for projecting a pattern on a mask surface onto a wafer surface. No. pp. 139 to 163.

【0016】同公報では第1物体を照明する照明光学系
と、該照明光学系によって照明された前記第1物体の像
を所定の縮小倍率のもとで第2物体に投影する投影光学
系とを有する投影露光装置において、前記第1物体と前
記第2物体との間に、前記投影光学系の光軸に対して回
転非対称なパワーを持つ光学手段を配置し、前記光学手
段は、前記投影光学系に残存する前記投影光学系の光軸
に対して回転非対称な光学特性を補正するために、前記
投影光学系の光軸を中心に回転可能または前記投影光学
系の光軸に沿って移動可能に設けられる構成としてい
る。
The publication discloses an illumination optical system for illuminating a first object, and a projection optical system for projecting an image of the first object illuminated by the illumination optical system onto a second object at a predetermined reduction magnification. Wherein an optical unit having a power that is rotationally asymmetric with respect to an optical axis of the projection optical system is arranged between the first object and the second object, and the optical unit includes the projection unit. To be able to rotate around the optical axis of the projection optical system or to move along the optical axis of the projection optical system, in order to correct optical characteristics that are rotationally asymmetric with respect to the optical axis of the projection optical system remaining in the optical system. It is configured to be provided as possible.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】投影光学系が露光光を
吸収したことによる光学性能の変化を補正する方法が従
来より最も簡単な露光に伴うフォーカス補正を含め種々
となされている。しかしながら走査型の投影露光装置
(スキャナー)の時代を迎えて新たに光軸に対して非対
称な収差の発生が起こることが判明し、大きな問題点と
なろうとしている。これは照明光がスリット形状で光軸
に対して非対称、即ちスリット形状の長い方向と短い方
向で光の強度分布が異なるために起こる現象で、極端な
場合には光軸上で縦線と横線のピント差が異なる軸上非
点収差が発生する。露光負荷を大きくかけない場合には
ゼロであっても大きな露光負荷をかけると軸上非点収差
が生じることは系の不安定性を意味し、スキャナーにと
っては大きな課題となっている。
There have been various methods for correcting a change in optical performance due to the fact that the projection optical system has absorbed exposure light, including focus correction associated with the simplest exposure. However, in the era of the scanning type projection exposure apparatus (scanner), it has been found that asymmetrical aberrations are newly generated with respect to the optical axis, and this is going to become a major problem. This is a phenomenon that occurs because the illumination light has a slit shape and is asymmetric with respect to the optical axis, that is, the light intensity distribution differs between the long direction and the short direction of the slit shape.In extreme cases, the vertical line and the horizontal line on the optical axis Axial astigmatism with different focus differences occurs. When the exposure load is not large, even if the exposure load is zero, the occurrence of axial astigmatism when a large exposure load is applied means the instability of the system, which is a major problem for the scanner.

【0018】また、通常のステッパーや走査型の投影露
光装置において投影光学系が露光光を吸収したことによ
り変化する光学性能の1つに像面湾曲がある。この像面
湾曲の補正は前述したように、光学素子のパワーを変化
させて補正する方法がある。しかしながら一般に光学素
子のパワーを精度良く変化させて像面湾曲を良好に補正
するのが大変難しいという課題があった。
One of the optical performances that changes when a projection optical system absorbs exposure light in a normal stepper or scanning projection exposure apparatus is field curvature. As described above, there is a method of correcting the field curvature by changing the power of the optical element. However, there has been a problem that it is generally very difficult to change the power of the optical element with high accuracy and satisfactorily correct the field curvature.

【0019】又高解像力化を図るためにはレチクルとウ
エハとを高精度に位置合わせすることが必要である。し
かしながら対象物体であるウエハに非対称な倍率差が発
生すると位置合わせ精度が低下してくる。
In order to increase the resolution, it is necessary to align the reticle and the wafer with high accuracy. However, when an asymmetric magnification difference occurs in the wafer as the target object, the positioning accuracy decreases.

【0020】位置合わせ精度の向上には倍率の制御が問
題となるが、ステッパーで用いている投影光学系は構成
上、光軸に対して回転対称な倍率補正機能しか持ってい
ないのが通例である。しかしながら実際の半導体プロセ
スでは、焼き付けるパターンの方向性に従ってウエハー
面上にxy座標をとったときx方向とy方向、即ち縦と
横方向の工程毎の伸縮の倍率が異なる場合が存在し、総
合的な位置合わせ精度の向上に制約を与えている。従っ
て例えばx方向の伸びとy方向の伸びに2ppmの差が
あれば、上述に示したような補正残差が残ってしまうと
いう課題があった。
The control of magnification is a problem in improving the alignment accuracy, but the projection optical system used in the stepper usually has only a magnification correction function that is rotationally symmetric with respect to the optical axis due to its configuration. is there. However, in the actual semiconductor process, when xy coordinates are taken on the wafer surface in accordance with the directionality of the pattern to be printed, there are cases where the magnification of expansion / contraction in the x direction and the y direction, that is, in the vertical and horizontal directions, is different. This imposes restrictions on the improvement of accurate alignment. Therefore, for example, if there is a difference of 2 ppm between the elongation in the x direction and the elongation in the y direction, there is a problem that the correction residual as described above remains.

【0021】又、走査型の投影露光装置では走査方向に
対しては平均化という形でディストーションの値が改善
されるものの、スキャン方向と直交する方向については
平均化のメリットが得られないという欠点があった。特
にディストーションについては倍率と3次のディストー
ションを制御する方法については公知の手段がある。
Further, in a scanning type projection exposure apparatus, although the distortion value is improved in the form of averaging in the scanning direction, the advantage of averaging in the direction orthogonal to the scanning direction cannot be obtained. was there. In particular, for distortion, there are known means for controlling magnification and third-order distortion.

【0022】例えば投影光学系内の複数個の光学素子を
光軸方向に移動させる、光学素子間に封入されている気
体の圧力を変えるなどの手法である。しかしながらこれ
ら公知の方法で5次以上の高次のディストーションを補
正することは困難であった。又、場合によっては3次の
ディストーションを補正するのも困難な場合がある。
For example, there are techniques such as moving a plurality of optical elements in the projection optical system in the direction of the optical axis, and changing the pressure of gas sealed between the optical elements. However, it has been difficult to correct higher-order distortions of the fifth or higher order by these known methods. In some cases, it may be difficult to correct third-order distortion.

【0023】特に昨今、変形照明法あるいは位相シフト
マスクなどの像改良という名で総称される各種の結像法
が採用されると、各結像法同士でのディストーションの
マッチングが問題となる。この場合、最も問題となる要
素は倍率と3次のディストーションが公知の手段で補正
されたとするとxとy方向の倍率差と高次のディストー
ションであることが解析の結果明らかとなった。このう
ちxとyの倍率差はスキャン系の場合、容易に補正でき
るため、高次成分を如何に補正、制御できるかが問題で
ある。
In particular, recently, when various imaging methods collectively referred to as image modification such as a modified illumination method or a phase shift mask are adopted, matching of distortion between the respective imaging methods becomes a problem. In this case, analysis has revealed that the most problematic elements are magnification differences in the x and y directions and higher-order distortions if the magnification and the third-order distortion are corrected by known means. Among them, the magnification difference between x and y can be easily corrected in the case of a scanning system, and thus there is a problem how to correct and control the higher-order components.

【0024】又特開平7−183190号公報で提案さ
れている投影露光装置では回転非対称なパワーを持つ光
学手段を駆動させると複数の収差が変動する為に対象と
する収差のみを補正することが難しいという問題点があ
った。
In the projection exposure apparatus proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-183190, when an optical unit having rotationally asymmetric power is driven, a plurality of aberrations fluctuate, so that only the target aberration can be corrected. There was a problem that it was difficult.

【0025】本発明は、投影系が露光光を吸収したこと
による光学性能の変化、例えば軸上非点収差,像面湾
曲,対称又は非対称な倍率、そしてディストーション等
のうち少なくとも1つを適切に設定した形状の非球面を
有する少なくとも2つの光学素子を有する光学手段を利
用することによって、他の光学性能への影響を最小限に
押えて補正し、高解像度のパターンが容易に得られる投
影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供
を目的とする。
According to the present invention, at least one of changes in optical performance due to absorption of exposure light by the projection system, such as axial astigmatism, curvature of field, symmetric or asymmetric magnification, and distortion, is appropriately determined. By using an optical means having at least two optical elements having an aspheric surface of a set shape, a projection exposure in which correction is performed with a minimum effect on other optical performances and a high-resolution pattern is easily obtained. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for manufacturing a device using the same.

【0026】この他本発明は、焼き付ける対称であるウ
エハーの各プロセスを得た後の伸縮の状態を補正するた
めに適切に設定した形状の非球面を有する少なくとも2
つの光学素子を有する光学手段を用いることによって投
影系において非対称な補正、即ちx方向とy方向の倍率
を独立に制御することを可能とすると共に、該制御に伴
って起こる光学性能への影響を最小限に抑えた投影露光
装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的
とする。
In addition to the above, the present invention provides at least two aspheric surfaces each having a shape appropriately set to correct the state of expansion and contraction after obtaining each process of a symmetrically baked wafer.
By using an optical means having two optical elements, it is possible to perform asymmetric correction in the projection system, that is, to independently control the magnification in the x direction and the y direction, and to reduce the influence on the optical performance caused by the control. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus which is minimized and a method for manufacturing a device using the same.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の投影露
光装置は、マスクのパターンを基板上に投影する投影光
学系を有し、前記投影光学系は、少なくとも一方が前記
投影光学系の光軸と直交する方向に変位可能である一対
の非球面部材を有し、前記一対の非球面部材は、それぞ
れの非球面が対面するように配置され、前記一対の非球
面部材のそれぞれの非球面の形状は、前記一対の非球面
部材の非球面間の前記直交方向の位置関係が変わること
により、前記投影光学系の軸上非点収差が変化するよう
に定められ、前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と
直交する方向に変位させることにより前記投影光学系の
軸上非点収差を調節することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a projection exposure apparatus having a projection optical system for projecting a mask pattern onto a substrate, wherein at least one of the projection optical systems is a projection optical system. A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis, wherein the pair of aspherical members are arranged such that the respective aspherical surfaces face each other, and each of the aspherical members of the pair of aspherical members is The shape of the spherical surface is determined such that the axial astigmatism of the projection optical system changes by changing the positional relationship in the orthogonal direction between the aspheric surfaces of the pair of aspherical members. The on-axis astigmatism of the projection optical system is adjusted by displacing the spherical member in a direction perpendicular to the optical axis.

【0028】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、前記一対の非球面部材の夫々の非球面の形状は、前
記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わした時にx
の3次の項を含むことを特徴としている。請求項3の発
明は請求項1の発明において、前記一対の非球面部材が
互いに逆方向に前記直交方向に移動することを特徴とし
ている。請求項4の発明は請求項2の発明において、前
記マスクと前記基板を走査しながら前記投影露光を行な
っており、前記x方向は前記走査の方向と直交している
ことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the shape of each of the aspherical surfaces of the pair of aspherical members is expressed as x
Is characterized by including the following third-order terms: According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the pair of aspherical members move in opposite directions in the orthogonal direction. According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the projection exposure is performed while scanning the mask and the substrate, and the x direction is orthogonal to the scanning direction.

【0029】請求項5の発明の撮影露光装置は、マスク
のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記
投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の光軸
と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材を有
し、前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面
するように配置され、前記一対の非球面部材のそれぞれ
の非球面の形状は、前記一対の非球面部材の非球面間の
前記直交方向の位置関係が変わることにより、前記投影
光学系の像面湾曲が変化するように定められ、前記少な
くとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向に変位さ
せることにより前記投影光学系の像面湾曲を調節するこ
とを特徴としている。
A photographic exposure apparatus according to a fifth aspect of the present invention has a projection optical system for projecting a mask pattern onto a substrate, wherein at least one of the projection optical systems has a direction orthogonal to an optical axis of the projection optical system. A pair of aspherical members that are displaceable to each other, the pair of aspherical members are arranged so that the respective aspherical surfaces face each other, and the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is When the positional relationship in the orthogonal direction between the aspheric surfaces of the pair of aspherical members changes, the curvature of field of the projection optical system is determined to change, and the at least one aspherical member is orthogonal to the optical axis. The projection optical system is characterized by adjusting the field curvature of the projection optical system by displacing in the direction.

【0030】請求項6の発明は請求項5の発明におい
て、前記一対の非球面部材の夫々の非球面の形状は、前
記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わした時にx
の3次の項を含み、又前記光学特性は該x方向に関する
前記像面湾曲を含むことを特徴としている。請求項7の
発明は請求項5の発明において、前記一対の非球面部材
が互いに逆方向に前記直交方向に移動することを特徴と
している。請求項8の発明は請求項6の発明において、
前記マスクと前記基板を走査しながら前記投影露光を行
なっており、前記x方向は前記走査の方向と直交してい
ることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the shape of each of the aspherical surfaces of the pair of aspherical members is expressed as x
And the optical characteristic includes the curvature of field in the x direction. A seventh aspect of the present invention is characterized in that, in the fifth aspect of the present invention, the pair of aspherical members move in the orthogonal direction in directions opposite to each other. The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6, wherein
The projection exposure is performed while scanning the mask and the substrate, and the x direction is orthogonal to the scanning direction.

【0031】請求項9の発明の投影露光装置は、マスク
のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記
投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の光軸
と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材を有
し、前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面
するように配置され、前記一対の非球面部材のそれぞれ
の非球面の形状は、前記一対の非球面部材の非球面間の
前記直交方向の位置関係が変わることにより、前記投影
光学系の投影倍率が変化するように定められており、前
記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向に
変位させることにより前記投影光学系の投影倍率を調節
することを特徴としている。
A projection exposure apparatus according to a ninth aspect of the present invention has a projection optical system for projecting a mask pattern onto a substrate, wherein at least one of the projection optical systems has a direction orthogonal to an optical axis of the projection optical system. A pair of aspherical members that are displaceable to each other, the pair of aspherical members are arranged so that the respective aspherical surfaces face each other, and the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is The projection magnification of the projection optical system is determined to change by changing the positional relationship in the orthogonal direction between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members, and the at least one aspheric member is orthogonal to the optical axis. The projection magnification of the projection optical system is adjusted by displacing the projection optical system in a direction in which the projection optical system moves.

【0032】請求項10の発明は請求項9の発明におい
て、前記一対の非球面部材の夫々の非球面の形状は、前
記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わした時にx
の3次の項を含み、又前記光学特性は該x方向に関する
前記投影倍率を含むことを特徴としている。請求項11
の発明は請求項9の発明において、前記一対の非球面部
材が互いに逆方向に前記直交方向に移動することを特徴
としている。請求項12の発明は請求項10の発明にお
いて、前記マスクと前記基板を走査しながら前記投影露
光を行なっており、前記x方向は前記走査の方向と直交
していることを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the shape of each of the aspherical surfaces of the pair of aspherical members is x when expressed in an expression, assuming that the direction of the movement is the x direction.
And the optical characteristic includes the projection magnification in the x direction. Claim 11
The invention of claim 9 is characterized in that, in the invention of claim 9, the pair of aspherical members move in opposite directions to each other in the orthogonal direction. According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth aspect, the projection exposure is performed while scanning the mask and the substrate, and the x direction is orthogonal to the scanning direction.

【0033】請求項13の発明の投影露光装置は、マス
クのパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前
記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の光
軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材を
有し、前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対
面するように配置され、前記一対の非球面部材のそれぞ
れの非球面の形状は、前記一対の非球面部材の非球面間
の前記直交方向の位置関係が変わることにより、前記投
影光学系の歪曲が変化するように定められており、前記
少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向に変
位させることにより前記投影光学系の歪曲を調節するこ
とを特徴としている。
A projection exposure apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention has a projection optical system for projecting a mask pattern onto a substrate, wherein at least one of the projection optical systems has a direction orthogonal to an optical axis of the projection optical system. A pair of aspherical members that are displaceable to each other, the pair of aspherical members are arranged so that the respective aspherical surfaces face each other, and the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is By changing the positional relationship in the orthogonal direction between the aspherical surfaces of the pair of aspherical members, the distortion of the projection optical system is determined to change, and the at least one aspherical member is orthogonal to the optical axis. The distortion of the projection optical system is adjusted by displacing in the direction.

【0034】請求項14の発明は請求項13の発明にお
いて、前記一対の非球面部材の夫々の非球面の形状は、
前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わした時に
xの5次の項を含むことを特徴としている。請求項15
の発明は請求項13の発明において、前記一対の非球面
部材の夫々の非球面の形状は、前記移動の方向をx方向
と仮定して、式で表わした時にxの7次の項を含むこと
を特徴としている。請求項16の発明は請求項13の発
明において、前記一対の非球面部材が互いに逆方向に前
記直交方向に移動することを特徴としている。請求項1
7の発明は請求項14又は15の発明において、前記マ
スクと前記基板を走査しながら前記投影露光を行なって
おり、前記x方向は前記走査の方向と直交していること
を特徴としている。請求項18の発明は請求項6の発明
において、前記投影光路中に、更に、夫々の非球面同士
が向かい合っている第2の一対の透明な非球面部材を有
し、該第2の一対の非球面部材が前記光軸と直交する方
向であって且つ前記x方向に直交するy方向に移動可能
であり、この第2の一対の非球面部材の移動によって前
記マスクのパターンを基板上に投影するときの前記y方
向に関する像面湾曲が変化し、前記第2の一対の非球面
部材の夫々の非球面の形状は、式で表わした時にyの3
次の項を含むことを特徴としている。請求項19の発明
は請求項18の発明において、前記2組の一対の非球面
部材を用いて前記マスクのパターンを基板上に投影する
ときの像面湾曲と軸上非点収差を調整することを特徴と
している。請求項20の発明は請求項18の発明におい
て、前記第2の一対の非球面部材が互いに逆方向に前記
直交方向に移動することを特徴としている。請求項21
の発明は請求項18の発明において、前記2組の一対の
非球面部材の夫々が、互いに逆方向に前記直交方向に移
動することを特徴としている。請求項22の発明は請求
項18の発明において、前記2組の一対の非球面部材の
一方の部材が、各組共通の両面が非球面の1つの部材で
あることを特徴としている。
According to a fourteenth aspect, in the thirteenth aspect, each of the pair of aspherical members has a shape of an aspherical surface,
Assuming that the direction of the movement is the x direction, the expression includes a fifth-order term of x when expressed by an equation. Claim 15
In the invention according to claim 13, in the invention according to claim 13, the shape of each aspheric surface of the pair of aspherical members includes a seventh-order term of x when expressed by an expression, assuming that the direction of the movement is the x direction. It is characterized by: According to a sixteenth aspect, in the thirteenth aspect, the pair of aspherical members move in opposite directions to each other in the orthogonal direction. Claim 1
The invention of claim 7 is the invention of claim 14 or 15, wherein the projection exposure is performed while scanning the mask and the substrate, and the x direction is orthogonal to the scanning direction. The invention of claim 18 is the invention of claim 6, further comprising, in the projection optical path, a second pair of transparent aspheric members in which respective aspheric surfaces face each other. The aspherical member is movable in a direction orthogonal to the optical axis and in a y direction orthogonal to the x direction, and the mask pattern is projected onto a substrate by the movement of the second pair of aspherical members. The field curvature in the y-direction changes, and the shape of each aspheric surface of the second pair of aspherical members becomes 3 when expressed by an equation.
It is characterized by including the following items. According to a nineteenth aspect, in the eighteenth aspect, the field curvature and the axial astigmatism when the pattern of the mask is projected on a substrate using the two pairs of aspherical members are adjusted. It is characterized by. According to a twentieth aspect, in the invention according to the eighteenth aspect, the second pair of aspherical members move in the orthogonal direction in directions opposite to each other. Claim 21
The invention of claim 18 is characterized in that, in the invention of claim 18, each of the two pairs of aspherical members moves in the orthogonal direction in directions opposite to each other. A twenty-second aspect of the present invention is characterized in that, in the eighteenth aspect, one member of the two sets of aspherical members is one member having two aspheric surfaces on both surfaces common to each pair.

【0035】請求項23の発明の投影露光装置は、マス
クのパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前
記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の光
軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材を
有し、前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対
面するように配置され、前記一対の非球面部材のそれぞ
れの非球面の形状は、前記一対の非球面部材の非球面間
の前記直交方向の位置関係が変わることにより前記一対
の非球面部材の一つの系としての屈折力が変化するよう
に定められており、前記少なくとも一方の非球面部材を
光軸と直交する方向に変位させることにより前記投影光
学系の屈折力を調節することを特徴としている。
A projection exposure apparatus according to a twenty-third aspect of the present invention has a projection optical system for projecting a mask pattern onto a substrate, wherein at least one of the projection optical systems is in a direction orthogonal to the optical axis of the projection optical system. A pair of aspherical members that are displaceable to each other, the pair of aspherical members are arranged so that the respective aspherical surfaces face each other, and the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is The refractive power as one system of the pair of aspherical members is changed by changing the positional relationship in the orthogonal direction between the aspherical surfaces of the pair of aspherical members, and the at least one aspherical surface is determined. It is characterized in that the refractive power of the projection optical system is adjusted by displacing the member in a direction orthogonal to the optical axis.

【0036】請求項24の発明は請求項23の発明にお
いて、前記位置関係が所定の関係のときに前記一つの系
としての前記屈折力がゼロになるように前記非球面の形
状が定めてあることを特徴としている。
According to a twenty-fourth aspect, in the twenty-third aspect, the shape of the aspheric surface is determined so that the refractive power of the one system becomes zero when the positional relationship is a predetermined relationship. It is characterized by:

【0037】請求項25の発明は請求項1から24のい
ずれか1項の発明において、前記対面する非球面は、前
記一対の非球面部材が所定の位置関係にある時に一致す
るような形状を有することを特徴としている。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the facing aspherical surface has a shape that matches when the pair of aspherical members are in a predetermined positional relationship. It is characterized by having.

【0038】請求項26の発明のデバイスの製造方法
は、請求項1から25のいずれか1項記載の投影露光装
置によってデバイスパターンを基板上に転写する段階
と、該転写した基板を現像する段階を含むことを特徴と
している。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a device, comprising the steps of: transferring a device pattern onto a substrate by the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 25; and developing the transferred substrate. It is characterized by including.

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【0046】[0046]

【0047】[0047]

【0048】[0048]

【0049】[0049]

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【0052】[0052]

【0053】[0053]

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【0058】[0058]

【0059】[0059]

【0060】[0060]

【0061】[0061]

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【0064】[0064]

【0065】[0065]

【0066】[0066]

【0067】[0067]

【0068】[0068]

【0069】[0069]

【0070】[0070]

【0071】[0071]

【0072】[0072]

【0073】[0073]

【0074】[0074]

【0075】[0075]

【0076】[0076]

【0077】[0077]

【0078】[0078]

【0079】[0079]

【0080】[0080]

【0081】[0081]

【0082】[0082]

【0083】[0083]

【0084】[0084]

【0085】[0085]

【0086】[0086]

【0087】[0087]

【0088】[0088]

【0089】[0089]

【0090】[0090]

【0091】[0091]

【0092】[0092]

【0093】[0093]

【0094】[0094]

【0095】[0095]

【0096】[0096]

【0097】[0097]

【0098】[0098]

【0099】[0099]

【0100】[0100]

【0101】[0101]

【0102】[0102]

【0103】[0103]

【0104】[0104]

【0105】[0105]

【0106】[0106]

【0107】[0107]

【0108】[0108]

【0109】[0109]

【0110】[0110]

【0111】[0111]

【0112】[0112]

【0113】[0113]

【0114】[0114]

【0115】[0115]

【0116】[0116]

【0117】[0117]

【0118】[0118]

【0119】[0119]

【0120】[0120]

【0121】[0121]

【0122】[0122]

【0123】[0123]

【0124】[0124]

【0125】[0125]

【0126】[0126]

【0127】[0127]

【0128】[0128]

【0129】[0129]

【0130】[0130]

【0131】[0131]

【0132】[0132]

【0133】[0133]

【0134】[0134]

【0135】[0135]

【0136】[0136]

【0137】[0137]

【0138】[0138]

【0139】[0139]

【0140】[0140]

【0141】[0141]

【0142】[0142]

【0143】[0143]

【0144】[0144]

【0145】[0145]

【0146】[0146]

【0147】[0147]

【0148】[0148]

【0149】[0149]

【0150】[0150]

【0151】[0151]

【0152】[0152]

【0153】[0153]

【0154】[0154]

【0155】[0155]

【0156】[0156]

【0157】[0157]

【発明の実施の形態】図1は本発明の投影露光装置の実
施形態1の要部概略図である。本実施形態は通常のステ
ッパー又は走査型(スキャンタイプ)のステッパー(投
影露光装置)に適用した場合を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a normal stepper or a scanning type (scan type) stepper (projection exposure apparatus).

【0158】同図において4は露光照明系であり、第1
物体としてのレチクル(マスク)1を照明している。露
光照明系4はArFエキシマレーザー(波長193n
m)又はKrFエキシマレーザー(波長248nm)又
はg線(436nm)やi線(365nm)を発するラ
ンプのうちの何れか1つの光源と、公知の光学系等から
構成されている。
In the figure, reference numeral 4 denotes an exposure illumination system,
A reticle (mask) 1 as an object is illuminated. The exposure illumination system 4 uses an ArF excimer laser (wavelength 193n).
m) or one of a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or a lamp emitting g-line (436 nm) or i-line (365 nm), and a known optical system.

【0159】1は第1物体としてのレチクル(マスク)
である。2は屈折型又はカタジオプトリック系等の投影
光学系であり、露光照明系4によって照明されたレチク
ル1の回路パターンを第2物体としてのウエハー3(被
露光基板)に投影している。
1 is a reticle (mask) as a first object
It is. A projection optical system 2 such as a refraction or catadioptric system projects the circuit pattern of the reticle 1 illuminated by the exposure illumination system 4 onto a wafer 3 (substrate to be exposed) as a second object.

【0160】T1は軸上非点収差を制御する機能を有す
る光学手段であり、後述するように夫々が非球面を有し
且つ石英又はホタル石より成る2つの光学素子11,1
2を有している。光学手段T1は投影光学系2の瞳付近
に配置してある。5はウエハーホルダーであり、ウエハ
ー3を保持している。6はウエハーステージであり、ウ
エハーホルダー5を載置しており、周知のxyz駆動及
びθ駆動、チルト駆動等を行っている。
T1 is an optical means having a function of controlling axial astigmatism. As will be described later, two optical elements 11, 1 each having an aspheric surface and made of quartz or fluorite are used.
Two. The optical means T1 is arranged near the pupil of the projection optical system 2. Reference numeral 5 denotes a wafer holder, which holds the wafer 3. Reference numeral 6 denotes a wafer stage on which the wafer holder 5 is mounted, which performs well-known xyz drive, θ drive, tilt drive, and the like.

【0161】7は干渉用ミラーであり、ウエハーステー
ジ6の位置を不図示の干渉計でモニターするためのもの
である。干渉計ミラー7と干渉計から得られる信号を用
いて不図示のウエハーステージ駆動制御系によりウエハ
ー3を所定の位置に位置決めして、その状態で投影露光
を行っている。
Reference numeral 7 denotes an interference mirror for monitoring the position of the wafer stage 6 with an interferometer (not shown). The wafer 3 is positioned at a predetermined position by a wafer stage drive control system (not shown) using the interferometer mirror 7 and signals obtained from the interferometer, and projection exposure is performed in that state.

【0162】尚、本実施形態において光学手段T1と投
影光学系2はマスク1面上のパターンを基板3上に投影
する投影系の一要素を構成している。以下の各実施形態
においても同様である。
In this embodiment, the optical means T1 and the projection optical system 2 constitute one element of a projection system for projecting a pattern on the surface of the mask 1 onto the substrate 3. The same applies to the following embodiments.

【0163】本実施形態が走査型のステッパー(投影露
光装置)であるときはレチクル1を載置している不図示
のレチクルステージとウエハーステージ6とを投影光学
系2の結像倍率に応じた速度比率で光学系2の光軸と直
交する方向に移動させて走査露光している。
When the present embodiment is a scanning type stepper (projection exposure apparatus), the reticle stage (not shown) on which the reticle 1 is mounted and the wafer stage 6 are adjusted according to the imaging magnification of the projection optical system 2. Scanning exposure is performed by moving the optical system 2 at a speed ratio in a direction orthogonal to the optical axis of the optical system 2.

【0164】本実施形態のステッパーは光学手段T1と
不図示の光学手段T1駆動手段とを投影光路中に設けて
いるのが通常のステッパー又は走査型のステッパーと異
なっており、その他の構成は基本的に同じである。
The stepper of this embodiment is different from an ordinary stepper or a scanning stepper in that an optical means T1 and an optical means T1 driving means (not shown) are provided in a projection optical path. Are the same.

【0165】一般に露光用光源としてArFエキシマレ
ーザー(波長193nm)を用いた投影光学系では、A
rFエキシマレーザーからの光束の波長が短波長領域に
ある為、それに使用できる硝材の選択範囲が狭く、現在
のところ石英(SiO2 )と螢石(CaF2 )があるの
みである。
In general, a projection optical system using an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) as an exposure light source
Since the wavelength of the luminous flux from the rF excimer laser is in a short wavelength range, the selection range of the glass material usable therefor is narrow, and at present, there are only quartz (SiO 2 ) and fluorite (CaF 2 ).

【0166】しかしながら石英もこの短波長領域では透
過率の点で問題があり、露光光を吸収して熱変化(光学
特性変化)を起こし結像性能を変化させる。この事情は
露光用光束としてi線(波長365nm)を用いたとき
に起きている熱変化と同じような状況である。i線では
色収差を補正するために種々の硝材を使用するが、この
中には透過率の低い硝材も含まれている。
However, quartz also has a problem in transmittance in this short wavelength region, and absorbs exposure light to cause a thermal change (optical characteristic change) to change the imaging performance. This situation is similar to the thermal change that occurs when i-rays (wavelength 365 nm) are used as the exposure light flux. In the case of the i-line, various glass materials are used to correct the chromatic aberration, and among them, a glass material having a low transmittance is also included.

【0167】このためにi線でも熱収差の問題が起こる
が、ArFエキシマレーザーを用いた投影光学系ではパ
ターンの微細化が進んで焦点深度が小さくなる分、状況
はより厳しくなっている。
For this reason, a problem of thermal aberration occurs even with the i-line. However, in a projection optical system using an ArF excimer laser, the situation becomes more severe as the pattern becomes finer and the depth of focus becomes smaller.

【0168】投影系の硝材は露光光を吸収したために収
差変動を起こすが、このとき起こる収差の中で補正が難
しい収差の1つは非回転対称な成分の収差である軸上非
点収差の補正である。軸上非点収差は投影系に対する光
の通過の仕方が非回転対称であることにより生じる。投
影系に対するこの種の非回転対称性はスキャン光学系の
ときには照明光の断面形状が長方形のスリット状の光に
にって投影光学系2に当たる光束もスリット状になった
ことでより強調される。
The glass material of the projection system causes aberration fluctuation due to the absorption of the exposure light. One of the aberrations that is difficult to correct at this time is an axial astigmatism which is a non-rotationally symmetric component aberration. Correction. On-axis astigmatism is caused by a non-rotationally symmetric manner in which light passes through the projection system. This kind of non-rotational symmetry with respect to the projection system is further emphasized in the case of the scanning optical system, because the cross section of the illumination light is rectangular slit-like light and the light beam impinging on the projection optical system 2 is also slit-like. .

【0169】特にスリット状の長手方向と短手方向の長
さの比は通常5前後あり、投影系の内部には非回転対称
な分布(熱分布)がステッパーの場合より強調された形
で存在する。このために発生する収差には軸上と軸外に
発生する軸上非点収差がある。
In particular, the ratio of the length in the longitudinal direction to the length in the lateral direction of the slit is usually about 5, and a non-rotationally symmetric distribution (heat distribution) exists in the projection system in a more emphasized form than in the case of the stepper. I do. Aberrations generated for this purpose include on-axis and off-axis astigmatism.

【0170】この軸上非点収差とは、投影光学系の光軸
を夫々が含み互いに直交する二断面に関してのピント位
置が異なるものである。
The on-axis astigmatism is one in which the focus positions are different with respect to two cross sections which include the optical axis of the projection optical system and are orthogonal to each other.

【0171】従来、光学系はもともとその光学特性が光
軸に対して軸対称(回転対称)になることが前提で構成
されており、露光光の吸収による光学特性の変化の非回
転対称性で軸上にまでその影響が及ぶことは想定されて
いなかった。
Conventionally, the optical system is originally configured on the assumption that its optical characteristics are axially symmetric (rotationally symmetric) with respect to the optical axis. It was not expected that the effect would extend to the axis.

【0172】本発明者によれば露光による軸上非点収差
の発生は初期が大きく、露光を続けていくと吸収される
熱の拡散によりその値が小さくなることが確かめられて
いる。
According to the present inventors, it has been confirmed that the onset of axial astigmatism due to exposure is large in the initial stage, and the value decreases as exposure continues, due to diffusion of absorbed heat.

【0173】一般に、半導体素子製造用の投影系におい
て、それを構成する硝材が露光光を吸収することによっ
て生じる軸上非点収差の量は僅少であるが露光するパタ
ーンがハーフミクロンとかクォーターミクロンという具
合に微細になり焦点深度が小さくなってきたときには無
視できない。
In general, in a projection system for manufacturing a semiconductor device, the amount of axial astigmatism caused by absorption of exposure light by a glass material constituting the semiconductor device is small, but the pattern to be exposed is half micron or quarter micron. When it becomes finer and the depth of focus becomes smaller, it cannot be ignored.

【0174】本発明者は実際に発生する軸上非点収差の
量が0.2〜0.3μmのオーダでの小さな量であるの
で、新たな機能を持った透過型の光学素子を導入して補
正する可能性があることを見出した。
The present inventor has introduced a transmission type optical element having a new function since the amount of axial astigmatism actually occurring is a small amount on the order of 0.2 to 0.3 μm. Have the potential to correct .

【0175】本実施形態の投影系の具体的な構成として
は投影光学系の光路中に少なくとも2枚一組の非球面を
持った光学素子より成る光学手段を一つあるいは複数個
夫々の素子の非球面が対面するように挿入し、該組とな
った光学素子を光軸と直交する方向に横ずらして該方
向に関する相対位置を変化させて、これにより軸上非点
収差を調整し、補正している。組となった2枚の非球面
より成る光学素子より成る光学手段はそれの非回転対称
なパワーをずらし量に応じて発生させ、結果的に投影系
の軸上非点収差を変化させることによって補正すること
を可能としている。
As a specific configuration of the projection system according to the present embodiment, one or a plurality of optical units each having at least two sets of aspherical optical elements in the optical path of the projection optical system are used. insert as aspheric face, and then shifting the transverse optical element becomes said set in a direction perpendicular to the optical axis to change the relative position related to the direction, thereby adjusting the axial astigmatism, Has been corrected. An optical means comprising an optical element consisting of two aspherical surfaces in a set generates its non-rotationally symmetric power according to the amount of shift, thereby changing the axial astigmatism of the projection system. It is possible to correct.

【0176】特に本実施形態では露光光の吸収によって
起こる軸上非点収差の発生量が小さいことに着目し、小
さな非球面量しか持たない光学手段を利用して効果のあ
る補正を行っている。又本実施形態の光学手段は非球面
量の絶対値が小さいため、軸上非点収差の補正のみを行
ない、他の光学特性に悪影響を与えないことが可能であ
るため、収差の補正手段としても好ましい手段である。
In this embodiment, in particular, attention is paid to the small amount of on-axis astigmatism caused by the absorption of exposure light, and effective correction is performed using optical means having only a small aspherical amount. . Further, since the optical means of the present embodiment has a small absolute value of the aspherical amount, it can only correct axial astigmatism and can have no adverse effect on other optical characteristics. Is also a preferred means.

【0177】次に本実施形態に係る軸上非点収差を補正
するための光学手段の具体的な構成について説明する。
本実施形態の光学手段は2枚組の光学素子を用いて、該
2枚の光学素子を一体のものとして考えたときに微小な
パワーが発生でき且つこのパワーが微妙に変えられるよ
うに構成したことを特徴としている。
Next, the specific structure of the optical means for correcting axial astigmatism according to this embodiment will be described.
The optical means of this embodiment uses a pair of optical elements, and is configured such that a small power can be generated when the two optical elements are considered as an integral element, and this power can be finely changed. It is characterized by:

【0178】図1の実施形態1における投影露光装置
は、このような光学手段を用いて投影光学系の軸上非点
収差を補正している場合を示している。
The projection exposure apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 shows a case where such optical means is used to correct axial astigmatism of a projection optical system.

【0179】次に図1の実施形態1で用いた光学手段T
1の構成について説明する。図2は本実施形態の軸上非
点収差を制御する機能を有する光学手段T1の要部断面
図である。
Next, the optical means T used in the first embodiment shown in FIG.
1 will be described. FIG. 2 is a sectional view of a main part of an optical unit T1 having a function of controlling axial astigmatism according to the present embodiment.

【0180】同図において互いに向かい合って配置され
ている2つの光学素子11と12は外側の面11a,1
2aが平面であり、向き合っている面11b,12bが
同一形状の非球面であり、両方の面を重ね合わせた時、
一致するように向き合っている。尚、面11b,12b
は互いに形状が異なった非球面であっても良い。
In the figure, two optical elements 11 and 12 arranged facing each other have outer surfaces 11a and 1a.
2a is a plane, and the facing surfaces 11b and 12b are aspherical surfaces of the same shape, and when both surfaces are superimposed,
Face to face. The surfaces 11b, 12b
May be aspherical surfaces having different shapes.

【0181】図中Aは光軸である。光軸Aに直交する形
でx,y軸を取り、互いに向かい合っている非球面の形
状として光学素子11の非球面形状をfa(x,y)、
光学素子12の非球面形状をfb(x,y)とし、ずら
す方向をx方向とすると、両者の非球面形状は定数項だ
け異なる次の式で与えられる。即ち fa(x,y)=ax3 +bx2 +cx+d1 fb(x,y)=ax3 +bx2 +cx+d2 ‥‥‥(1a) となる。
A in the figure is an optical axis. The x and y axes are taken perpendicular to the optical axis A, and the aspherical shape of the optical element 11 is defined as fa (x, y) as the aspherical shape facing each other.
Assuming that the aspherical shape of the optical element 12 is fb (x, y) and the shifting direction is the x direction, both aspherical shapes are given by the following equations that differ by a constant term. That is, fa (x, y) = ax 3 + bx 2 + cx + d 1 fb (x, y) = ax 3 + bx 2 + cx + d 2 ‥‥‥ (1a)

【0182】ここでxについてのみの式となっているの
は、2つの光学素子11,12がy方向については平面
であり、x方向については非球面であり、x方向に対す
る相対位置をずらしてx方向の光学的パワー(焦点距
離)のみを制御するからである。x方向への素子の横ず
らしによって光学的なパワーを発生させるため、xは3
次の項まで用いる。
Here, the expression for only x is that the two optical elements 11 and 12 are planes in the y direction, aspherical in the x direction, and shifted relative to the x direction. This is because only the optical power (focal length) in the x direction is controlled. Since the optical power is generated by laterally shifting the element in the x direction, x is 3
Use up to the next section.

【0183】初期状態においては光学素子11の非球面
形状fa(x,y)と光学素子12の非球面形状fb
(x,y)の凹凸が完全に一致するため、光学素子11
と光学素子12より成る光学手段は光学的パワーを有さ
ず平行平面板としての働きをするに過ぎない。光学素子
11と光学素子12の間の光軸A方向の距離(即ち間
隔)は小さいほどよく例えば100μm程度の値が典型
的である。ここで光学素子11を距離Δだけx方向に動
かした場合を想定する。このときの影響はa,b,cを
各々定数とすると fa(x+Δ,y)−fb(x,y) =3aΔx2 +2bΔx+cΔ+(d1 −d2 ) +3aΔ2 +bΔ2 +aΔ3 ‥‥‥(2a) となる。
In the initial state, the aspherical shape fa (x, y) of the optical element 11 and the aspherical shape fb of the optical element 12
Since the (x, y) irregularities completely match, the optical element 11
The optical means composed of the optical element 12 and the optical element 12 has no optical power and merely functions as a plane parallel plate. The smaller the distance (i.e., the distance) between the optical element 11 and the optical element 12 in the direction of the optical axis A, the better, for example, a value of about 100 μm is typical. Here, it is assumed that the optical element 11 is moved in the x direction by the distance Δ. The effect at this time is that if a, b, and c are constants, fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 3aΔx 2 + 2bΔx + cΔ + (d 1 −d 2 ) + 3aΔ 2 + bΔ 2 + aΔ 3 ‥‥‥ (2a ).

【0184】ここでΔの高次の項の影響は小さいとして
無視し、さらに実施形態の効果を理解し易くするため、
b=c=0 ‥‥‥(3a)とする。その結果
(2a)式は、簡単に次の(4a)式で表わすことがで
きる。
Here, the influence of the higher-order terms of Δ is small and ignored, and the effect of the embodiment is easily understood.
Let b = c = 0 ‥‥‥ (3a). As a result, the expression (2a) can be simply expressed by the following expression (4a).

【0185】 fa(x+Δ,y)−fb(x,y)=3aΔx2 +(d1 −d2 ) ‥‥(4a) となる。Fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 3aΔx 2 + (d 1 −d 2 ) ‥‥ (4a)

【0186】(4a)式がx2 の項を持っていることが
本実施形態の根幹である。このため横ずらし量Δによっ
て光学素子11,12はx方向のみに光学的パワーを持
つ光学素子となり、しかもそのパワーを横ずらし量Δに
よって自由に変えることが可能である。
[0186] It (4a) formula has the term x 2 is a basis of the present embodiment. Therefore, the optical elements 11 and 12 become optical elements having optical power only in the x direction by the lateral shift amount Δ, and the power can be freely changed by the lateral shift amount Δ.

【0187】横ずらしして差分をとるという作業は微分
そのものなので、非球面の形状として3次の項を入れて
おき、微分の効果で光学的パワーを与える2次の成分を
出しているのが光学素子11,12の作用である。
Since the operation of laterally shifting and obtaining the difference is a differentiation itself, a third-order term is entered as the shape of the aspheric surface, and a second-order component that gives optical power by the effect of the differentiation is output. This is the function of the optical elements 11 and 12.

【0188】本実施形態では簡単のため(3a)式でb
=c=0としたが、(2a)式の2bΔxの項はシフト
分に相当する。Δはパワーを制御する目的から既知の量
となるため、シフト分については補正を行うことができ
る。b≠0としたとき、具体的にシフトが問題となるの
はアライメントの場合である。グローバルアライメント
の時には光学素子11,12というペアの光学素子の相
対位置を変化させた結果生じるシフトを逆補正するよう
にステージに指令を与えれば、この問題は回避される。
In this embodiment, for simplicity, b
= C = 0, but the term 2bΔx in equation (2a) corresponds to the shift. Since Δ is a known amount for the purpose of controlling the power, the shift can be corrected. When b ≠ 0, the shift becomes a problem specifically in the case of alignment. This problem can be avoided by giving an instruction to the stage to reversely correct the shift resulting from changing the relative position of the pair of optical elements 11 and 12 during global alignment.

【0189】また定数cの項に適当な値を与えるとfa
(x,y),fb(x,y)で表わされる非球面に対し
平面からのずれの絶対値を小さくできる効果がある。し
たがって定数aの値によっては定数b,cをゼロにせ
ず、故意に値を与えることも効果的である。実際には定
数bはゼロとし、定数cに定数aと逆符号の値を与えて
も良い。
When an appropriate value is given to the term of the constant c, fa
The effect of reducing the absolute value of the deviation from the plane with respect to the aspherical surface represented by (x, y), fb (x, y) is obtained. Therefore, depending on the value of the constant a, it is also effective to intentionally give values instead of setting the constants b and c to zero. Actually, the constant b may be set to zero, and the constant c may be given a value opposite to the constant a.

【0190】しかしcの値による補正は実際には干渉計
の測定時の入射光束の傾きで補正できるので、C=0と
しても問題はない。
However, since the correction based on the value of c can be actually corrected by the inclination of the incident light beam at the time of measurement by the interferometer, there is no problem even if C = 0.

【0191】一般に軸上非点収差が0.2〜0.3μm
前後の小さな値を補正するために要求される非球面の量
の絶対値は非常に小さい。実際に有効な量は光学素子1
1,12を置く位置にもよるがニュートン縞で数本のと
ころである。代表的な例として仮にパワー成分として発
生させる量を数本ということで1μmとし、レンズの径
を200mm、このときのずらし量Δを5mmとすると
(4a)式より、 3a×5×100×100=0.001 となり、 a=6.7×10-9 という値が得られる。
Generally, on-axis astigmatism is 0.2 to 0.3 μm
The absolute value of the amount of aspherical surface required to correct small values before and after is very small. The actual effective amount is the optical element 1
Although it depends on the position where 1 and 12 are placed, there are several Newton stripes. As a typical example, suppose that the amount generated as a power component is several lines, 1 μm, the diameter of the lens is 200 mm, and the shift amount Δ at this time is 5 mm. From the equation (4a), 3a × 5 × 100 × 100 = 0.001, and a value of a = 6.7 × 10 −9 is obtained.

【0192】100は径が200mmなのでその半径の
値を示しているが、仮にb=c=0とすると、(1a)
式で非球面の量は 6.7×10-9×100×100×100=6.7×10-3 という値となり、±6.7μmの非球面量を光学素子1
1,12が持っている。
Since 100 has a diameter of 200 mm, the radius value is shown. If b = c = 0, (1a)
In the formula, the amount of the aspheric surface is 6.7 × 10 −9 × 100 × 100 × 100 = 6.7 × 10 −3 , and the amount of the aspheric surface of ± 6.7 μm is set to the optical element 1.
1, 12 have.

【0193】平面からのずれの実際量を小さくするには
これに定数cの項を加えるとよい。100mmのところ
で6.7μmの値を与える定数cの値は6.7×10
-5 なので、定数aと定数cを逆符号として c=−6.7×10-5 とすると非球面量の平面からのずれは±2.6μmにま
で減少させることができる。
In order to reduce the actual amount of deviation from the plane, it is advisable to add a term of constant c to this. The value of the constant c giving a value of 6.7 μm at 100 mm is 6.7 × 10
-5 So can When c = -6.7 × 10 -5 constants a and a constant c as opposite sign deviation of aspherical amount of plane is reduced to ± 2.6 [mu] m.

【0194】図2は定数cがゼロのときの非球面の形
状、図3は定数cに上記の値を入れたときのy=0の断
面での形状である。200mmの径の中で非球面が緩や
かな形状をしており、しかも光学素子11と光学素子1
2が互いに補いあう形(相補形)をしているため、光学
素子11と光学素子12の相対位置の変化による他の収
差の発生量はほとんど無視する程度の値に抑えることが
でき、軸上非点収差のみを微小修正することができる。
FIG. 2 shows the shape of the aspherical surface when the constant c is zero, and FIG. 3 shows the shape at the cross section of y = 0 when the above value is inserted into the constant c. The aspherical surface has a gentle shape within a diameter of 200 mm, and the optical element 11 and the optical element 1
2 are complementary to each other, the amount of other aberrations caused by a change in the relative position between the optical element 11 and the optical element 12 can be suppressed to a value that is almost negligible. Only astigmatism can be finely corrected.

【0195】場合によってはフォーカス、倍率等の他の
光学特性の微小だが補正が必要な変化が生じる場合があ
るので、この時はこの他の光学特性の補正を行えば投影
系の性能は不変と見なすことができる。
In some cases, other optical characteristics such as focus and magnification may be minute but change may be required. Therefore, if the other optical characteristics are corrected, the performance of the projection system remains unchanged. Can be considered.

【0196】従来、軸上非点収差を、非球面を用い、且
つその量を連続的に変えながら制御するという考え方は
なく、その意味で本実施形態は高機能を要求される半導
体素子製造用の投影露光装置の更なる高機能化に寄与す
るところが大きい。
Conventionally, there has been no idea that axial astigmatism is controlled by using an aspheric surface and continuously changing the amount thereof. In this sense, the present embodiment is used for manufacturing a semiconductor element which requires high performance. This greatly contributes to further enhancement of the function of the projection exposure apparatus.

【0197】また、対象となる軸上非点収差の量が小さ
いため、使用する非球面を干渉計で計測することが容易
な量にまで小さくすることが本実施形態のもう一つのポ
イントである。
Another point of the present embodiment is that, since the amount of on-axis astigmatism of interest is small, the aspheric surface to be used is reduced to an amount that can be easily measured by an interferometer. .

【0198】本実施形態においては相対的に横ずらしし
た2つの非球面の差分から所望の軸上非点収差を発生さ
せるため、光学素子11及び光学素子12自体の非球面
量は差分の量よりも一桁近く大きい値となる。上記の例
でいえば横ずらしによる効果として1μmの値を得るた
めに6.7μmの非球面が必要とされる。これに傾きの
最適化を行って±2.6μmまで小さくすることで干渉
計の高精度な測定域に入ってくるというのが本実施形態
を適用するに当たってのキーポイントである。非球面の
製作に当たっては面が所望する形状に正確に加工された
かの確認が重要であるが、本実施形態程度の量に抑える
ことができれば現行の技術が充分適用できる。
In this embodiment, the desired on-axis astigmatism is generated from the difference between the two aspherical surfaces which are relatively shifted laterally. Therefore, the aspherical amounts of the optical elements 11 and 12 are smaller than the amount of the difference. Is also nearly one digit larger. In the above example, an aspherical surface of 6.7 μm is required in order to obtain a value of 1 μm as an effect of the lateral shift. It is a key point in applying the present embodiment that the tilt can be optimized to reduce the diameter to ± 2.6 μm, thereby entering the high-accuracy measurement range of the interferometer. In manufacturing an aspherical surface, it is important to confirm that the surface has been accurately processed to a desired shape. However, if the surface can be suppressed to the amount of the present embodiment, the current technology can be applied sufficiently.

【0199】また補正量を小さくする(ダイナミックレ
ンジを小さくする)、又はずらし量を大きくすることで
非球面量はより小さくすることもできる。
The aspherical amount can be further reduced by reducing the correction amount (reducing the dynamic range) or increasing the shift amount.

【0200】更に本実施形態では非回転対称な光学的パ
ワーの補正を屈折作用をもつ光学素子で実現できたこと
で投影露光装置に用いられる屈折型、カタジオプトリッ
ク型の双方に対し有効な手段を提供できることも大きな
利点である。
Further, in the present embodiment, correction of non-rotationally symmetric optical power can be realized by an optical element having a refraction function, so that it is effective for both refraction type and catadioptric type used in a projection exposure apparatus. The ability to provide a means is also a great advantage.

【0201】軸上非点収差の発生の方向はスリット状の
光(以下「スリット」と呼ぶ)で露光を行うスキャンタ
イプのステッパーでは、スリットの方向性と密接な関係
がある。従って制御対象となる光学的パワーを持つ上記
のx方向はスリットの長手または短手方向と一致するよ
うに設定される。実際的にいえば図1で正方形の形状を
したレチクル1の外形の方向と一致するように設定され
る。
The direction of occurrence of on-axis astigmatism is closely related to the directionality of the slit in a scan type stepper that performs exposure with slit-like light (hereinafter referred to as “slit”). Therefore, the above-mentioned x direction having the optical power to be controlled is set so as to coincide with the longitudinal or lateral direction of the slit. Practically speaking, the setting is made so as to match the direction of the outer shape of the reticle 1 having a square shape in FIG.

【0202】このような設定はステッパーにおける露光
に伴い発生する収差(露光収差)の発生時にも有効であ
る。本実施形態では軸上非点収差を簡単に説明するため
スキャンタイプのステッパーを例にとったが通常のステ
ッパーでもレチクル上のパターンが方向性を持つと、回
折光が非回転対称に分布し、軸上非点収差を発生させる
ことがある。レチクル上のパターンは回路パターンを設
計する際のCADの特性からレチクルの外形と平行なエ
ッジを持つ特性をもち、x方向をレチクルの外形と平行
に設定すると、露光収差の発生する方向とx方向を一致
することができ、発生する収差を抑えることができる。
Such a setting is also effective when an aberration (exposure aberration) occurs due to exposure in the stepper. In the present embodiment, a scan type stepper is taken as an example to briefly explain on-axis astigmatism.However, if a pattern on a reticle has directionality even with a normal stepper, diffracted light is distributed non-rotationally symmetrically, On-axis astigmatism may occur. The pattern on the reticle has the characteristic of having edges parallel to the outer shape of the reticle from the characteristics of CAD when designing the circuit pattern. If the x direction is set parallel to the outer shape of the reticle, the direction in which exposure aberration occurs and the x direction And the generated aberration can be suppressed.

【0203】光学素子11,12の各非球面の位置関係
を変えて調整する不図示の駆動機構は、予め投影露光装
置の本体内のCPUに記憶されている軸上非点収差の特
性の設定によって指示され駆動される。駆動量は予め実
験、あるいはシミュレーションによって装置に記憶され
た軸上非点収差の特性から、露光量、レチクルのパター
ン率、露光エネルギー等を用いて補正量を計算し、制御
することができる。また予め入力されている系の特性か
ら計算するのではなくて、投影光学系の特性を計測しな
がら駆動量を制御する方法も適用できる。軸上非点収差
の発生量は露光によるフォーカス変化と相関をもつ特性
があり、露光によるフォーカス変化量をモニタして補正
量を換算し、光学素子11及び/又は光学素子12の駆
動量を算出することも適用できる。
A drive mechanism (not shown) for adjusting the positional relationship between the aspherical surfaces of the optical elements 11 and 12 by setting the characteristics of the axial astigmatism stored in advance in the CPU in the main body of the projection exposure apparatus. Instructed and driven by The amount of drive can be controlled by calculating the amount of correction using the amount of exposure, the reticle pattern ratio, the exposure energy, etc., from the characteristics of the axial astigmatism stored in the apparatus in advance by experiment or simulation. A method of controlling the driving amount while measuring the characteristics of the projection optical system, instead of calculating from the characteristics of the system input in advance, can also be applied. The amount of on-axis astigmatism has a characteristic that correlates with the focus change due to the exposure. The amount of focus change due to the exposure is monitored, the correction amount is converted, and the drive amount of the optical element 11 and / or the optical element 12 is calculated. It is also applicable.

【0204】勿論、直接、非点収差の量を測定して、そ
の値を光学素子11,12の相対位置駆動量にフィード
バックしてもよい。
Of course, the amount of astigmatism may be measured directly and the value may be fed back to the relative position driving amount of the optical elements 11 and 12.

【0205】露光収差としての軸上非点収差の発生量は
時間的に変化するため、光学素子11及び/又は光学素
子12の駆動量も時間的に変化する。
Since the amount of on-axis astigmatism as exposure aberration changes with time, the driving amount of the optical element 11 and / or the optical element 12 also changes with time.

【0206】また、前記実施形態の構成では一方の光学
素子をx方向にずらす方式で説明したが、これ以外に一
方をx方向にδ、もう一方をx方向に−δ移動させても
良い。この様子を図4に示す。
In the above embodiment, one optical element is shifted in the x direction. Alternatively, one optical element may be shifted in the x direction by δ and the other may be shifted by −δ in the x direction. This is shown in FIG.

【0207】即ち fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y) =2a(3δx2 +δ3 )+4bδx+2cδ+d1 −d2 であるから、先程と同様に、 b=c=0 とし、δの高次の項の影響を無視すると、 fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y)≒6ax2 δ
+d1 −d2 となる。
That is, since fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) = 2a (3δx 2 + δ 3 ) + 4bδx + 2cδ + d 1 −d 2 , b = c = 0 and δ of Neglecting the influence of higher-order terms, fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) ≒ 6ax 2 δ
+ D 1 −d 2 .

【0208】従って、仮にずらし量Δ=δとするとパワ
ー変化量は2倍になる。あるいは、同じパワー変化を得
るためには係数(定数)aの値を半分にできる。これは
非球面量を半減することにつながり、形状評価を容易に
する効果をもたらす。更に、同じパワー変化を得るため
にずらし量を半分にできる。これは駆動系に設けるスペ
ースや位置決め精度に有利になる。
Therefore, if the shift amount Δ = δ, the power change amount is doubled. Alternatively, in order to obtain the same power change, the value of the coefficient (constant) a can be halved. This leads to halving the amount of aspherical surface, and has the effect of facilitating shape evaluation. Further, the shift amount can be halved to obtain the same power change. This is advantageous for the space provided in the drive system and the positioning accuracy.

【0209】更に前記実施形態の構成では光学素子の一
面を非球面とする系で説明したが、非球面を両面に設け
ても良い。この様子を図5に示す。この時、光学素子2
1,22の厚みが薄いことを前提とすれば、これまでの
説明で用いた作用効果は単純に加算される。従って、す
べて同一形状の非球面の場合は前述の例と同じ光学的パ
ワーの変化を得るためには係数aの値を半分にできる。
また、当然一方の素子を駆動する方式も両方の素子を互
いに逆方向に駆動する方式でも採用できる。又、1対の
光学素子は互いに同一形状の他に互いに異なった形状の
非球面であっても良い。
Further, in the configuration of the above-described embodiment, a system in which one surface of the optical element is made aspherical has been described. However, an aspherical surface may be provided on both surfaces. This is shown in FIG. At this time, the optical element 2
Assuming that the thicknesses 1 and 22 are thin, the operation and effects used in the above description are simply added. Therefore, in the case of aspherical surfaces having the same shape, the value of the coefficient a can be halved in order to obtain the same change in optical power as in the above-described example.
Naturally, a method of driving one element or a method of driving both elements in opposite directions can be adopted. Further, the pair of optical elements may be aspherical surfaces having different shapes in addition to the same shape.

【0210】当然ではあるが一組の光学素子を多数組用
いても同様の効果が得られる。その一例を図6に示す。
As a matter of course, the same effect can be obtained by using a plurality of sets of optical elements. An example is shown in FIG.

【0211】図7は本発明の実施形態2の要部概略図で
ある。本実施形態では光学手段T1を投影光学系2とウ
エハー3との間の光路中に配置しており、図1の実施形
態1に比べて、光学手段T1の光路中への挿入位置が異
なっており、その他の構成は同じである。
FIG. 7 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the optical unit T1 is disposed in the optical path between the projection optical system 2 and the wafer 3, and the insertion position of the optical unit T1 in the optical path is different from that of the first embodiment in FIG. The other configuration is the same.

【0212】本実施形態では投影光学系2とウエハー3
の間に、これまで説明した、2つの互いに横ずらし
非球面の組み合わせより所望の非球面 (効果)を形成する光学素子を入れて軸上非点収差の補
正を行っている。光学素子自身の作用は実施形態1のと
おりであるが、本実施形態で用いる光学手段は投影光学
系2の瞳面近傍以外でも投影光学系の構成により適宜挿
入する位置を見出し、この位置に設けている。
In this embodiment, the projection optical system 2 and the wafer 3
In the meantime, an optical element that forms a desired aspherical surface (effect) from the combination of the two aspherical surfaces that are laterally shifted as described above is inserted to correct axial astigmatism. The operation of the optical element itself is the same as that of the first embodiment. However, the optical means used in the present embodiment finds a position to be appropriately inserted depending on the configuration of the projection optical system other than near the pupil plane of the projection optical system 2, and is provided at this position. ing.

【0213】光学手段T1の配置として投影光学系2の
瞳面近傍、及び投影光学系2とウエハー3あるいはレチ
クル1との間が好ましい。なぜならば、前記3つの箇所
は収差コントロールの独立性が高く、好適な位置である
からである。しかし投影光学系内の瞳面近傍以外の位置
にも光学手段T1を挿入可能である。
It is preferable that the optical means T1 is disposed near the pupil plane of the projection optical system 2 and between the projection optical system 2 and the wafer 3 or the reticle 1. This is because the three points have high independence of aberration control and are suitable positions. However, the optical means T1 can be inserted at a position other than near the pupil plane in the projection optical system.

【0214】図8は本発明の実施形態3に用いる光学手
段T13のx方向断面とy方向断面の夫々についての要
部概略図である。本実施形態の投影露光装置の光学手段
T13以外の部分は図1又は図7に示す構成を有してい
る。
FIG. 8 is a schematic view of a main part of an optical section T13 used in the third embodiment of the present invention in an x-direction section and a y-direction section. Parts other than the optical unit T13 of the projection exposure apparatus of the present embodiment have the configuration shown in FIG. 1 or FIG.

【0215】本実施形態の光学手段T13は3つの光学
素子21,22,23を有している。これまでの各実施
形態では非点収差の発生する方向がスリットの長手方向
や走査方向と関係があるので、一方向の光学的パワーの
補正のみを考えてきた。しかしながら軸上非点収差だけ
でなく像面湾曲の発生が無視できない場合があるので、
これにも対処するために本実施形態がある。
The optical means T13 of this embodiment has three optical elements 21, 22, 23. In the embodiments described above, since the direction in which astigmatism occurs is related to the longitudinal direction of the slit and the scanning direction, only correction of optical power in one direction has been considered. However, the occurrence of curvature of field as well as axial astigmatism may not be negligible,
This embodiment is provided to deal with this.

【0216】図8に示す光学手段T1はx方向だけでな
く、x方向に直交するy方向にも同じ光学的パワー可変
機能をつけて、x,yの2つの方向の光学的パワーを独
立に制御できるようにすることによって、像面湾曲と軸
上非点収差の双方を補正することができるようにしたも
のである。
The optical means T1 shown in FIG. 8 has the same optical power variable function not only in the x direction but also in the y direction orthogonal to the x direction, so that the optical power in the two directions x and y can be independently controlled. The control allows both the curvature of field and the axial astigmatism to be corrected.

【0217】図8において図の上方にレチクルと投影光
学系があり、図の下方にウエハがある。そして光学素子
21の上の面21aが平面で、光学素子21の下の面2
1bと光学素子22の上の面22aの夫々が互いに対面
する非球面になっており、これらが相互にy方向にずれ
ることで、y方向の光学的パワーを持つ、且つ変えられ
るようになっている。y方向の光学的パワーを制御する
原理は前述の(1a)〜(4a)式で説明したものと同
じで、ただしパラメータのxをyに交換したものとな
る。
In FIG. 8, the reticle and the projection optical system are located above the figure, and the wafer is located below the figure. The upper surface 21 a of the optical element 21 is a flat surface, and the lower surface 2
1b and the surface 22a on the optical element 22 are aspherical surfaces facing each other, and are shifted from each other in the y direction so that they have optical power in the y direction and can be changed. I have. The principle of controlling the optical power in the y direction is the same as that described in the above equations (1a) to (4a), except that the parameter x is replaced with y.

【0218】また光学素子22の下の面22bと光学素
子23の上の面23aの夫々が対面する非球面となって
おり、これらが相互にx方向にずれることで、x方向の
光学的パワーを持つようになっている。x方向の光学的
パワーを制御する原理は前述の(1a)〜(4a)式で
説明したものと同じである。光学素子23の下の面23
bは平面である。光学素子21と22、光学素子22と
23を構成する2種類の非球面のパラメータa,b,c
は同じであってもよいし、また異なっていても良く、パ
ワーを計算する(2a)式に従ってずらし量を制御すれ
ばよい。
The lower surface 22b of the optical element 22 and the upper surface 23a of the optical element 23 are aspherical surfaces facing each other, and these are shifted from each other in the x direction, so that the optical power in the x direction is obtained. To have. The principle of controlling the optical power in the x-direction is the same as that described in the above-mentioned equations (1a) to (4a). Surface 23 below optical element 23
b is a plane. Parameters a, b, and c of the two types of aspherical surfaces constituting the optical elements 21 and 22, and the optical elements 22 and 23
May be the same or different, and the shift amount may be controlled according to the equation (2a) for calculating the power.

【0219】図8のような構成とすることでx方向とy
方向の夫々の光学的パワーを独立に制御することができ
る。x方向とy方向で発生させる光学的パワーの量を、
同じとすれば像面湾曲が補正され、互いに異なった量と
すれば像面湾曲と軸上非点収差が補正され、x方向とy
方向の片一方の光学的パワーのみを発生させれば軸上非
点収差が補正されるという組み合わせとなる。
With the configuration shown in FIG. 8, the x direction and y
The optical power of each of the directions can be controlled independently. The amount of optical power generated in the x and y directions is
If they are the same, the field curvature is corrected, and if the amounts are different from each other, the field curvature and the axial astigmatism are corrected, and the x direction and the y direction are corrected.
By generating only one optical power in one direction, axial astigmatism is corrected.

【0220】図8では光学素子22の上の面22aをy
方向に、下の面22bをx方向の制御に用いたが、光学
素子22を上下2つに分割してx方向の制御とy方向の
制御を固体として完全に分離してもよい。光学素子21
から光学素子23までの相対位置関係の駆動指示につい
てはこれまで説明した例と同一で、予め認識している系
の特性から計算しても、実際に測定したデータから計算
して行ってもよい。制御対象が1次元的なものから2次
元的なものに増えたため、動かし方が少し複雑になるだ
けに過ぎないので、詳しい駆動法についてはここでは説
明を省略する。
In FIG. 8, the upper surface 22a of the optical element 22 is defined as y
Although the lower surface 22b is used for the control in the x direction in the direction, the optical element 22 may be divided into upper and lower two parts to completely separate the control in the x direction and the control in the y direction as a solid. Optical element 21
The driving instruction of the relative positional relationship from to the optical element 23 is the same as in the example described above, and may be calculated from the characteristics of the system that is recognized in advance or calculated from the actually measured data. . Since the number of controlled objects has increased from one-dimensional to two-dimensional, the way of movement is only a little complicated, and a detailed driving method will not be described here.

【0221】以上の実施形態1,2,3では軸上非点、
あるいは像面湾曲を補正する際、ベストフォーカスの設
定値が微小量変化したりするが、非球面光学素子の駆動
量からその変化量が計算でき、既知量となるので、半導
体投影露光装置内のCPUで変化量を求めて、投影光学
系の光軸方向に関するウエハ面位置の制御値に反映させ
れば問題がない。その他の光学性能、例えば倍率への影
響も同様に非球面の駆動量から計算できる量なので同様
に補正可能である。
In the first, second, and third embodiments, on-axis astigmatism,
Alternatively, when correcting the curvature of field, the set value of the best focus changes by a very small amount, but the amount of change can be calculated from the driving amount of the aspherical optical element and becomes a known amount. There is no problem if the change amount is obtained by the CPU and reflected on the control value of the wafer surface position in the optical axis direction of the projection optical system. Similarly, the influence on other optical performance, for example, the magnification, can be similarly corrected because it is an amount that can be calculated from the driving amount of the aspherical surface.

【0222】本発明の光学手段の導入による他の光学性
能への影響をほとんど無視しうるくらい小さく抑えるこ
とができるのは前述のとおりである。一方、例えば軸上
非点収差を発生させたときに非回転対称な倍率の発生の
可能性があるが、スキャンタイプのステッパーでは非回
転対称な倍率、即ち走査方向とスリット長手方向の倍率
差を補正できるため問題がない。
As described above, the influence of the optical means of the present invention on other optical performances can be suppressed to almost negligible. On the other hand, for example, when on-axis astigmatism is generated, there is a possibility that a non-rotationally symmetric magnification may occur.However, in a scan type stepper, a non-rotationally symmetric magnification, that is, a magnification difference between the scanning direction and the slit longitudinal direction is determined. There is no problem because it can be corrected.

【0223】又、通常のステッパーでは後述の非回転対
称倍率補正機能を付加し、作用させれば問題はない。
In a normal stepper, there is no problem if a non-rotationally symmetric magnification correction function described later is added and operated.

【0224】以上の実施形態1,2,3の投影露光装置
は、投入エネルギーによらず、安定した所定の性能を発
揮できることになり、投影露光装置の信頼性が向上する
とともに、投入エネルギーの制約の向上にともなってス
ループットが向上し、半導体チップのコスト削減に大き
く寄与する。又発生量が可変であることより、種々の変
動にも対応できるため、汎用性に富み、非球面量が小さ
いために他の光学性能に対する影響を無視できる値に抑
えることができる。また系の構成によっては軸上非点収
差に加えて像面湾曲を制御できることも大きな利点とな
っている。
The projection exposure apparatuses of the first, second, and third embodiments can exhibit a stable predetermined performance regardless of the input energy, thereby improving the reliability of the projection exposure apparatus and restricting the input energy. As a result, the throughput is improved and the cost of the semiconductor chip is greatly reduced. Further, since the amount of generation is variable, it can cope with various fluctuations, so that it is versatile, and since the amount of aspherical surface is small, the influence on other optical performance can be suppressed to a negligible value. Also, depending on the configuration of the system, it is a great advantage that the curvature of field can be controlled in addition to the axial astigmatism.

【0225】図9は本発明の投影露光装置の実施形態4
の要部概略図である。本実施形態は通常のステッパー又
はスキャンタイプのステッパーである投影露光装置に適
用した場合を示している。
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention.
FIG. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a projection exposure apparatus which is a normal stepper or a scan type stepper.

【0226】同図において4は露光照明系であり、第1
物体としてのレチクル1を照明している。露光照明系4
は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)又はK
rFエキシマレーザー(波長248nm)又はg線(4
36nm)やi線(波長365nm)を発するランプの
いずれか1つの光源と公知の光学系等から構成されてい
る。
In the figure, reference numeral 4 denotes an exposure illumination system,
The reticle 1 as an object is illuminated. Exposure illumination system 4
Is an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or K
rF excimer laser (wavelength 248 nm) or g-line (4
36 nm) or a lamp that emits i-rays (wavelength 365 nm) and a known optical system.

【0227】1は第1物体としてのレチクルである。2
は屈折型又はカタジオプトリック型の投影光学系であ
り、露光照明系4によって照明されたレチクル1の回路
パターンを第2物体としてのウエハー(基板)3に投影
している。
Reference numeral 1 denotes a reticle as a first object. 2
Denotes a refraction or catadioptric projection optical system, which projects the circuit pattern of the reticle 1 illuminated by the exposure illumination system 4 onto a wafer (substrate) 3 as a second object.

【0228】T2は光軸に関して回転対称又は非回転対
称な倍率を制御する機能を有する光学手段であり、後述
するように非球面を有する2つの光学素子31,32と
を有している。光学手段T2はレチクル1と投影光学系
2の間の光路中に配置している。5はウエハーホルダー
であり、ウエハー3を保持している。6はウエハーステ
ージであり、ウエハーホルダー5を載置しており、xy
z駆動及びθ駆動、チルト駆動等を行っている。
T2 is an optical means having a function of controlling a magnification which is rotationally symmetric or non-rotationally symmetric with respect to the optical axis, and has two optical elements 31 and 32 having aspherical surfaces as described later. The optical means T2 is arranged in the optical path between the reticle 1 and the projection optical system 2. Reference numeral 5 denotes a wafer holder, which holds the wafer 3. Reference numeral 6 denotes a wafer stage on which the wafer holder 5 is mounted, and xy
It performs z drive, θ drive, tilt drive, and the like.

【0229】7は干渉用ミラーであり、ウエハーステー
ジ6の位置を不図示の干渉計でモニターするためのもの
である。干渉計ミラー7と干渉計から得られる信号を用
いて不図示のウエハーステージ駆動制御系によりウエハ
ー3を所定の位置に位置決めし、この状態で投影露光を
行っている。
Reference numeral 7 denotes an interference mirror for monitoring the position of the wafer stage 6 with an interferometer (not shown). The wafer 3 is positioned at a predetermined position by a wafer stage drive control system (not shown) using the interferometer mirror 7 and signals obtained from the interferometer, and projection exposure is performed in this state.

【0230】本実施形態がスキャンタイプのステッパー
であるときはレチクル1を載置しているレチクルステー
ジ(不図示)とウエハーステージ6とを投影光学系2の
結像倍率に応じた速度比で光学系2の光軸と直交する方
向へ駆動することによって走査露光を行う。
When the present embodiment is a scan type stepper, the reticle stage (not shown) on which the reticle 1 is mounted and the wafer stage 6 are optically controlled at a speed ratio corresponding to the imaging magnification of the projection optical system 2. Scanning exposure is performed by driving in a direction orthogonal to the optical axis of the system 2.

【0231】本実施形態は、光学手段T2を光路中に設
けているのが通常のステッパー又は走査型のステッパー
と異なっており、その他の構成は基本的に同じである。
This embodiment is different from a normal stepper or a scanning stepper in that the optical means T2 is provided in the optical path, and the other structure is basically the same.

【0232】一般に投影系の結像倍率を制御する為の制
御方法としては投影系内の光学素子を光軸方向に移動さ
せる手法、投影系の一部の密封空間内の圧力を制御する
方法等が知られており、これらはいずれも本実施形態に
適用することができる。
Generally, as a control method for controlling the imaging magnification of the projection system, a method of moving an optical element in the projection system in the optical axis direction, a method of controlling a pressure in a sealed space of a part of the projection system, and the like. Are known, and any of these can be applied to the present embodiment.

【0233】しかしながらこれらの手法は光軸に対し回
転対称な倍率を制御するものであり、アナモルフィック
な倍率への補正、即ちそれぞれが光軸に対し直交し、且
つ互いに直交する2つの軸であるx軸とy軸の夫々の方
向の倍率を互いに異なる値に制御することはできない。
However, these methods control a magnification that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and correct the magnification to an anamorphic magnification, that is, with two axes that are each orthogonal to the optical axis and orthogonal to each other. It is not possible to control the magnification in each direction of a certain x-axis and y-axis to different values.

【0234】実際に半導体素子を製造するときには、ア
ナモルフィックな倍率がウエハー自身に引き起こされる
ことが確認されている。複雑なものでは優に20を越え
るウエハーの製造工程では成膜や拡散などの高熱工程が
繰り返される。一方でそのような高熱工程の前には露光
によるパターニングが行われる。半導体素子で形成され
るパターンは工程毎に必ずしも等方的なものではなく、
例えばビット線工程であればx方向の線ばかり、ワード
線工程であればy方向の線ばかり、というようにある特
定の方向に片寄った構成となる場合が多い。
It has been confirmed that when actually manufacturing a semiconductor device, an anamorphic magnification is caused in the wafer itself. In the case of complex wafers, in the process of manufacturing more than 20 wafers, high heat processes such as film formation and diffusion are repeated. On the other hand, patterning by exposure is performed before such a high heat process. The pattern formed by the semiconductor element is not always isotropic for each process,
For example, there are many cases where the configuration is biased in a specific direction, such as only lines in the x direction in the bit line process and only lines in the y direction in the word line process.

【0235】このような方向性は半導体素子を設計する
際のCADが、x,y座標をベースにしていること、ま
た半導体素子自体が繰り返しパターンを多く必要とする
ため工程毎に構成する線の方向が片寄ってしまうことな
どによる。従ってでき上がった半導体素子はx方向とy
方向の線が同じくらい使われていたとしても、製造途中
の個々の工程のレベルでは方向性が顕著に現われること
があり、パターニングのあとに行われる高熱工程での伸
びは当然パターンの方向性に従った異方性を持つ。これ
が本実施形態の技術的な背景となっている。
Such a directionality is based on the fact that CAD in designing a semiconductor device is based on x, y coordinates, and the semiconductor device itself requires a large number of repetitive patterns. This is because the direction is offset. Therefore, the completed semiconductor device has the x direction and the y direction.
Even if the directional lines are used as much, the directionality may appear remarkably at the level of individual processes during manufacturing, and the elongation in the high heat process performed after patterning naturally depends on the directionality of the pattern. It has a corresponding anisotropy. This is the technical background of the present embodiment.

【0236】ウエハーにおける異方性を持つ伸縮は投影
露光装置側の位置検出センサのアライメント検出機能を
用いて決定することができる。このときの伸縮の検出は
アライメント過程の中で、あらかじめウエハー側に設け
ておいたアライメント専用マークを投影露光装置側の位
置検出センサで読み取ることで行う。
The anisotropic expansion and contraction of the wafer can be determined using the alignment detection function of the position detection sensor on the projection exposure apparatus side. Detection of expansion and contraction at this time is performed by reading a mark dedicated to alignment provided in advance on the wafer side by a position detection sensor on the projection exposure apparatus side in the alignment process.

【0237】ウエハーの異方性の検出はグローバルアラ
イメントとダイバイダイアライメントなど公知の全ての
アライメント方法が適用できる。グローバルアライメン
トの場合はウエハー全体での伸縮が各ショットの伸びと
一致するという計算方式を用いると良い。
For the detection of wafer anisotropy, all known alignment methods such as global alignment and die-by-die alignment can be applied. In the case of global alignment, it is preferable to use a calculation method in which the expansion and contraction of the entire wafer coincides with the expansion of each shot.

【0238】発明者の分析によれば実際に引き起こされ
る熱によるウエハーの異方性は極めて小さな量であるこ
とが判明した。ウエハーの平均的伸縮、即ちx方向とy
方向の伸縮の平均値は10ppm前後にまで達する。こ
のなかで異方性の占める割合は工程にもよるが最大10
%から20%程度で、2ppm前後である。従って、ウ
エハー自身の非回転対称な倍率の補正は後述する光学系
その他の誤差要因を考えると5ppm位までの値を制御
することが必要とされる。
According to the analysis of the inventor, it was found that the anisotropy of the wafer due to the heat actually caused was extremely small. Average expansion and contraction of the wafer, ie x and y
The average value of the expansion and contraction in the direction reaches around 10 ppm. The proportion of the anisotropy among them depends on the process, but is up to 10%.
% To about 20%, which is around 2 ppm. Therefore, in order to correct the non-rotationally symmetric magnification of the wafer itself, it is necessary to control a value up to about 5 ppm in consideration of an optical system and other error factors described later.

【0239】ウエハーの非回転対称成分(倍率)を誘う
2ppm程度の異方性伸縮量は今まで問題とされない値
であったが、画面サイズの大型化と、対称線幅の微細化
によって新たな問題として浮かび上がってきている。
The anisotropic expansion and contraction amount of about 2 ppm, which induces a non-rotationally symmetric component (magnification) of the wafer, has not been a problem so far. However, a larger screen size and a finer symmetrical line width have caused a new problem. It is emerging as a problem.

【0240】次に本実施形態に係るウエハーの異方性
(伸縮)を修正するための光学手段の具体的な構成につ
いて説明する。本実施形態では2枚組の光学素子を用い
た光学手段を利用して投影光学系に回転対称又は非回転
対称な異方性の結像倍率を発生させることを特徴として
いる。
Next, a specific configuration of the optical means for correcting the anisotropy (expansion and contraction) of the wafer according to the present embodiment will be described. The present embodiment is characterized in that a projection optical system is provided with a rotationally symmetric or non-rotationally symmetric anisotropic imaging magnification by using optical means using a pair of optical elements.

【0241】図9の実施形態4における投影露光装置
は、このような光軸に関して非回転対称な結像倍率を光
学手段T2を用いて補正している。特に本実施形態では
投影光学系2の最もレチクル1側に近いところまたはそ
の等価な位置に2枚組の非球面を持った光学素子より成
る光学手段T2を挿入し、該光学素子の光軸と直交する
方向についての位置関係を変更し、調整することによっ
て光軸に関し非回転対称な倍率を補正している。
The projection exposure apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 9 corrects such a non-rotationally symmetric imaging magnification with respect to the optical axis using the optical means T2. In particular, in this embodiment, an optical means T2 composed of two sets of aspherical optical elements is inserted at a position closest to the reticle 1 side of the projection optical system 2 or at an equivalent position thereof, and the optical axis of the optical element is By changing and adjusting the positional relationship in the orthogonal direction, the magnification that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis is corrected.

【0242】さらに本実施形態では倍率を独立に制御で
きる2つの方向を半導体素子パターンをCAD上で設計
するときに用いるX方向およびY方向に一致させること
で、実際の半導体素子製造時に起きる非対称な倍率の動
きにマッチした光学系の制御を行うことを容易としてい
る。
Further, in the present embodiment, the two directions in which the magnification can be controlled independently are made coincident with the X direction and the Y direction used when designing the semiconductor element pattern on CAD, so that the asymmetrical pattern that occurs during the actual manufacture of the semiconductor element is obtained. It is easy to control the optical system that matches the movement of the magnification.

【0243】次に図9の実施形態4で用いた光学手段T
2の構成について説明する。図10は本実施形態で用い
た光軸に関して非回転対称な所望の倍率を供給する機能
を有した光学手段T2の要部断面概略図である。同図に
おいて互いに向かい合って配置されている2つの光学素
子31と32は外側の面31a,32aが平面であり、
向き合っている面31b,32bが、図示する状態で互
いに重ね合わせた時に一致するような同一の非球面形状
を持っている。
Next, the optical means T used in Embodiment 4 of FIG.
2 will be described. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a main part of an optical unit T2 having a function of supplying a desired magnification that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis used in the present embodiment. In the figure, two optical elements 31 and 32 arranged facing each other have flat outer surfaces 31a and 32a,
The facing surfaces 31b and 32b have the same aspherical shape that coincides when they are superimposed on each other in the state shown in the figure.

【0244】図中光軸Aに直交する形でx,y軸を取
り、互いに向かい合っている非球面の形状として、光学
素子31の非球面形状をfa(x,y)、光学素子32
の非球面形状をfb(x,y)とすると、両者の非球面
形状は定数項だけ異なるxの同一の3次式で与えられ
る。即ち fa(x,y)=ax3 +bx2 +cx+d1 fb(x,y)=ax3 +bx2 +cx+d2 ‥‥(1b) となる。
In the figure, the x and y axes are taken in a form perpendicular to the optical axis A, and the aspherical shape of the optical element 31 is fa (x, y) and the optical element 32 is
Let fb (x, y) be the aspherical shape of, and both aspherical shapes are given by the same cubic expression of x that differs by a constant term. That is, fa (x, y) = ax 3 + bx 2 + cx + d 1 fb (x, y) = ax 3 + bx 2 + cx + d 2 ‥‥ (1b)

【0245】(1b)式でy項が無いのは光学系に対し
xの方向にのみ光学的なパワー(有限の焦点距離)を与
えるためである。光学素子31,32はx方向に関する
相対位置をずらすことによって用いられるが、このよう
な横ずらしによって光学手段T2に光学的なパワーを発
生させるため、非球面の形状としてはxの3次の項まで
用いている。
There is no y-term in the expression (1b) because optical power (finite focal length) is given to the optical system only in the x direction. The optical elements 31 and 32 are used by shifting their relative positions in the x direction. However, since such lateral shift generates optical power in the optical unit T2, the aspherical shape has a third-order term of x. Used up to.

【0246】初期状態においては非球面形状fa(x,
y)は非球面形状fb(x,y)と凹凸が完全に一致す
るため、光学素子31と光学素子32より成る光学手段
T2は光学的パワーを有さず平行平面板としての働きを
するに過ぎない。光学素子31と光学素子32の間の光
軸A方向の距離間隔は小さいほどよく、例えば100μ
m程度の値が典型的である。
In the initial state, the aspherical shape fa (x,
Since y) has an aspherical surface shape fb (x, y) and the irregularities completely coincide with each other, the optical means T2 including the optical element 31 and the optical element 32 has no optical power and functions as a parallel plane plate. Not just. The smaller the distance between the optical element 31 and the optical element 32 in the direction of the optical axis A, the better.
A value of the order of m is typical.

【0247】ここで光学素子31をΔだけx方向に動か
した場合を想定する。このときの影響はa,b,cを定
数とすると fa(x+Δ,y)−fb(x,y) =3aΔx2 +2bΔx+cΔ+(d1 −d2 ) +3aΔ2 x+bΔ2 +aΔ3 ‥‥(2b) となる。
Here, it is assumed that the optical element 31 is moved by Δ in the x direction. The effect at this time is as follows: when a, b, and c are constants, fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 3aΔx 2 + 2bΔx + cΔ + (d 1 −d 2 ) + 3aΔ 2 x + bΔ 2 + aΔ 3 ‥‥ (2b) Become.

【0248】ここでΔの高次の項は移動量が小さいとし
て無視し、 b=c=0 ‥‥(3b) とすると、(2b)式は簡単となって、 fa(x+Δ,y)−fb(x,y)=3aΔx2 +(d1 −d2 ) ‥‥(4b) となる。
Here, the higher-order term of Δ is ignored because the movement amount is small, and b = c = 0 ‥‥ (3b), the equation (2b) is simplified, and fa (x + Δ, y) − fb (x, y) = 3aΔx 2 + (d 1 −d 2 ) ‥‥ (4b)

【0249】(4b)式がx2 の項を持っていることが
本実施形態の根幹である。このため横ずらし量Δによっ
て光学素子31,32はx方向にのみ光学的パワーを持
つ光学素子となり、しかもその光学的パワーを横ずらし
量Δを変えることによって自由に変えることが可能であ
る。
[0249] It Expression (4b) has the term x 2 is a basis of the present embodiment. Therefore, the optical elements 31 and 32 become optical elements having optical power only in the x direction by the lateral shift amount Δ, and the optical power can be freely changed by changing the lateral shift amount Δ.

【0250】横ずらしして差分をとるという作業は微分
そのものなので、非球面の形状として3次を入れてお
き、微分の効果でパワーを与える2次の成分を出してい
るのが光学素子31,32の作用である。
Since the operation of laterally shifting and obtaining the difference is a differentiation itself, a third-order component is provided as the shape of the aspherical surface, and a second-order component which gives power by the effect of the differentiation is output from the optical element 31, 32.

【0251】本実施形態では簡単のため(3b)式でb
=c=0とした。又(2b)式の2bΔxの項はシフト
分に相当する。Δはパワーを制御する目的から既知の量
となるため、シフト分については補正を行うことができ
る。具体的にシフトが問題となるのはアライメントを行
うときである。ペアの光学素子31,32の相対位置を
変化させた結果生じるシフトを逆補正するようにステー
ジに指令を与えれば、この問題は回避される。
In this embodiment, for simplicity, b
= C = 0. The term 2bΔx in the equation (2b) corresponds to the shift. Since Δ is a known amount for the purpose of controlling the power, the shift can be corrected. Specifically, the shift becomes a problem when performing alignment. This problem can be avoided by giving a command to the stage to reversely correct the shift resulting from changing the relative position of the pair of optical elements 31 and 32.

【0252】また定数cの項に適当な値を与えれば非球
面の平面からのずれの絶対値を与えることも効果的であ
る。実際には非球面量の値を小さく抑えるために定数b
はゼロとし、定数cに定数aと逆符号の値を与えること
が好ましい。また前述の理由でC=0としても構わな
い。
If an appropriate value is given to the term of the constant c, it is also effective to give the absolute value of the deviation from the plane of the aspherical surface. In practice, the constant b is used to keep the value of the aspheric amount small.
Is preferably zero, and the constant c is given a value opposite to the constant a. Further, C = 0 may be set for the above-described reason.

【0253】一般に倍率が2ppm前後の小さな値を補
正するために要求される非球面の量の絶対値は非常に小
さい。実際に有効な量は光学素子31,32を置く位置
にもよるが、ニュートン縞で数本のところである。代表
的な例として仮にパワー成分として発生させる量を数本
ということで1μmとし、レンズの径を200mm、こ
のときのずらし量Δを5mmとすると(4b)式より 3a×5×100×100=0.001 となり、 a=6.7×10-9 という値が得られる。100は径が200mmなのでそ
の半径の値を示しているが、仮にb=c=0とすると、
(1b)式で非球面の量は 6.7×10-9×100×100×100=6.7×10-3 という値となり、±6.7μmの非球面量を光学素子3
1,32が持っている。平面からのずれの実際量を小さ
くするにはこれに定数cの項を加えるとよい。100m
mのところで6.7μmの値を与える定数cの値は6.
7×10-5なので、定数aと定数cを逆符号として c=−6.7×10-5 とすると非球面量の平面からのずれは±2.6μmにま
で減少させることができる。
In general, the absolute value of the amount of aspherical surface required to correct a small value having a magnification of about 2 ppm is very small. The actually effective amount depends on the position where the optical elements 31 and 32 are placed, but is a few Newton fringes. As a typical example, suppose that the amount to be generated as a power component is several lines, 1 μm, the diameter of the lens is 200 mm, and the shift amount Δ at this time is 5 mm. From the equation (4b), 3a × 5 × 100 × 100 = 0.001 and a value of a = 6.7 × 10 −9 is obtained. Since 100 has a diameter of 200 mm, the value of the radius is shown. Assuming that b = c = 0,
In the equation (1b), the amount of the aspherical surface is 6.7 × 10 −9 × 100 × 100 × 100 = 6.7 × 10 −3 , and the amount of the aspherical surface of ± 6.7 μm is set to the optical element 3.
1, 32 have. In order to reduce the actual amount of deviation from the plane, a term of the constant c may be added to this. 100m
The value of the constant c giving a value of 6.7 μm at m is 6.6.
Since it is 7 × 10 −5 , if c = −6.7 × 10 −5 when the constants a and c are opposite signs, the deviation of the aspheric amount from the plane can be reduced to ± 2.6 μm.

【0254】図10は定数cがゼロのときの非球面の形
状、図11は定数cに上記の値を入れたときの形状であ
る。200mmの径のなかで非球面がこのくらいの緩や
かな形状をしており、しかも光学素子31,32が互い
に補いあう形(相補形)をしているため、光学素子31
と光学素子32の相対位置の変化による収差の発生量は
ほとんど他の光学性能に影響を与えず、倍率のみを微小
修正することができる。
FIG. 10 shows the shape of the aspherical surface when the constant c is zero, and FIG. 11 shows the shape when the above value is inserted into the constant c. Since the aspherical surface has such a gentle shape within the diameter of 200 mm, and the optical elements 31 and 32 are complementary (complementary) to each other, the optical element 31
The amount of aberration caused by the change in the relative position of the optical element 32 and the optical element 32 hardly affects other optical performances, and only the magnification can be finely corrected.

【0255】また、前記実施形態4の構成では一方の光
学素子をx方向に横ずらす方式で説明したが、これ以外
に一方をx方向にδ、もう一方をx方向に−δ移動させ
ても良い。この様子を図12に示す。即ち、 fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y) =2a(3δx2 +δ3 )+4bδx+2cδ+d1 −d2 であるから、先程と同様に、 b=c=0 とし、δの高次の項の影響を無視すると fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y)≒6ax2 δ
+d1 −d2 となる。
In the configuration of the fourth embodiment, one optical element has been described as being shifted laterally in the x direction. Alternatively, one optical element may be shifted in the x direction by δ and the other optical element may be shifted in the x direction by −δ. good. This is shown in FIG. That is, since fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) = 2a (3δx 2 + δ 3 ) + 4bδx + 2cδ + d 1 −d 2 , b = c = 0 and the higher order of δ Neglecting the effect of the term, fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) ≒ 6ax 2 δ
+ D 1 −d 2 .

【0256】従って、仮にずらし量Δ=δとすると光学
的パワー変化量は2倍になる。あるいは、Δ=δとする
と同じ光学的パワー変化を得るためには係数(定数)a
の値を半分にできる。これは非球面量を半減することに
つながり、形状評価を容易にする効果をもたらす。更に
Δ=δとすると同じ光学的パワー変化を得るためにずら
し量を半分にできる。これは駆動系に設けるスペースや
位置決め精度に有利になる。
Therefore, if the shift amount Δ = δ, the optical power change amount is doubled. Alternatively, in order to obtain the same optical power change when Δ = δ, a coefficient (constant) a
Can be halved. This leads to halving the amount of aspherical surface, and has the effect of facilitating shape evaluation. Further, if Δ = δ, the shift amount can be halved to obtain the same optical power change. This is advantageous for the space provided in the drive system and the positioning accuracy.

【0257】実際にはこの実施例では±方向にずれるこ
とで相対ずれ量が2倍になった効果で非球面量が半減す
る。
Actually, in this embodiment, the amount of aspherical surface is reduced to half by the effect of doubling the relative amount of displacement by shifting in the ± direction.

【0258】更に前記実施形態4の構成では光学素子の
一面を非球面とする系で説明したが、非球面を両面に設
けても良い。この様子を図13に示す。この時、光学素
子31,32の厚みが薄い前提とすれば、これまでの説
明で用いた作用効果は単純に加算される。従って全て同
一形状の場合は前述の例と同じ光学的パワーの変化を得
るためには係数aの値を半分にできる。また、当然一方
を駆動する方式も両方を逆方向に駆動する方式でも採用
できる。
Further, in the configuration of the fourth embodiment, the system in which one surface of the optical element is made aspherical has been described. However, an aspherical surface may be provided on both surfaces. This is shown in FIG. At this time, assuming that the thicknesses of the optical elements 31 and 32 are small, the functions and effects used in the above description are simply added. Therefore, in the case of all the same shapes, the value of the coefficient a can be halved in order to obtain the same change in optical power as in the above example. Naturally, a method of driving one of them or a method of driving both in the opposite direction can be adopted.

【0259】尚、当然ではあるが一組の光学素子を多数
組用いても同様の効果が得られる。その一例をして図1
4に示す。
Incidentally, it goes without saying that the same effect can be obtained by using a large number of sets of optical elements. Figure 1 shows an example
It is shown in FIG.

【0260】x方向とy方向の倍率の差はウエハーのプ
ロセスによるもののほかにも、複数の装置間のディスト
ーションマッチング、複数の露光モードでのディストー
ションマッチング、あるいはレチクル作成の誤差の補正
などに用いることもできる。この場合の倍率の非回転対
称(異方性)の補正量も数ppmで、該補正量は露光装
置にマニュアルで入力する等の手段でデータがパラメー
タ設定され、該設定されたパラメータに基づいて光学素
子31,32の相対位置が不図示の駆動機構により調整
され、装置の設定が行われる。勿論パラメータのセッテ
ィングは自動計測による値から直接、露光装置側に入力
することもできる。
The difference between the magnification in the x direction and the magnification in the y direction may be used not only for the wafer process but also for distortion matching between a plurality of apparatuses, distortion matching in a plurality of exposure modes, or correction of an error in reticle creation. Can also. In this case, the amount of non-rotationally symmetric (anisotropic) correction of the magnification is also a few ppm, and the amount of correction is manually set in the exposure apparatus, for example, data is set as a parameter, and based on the set parameter. The relative positions of the optical elements 31 and 32 are adjusted by a drive mechanism (not shown), and setting of the device is performed. Of course, parameter settings can also be input directly to the exposure apparatus from values obtained by automatic measurement.

【0261】半導体素子の回路設計がCADでXY座標
系で行われることから、これまで説明してきた光軸に直
交するx方向とy方向はCADのx方向とy方向と合致
することが望ましい。
Since the circuit design of the semiconductor element is performed by CAD in the XY coordinate system, it is desirable that the x direction and the y direction orthogonal to the optical axis described above match the x direction and the y direction of the CAD.

【0262】一般にx方向とy方向はレチクルの端面の
方向と一致しているため、光学素子31と32のx,y
方向がレチクルの端面の縦横の辺方向と一致する。この
x,y方向はステージ6の移動するxy方向と一致し、
グローバルアライメントを行うときに求められるx倍
率,y倍率と対応をとることができる。
In general, the x direction and the y direction coincide with the direction of the end face of the reticle.
The direction coincides with the vertical and horizontal side directions of the end face of the reticle. The x and y directions coincide with the xy directions in which the stage 6 moves,
It is possible to correspond to the x magnification and y magnification required when performing global alignment.

【0263】グローバルアライメントのときのイントラ
ショット成分は前述のようにウエハーの伸縮がショット
の伸縮と同一であるという計算で補正する。この仮定は
ウエハー全体の伸縮率がウエハー内で一定である、即ち
良いリニアリティが保たれているという事実に基づくも
ので、良い補正結果をもたらすことが確認されている。
The intra-shot component at the time of global alignment is corrected by the calculation that the expansion and contraction of the wafer is the same as the expansion and contraction of the shot as described above. This assumption is based on the fact that the expansion ratio of the entire wafer is constant within the wafer, that is, good linearity is maintained, and it has been confirmed that a good correction result is obtained.

【0264】実際、グローバルアライメントで、x方向
にsppm、y方向にtppmの伸びが観測された場合
には投影光学系が本来持っている公知手段による回転対
称な倍率補正手段でtppmを補正し、非回転対称な倍
率補正ができるx方向について光学素子31を駆動する
ことで(s−t)ppmを補正するか、または投影光学
系が本来持っている対称な倍率補正手段でsppmを補
正し、非対称な補正ができるx方向について光学素子3
1を駆動することで(t−s)ppmを補正すれば良
い。
In fact, in the global alignment, when the expansion of sppm in the x direction and the expansion of tppm in the y direction are observed, the tppm is corrected by the rotationally symmetric magnification correcting means based on the known means inherent in the projection optical system. Driving the optical element 31 in the x direction in which non-rotationally symmetric magnification correction can be performed, (st) ppm is corrected, or sppm is corrected by the symmetric magnification correction means inherent to the projection optical system, The optical element 3 in the x direction that can perform asymmetric correction
By driving 1, it is sufficient to correct (ts) ppm.

【0265】ここでは非回転対称な倍率(成分)の補正
を非球面を有する光学素子を用いて光学素子の位置を可
変にしながら制御しており、本実施形態は高機能を要求
される半導体素子製造用の投影露光装置のさらなる高機
能化に寄与するところが大きい。
Here, the correction of the non-rotationally symmetric magnification (component) is controlled while changing the position of the optical element using an optical element having an aspherical surface. This greatly contributes to further enhancement of the functions of the projection exposure apparatus for manufacturing.

【0266】本実施形態においては2つの非球面を有す
る光学素子をずらした差から所望の光学性能を発生させ
るため、もとの非球面の量、即ち光学素子31,32自
体の非球面量は得たい最終形(ずらした差分)よりも一
桁近く大きい値となる。上記の例でいえば1μmの値を
得るために、6.7μmの非球面が必要とされる。これ
に傾きの最適化を行って2.6μmまで小さくすること
で干渉計の高精度な測定域に入ってくるというのが本実
施形態を適用するに当たってのキーポイントである。非
球面の製作に当たっては面が所望する形状に正確に加工
されたかを計測できるかというのが重要であるが、本実
施形態程度の量に抑えることができれば現行の技術で充
分である。
In the present embodiment, in order to generate desired optical performance from the difference between the optical elements having two aspherical surfaces, the amount of the original aspherical surface, that is, the aspherical amount of the optical elements 31 and 32 themselves is The value is almost one digit larger than the desired final shape (shifted difference). In the above example, to obtain a value of 1 μm, an aspheric surface of 6.7 μm is required. The key point in applying the present embodiment is that the inclination is optimized to reduce the diameter to 2.6 μm, thereby entering the highly accurate measurement range of the interferometer. When manufacturing an aspherical surface, it is important to be able to measure whether or not the surface has been accurately processed into a desired shape. However, if the amount can be reduced to the extent of the present embodiment, the current technology is sufficient.

【0267】本実施形態で使用した非球面を有する光学
素子を駆動する指令は前述のように実際のウエハーの計
測値に基づいても、マニュアルでも良い。補正はマニュ
アルの場合はすぐに、またグローバルアライメント時に
は計測が終了して補正量が計算され露光動作に入る直前
に、露光装置全体を制御するCPUから駆動機構に指示
が出て行われる。
The command to drive the optical element having an aspherical surface used in the present embodiment may be based on the actual measured value of the wafer as described above or may be manual. Correction is performed immediately in the case of a manual operation, or immediately after the measurement is completed and the correction amount is calculated in the global alignment, and immediately before the exposure operation is started, by an instruction from the CPU controlling the entire exposure apparatus to the drive mechanism.

【0268】図15は本発明の実施形態5の要部概略図
である。本実施形態では光軸に対して非回転対称な倍率
を補正する機能を有する光学手段T2を投影光学系2と
ウエハー3との間の光路中に配置しており、図9の実施
形態4に比べて、光学手段T2の光路中への挿入位置が
異なっており、その他の構成は基本的に同じである。
FIG. 15 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, an optical unit T2 having a function of correcting a magnification that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis is disposed in the optical path between the projection optical system 2 and the wafer 3, and is different from the fourth embodiment in FIG. In comparison, the insertion position of the optical means T2 into the optical path is different, and the other configuration is basically the same.

【0269】それぞれが非球面を有する一対の光学素子
より成る光学手段はこのように種々の場所に入れること
ができるが、挿入位置によっては倍率の補正範囲に制限
が加わる場合があるので、これを考慮して挿入位置を決
める。
The optical means comprising a pair of optical elements each having an aspherical surface can be placed in various places as described above. However, depending on the insertion position, there are cases where the correction range of the magnification is restricted. Determine the insertion position taking into account.

【0270】以上の実施形態4,5では、半導体プロセ
スに起因した伸縮、装置間のディストーションマッチン
グ、レチクル作成誤差等、投影系の光軸に対して非回転
対称な倍率(成分)を調整できるため、半導体素子を作
成する際のオーバーレイ精度が格段に向上する。256
MDRAMあるいはそれ以降の微細加工時には解像力よ
りもむしろ位置合わせ精度が制約になるという予測もあ
る中で、従来は補正できない成分として残存していた非
回転対称成分を補正できるため、本実施形態の効果は非
常に大きい。
In the fourth and fifth embodiments, the magnification (component) that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis of the projection system can be adjusted, such as expansion and contraction due to the semiconductor process, distortion matching between apparatuses, and reticle creation error. In addition, the overlay accuracy when producing a semiconductor device is significantly improved. 256
It is predicted that the alignment accuracy rather than the resolving power will be limited at the time of the fine processing of the MDRAM or later. However, since the non-rotationally symmetric component which remains as the uncorrectable component can be corrected, the effect of the present embodiment is obtained. Is very large.

【0271】また倍率の補正量が可変であることより、
種々の変動にも対応できるため、汎用性に富み、非球面
量が小さいために、他の性能に対する影響を無視できる
値に抑えたまま倍率のみを制御できるという大きな利点
がある。
Also, since the magnification correction amount is variable,
Since it is possible to cope with various fluctuations, it is rich in versatility and the amount of aspherical surface is small. Therefore, there is a great advantage that only the magnification can be controlled while suppressing the influence on other performances to a negligible value.

【0272】図16は本発明の投影露光装置の実施形態
6の要部概略図である。本実施形態は通常のステッパー
又はスキャンタイプのステッパーである投影露光装置に
適用した場合を示している。
FIG. 16 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a projection exposure apparatus which is a normal stepper or a scan type stepper.

【0273】同図において4は露光照明系であり、第1
物体としてのレチクル1を照明している。露光照明系4
は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)又はK
rFエキシマレーザー(波長248nm)又はg線(4
36nm)やi線(波長365nm)を発するランプの
うちのいずれか1つの光源と公知の光学系等から構成さ
れている。
In the figure, reference numeral 4 denotes an exposure illumination system,
The reticle 1 as an object is illuminated. Exposure illumination system 4
Is an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or K
rF excimer laser (wavelength 248 nm) or g-line (4
36 nm) or a lamp that emits i-rays (wavelength 365 nm) and a known optical system.

【0274】1は第1物体としてのレチクルである。2
は屈折型又はカタジオプトリック型等の投影光学系であ
り、露光照明系4によって照明されたレチクル1の回路
パターンを第2物体としてのウエハー(基板)3に投影
している。
[0274] Reference numeral 1 denotes a reticle as a first object. 2
Denotes a projection optical system such as a refraction type or a catadioptric type, and projects a circuit pattern of the reticle 1 illuminated by the exposure illumination system 4 onto a wafer (substrate) 3 as a second object.

【0275】T3は像面湾曲を制御する機能を有する光
学手段であり、後述するようにそれぞれが非球面を有す
る2つの光学素子41,42とを有している。光学手段
T3は投影光学系2の瞳付近に配置している。5はウエ
ハーホルダーであり、ウエハー3を保持している。6は
ウエハーステージであり、ウエハーホルダー5を載置し
ており、xyz駆動及びθ駆動、チルト駆動等を行って
いる。
T3 is an optical means having a function of controlling the curvature of field, and has two optical elements 41 and 42 each having an aspherical surface, as described later. The optical means T3 is arranged near the pupil of the projection optical system 2. Reference numeral 5 denotes a wafer holder, which holds the wafer 3. Reference numeral 6 denotes a wafer stage on which the wafer holder 5 is mounted, which performs xyz drive, θ drive, tilt drive, and the like.

【0276】7は干渉用ミラーであり、ウエハーステー
ジ6の位置を不図示の干渉計でモニターするためのもの
である。干渉計ミラー7と干渉計から得られる信号を用
いて不図示のウエハーステージ駆動制御系によりウエハ
ー3を所定の位置に位置決めして、その状態で投影露光
を行っている。
Reference numeral 7 denotes an interference mirror for monitoring the position of the wafer stage 6 with an interferometer (not shown). The wafer 3 is positioned at a predetermined position by a wafer stage drive control system (not shown) using the interferometer mirror 7 and signals obtained from the interferometer, and projection exposure is performed in that state.

【0277】本実施形態が走査型のステッパー(投影露
光装置)であるときはレチクル1を載置している不図示
のレチクルステージとウエハーステージ6とを投影光学
系2の結像倍率に応じた速度比で投影光学系2の光軸と
直交する方向へ駆動して走査露光している。
When the present embodiment is a scanning stepper (projection exposure apparatus), the reticle stage (not shown) on which the reticle 1 is mounted and the wafer stage 6 are adjusted according to the imaging magnification of the projection optical system 2. Scanning exposure is performed by driving at a speed ratio in a direction orthogonal to the optical axis of the projection optical system 2.

【0278】本実施形態は、光学手段T3を光路中に設
けているのが通常のステッパー又は走査型のステッパー
と異なっており、その他の構成は基本的に同じである。
The present embodiment is different from a normal stepper or a scanning stepper in that the optical means T3 is provided in the optical path, and the other configuration is basically the same.

【0279】一般に露光用光源としてArFエキシマレ
ーザー(波長193nm)を用いた投影光学系では、A
rFエキシマレーザーからの光束の波長が短波長領域に
ある為、それに使用できる硝材の選択範囲が狭く、現在
のところ石英(SiO2)と螢石(CaF2)があるのみ
である。
Generally, in a projection optical system using an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) as an exposure light source, A
Since the wavelength of the luminous flux from the rF excimer laser is in a short wavelength range, the selection range of the glass material usable therefor is narrow, and at present, there are only quartz (SiO 2 ) and fluorite (CaF 2 ).

【0280】しかしながら石英もこの短波長領域では透
過率の点で問題があり、露光光を吸収して熱変化(光学
的変化)を起こし結像性能を変化させる。この事情は露
光用光束としてi線(波長365nm)を用いたときに
起きている熱変化と同じような状況である。i線では色
収差を補正するために種々の硝材を使用するが、この中
には透過率の低い硝材も含まれている。
However, quartz also has a problem in transmittance in this short wavelength region, and absorbs exposure light to cause a thermal change (optical change) to change the imaging performance. This situation is similar to the thermal change that occurs when i-rays (wavelength 365 nm) are used as the exposure light flux. In the case of the i-line, various glass materials are used to correct the chromatic aberration, and among them, a glass material having a low transmittance is also included.

【0281】このためにi線でも熱収差の問題が起こる
が、ArFエキシマレーザーを用いた投影光学系ではパ
ターンの微細化が進んで焦点深度が小さくなる分、状況
はより厳しくなっている。
For this reason, a problem of thermal aberration also occurs in the case of the i-line. However, in a projection optical system using an ArF excimer laser, the situation becomes more severe as the pattern becomes finer and the depth of focus becomes smaller.

【0282】投影光学系の硝材が露光光を吸収したため
に収差変動が起こるがこのとき起こる収差は球面収差,
コマ収差、非点収差、像面湾曲等あらゆる収差がある。
これらの収差のうち特に補正が難しいものの1つは像面
湾曲である。
Aberration fluctuation occurs because the glass material of the projection optical system absorbs the exposure light.
There are various aberrations such as coma, astigmatism, and field curvature.
One of these aberrations that is particularly difficult to correct is curvature of field.

【0283】このような像面湾曲の量は実際には僅少で
あるが、露光するパターンが微細になって焦点深度が小
さくなったため、特に問題となってきた。
Although the amount of such field curvature is actually small, it has become a particular problem because the pattern to be exposed is fine and the depth of focus is small.

【0284】本発明者は実際に発生する像面湾曲量が
0.2〜0.3μmのオーダであるため、補正量が小さ
く、新たな機能を持った透過型の光学素子を導入して補
正することができることを見い出した。
Since the actually generated field curvature is of the order of 0.2 to 0.3 μm, the present inventor has a small correction amount, and introduces a transmission type optical element having a new function to perform correction. I found what I could do.

【0285】本実施形態の具体的な構成としては投影系
の光路中にそれぞれが非球面を持った一対の光学素子よ
り成る光学手段を挿入し、該光学素子の位置関係を光軸
と直交する方向に関する位置関係を変えることにより像
面湾曲を補正している。
As a specific configuration of the present embodiment, optical means composed of a pair of optical elements each having an aspherical surface is inserted into the optical path of the projection system, and the positional relationship between the optical elements is orthogonal to the optical axis. The field curvature is corrected by changing the positional relationship in the direction.

【0286】挿入したそれぞれが非球面を有する2つの
光学素子は相対的に横ずらしすることによって光学的パ
ワーが可変となり、結果的に光学系全体のペッツバール
和を変えて像面湾曲を制御している。特に本実施形態で
は露光光の吸収によって起こる像面湾曲の変化が小さい
ことに着目し、小さな非球面量しか持たない光学素子を
利用して効果のある像面湾曲補正を行っている。
The optical power of the two inserted optical elements each having an aspherical surface is made variable by being relatively shifted laterally. As a result, the Petzval sum of the entire optical system is changed to control the field curvature. I have. Particularly, in the present embodiment, attention is paid to a small change in field curvature caused by absorption of exposure light, and effective field curvature correction is performed using an optical element having only a small aspherical amount.

【0287】又本実施形態の光学手段は非球面量の絶対
値が小さいため、像面湾曲のみを補正し、他の光学性能
に影響を与えないことが可能であるため、収差の補正機
能としても好ましい手段である。
Since the optical means of this embodiment has a small absolute value of the aspherical amount, it can correct only the field curvature and does not affect other optical performances. Is also a preferred means.

【0288】次に本実施形態に係る像面湾曲を補正する
ための光学手段の具体的な構成について説明する。本実
施形態は、2枚の非球面光学素子より成る光学手段を用
いて、該2枚の光学素子を一体のものとして考えたとき
に微小な光学的パワーを有し且つこのパワーが可変であ
るように構成したことを特徴としている。このための光
学的パワー可変の光学手段としては例えば特公昭43−
10034号公報に見られるような横ずらしによる光学
パワー制御素子を利用している。
Next, a specific configuration of an optical unit for correcting field curvature according to the present embodiment will be described. This embodiment has a small optical power when the two optical elements are considered as an integral unit by using an optical means composed of two aspherical optical elements, and this power is variable. It is characterized by having such a configuration. Optical means for varying the optical power for this purpose include, for example,
An optical power control element by lateral displacement as disclosed in Japanese Patent Application No. 10034 is used.

【0289】図16が示す実施形態6の投影露光装置
は、このような光学手段を用いて投影系の像面湾曲を補
正している場合を示している。
The projection exposure apparatus of the sixth embodiment shown in FIG. 16 shows a case in which such optical means is used to correct the field curvature of the projection system.

【0290】次に図16の光学手段T3の構成について
説明する。図17は本実施形態の像面湾曲を制御する機
能を有した光学手段T3の要部断面図である。同図にお
いて互いの非球面が向かい合って配置されている2つの
光学素子41と42は、外側の面41a,42aが平面
であり、向き合っている面41b,42b同士が同一の
非球面形状を持っている。図中光軸Aに直交する形で
x,y軸を取り、互いに向かい合っている非球面の形状
として、光学素子41の非球面形状をfa(x,y)、
光学素子42の非球面形状をfb(x,y)とし、相対
的に位置をずらす方向をx方向とすると、両者の非球面
形状は定数項だけ異なる次の式で与えられる。即ち fa(x,y)=a(3xy2 +x3 )+b(2xy+x2 )+cx+d1 fb(x,y)=a(3xy2 +x3 )+b(2xy+x2 )+cx+d2 ‥‥‥(1c) となる。
Next, the configuration of the optical means T3 shown in FIG. 16 will be described. FIG. 17 is a sectional view of a main part of an optical unit T3 having a function of controlling the field curvature of the present embodiment. In the figure, two optical elements 41 and 42 in which the aspherical surfaces face each other have outer surfaces 41a and 42a which are flat, and the facing surfaces 41b and 42b have the same aspherical shape. ing. In the figure, the x and y axes are taken in a form perpendicular to the optical axis A, and as the aspherical shapes facing each other, the aspherical shape of the optical element 41 is represented by fa (x, y),
Assuming that the aspherical shape of the optical element 42 is fb (x, y) and the direction in which the position is relatively shifted is the x direction, the aspherical shapes of the two are given by the following equations that differ by a constant term. That is, fa (x, y) = a (3xy 2 + x 3 ) + b (2xy + x 2 ) + cx + d 1 fb (x, y) = a (3xy 2 + x 3 ) + b (2xy + x 2 ) + cx + d 2 ‥‥‥ (1c) Become.

【0291】ここで式(1c)においてxとyについて
対称な形となっていないのは、光学素子41,42がx
方向に関して相対位置をずらす素子であるからである。
x方向のずらしによって光学的なパワーを発生させるた
め、xは3次の項までを用いる。
Here, the reason why the optical elements 41 and 42 are not symmetrical with respect to x and y in the equation (1c) is that
This is because the element shifts the relative position in the direction.
In order to generate optical power by shifting in the x direction, x is used up to the third order term.

【0292】初期状態においては非球面形状fa(x,
y)と非球面形状fb(x,y)の凹凸が一致するた
め、光学素子41と光学素子42はトータルとして光学
的パワーがなく、平行平面板としての働きをするに過ぎ
ない。光学素子41と光学素子42の間の距離は小さい
ほどよく例えば100μm程度の値が典型的である。こ
こで光学素子41をΔだけx方向に動かした場合を想定
する。このときの影響はa,b,cを定数とすると fa(x+Δ,y)−fb(x,y) =3aΔ(x2 +y2 )+2bΔ(x+y)+cΔ+(d1 −d2 ) +3aΔ2 +bΔ2 +aΔ3 ‥‥‥(2c) となる。
In the initial state, the aspherical shape fa (x,
Since y) and the irregularities of the aspherical shape fb (x, y) match, the optical element 41 and the optical element 42 have no optical power as a whole, and merely function as a parallel plane plate. The smaller the distance between the optical element 41 and the optical element 42, the better, for example, a value of about 100 μm is typical. Here, it is assumed that the optical element 41 is moved in the x direction by Δ. The effect at this time is that if a, b, and c are constants, fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 3aΔ (x 2 + y 2 ) + 2bΔ (x + y) + cΔ + (d 1 −d 2 ) + 3aΔ 2 + bΔ 2 + aΔ 3 ‥‥‥ (2c).

【0293】ここでΔの高次の項の影響は移動量が小さ
いとして無視し、さらに実施形態の効果を理解し易くす
るため、 b=c=0 ‥‥‥(3c) とすると、(2c)式は簡単に、 fa(x+Δ,y)−fb(x,y) =3aΔ(x2 +y2 )+(d1 −d2 ) ‥‥(4c) となる。
Here, the influence of the higher-order term of Δ is ignored because the movement amount is small, and to make it easier to understand the effect of the embodiment, if b = c = 0 ‥‥‥ (3c), then (2c ) Is simply expressed as: fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 3aΔ (x 2 + y 2 ) + (d 1 −d 2 ) ‥‥ (4c)

【0294】(4c)式が(x2 +y2 )の項を持って
いることが本実施形態の根幹である。このため横ずらし
量Δによって光学素子41,42は光軸に対して回転対
称なパワーを持つ光学素子となり、しかもそのパワーを
横ずらし量Δによって自由に制御することが可能であ
る。
The basis of the present embodiment is that equation (4c) has a term of (x 2 + y 2 ). Therefore, the optical elements 41 and 42 become optical elements having powers that are rotationally symmetric with respect to the optical axis by the lateral shift amount Δ, and the power can be freely controlled by the lateral shift amount Δ.

【0295】ずらして差分をとるという作業は微分その
ものなので、非球面の形状として3次の項を入れてお
き、微分の効果でパワーを与える2次の成分を出してい
るのが光学素子41,42の作用である。
Since the operation of shifting and taking the difference is the differentiation itself, a third-order term is inserted as the shape of the aspherical surface, and the second-order component that gives power by the effect of the differentiation is output from the optical element 41, 42.

【0296】本実施形態では簡単のため(3c)式でb
=c=0としたが、(2c)式の2bΔ(x+y)の項
はシフト分に相当する。b≠0の場合でもΔはパワーを
制御する目的から既知の量となるため、シフト分につい
ては補正を行うことができる。具体的にシフトが問題と
なるのはアライメントを行うときである。グローバルア
ライメントではペアの光学素子41,42の相対関係を
調整した結果生じるシフトを逆補正するようにステージ
に指令を与えれば、この問題は回避される。
In this embodiment, for the sake of simplicity, b
= C = 0, but the term 2bΔ (x + y) in equation (2c) corresponds to the shift. Even when b ≠ 0, Δ is a known amount for the purpose of controlling the power, so that the shift can be corrected. Specifically, the shift becomes a problem when performing alignment. In global alignment, this problem can be avoided by giving an instruction to the stage to reversely correct the shift resulting from adjusting the relative relationship between the pair of optical elements 41 and 42.

【0297】また定数cの項に適当な値を与えればfa
(x,y),fb(x,y)で表わされる非球面の平面
からのずれの絶対値を小さくできる効果がある。従って
定数aの値によっては定数b,cをゼロにせず、故意に
値を与えることも効果的である。実際には非球面量の値
を小さく抑えるためには定数bはゼロとし、定数cに定
数aと逆符号の値を与えることが行われる。
If an appropriate value is given to the term of the constant c, fa
There is an effect that the absolute value of the deviation from the plane of the aspheric surface represented by (x, y), fb (x, y) can be reduced. Therefore, depending on the value of the constant a, it is also effective to intentionally give values instead of setting the constants b and c to zero. Actually, in order to keep the value of the aspherical amount small, the constant b is set to zero, and the constant c is given a value opposite to the constant a.

【0298】また非球面の絶対量は加工よりむしろ計測
時に問題であり、cの影響は計測ビームを傾けることで
キャンセルできるのでc=0でも構わない。
Also, the absolute amount of the aspherical surface is a problem at the time of measurement rather than processing, and c = 0 may be used since the influence of c can be canceled by tilting the measurement beam.

【0299】一般に像面湾曲が0.2〜0.3μm前後
の小さな値を補正するために要求される非球面の量の絶
対値は非常に小さい。実際に有効な量は光学素子41,
42を置く位置にもよるがニュートン縞で数本のところ
である。代表的な例として仮にパワー成分として発生さ
せる量を数本ということで1μmとし、レンズの径を2
00mm、このときの横ずらし量Δを5mmとすると
(4a)式より、 3a×5×100×100=0.001 となり、 a=6.7×10-9 という値が得られる。
In general, the absolute value of the amount of aspherical surface required to correct a small value where the field curvature is about 0.2 to 0.3 μm is very small. The actual effective amount is the optical element 41,
Although it depends on the position where 42 is placed, there are several Newton stripes. As a typical example, suppose that the amount generated as a power component is several lines, and is 1 μm, and the diameter of the lens is 2 μm.
If the horizontal shift amount Δ at this time is 5 mm, then from equation (4a), 3a × 5 × 100 × 100 = 0.001, and a value of a = 6.7 × 10 -9 is obtained.

【0300】100は径が200mmなのでその半径の
値を示しているが、仮にb=c=0とすると、(1c)
式でy=0の断面での非球面の量は 6.7×10-9×100×100×100=6.7×10-3 という値となり、±6.7μmの非球面量をもともとの
光学素子41,42が持っていたことになる。
Since 100 has a diameter of 200 mm, the value of the radius is shown. If b = c = 0, (1c)
In the equation, the amount of the aspherical surface at the section of y = 0 is a value of 6.7 × 10 −9 × 100 × 100 × 100 = 6.7 × 10 −3 , and the original amount of the aspherical surface of ± 6.7 μm is obtained. This means that the optical elements 41 and 42 have.

【0301】平面からの実際のずれ量を小さくするには
これに定数cの項を加えるとよい。100mmのところ
で6.7μmの値を与える定数cの値は6.7×10E
−5なので、定数aと定数cを逆符号として c=−6.7×10-5 とすると非球面量の平面からのずれはy=0の断面で±
2.6μmにまで減少させることができる。
To reduce the actual deviation from the plane, it is advisable to add a term of constant c to this. The value of the constant c giving a value of 6.7 μm at 100 mm is 6.7 × 10E
Since the constant a and the constant c are opposite signs, and c = −6.7 × 10 −5 , the deviation of the aspherical amount from the plane is ± 5 in the section of y = 0.
It can be reduced to 2.6 μm.

【0302】図17は定数cがゼロのときの非球面の形
状、図18は定数cに上記の値を入れたときのy=0の
断面での形状である。200mmの径の中で非球面が緩
やかな形状をしており、しかも光学素子41と光学素子
42が互いに補いあう相補形をしているため、光学素子
41と光学素子42の相対位置の変化による他の収差の
発生量はほとんど他の光学特性に影響を与えず、像面湾
曲のみを微小修正することができる。場合によっては他
の光学特性について多少の微小補正を装置側で加える必
要がある場合があるが、投影系全体としての性能変化は
ない。
FIG. 17 shows the shape of the aspherical surface when the constant c is zero, and FIG. 18 shows the shape of the cross section at y = 0 when the above value is inserted into the constant c. Since the aspherical surface has a gentle shape within the diameter of 200 mm, and the optical element 41 and the optical element 42 have complementary shapes that complement each other, the relative position of the optical element 41 and the optical element 42 changes. The amount of generation of other aberrations hardly affects other optical characteristics, and only the field curvature can be finely corrected. In some cases, it may be necessary to make some slight corrections on other optical characteristics on the device side, but there is no change in the performance of the entire projection system.

【0303】このように、像面湾曲変動の補正を非球面
を用いて補正量を可変にしながら制御するこれにより、
本実施形態は高機能を要求される半導体素子製造用の投
影露光装置の更なる高機能化に寄与するところが大き
い。
As described above, the correction of the field curvature fluctuation is controlled while making the correction amount variable by using the aspherical surface.
The present embodiment greatly contributes to further enhancement of the function of a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element which requires a high function.

【0304】また、補正すべき像面湾曲量が小さいた
め、使用する非球面は干渉計で計測することが容易な量
にまで小さくすることが本実施形態のもう一つのポイン
トである。
Another point of this embodiment is that the amount of curvature of field to be corrected is small, and the aspheric surface used is reduced to an amount that can be easily measured by an interferometer.

【0305】本実施形態においては2つの非球面のずら
した差から所望の光学特性を発生させるため、もとの非
球面の量、即ち光学素子41及び光学素子42自体の非
球面量は得たい最終形(差分)よりも一桁近く大きい値
となる。上記の例でいえば1μmの値を得るために6.
7μmの非球面が必要とされる。これに傾きの最適化を
行って±2.6μmまで小さくすることで干渉計の高精
度な測定域に入ってくるというのが本実施形態を適用す
るに当たってのキーポイントである。非球面の製作に当
たっては面が所望する形状に正確に加工されたかの確認
が重要であるが、本実施形態程度の量に抑えることがで
きれば現行の技術が充分適用できる。
In the present embodiment, in order to generate desired optical characteristics from the difference between the two aspherical surfaces, it is desired to obtain the original amount of aspherical surface, that is, the amount of aspherical surface of the optical element 41 and the optical element 42 themselves. The value is almost one digit larger than the final form (difference). 5. To obtain a value of 1 μm in the above example,
A 7 μm aspheric surface is required. It is a key point in applying the present embodiment that the tilt can be optimized to reduce the diameter to ± 2.6 μm, thereby entering the high-accuracy measurement range of the interferometer. In manufacturing an aspherical surface, it is important to confirm that the surface has been accurately processed to a desired shape. However, if the surface can be suppressed to the amount of the present embodiment, the current technology can be applied sufficiently.

【0306】また本実施形態では光学的パワーの調整を
屈折作用をもつ光学素子で実現できたことで半導体素子
製造用の投影露光装置に用いられる屈折型、カタジオプ
トリック型の双方に対し有効な手段を提供できることも
大きな利点である。
In this embodiment, the optical power can be adjusted by an optical element having a refracting action, so that it is effective for both the refraction type and the catadioptric type used in a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices. It is also a great advantage that such means can be provided.

【0307】光学素子41,42の非球面間の相対位置
を調整する不図示の駆動機構は、予め投影露光装置本体
のCPUに記憶されている露光像面(湾曲)特性の設定
によって指示され駆動される。この場合予め実験、ある
いはシミュレーションによって露光像面(湾曲)の特性
が装置に記憶されており、露光量、レチクルのパターン
率、露光エネルギーなどから露光に伴う像面湾曲変化量
や像面湾曲量が計算され、ウエハステージが制御され
る。また別の方法として、このようなアプリオリの特性
からではなくて、投影光学系の特性を計算しながら駆動
量を制御する方法も適用することができる。露光に伴う
像面湾曲変化量や像面湾曲量は露光によるフォーカス変
化と深い相関を持っており、露光に伴うフォーカス変化
量やフォーカス位置をモニタして像面湾曲量を換算しな
がら駆動量を算出することも適用することができる。
A drive mechanism (not shown) for adjusting the relative position between the aspheric surfaces of the optical elements 41 and 42 is instructed and driven by the setting of the exposure image plane (curve) characteristic stored in advance in the CPU of the projection exposure apparatus main body. Is done. In this case, the characteristics of the exposure image plane (curvature) are stored in the apparatus in advance through experiments or simulations, and the amount of change in the field curvature and the amount of field curvature due to exposure can be determined from the amount of exposure, the reticle pattern rate, and the exposure energy. It is calculated and the wafer stage is controlled. As another method, a method of controlling the driving amount while calculating the characteristics of the projection optical system instead of the a priori characteristics can be applied. The amount of curvature of field and the amount of curvature due to exposure have a deep correlation with the focus change due to exposure. Calculation can also be applied.

【0308】勿論、直接、像面湾曲を測定して、その値
を光学素子41,及び/又は光学素子42の駆動量にフ
ィードバックしてもよい。
Of course, the field curvature may be measured directly and the value may be fed back to the driving amount of the optical element 41 and / or the optical element.

【0309】また、前記実施形態6では一方の光学素子
をx方向にずらす方式で説明したが、これ以外に一方を
x方向にδ、もう一方をx方向に−δ移動させても良
い。この様子を図19に示す。
In the sixth embodiment, one optical element is shifted in the x direction. However, one optical element may be shifted in the x direction by δ and the other optical element may be shifted by −δ in the x direction. This is shown in FIG.

【0310】即ち fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y) =2a[3δ(x2+y2 )+δ3 ] +2bδ(2y2 +1)+2cδ+d1 −d2 であるから、先程と同様に、 b=c=0,|δ|≒0 とすると、 fa(x+δ,y)−fb(x−δ,y)≒ 6aδ(x2 +y2 )+d1 −d2 となる。That is, fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) = 2a [3δ (x 2 + y 2 ) + δ 3 ] + 2bδ (2y 2 +1) + 2cδ + d 1 −d 2. If b = c = 0 and | δ | ≒ 0, then fa (x + δ, y) −fb (x−δ, y) ≒ 6aδ (x 2 + y 2 ) + d 1 −d 2 .

【0311】従って、仮にΔ=δとすると光学的パワー
の変化量は2倍になる。あるいは、Δ=δにすると同じ
パワー変化を得るために係数(定数)aの値を半分にで
きる。これは非球面量を半減することにつながり、非球
面の形状の評価を容易にする効果をもたらす。更にΔ=
δにすると、同じ光学的パワー変化を得るためのずらし
量を半分にできる。これは駆動系に設けるスペースや位
置決め精度に有利になる。
Therefore, if Δ = δ, the amount of change in optical power is doubled. Alternatively, when Δ = δ, the value of the coefficient (constant) a can be halved to obtain the same power change. This leads to halving the amount of aspherical surface, and has an effect of facilitating evaluation of the shape of the aspherical surface. Furthermore, Δ =
With δ, the amount of shift to obtain the same optical power change can be halved. This is advantageous for the space provided in the drive system and the positioning accuracy.

【0312】更に前記実施形態6の構成では光学素子の
一面を非球面とする系で説明したが、これを両面に設け
ても良い。この様子を図20に示す。この時、光学素子
41,42の厚みが薄い前提とすれば、これまでの説明
で用いた作用効果は単純に加算される。従って、すべて
同一形状の非球面の場合は前述の例と同じ光学的パワー
変化を得るためには係数aの値を半分にできる。また、
当然一方を駆動する方式も両方を逆方向に駆動する方式
でも採用できる。
Further, in the configuration of the sixth embodiment, a system in which one surface of the optical element is an aspheric surface has been described, but this may be provided on both surfaces. This is shown in FIG. At this time, assuming that the thicknesses of the optical elements 41 and 42 are small, the functions and effects used in the above description are simply added. Therefore, in the case of all aspherical surfaces having the same shape, the value of the coefficient a can be halved in order to obtain the same optical power change as in the above-described example. Also,
Naturally, a method of driving one or a method of driving both in the opposite direction can be adopted.

【0313】尚、当然ではあるが一組の光学素子を多数
組用いても同様の効果が得られる。その一例を図21に
示す。
Incidentally, it goes without saying that the same effect can be obtained by using a large number of sets of optical elements. An example is shown in FIG.

【0314】図22は本発明の実施形態7の要部概略図
である。本実施形態では光学手段T3を投影光学系2と
ウエハー3との間の光路中に配置しており、図16の実
施形態6に比べて光学手段T3の光路中への挿入位置が
異なっており、その他の構成は同じである。
FIG. 22 is a schematic view of a main part of a seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the optical means T3 is disposed in the optical path between the projection optical system 2 and the wafer 3, and the insertion position of the optical means T3 in the optical path is different from that in Embodiment 6 in FIG. The other configuration is the same.

【0315】本実施形態においては投影光学系2とウエ
ハー3との間に上述のそれぞれが非球面を有した一対の
光学素子より成る光学手段T3を入れて像面湾曲の補正
を行っている。光学手段T3自体の作用は前述の実施形
態6のとおりである。光学手段T3を挿入する位置は、
本実施形態のように瞳面近傍付近以外でも、投影光学系
の構成に応じて適宜設定することが可能である。
In this embodiment, the above-mentioned optical means T3 comprising a pair of optical elements each having an aspherical surface is inserted between the projection optical system 2 and the wafer 3 to correct the field curvature. The operation of the optical means T3 itself is as described in the sixth embodiment. The position where the optical means T3 is inserted is
Other than the vicinity of the pupil plane as in the present embodiment, it can be appropriately set according to the configuration of the projection optical system.

【0316】光学手段T3の好ましい配置位置として
は、上記の瞳面近傍及び投影光学系とウエハーの間以外
にはレチクルと投影光学系の間がある。
The preferred arrangement position of the optical means T3 is between the reticle and the projection optical system in addition to the vicinity of the pupil plane and between the projection optical system and the wafer.

【0317】というのも前記3箇所は、収差コントロー
ルの際、独立性が高く、好都合であるからである。
This is because the three places are highly independent and convenient when controlling aberrations.

【0318】実施形態6,7で像面湾曲を補正する際、
ベストフォーカスの設定値が微小量変化するが、非球面
光学素子の駆動量から、その量が計算でき、既知量とな
るので、この量を投影露光装置内のCPUで求めて投影
光学系の光軸方向に対するウエハ位置の制御値に反映さ
せれば問題がない。その他の光学性能、例えば倍率への
影響も同様に、非球面光学素子の駆動量から倍率変化量
が計算でき、既知量となるので、補正可能である。従っ
て本実施形態の光学手段T3の導入による他の光学性能
への影響をほとんど無視しうるくらい小さく抑えること
ができる。
When correcting the field curvature in the sixth and seventh embodiments,
Although the set value of the best focus changes by a small amount, the amount can be calculated from the driving amount of the aspherical optical element and becomes a known amount. This amount is obtained by the CPU in the projection exposure apparatus, and the light amount of the projection optical system is obtained. There is no problem if it is reflected on the control value of the wafer position in the axial direction. Similarly, the influence on the other optical performance, for example, the magnification, can be calculated because the magnification change amount can be calculated from the driving amount of the aspherical optical element and becomes a known amount. Therefore, the influence on the other optical performances due to the introduction of the optical means T3 of this embodiment can be suppressed to almost negligible.

【0319】像面湾曲の発生量が可変であることより、
種々の変動にも対応できるため、汎用性に富み、非球面
量が小さいために他の光学性能に対する影響を無視でき
る値に抑えたまま像面湾曲のみを制御できることも大き
な利点となっている。
Since the amount of curvature of field is variable,
Since it is possible to cope with various fluctuations, it has a great advantage that it is rich in versatility, and since only a small amount of aspheric surface is used, it is possible to control only the curvature of field while suppressing the influence on other optical performance to a negligible value.

【0320】尚、本発明においては軸上非点収差を制御
する機能を有する光学手段T1、非回転対称な倍率を制
御する機能を有する光学手段T2、そし像面湾曲を制御
する機能を有する光学手段T3のうちから、少なくとも
2つの光学手段を選択して、各々独立に又は合体したよ
うな構成の光学手段を光路中に配置し(図8の実施形態
3の光学手段T13は光学手段T1と光学手段T3とを
選択したものに相当)、軸上非点収差、非回転対称な倍
率、そして像面弯曲のうちの2つ又は3つを補正するよ
うにしても良い。
In the present invention, the optical means T1 having the function of controlling the axial astigmatism, the optical means T2 having the function of controlling the non-rotationally symmetric magnification, and the optical means having the function of controlling the curvature of field are provided. At least two optical means are selected from the means T3, and the optical means having a configuration independently or combined are arranged in the optical path (the optical means T13 of the third embodiment in FIG. Two or three of axial astigmatism, non-rotationally symmetric magnification, and field curvature may be corrected.

【0321】図23は本発明の実施形態8を示すもの
で、半導体製造用投影露光装置であるところの通常のス
テッパーやスキャンタイプのステッパーの投影光学系に
3次のディストーション補正を行う2枚一組の非球面光
学素子を投影光学系とレチクルの間に挿入した例であ
る。ここで3次のディストーションとは倍率成分と光学
の解説書などで樽型や糸巻型と呼ばれる3次特性をもつ
ディストーション成分であると定義する。
FIG. 23 shows an eighth embodiment of the present invention, in which a projection optical system of a normal stepper or a scan type stepper which is a projection exposure apparatus for semiconductor production performs two-dimensional distortion correction. This is an example in which a set of aspherical optical elements is inserted between a projection optical system and a reticle. Here, the third-order distortion is defined as a distortion component having a third-order characteristic called a barrel type or a pincushion type in a manual of magnification and optics.

【0322】ディストーションについては倍率と3次の
ディストーションを制御する方法については公知の手段
がある。例えば投影光学系の複数個の素子を光軸方向に
移動させる、投影光学系の光学素子間に封入されている
気体の圧力を変えるなどの手法である。倍率は光学系の
基本量であり、他の収差に変動を与えずに変化させるこ
とが可能であるが、3次のディストーションの補正につ
いては補正に伴う他の収差の変化や、調整範囲が少ない
等の問題があり、設計当初から補正を考慮した設計を行
う必要がある。
As for the distortion, there are known means for controlling the magnification and the third-order distortion. For example, there are techniques such as moving a plurality of elements of the projection optical system in the optical axis direction, and changing the pressure of gas sealed between the optical elements of the projection optical system. Magnification is a basic amount of the optical system, and can be changed without changing other aberrations. However, with respect to correction of third-order distortion, a change in other aberrations due to correction and a small adjustment range are small. Therefore, it is necessary to perform the design in consideration of the correction from the beginning of the design.

【0323】特に昨今、変形照明法あるいは位相シフト
マスクなどの像改良という名で総称される各種の結像法
が採用されると、各結像法同士でのディストーションの
マッチングが問題となる。このマッチングの誤差は光学
系の加工誤差等から発生するものが主である。この場合
3次のディストーションまで補正することは基本的な要
求となる。ここでは設計に与える制約を最小限として、
該3次のディストーションの補正、制御を自在に行うと
ともに、それに伴って起こる他性能への影響を最小限に
抑えることを特徴とした光学系を提供する。
In particular, recently, when various image forming methods collectively called image modification such as a modified illumination method or a phase shift mask are adopted, matching of distortion between the respective image forming methods becomes a problem. This matching error mainly occurs due to a processing error of the optical system or the like. In this case, correction to the third-order distortion is a basic requirement. Here we minimize the constraints on the design,
Provided is an optical system characterized by freely correcting and controlling the third-order distortion and minimizing the influence on other performances caused by the correction and control.

【0324】本実施形態はとくにスキャン型のステッパ
ーに関するもので、投影光学系内、例えば最もレチクル
側に近いところに2枚一組の非球面光学素子を挿入し、
該2枚の非球面素子の少なくとも一方を光軸と直交する
方向にずらして両素子の位置関係を調整することによっ
て走査方向と直交する方向についての投影光学系の3次
のディストーションを補正することを可能としたことを
特徴としている。
This embodiment relates to a scan type stepper, in which a set of two aspherical optical elements is inserted into the projection optical system, for example, at a position closest to the reticle side.
Correcting the third-order distortion of the projection optical system in the direction orthogonal to the scanning direction by adjusting at least one of the two aspherical elements in the direction orthogonal to the optical axis and adjusting the positional relationship between the two elements. It is characterized by being able to.

【0325】本発明では前記横ずらしの方向を走査方向
と直交する方向に一致させることによって走査型露光装
置に生じる問題となる3次のディストーションを補正す
ることを特徴としている。
The present invention is characterized by correcting the third-order distortion, which is a problem occurring in the scanning type exposure apparatus, by making the direction of the lateral shift coincide with the direction orthogonal to the scanning direction.

【0326】本発明を適用する投影光学系は屈折型のも
のでもカタジオプトリック系でもよく、また該投影光学
系は倍率を制御する手段を備えている。
The projection optical system to which the present invention is applied may be a refraction type or a catadioptric system, and the projection optical system has means for controlling the magnification.

【0327】変形照明、位相シフトマスクなど種々の新
しい結像法が混在して使用されるようになると各結像法
相互間でのディストーションのマッチングが問題とな
る。
When various new image forming methods such as a modified illumination and a phase shift mask are used in combination, distortion matching between the respective image forming methods becomes a problem.

【0328】スキャン型の露光装置の場合にはxとy方
向の倍率差は同期して走査されるレチクルとウエハーの
夫々の速度の比を調節することによって容易に補正する
ことができるので、2枚の非球面素子による3次ディス
トーション成分の補正は走査方向と直交する方向で行わ
れる。
In the case of a scan type exposure apparatus, the magnification difference in the x and y directions can be easily corrected by adjusting the ratio of the speed of the reticle and the speed of the wafer which are scanned synchronously. The correction of the third-order distortion component by the aspherical elements is performed in a direction orthogonal to the scanning direction.

【0329】本実施形態では簡単な光学素子の挿入によ
って、設計上、あるいは補正範囲に制約のあった3次の
ディストーションを自由に制御し、マッチング精度を向
上させる。このため光学的に補正の容易な倍率成分につ
いては公知の方法、例えば投影光学系の1部の素子を光
軸方向に移動する、あるいは光学系内の圧力を制御する
といったを使用し、3次のディストーション成分につい
ての補正を行う。
In the present embodiment, by inserting a simple optical element, the third-order distortion whose design or correction range is restricted is freely controlled, and the matching accuracy is improved. For this reason, for a magnification component that is optically easily corrected, a known method, for example, moving a part of the projection optical system in the optical axis direction or controlling the pressure in the optical system is used. Is corrected for the distortion component.

【0330】続いて3次のディストーションを発生、制
御するための光学系の構成について説明する。前記実施
形態のように2枚一組の光学素子より成る光学手段を用
いて投影光学系に3次のディストーションを発生させ
る。
Next, the configuration of an optical system for generating and controlling tertiary distortion will be described. A third-order distortion is generated in the projection optical system by using an optical unit including a pair of optical elements as in the above-described embodiment.

【0331】図23はスキャン型の露光装置の主要部を
表わしたもので、1はレチクル、2は投影光学系、3は
ウェハー、4は照明光学系、5はウェハーホールダ、6
はステージ、7は6のステージを制御するために載置さ
れたレーザ干渉計用のミラーである。走査型であるの
で、レチクルとウェハーが同期して走査され、レチクル
上のパターンがウェハー上に転写される。図23の構成
は通常のスキャン型のステッパーと同一の構成である
が、本実施例で異なっているのは51,52で示されて
いる3次のディストーションの調整を行う光学素子T4
の存在である。
FIG. 23 shows a main part of a scanning type exposure apparatus, wherein 1 is a reticle, 2 is a projection optical system, 3 is a wafer, 4 is an illumination optical system, 5 is a wafer holder, 6
Is a stage, and 7 is a mirror for a laser interferometer mounted to control the stage 6. Since it is a scanning type, the reticle and the wafer are scanned synchronously, and the pattern on the reticle is transferred onto the wafer. The configuration of FIG. 23 is the same as that of a normal scan type stepper, but differs in this embodiment in the optical element T4 for adjusting the third-order distortion indicated by 51 and 52.
Is the existence of

【0332】図24はその詳細である。互いに向かい合
って配置されている光学素子51と52は、夫々外側の
面が平面であり、向き合っている面同士が同一の非球面
形状を持つ対となった非球面素子である。図中光軸Aに
直交する形でx,y軸を取り、y方向を装置の走査方向
と一致させる。互いに向かい合っている非球面の形状で
51の方をfa(x,y)、52の方をfb(x,y)
とすると、両者は定数項だけが異なる同一のxの5次式
で与えられる。即ち fa(x,y) = ax5 + b1 fb(x,y) = ax5 + b2 (1d) (1d)で走査方向のyの項が無いのは2枚の非球面素子よ
り成る光学手段に投影光学系に対し走査方向y方向と直
交するx方向にのみ光学的な特性を与えるためである。
走査を行うy方向については走差による平均化のため高
次のディストーションがキャンセルされるため、本実施
形態では3次のディストーションを制御するのはx方向
のみでよい。51と52は互いにx方向に関する相対位
置をずらすことによって用いられるが、横ずらしによっ
て3次のディストーションを発生させるため、非球面の
形状としてはxの5次の項が必須である。
FIG. 24 shows the details. The optical elements 51 and 52 which are arranged to face each other are aspherical elements in which the outer surfaces are flat and the facing surfaces are a pair having the same aspherical shape. In the figure, x and y axes are taken perpendicular to the optical axis A, and the y direction is made to coincide with the scanning direction of the apparatus. In the aspherical shape facing each other, 51 is fa (x, y), and 52 is fb (x, y).
Then, both are given by a quintic expression of the same x that differs only in the constant term. That is, fa (x, y) = ax 5 + b 1 fb (x, y) = ax 5 + b 2 (1d) (1d) and there is no y term in the scanning direction consists of two aspherical elements This is for giving optical characteristics to the optical means only in the x direction orthogonal to the scanning direction y direction with respect to the projection optical system.
In the y direction for scanning, higher-order distortion is canceled due to averaging due to scanning differences, so in the present embodiment, only the x-direction needs to control the third-order distortion. Although 51 and 52 are used by shifting their relative positions in the x direction, a fifth order term of x is indispensable as the shape of the aspherical surface because a third order distortion is generated by lateral shifting.

【0333】初期状態においては非球面形状fa(x,y)は
非球面形状fb(x,y)と凹凸が一致してキャンセルするた
め、光学素子51,52はトータルとして光学的パワー
がゼロであり、平行平面板としての働きをするに過ぎな
い。光学素子51と52の間の距離は小さいほどよく例
えば100μm程度の値が典型的である。ここで素子51を
Δだけx方向に動かした場合を想定する。このときの影
響は fa(x +Δ,y) −fb(x,y) =5aΔx4 + 10aΔ2x3 +10a Δ3x2 +5aΔ4x+ (b1−b2) ‥‥‥ (2d) ここでΔの高次の項は移動量が小さいとして無視する
と、(2d)式は簡単となって、 fa(x+Δ,y) −fb(x,y) =5aΔx4+( b1−b2 ) ‥‥‥(3d) となる。(3d)式が xの4乗の項を持っていることが本発
明の根幹である。このためずらし量Δによって光学素子
51,52はx方向にのみに4次の特性をもつ素子とな
り、しかもその特性を横ずらし量Δを変えることによっ
て自由に制御(変更)することが可能であることが特徴
である。
In the initial state, the aspherical shape fa (x, y) cancels out because the asperities coincide with the aspherical shape fb (x, y), so that the optical elements 51 and 52 have a total optical power of zero. Yes, it simply acts as a plane-parallel plate. The smaller the distance between the optical elements 51 and 52 is, the better, for example, a value of about 100 μm is typical. Here, it is assumed that the element 51 is moved by Δ in the x direction. The effect of this time, fa (x + Δ, y) -fb (x, y) = 5aΔx 4 + 10aΔ 2 x 3 + 10a Δ 3 x 2 + 5aΔ 4 x + (b 1 -b 2) ‥‥‥ (2d) where If the higher-order terms of Δ are ignored because the movement amount is small, the equation (2d) becomes simple, and fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 5aΔx 4 + (b 1 −b 2 ) ‥ ‥‥ (3d). The basis of the present invention is that equation (3d) has a term of the fourth power of x. Therefore, the optical elements 51 and 52 become elements having fourth-order characteristics only in the x direction by the shift amount Δ, and the characteristics can be freely controlled (changed) by changing the lateral shift amount Δ. It is characteristic.

【0334】ずらして差分をとるという作業は微分その
ものなので、非球面の形状として7次を入れておき、微
分の効果で4次の成分を出しているのが光学素子51と
52の作用である前述のマッチングのために小さなディ
ストーションの値を補正するために要求される非球面の
量の絶対値は非常に小さい。代表的な例として仮に所望
のディストーションを発生させるための非球面量を1μ
mとし、レンズの径を200mm、このときのずらし量Δを5m
mとすると(3d)より 5a × 5×10-8= 0.001 となり、 a = 4.00 ×10-13 という値が得られる。100 は径が200mmなので半径の値
を示している。従って(1d)式より非球面の量は 4.00×(10-13) ×(10-10) =4.00×10-3 という値となり、±4.00μm の非球面量をもともとの光
学素子51,52が持っていたことになる。平面からの
ずれの実際量を小さくするにはこれにx の1次の項であ
るcxの項を加えるとよい。100mm のところで4.00μm の
値を与えるc の値は4.00×10-5なので、a とc を逆符号
として c =−2.86×10-5 とすると非球面量の平面からのずれは±2.14μm にまで
減少させることができる。200mm の径のなかで非球面が
このくらいの緩やかな形状をしており、しかも光学素子
51と52の非球面形状が互いに補いあう相補形をして
いるため、光学素子51と52の相対位置の変化による
収差の発生量はほとんど投影光学系の他の光学特性に影
響を与えず、3次のディストーションのみを修正するこ
とができる。
Since the operation of shifting and taking the difference is the differentiation itself, it is the function of the optical elements 51 and 52 that the seventh order is entered as the shape of the aspherical surface and the fourth order component is output by the effect of the differentiation. The absolute value of the amount of aspherical surface required to correct a small distortion value for the aforementioned matching is very small. As a typical example, suppose that the aspherical amount for generating a desired distortion is 1 μm.
m, the lens diameter is 200 mm, and the shift amount Δ at this time is 5 m
Assuming m, from (3d), 5a × 5 × 10 -8 = 0.001, and a = 4.00 × 10 -13 is obtained. 100 indicates the radius value because the diameter is 200 mm. Therefore, the amount of aspherical surface is obtained from the formula (1d) as 4.00 × (10 −13 ) × (10 −10 ) = 4.00 × 10 −3. You have it. To reduce the actual amount of deviation from the plane, it is advisable to add a term of cx which is a first-order term of x to this. The value of c that gives a value of 4.00 μm at 100 mm is 4.00 × 10 -5, so if a and c are reversed and c = −2.86 × 10 -5 , the deviation of the aspheric amount from the plane is ± 2.14 μm. Can be reduced to Since the aspherical surface has such a gentle shape within the diameter of 200 mm, and the aspherical shapes of the optical elements 51 and 52 are complementary to each other, the relative positions of the optical elements 51 and 52 are relatively small. Does not substantially affect other optical characteristics of the projection optical system, and can correct only the third-order distortion.

【0335】本実施形態では3 次ディストーションの補
正方向を装置の走査方向と直交する方向としたことが特
徴であるが、補正量が小さいことや及びずらし量の絶対
値を適当に選べることにより、使用する非球面が干渉計
で計測することが容易な量にまで小さくできる。本発明
においては2つの非球面のずらした差から所望の光学特
性を発生させるため、もとの非球面の量、即ち光学素子
51及び52自体の非球面量は得たい最終形よりも大き
い値となる。上記の例でいえば 1μm の非球面量を得る
ために夫々の光学素子に 4.00 μm の非球面が必要とさ
れる。
The present embodiment is characterized in that the correction direction of the tertiary distortion is set to a direction orthogonal to the scanning direction of the apparatus. However, the correction amount is small and the absolute value of the shift amount can be appropriately selected. The aspherical surface used can be reduced to an amount that can be easily measured by an interferometer. In the present invention, in order to generate desired optical characteristics from the difference between the two aspheric surfaces, the amount of the original aspheric surface, that is, the amount of aspheric surface of the optical elements 51 and 52 itself is larger than the final shape to be obtained. Becomes In the above example, each optical element requires an aspheric surface of 4.00 μm in order to obtain an amount of aspheric surface of 1 μm.

【0336】これに傾きの最適化を行えば 2.14 μm ま
で小さくなり、干渉計の高精度な測定域に入ってくる。
非球面の製作に当たっては面が所望する形状に正確に加
工されたかを計測できるかというのが重要であるが、本
発明程度の量に抑える ことができれば現行の技術で充
分である。この値をさらに小さくするためにはここで5m
m に設定したずらし量をさらに大きな値とすればよい。
By optimizing the inclination, the diameter can be reduced to 2.14 μm, which is within the highly accurate measurement range of the interferometer.
In manufacturing an aspherical surface, it is important to be able to measure whether or not the surface has been accurately processed into a desired shape, but if the amount can be suppressed to the level of the present invention, the current technology is sufficient. To further reduce this value here 5m
The shift amount set in m may be set to a larger value.

【0337】少なくとも1つの非球面の光学素子の駆動
の指令は予め装置に記憶された手順に従って変更しても
よいし、実際のウェハーの計測値に基づいて行ってもよ
い。たとえば照明モードあるいはNAの違いによって3次
のディストーションが変化する場合には、予め変化量を
記憶しておいて、照明モードやNAを変更したときに前述
の非球面光学素子の横ずらしを行えばよい。このときに
は同時に倍率成分も公知の補正手段により補正が行われ
る。
The command to drive at least one aspherical optical element may be changed according to a procedure stored in the apparatus in advance, or may be performed based on a measured value of an actual wafer. For example, if the third-order distortion changes due to a difference in the illumination mode or NA, the amount of change is stored in advance, and when the illumination mode or NA is changed, the above-described aspherical optical element is laterally shifted. Good. At this time, the magnification component is also corrected at the same time by known correction means.

【0338】またこのように最初から設定しておくので
はなくて、ディストーションの計測できるレチクルを用
いて画面内のディストーション成分を分析し、その値に
基づいて倍率成分と3次のディストーション成分をそれ
ぞれ補正してもよい。この場合の計測は装置上で自動的
に行ってもよいし、一旦レチクルの像をウエハー上に焼
き付けてから計測するオフライン的なものでも構わな
い。
Also, instead of setting the distortion components from the beginning, a distortion component in the screen is analyzed using a reticle capable of measuring distortion, and a magnification component and a third-order distortion component are respectively determined based on the values. It may be corrected. In this case, the measurement may be automatically performed on the apparatus, or may be an off-line type in which an image of the reticle is once printed on the wafer and then measured.

【0339】図25は本発明を実施した半導体露光装置
の実施形態9である。実施形態8と異なるのは3次のディ
ストーションの制御を行う光学手段T4を構成する2枚
の光学素子51,52がウェハーと投影光学系の間に設
けられていることである。その他の作用は前述の実施形
態とほぼ同じである。
FIG. 25 shows a ninth embodiment of a semiconductor exposure apparatus embodying the present invention. The difference from the eighth embodiment is that two optical elements 51 and 52 constituting an optical unit T4 for controlling tertiary distortion are provided between the wafer and the projection optical system. Other operations are almost the same as those of the above-described embodiment.

【0340】これまでの実施形態8,9の説明式では対
向して置かれた2つの非球面光学素子の一方のみを動か
して所望の特性を得る場合を示したが、両者の相対的な
動きはこれに限るものではなく、光軸に対して双方を対
称にたとえば上の光学素子51を右にΔ、下の光学素子
52を左にΔ動かすような動きにしてもよい。
In the description of the eighth and ninth embodiments, the case where only one of the two aspherical optical elements placed opposite to each other is moved to obtain a desired characteristic has been described. Is not limited to this, and may be symmetrical with respect to the optical axis. For example, the upper optical element 51 may be moved to the right by Δ and the lower optical element 52 may be moved to the left by Δ.

【0341】ここまでは3次のディストーション補正を
走査方向に直交する方向についてのみ行ったが、走査ス
リットの幅が大きくなった場合や、ステッパーに応用す
る場合には非球面の形状を ga(x,y) = a(x5+ 5x4y) +b1 gb(x,y) = a(x5+ 5x4y) + b2 ‥‥‥(4d) とする。初期状態においては非球面 ga(x,y)は非球面gb
(x,y)と凹凸が一致してキャンセルするため、光学素子
51と光学素子52はトータルとして光学的パワーがゼ
ロであり、平行平面板としての働きをするに過ぎない。
光学素子51と52の間の距離は小さいほどよく例えば
100μm程度の値が典型的である。ここで素子51をΔだ
けx方向に動かした場合を想定する。このときの影響は
Δの高次の項の影響が小さいとして無視すると、 ga(x+Δ,y) −gb(x,y) =5aΔ(x4 +y4) +( b1−b2 ) ‥‥‥ (5d) となる。(5d)式が x4 +y4の項を持っていることが本発
明の根幹である。このためずらし量Δによって光学素子
51,52より成る光学手段は回転対称に4 次の特性を
もつ光学素子となり、しかもその特性を横ずらし量Δに
よって自由に制御することが可能であることが特徴であ
る。
Up to this point, the third-order distortion correction has been performed only in the direction orthogonal to the scanning direction. However, when the width of the scanning slit is large or when applied to a stepper, the shape of the aspherical surface is changed to ga (x , y) = a a (x 5 + 5x 4 y ) + b 1 gb (x, y) = a (x 5 + 5x 4 y) + b 2 ‥‥‥ (4d). In the initial state, the aspheric surface ga (x, y) is the aspheric surface gb
Since the projections and depressions coincide with (x, y) and are canceled, the optical power of the optical element 51 and the optical element 52 is zero as a whole, and only functions as a parallel plane plate.
The smaller the distance between the optical elements 51 and 52, the better, for example,
A value on the order of 100 μm is typical. Here, it is assumed that the element 51 is moved in the x direction by Δ. If the effect of this time ignoring the small effect of higher order term of Δ, ga (x + Δ, y) -gb (x, y) = 5aΔ (x 4 + y 4) + (b 1 -b 2) ‥‥ ‥ (5d) That (5d) expression has a term of x 4 + y 4 is a basis of the present invention. For this reason, the optical means composed of the optical elements 51 and 52 is a rotationally symmetric optical element having the fourth order characteristic by the shift amount Δ, and the characteristic can be freely controlled by the lateral shift amount Δ. It is.

【0342】ずらして差分をとるという作業は微分その
ものなので、非球面の形状として7次を入れておき、微
分の効果で4 次の成分を出しているのが光学素子51と
52の作用である。これにより3次のディストーション
を自由に制御することができる。なお光学素子51と5
2の挿入位置については前記実施形態と同様に、投影光
学系とレチクルの間、あるいは投影光学系とウエハーの
間等が考えられる。また、場合によっては投影光学系の
中に本素子を組み込むことも可能である。
Since the operation of shifting and taking the difference is the differentiation itself, the function of the optical elements 51 and 52 is to put the seventh order as the shape of the aspheric surface and to produce the fourth order component by the effect of the differentiation. . As a result, the third-order distortion can be freely controlled. The optical elements 51 and 5
The insertion position of 2 may be between the projection optical system and the reticle, or between the projection optical system and the wafer, as in the above embodiment. In some cases, the present element can be incorporated in the projection optical system.

【0343】また実施形態8,9の説明と同様に、片一
方の光学素子のみを動かすのではなく、他の実施形態で
説明したように光学素子51,52を光軸に対称に(逆
方向に)動かす構成としても良い。
As described in the eighth and ninth embodiments, instead of moving only one of the optical elements, the optical elements 51 and 52 are symmetrical with respect to the optical axis (in the opposite direction) as described in the other embodiments. It is good also as composition which moves.

【0344】図26は本発明の投影露光装置の実施形態
10の要部概略図である。本実施形態は通常のステッパ
ー又はスキャンタイプのステッパーである投影露光装置
に適用した場合を示している。
FIG. 26 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a tenth embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the present invention is applied to a projection exposure apparatus which is a normal stepper or a scan type stepper.

【0345】同図において4は露光照明系であり、第1
物体としてのレチクル1を照明している。露光照明系4
は光源として、ArFエキシマレーザー(波長193n
m)又はKrFエキシマレーザー(波長248nm),
又はi線(波長365nm)を発するランプを用いるも
ので、公知の光学系から構成されている。
In the figure, reference numeral 4 denotes an exposure illumination system,
The reticle 1 as an object is illuminated. Exposure illumination system 4
Is an ArF excimer laser (wavelength 193n) as a light source
m) or KrF excimer laser (wavelength 248 nm),
Alternatively, a lamp that emits i-rays (wavelength 365 nm) is used, and is constituted by a known optical system.

【0346】1は第1物体としてのレチクルである。2
は屈折型又はカタジオプトリック系等の投影光学系であ
り、露光照明系4によって照明されたレチクル1の回路
パターンを第2物体としてのウエハー(基板)3に投影
している。
Reference numeral 1 denotes a reticle as a first object. 2
Denotes a projection optical system such as a refraction or catadioptric system, which projects the circuit pattern of the reticle 1 illuminated by the exposure illumination system 4 onto a wafer (substrate) 3 as a second object.

【0347】T5は高次のディストーションを制御する
機能を有する光学手段であり、後述するように非球面を
有する2つの光学素子61,62とを有しており、各光
学素子61,62の位置関係を光軸と直交する方向に少
なくとも1つの素子をずらして変化させ、例えば走査と
直交する方向に素子をずらしてこの方向について高次の
ディストーションを補正している。光学手段T5はレチ
クル1と投影光学系2の間の光路中に配置している。5
はウエハーホルダーであり、ウエハー3を保持してい
る。6はウエハーステージであり、ウエハーホルダー5
を載置しており、xyz駆動及びθ駆動、チルト駆動等
を行っている。
T5 is an optical means having a function of controlling higher-order distortion, and has two optical elements 61 and 62 having aspherical surfaces as described later. The relationship is changed by shifting at least one element in a direction orthogonal to the optical axis. For example, the element is shifted in a direction orthogonal to scanning to correct higher-order distortion in this direction. The optical means T5 is arranged in the optical path between the reticle 1 and the projection optical system 2. 5
Denotes a wafer holder, which holds the wafer 3. Reference numeral 6 denotes a wafer stage, and a wafer holder 5
, And performs xyz drive, θ drive, tilt drive, and the like.

【0348】7は干渉用ミラーであり、ウエハーステー
ジ6の位置を不図示の干渉計でモニターするためのもの
である。干渉計ミラー7と干渉計から得られる信号を用
いて不図示のウエハーステージ駆動制御系によりウエハ
ー3を常に所定の位置となるように位置決めして、これ
より露光を行っている。
Reference numeral 7 denotes an interference mirror for monitoring the position of the wafer stage 6 with an interferometer (not shown). Using a signal obtained from the interferometer mirror 7 and the interferometer, the wafer 3 is always positioned at a predetermined position by a wafer stage drive control system (not shown), and exposure is performed from this position.

【0349】本実施形態が走査型の投影露光装置である
ときはレチクル1を載置している不図示のレチクルステ
ージとウエハーステージ6とを投影光学系2の結像倍率
に応じた速度比率で光軸Aと直交する方向へ駆動して走
査露光している。
When the present embodiment is a scanning type projection exposure apparatus, the reticle stage (not shown) on which the reticle 1 is mounted and the wafer stage 6 are moved at a speed ratio corresponding to the imaging magnification of the projection optical system 2. Scanning exposure is performed by driving in a direction perpendicular to the optical axis A.

【0350】本実施形態では光学手段T5を光路中に設
けているのが通常のステッパー又は走査型のステッパー
と異なっており、その他の構成は基本的に同じである。
In the present embodiment, the provision of the optical means T5 in the optical path is different from a normal stepper or a scanning stepper, and the other constitutions are basically the same.

【0351】図26の実施形態では、高次のディストー
ション補正を行う2枚一組の夫々が非球面を有する光学
素子より成る光学手段T5を投影光学系2とレチクル1
との間に挿入している。
In the embodiment shown in FIG. 26, an optical unit T5 comprising a pair of optical elements each having an aspherical surface for performing high-order distortion correction is combined with the projection optical system 2 and the reticle 1
And between them.

【0352】ここで高次のディストーションとは、倍率
成分と光学の解説書などで樽型や糸巻型と呼ばれる像高
の値に対して3次特性をもつ成分までを除いた、4次以
上のより高次のディストーション成分と定義する。
Here, the higher-order distortion means a higher-order or higher-order component excluding a component having a tertiary characteristic with respect to the value of the image height called a barrel type or a pincushion type in a manual of optics or the like. It is defined as a higher-order distortion component.

【0353】本実施形態を適用する投影光学系は屈折型
のものでもカタジオプトリック系でもよく、また該投影
光学系は予め倍率と3次のディストーションを制御する
機能を備えている。倍率及び3次のディストーションの
制御手段としては、例えば投影光学系内の光学素子(レ
ンズ等)を光軸方向に移動させる手法や投影光学系の一
部の空間内の圧力を制御する手法などの公知手段が知ら
れており、これらはいずれも本実施形態に適用可能であ
る。しかしながらこれらの手段は倍率と3次までの低次
のディストーション成分を制御するもので、高次のディ
ストーション成分を制御することはできない。
The projection optical system to which this embodiment is applied may be a refraction type or a catadioptric system, and the projection optical system has a function of controlling magnification and tertiary distortion in advance. As means for controlling magnification and third-order distortion, for example, a method of moving an optical element (a lens or the like) in the projection optical system in the optical axis direction, a method of controlling pressure in a part of the space of the projection optical system, and the like. Known means are known, and all of them are applicable to the present embodiment. However, these means control magnification and low-order distortion components up to the third order, and cannot control high-order distortion components.

【0354】しかしながら前述のとおり、変形照明、位
相シフトマスクなど種々の新しい結像法が混在して使用
されるようになると各結像法相互間でのディストーショ
ンのマッチングが問題となる。このマッチングの誤差は
光学系の加工誤差などから発生するものが主である。
However, as described above, if various new image forming methods such as a modified illumination and a phase shift mask are used in combination, distortion matching between the respective image forming methods becomes a problem. This matching error mainly occurs due to a processing error of the optical system or the like.

【0355】本発明者の行ったマッチンッグの誤差解析
によると、倍率と3次のディストーションを補正した場
合、誤差の主成分は高次のディストーション成分と、互
いに直交するx方向とy方向の倍率差の2つが主であるこ
とが判明した。スキャン型の露光装置の場合にはこのよ
うな2方向の倍率差は同期走査の時の速度比を調節する
ことによって容易に補正することができる。しかしなが
ら高次の成分を調節することは普通の光学系では困難で
あった。これは単純に光学素子を光軸方向に動かしたり
空間内の圧力を制御するだけでは3次のディストーショ
ン成分までが変わるだけで、5次以上の高次成分はほと
んど変化しないという事実に基づいている。
According to the error analysis of the match ring performed by the present inventor, when the magnification and the third-order distortion are corrected, the main component of the error is the higher-order distortion component and the magnification difference in the x and y directions orthogonal to each other. Were found to be primary. In the case of a scanning type exposure apparatus, such a difference in magnification in two directions can be easily corrected by adjusting the speed ratio at the time of synchronous scanning. However, it was difficult to adjust higher-order components with ordinary optical systems. This is based on the fact that simply moving the optical element in the direction of the optical axis or controlling the pressure in the space changes only the third-order distortion component, while the fifth- and higher-order components hardly change. .

【0356】しかしながら焦点深度の拡大や、より微細
なパターンの解像を目指して変形照明や位相シフトマス
クなどの新しい結像法を用いると、用いた結像法の数に
付随して高次のディストーションの値も変化する。従っ
て高次の値を自由に制御するというのはマッチングの精
度を向上させるための必須用件となってきている。
However, if a new imaging method such as a modified illumination or a phase shift mask is used to increase the depth of focus or to resolve a finer pattern, a higher-order image is added to the number of imaging methods used. The distortion value also changes. Therefore, free control of higher-order values has become an essential requirement for improving matching accuracy.

【0357】そこで本実施形態10では従来の投影光学
系では発生量をコントロールするのが困難であったこの
高次のディストーションを非球面より成る光学素子を用
いて自由に制御し、マッチング精度を向上させている。
In the tenth embodiment, the higher-order distortion, which was difficult to control with the conventional projection optical system, is freely controlled using an aspherical optical element to improve the matching accuracy. Let me.

【0358】このため本実施形態では倍率成分、及び3
次のディストーション成分については公知の方法、例え
ば投影光学系の1部の光学素子を光軸方向に移動する、
レチクルを光軸方向に移動する、あるいは光学系内の圧
力を制御するといった方法を使用し、さらに高次の成分
については光学手段T5を用いて補正するようにしてい
る。
For this reason, in this embodiment, the magnification component and 3
For the next distortion component, a known method, for example, moving a part of the optical element of the projection optical system in the optical axis direction,
A method such as moving the reticle in the optical axis direction or controlling the pressure in the optical system is used, and higher-order components are corrected using the optical unit T5.

【0359】続いて高次のディストーションを発生、制
御するための光学手段T5の構成について説明する。
Next, the configuration of the optical means T5 for generating and controlling higher-order distortion will be described.

【0360】本実施形態では2枚一組の光学素子より成
る光学手段T5を用いて投影光学系2に高次のディスト
ーションを発生させることを特徴としている。このため
の光学素子としては例えば特公昭43−10034号公
報に開示されているような光学素子を適用している。
The present embodiment is characterized in that high-order distortion is generated in the projection optical system 2 by using the optical means T5 composed of a pair of optical elements. As the optical element for this purpose, for example, an optical element disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-10034 is applied.

【0361】図29は本実施形態の光学手段T5の要部
概略図である。本実施形態の光学手段T5の互いに向か
い合って配置されている光学素子61と62は、それぞ
れ外側の面が平面であり、向き合っている面同士が同一
の非球面形状を持っている。
FIG. 29 is a schematic view of a main part of the optical means T5 of this embodiment. The optical elements 61 and 62 of the optical unit T5 of the present embodiment, which are disposed to face each other, have flat outer surfaces, and the facing surfaces have the same aspherical shape.

【0362】図中光軸Aに直交する形でx,y軸を取
り、y方向を装置の走査方向と一致させている。互いに
向かい合っている非球面の形状で光学素子61の方をf
a(x,y)、光学素子62の方をfb(x,y)とす
ると、両者は定数項だけ異なるxの同一の7次式で与え
られる。即ち fa(x,y) = ax7 + b1 fb(x,y) = ax7 + b2 ‥‥‥(1e) (1e)式で走査方向のyの項が無いのは光学手段T5
に投影光学系に対し走査方向y方向と直交するx方向に
のみ光学的な特性を与えるためである。走査を行うy方
向については走査による平均化のため高次のディストー
ションがキャンセルされるため、本実施形態で高次のデ
ィストーションを制御するのはx方向のみでよい。光学
素子61と62はx方向に少なくとも一方をずらして同
方向に関する相対位置を変化させることによって用いら
れるが、ずらしによって高次のディストーションを発生
させるため、非球面の形状としてはxの7次以上の項が
必須である。
In the figure, x and y axes are set so as to be orthogonal to the optical axis A, and the y direction coincides with the scanning direction of the apparatus. The optical element 61 has an aspherical shape facing each other.
If a (x, y) and the optical element 62 are fb (x, y), both are given by the same 7th order expression of x which differs by a constant term. That fa (x, y) = ax 7 + b 1 fb (x, y) = ax 7 + b 2 ‥‥‥ (1e) (1e) optical means have no term of y in the scanning direction in formula T5
This is because the optical characteristics are given to the projection optical system only in the x direction orthogonal to the scanning direction y direction. In the y direction in which scanning is performed, higher-order distortion is canceled due to averaging by scanning, and therefore, in the present embodiment, only higher-order distortion needs to be controlled in the x direction. The optical elements 61 and 62 are used by shifting at least one of them in the x direction to change the relative position in the same direction. However, since the shift causes high-order distortion, the shape of the aspheric surface is the seventh order or more of x. Is required.

【0363】初期状態においては非球面fa(x,y)
は非球面fb(x,y)と凹凸が一致してキャンセルす
るため、光学素子61と62はトータルとして光学的パ
ワーがゼロであり、平行平面板としての働きをするに過
ぎない。光学素子61と62の間の距離は小さいほどよ
く例えば100μm程度の値が典型的である。ここで光
学素子61をΔだけx方向に動かした場合を想定する。
このときの影響は fa(x +Δ,y) −fb(x,y) =7aΔx6+ 21aΔ2x5 +35a Δ3x4 +35a Δ4x3 + 21aΔ5x2 +7aΔ6x+Δ7 +(b1 −b2 ) ‥‥(2e) ここでΔの高次の項は移動量が小さいとして無視する
と、(2e) 式は簡単となって、 fa(x+Δ,y) −fb(x,y) =7aΔx6+( b1−b2 ) ‥‥(3e) となる。
In the initial state, the aspheric surface fa (x, y)
Since the concave and convex portions of the aspherical surface fb (x, y) coincide with each other, the optical elements 61 and 62 have zero optical power as a whole, and merely function as parallel plane plates. The smaller the distance between the optical elements 61 and 62 is, the better, for example, a value of about 100 μm is typical. Here, it is assumed that the optical element 61 is moved in the x direction by Δ.
The effect of this time, fa (x + Δ, y) -fb (x, y) = 7aΔx 6 + 21aΔ 2 x 5 + 35a Δ 3 x 4 + 35a Δ 4 x 3 + 21aΔ 5 x 2 + 7aΔ 6 x + Δ 7 + (b 1 −b 2 ) ‥‥ (2e) Here, if the higher-order terms of Δ are ignored because the movement amount is small, the equation (2e) becomes simple, and fa (x + Δ, y) −fb (x, y) = 7aΔx 6 + (b 1 −b 2 ) ‥‥ (3e).

【0364】(3e)式がx6 の項を持っていることが
本実施形態の根幹である。このため横ずらし量Δによっ
て光学素子61,62はx方向にのみに6次の特性をも
つ光学素子となり、しかもその特性をずらし量Δによっ
て自由に制御することが可能である。
[0364] It (3e) equation has a term x 6 is a basis of the present embodiment. Therefore, the optical elements 61 and 62 become optical elements having sixth-order characteristics only in the x direction by the lateral shift amount Δ, and the characteristics can be freely controlled by the shift amount Δ.

【0365】ずらして差分をとるという作業は微分その
ものなので、非球面の形状として7次を入れておき、微
分の効果で6次の成分を出しているのが光学素子61と
62の作用である。
Since the operation of shifting and taking the difference is the differentiation itself, it is the function of the optical elements 61 and 62 that the seventh order is given as the shape of the aspheric surface and the sixth order component is output by the effect of the differentiation. .

【0366】前述のマッチングのために小さなディスト
ーションの値を補正するために要求される非球面の量の
絶対値は非常に小さい。代表的な例として仮に所望のデ
ィストーションを発生させるための非球面量を1μmと
し、レンズの径を200mm 、このときの横ずらし量Δを5m
m とすると(3e)式より 7 a × 5×1012= 0.001 となり、 a = 2.86 ×10-17 という値が得られる。
The absolute value of the amount of aspherical surface required to correct a small distortion value for the above-mentioned matching is very small. As a typical example, suppose that the amount of aspherical surface for generating a desired distortion is 1 μm, the diameter of the lens is 200 mm, and the lateral shift amount Δ at this time is 5 m.
Assuming m, from equation (3e), 7a × 5 × 10 12 = 0.001, and the value a = 2.86 × 10 -17 is obtained.

【0367】100 は径が200mm なので半径の値を示して
いる。従って(1e)式より非球面の量は 2.86×(10-17) ×(1014)=2.86×10-3 という値となり、±2.86μm の非球面量をもともとの光
学素子61,62が持っていたことになる。
Numeral 100 indicates the radius value because the diameter is 200 mm. Therefore, the amount of the aspherical surface is 2.86 × (10 −17 ) × (10 14 ) = 2.86 × 10 −3 from the expression (1e), and the original optical elements 61 and 62 have an aspherical amount of ± 2.86 μm. It has been.

【0368】平面からのずれの実際量を小さくするには
これにxの1次の項であるcxの項を加えるとよい。100mm
のところで2.86μmの値を与えるcの値は2.86×10-5なの
で、aとc を逆符号として c=−2.86×10-5 とすると非球面量の平面からのずれは±1.77μm にまで
減少させることができる。
To reduce the actual amount of deviation from the plane, it is advisable to add a term of cx which is a first-order term of x to this. 100mm
The value of c that gives a value of 2.86 μm at that time is 2.86 × 10 -5, so if a and c are reversed and c = −2.86 × 10 -5 , the deviation of the aspheric amount from the plane is up to ± 1.77 μm Can be reduced.

【0369】図27はcがゼロのときの非球面の形状、
図28はcに上記の値を入れたときの形状である。200mm
の径のなかで非球面がこのくらいの緩やかな形状をして
おり、しかも光学素子61と62の非球面が互いに補い
あう相補形をしているため、光学素子61と62の相対
位置の変化による収差の発生量はほとんど他光学特性に
影響を与えず、高次のディストーションのみを修正する
ことができる。
FIG. 27 shows the shape of the aspherical surface when c is zero.
FIG. 28 shows the shape when the above values are put in c. 200mm
Since the aspherical surface has such a gentle shape in the diameter of the optical element and the aspherical surfaces of the optical elements 61 and 62 are complementary to each other, the relative position of the optical elements 61 and 62 changes. The amount of aberration caused by the influence hardly affects other optical characteristics, and only high-order distortion can be corrected.

【0370】本実施形態では高次のディストーションの
補正方向を装置の走査方向と直交する方向としたことが
特徴であるが、補正量が小さいこと、及びずらし量の絶
対値を適当に選べることにより、使用する非球面が干渉
計で計測することが容易な量にまで小さくできることが
本実施形態のもう一つのポイントである。
The present embodiment is characterized in that the correction direction of the higher-order distortion is set to a direction orthogonal to the scanning direction of the apparatus. However, the correction amount is small and the absolute value of the shift amount can be appropriately selected. Another point of the present embodiment is that the aspherical surface used can be reduced to an amount that can be easily measured by an interferometer.

【0371】本実施形態においては2つの非球面をずら
した差から所望の光学特性を発生させるため、もとの非
球面の量、即ち光学素子61及び62自体の非球面量は
得たい最終形(差分)よりも大きい値となる。上記の例
でいえば1μmの値を得るために2.86μmの非球面が必要
とされる。これに傾きの最適化を行えば1.77μmまで小
さくなる。これらの値が干渉計の高精度な測定域に入っ
てくるというのが本実施形態を適用するに当たってのキ
ーポイントである。
In this embodiment, in order to generate a desired optical characteristic from the difference between the two aspheric surfaces, the amount of the original aspheric surface, that is, the amount of aspheric surface of the optical elements 61 and 62 itself is obtained in the final form. This value is larger than (difference). In the above example, a 2.86 μm aspherical surface is required to obtain a value of 1 μm. By optimizing the inclination, the size can be reduced to 1.77 μm. It is a key point in applying the present embodiment that these values enter the highly accurate measurement range of the interferometer.

【0372】非球面の製作に当たっては面が所望する形
状に正確に加工されたかを計測できるかというのが重要
であるが、本実施形態程度の量に抑えることができれば
現行の技術で充分である。この値をさらに小さくするた
めには5mmに設定したずらし量をさらに大きな値とすれ
ばよい。
In manufacturing an aspherical surface, it is important to be able to measure whether or not the surface has been accurately processed into a desired shape. However, if the amount can be suppressed to the extent of the present embodiment, the current technology is sufficient. . In order to further reduce this value, the shift amount set to 5 mm may be set to a larger value.

【0373】非球面の光学素子の駆動のための指令は予
め装置に記憶された手順(データ)に従って変更しても
よいし、実際のウェハーの計測値に基づいて行ってもよ
い。たとえば照明モードあるいはNAの違いによって高次
のディストーションが変化する場合には、予め変化量を
記憶しておいて、照明モードやNAを変更したときに前述
の非球面光学素子の横ずらしを行えばよい。このときに
は同時に高次のディストーションより低次のディストー
ション成分、たとえば3次のディストーションや倍率成
分も公知の補正手段により補正が行われる。
A command for driving the aspherical optical element may be changed in accordance with a procedure (data) stored in the apparatus in advance, or may be performed based on a measured value of an actual wafer. For example, if the higher-order distortion changes due to the difference in the illumination mode or NA, the amount of change is stored in advance, and when the illumination mode or NA is changed, the above-described aspherical optical element is shifted laterally. Good. At this time, at the same time, a distortion component of a lower order than a higher-order distortion, for example, a third-order distortion or a magnification component is also corrected by a known correction unit.

【0374】またこのように最初から設定しておくので
はなくて、ディストーションの計測できるレチクルを用
いて画面内のディストーション成分を分析し、その値に
基づいて倍率から高次にいたるまでのディストーション
をそれぞれ補正してもよい。この場合の計測は装置上で
自動的に行ってもよいし、一旦レチクルの像をウエハー
上に焼き付けてから計測するオフライン的なものでも構
わない。
Also, instead of setting from the beginning as described above, the distortion component in the screen is analyzed using a reticle capable of measuring distortion, and the distortion from the magnification to the higher order is analyzed based on the value. Each may be corrected. In this case, the measurement may be automatically performed on the apparatus, or may be an off-line type in which an image of the reticle is once printed on the wafer and then measured.

【0375】図29は本発明の実施形態11の要部概略
図である。本実施形態は図23の実施形態10に比べて
光学手段T5を投影光学系2とウエハ3との間に設けて
いる点が異なっているだけであり、その他の構成は同じ
である。
FIG. 29 is a schematic view of a main part of Embodiment 11 of the present invention. This embodiment is different from the tenth embodiment in FIG. 23 only in that an optical unit T5 is provided between the projection optical system 2 and the wafer 3, and the other configuration is the same.

【0376】これまでの実施形態10,11の説明式で
は対向して置かれた2つの非球面より成る光学素子の一
方のみを動かして所望の特性を得る場合を示したが、両
者の相対的な動きはこれに限るものではなく、光軸に対
して双方を対称に(逆方向に)たとえば上の光学素子1
1を右にΔ、下の光学素子12を左にΔ動かすような動
きにしてもよい。
In the description of the tenth and eleventh embodiments, the case where only one of the two aspherical optical elements placed opposite to each other is moved to obtain desired characteristics has been described. The movement is not limited to this. For example, the upper optical element 1 is symmetrical with respect to the optical axis (in the opposite direction).
1 may be moved to the right by Δ and the lower optical element 12 may be moved to the left by Δ.

【0377】また実施形態中においては高次のディスト
ーションとして5次のディストーションまで考えたが、
さらに高次の特性まで考えるときには非球面の形状とし
てさらに高次の項、例えば9次あるいはそれ以上の項を
加えた形状にしてもよい。
In the embodiment, the fifth-order distortion is considered as the higher-order distortion.
When considering even higher-order characteristics, the shape of the aspheric surface may be a shape obtained by adding a higher-order term, for example, a ninth-order or higher term.

【0378】以上述べてきたように実施形態10,11
では従来より補正できなかった高次のディストーション
成分を投影露光装置で可変補正することを可能としてい
る。この結果、照明モードやNAの変化に伴うディスト
ーションの変化や装置間のディストーションマッチン
グ、レチクル作成誤差等、従来より補正できなかった高
次のディストーション成分を可変で調整できる為、デバ
イス(半導体)を作成する際のオーバーレイ精度が格段
に向上する。256MDRAMあるいはそれ以降の微細
加工時には解像力よりもむしろ位置合わせ精度が制約に
なるという予測もあるなかで、従来より補正できない成
分として残存していた高次成分を補正できるため、本実
施形態10,11の効果は非常に大きい。
As described above, Embodiments 10 and 11
With this technology, a high-order distortion component, which could not be corrected conventionally, can be variably corrected by a projection exposure apparatus. As a result, it is possible to variably adjust higher-order distortion components that could not be corrected conventionally, such as changes in distortion due to changes in the illumination mode and NA, distortion matching between devices, and errors in reticle creation. The overlay accuracy when doing so is greatly improved. Since there is a prediction that the positioning accuracy rather than the resolving power will be restricted at the time of fine processing of 256 MDRAM or later, it is possible to correct the higher-order components remaining as components that cannot be corrected conventionally. The effect is very large.

【0379】また高次ディストーション成分が可変であ
るため、種々の変動にも対応でき、非球面量が小さいた
めに他性能に対する影響を無視できる値に抑えることが
できるということも大きな利点である。
Further, since the high-order distortion component is variable, it is possible to cope with various fluctuations, and it is also a great advantage that the influence on other performances can be suppressed to a negligible value due to the small amount of aspherical surface.

【0380】また、本実施形態10,11では高次ディ
ストーションを発生させる方向を走査型の投影露光装置
の走査方向と直交する方向とした。走査方向に平均化の
効果の無い方向で、ディストーションを補正できること
でシステム全体のバランスが向上し、トータルとしての
位置合わせ精度に大きく寄与する効果も持たせることが
できる。
In the tenth and eleventh embodiments, the direction in which higher-order distortion is generated is a direction orthogonal to the scanning direction of the scanning projection exposure apparatus. The distortion can be corrected in a direction in which the averaging effect does not exist in the scanning direction, so that the balance of the entire system is improved, and an effect that greatly contributes to the positioning accuracy as a whole can be obtained.

【0381】ここまでは高次のディストーション成分の
補正を走査方向に直交する方向についてのみ行ったが、
走査スリットの幅が大きくなった場合や、ステッパーに
応用する場合には非球面の形状を ga(x,y)=a(x7+7x6y)+b1 gb(x,y)=a(x7+7x6y)+b2 ‥‥‥ (4e) とする。初期状態においては非球面 ga(x,y) は非球面
gb(x,y)と凹凸が一致してキャンセルするため、光学素
子61と62はトータルとして光学的パワーがゼロであ
り、平行平面板としての働きをするに過ぎない。61と
62の間の距離は小さいほどよく例えば100 μm 程度の
値が典型的である。ここで素子61をΔだけx 方向に動
かした場合を想定する。このときの影響はΔの高次の項
の影響が小さいとして無視すると、 ga(x+Δ,y) ーgb(x,y) =7aΔ(x6 +y6) +( b1−b2 ) ‥‥‥ (5e) となる。(5e)式が x6 +y6の項を持っていることが本発
明の根幹である。このためずらし量Δによって光学素子
61,62より成る光学手段T5は回転対称に6次の特
性をもつ光学系となり、しかもその特性を横ずらし量Δ
によって自由に制御することが可能であることが特徴で
ある。
Up to this point, the correction of high-order distortion components has been performed only in the direction orthogonal to the scanning direction.
And when the width of the scanning slit is increased, ga (x, y) and the aspherical shape when applied to a stepper = a (x 7 + 7x 6 y) + b 1 gb (x, y) = a ( x 7 + 7x 6 y) + b 2 ‥‥‥ (4e). In the initial state, the aspheric surface ga (x, y) is an aspheric surface
Since gb (x, y) and the concavity and convexity are canceled to cancel each other, the optical power of the optical elements 61 and 62 is zero as a whole, and only functions as a plane-parallel plate. The smaller the distance between 61 and 62 is, the better, for example, a value of about 100 μm is typical. Here, it is assumed that the element 61 is moved in the x direction by Δ. If the effect at this time is ignored because the effect of the higher order term of Δ is small, then ga (x + Δ, y) −gb (x, y) = 7aΔ (x 6 + y 6 ) + (b 1 −b 2 ) ‥‥ ‥ (5e) The basis of the present invention is that the expression (5e) has a term of x 6 + y 6 . For this reason, the optical means T5 composed of the optical elements 61 and 62 becomes an optical system having a sixth order characteristic in rotational symmetry by the shift amount Δ, and the characteristic is changed by the lateral shift amount Δ
It can be controlled freely by using

【0382】ずらして差分をとるという作業は微分その
ものなので、非球面の形状として7次を入れておき、微
分の効果で6次の成分を出しているのが光学素子61と
62の作用である。これにより高次のディストーション
を自由に制御することができる。なお光学素子61と6
2の挿入位置については前記実施形態と同様に投影光学
系とレチクルの間、あるいは投影光学系とウエハーの間
等が考えられる。また、場合によっては投影光学系の中
に本素子を組み込むこともできる。
Since the operation of shifting and taking the difference is the differentiation itself, the function of the optical elements 61 and 62 is to put the seventh order as the shape of the aspheric surface and to give the sixth order component by the effect of the differentiation. . Thereby, higher-order distortion can be controlled freely. The optical elements 61 and 6
The insertion position of 2 may be between the projection optical system and the reticle, or between the projection optical system and the wafer, as in the above embodiment. In some cases, the present element can be incorporated in a projection optical system.

【0383】光学素子61の一方だけでなく、光学素子
61と62を光軸に関して対称に(逆方向に)動かす構
成としても良い。
A configuration may be adopted in which not only one of the optical elements 61 but also the optical elements 61 and 62 are moved symmetrically (in the opposite direction) with respect to the optical axis.

【0384】以上述べた様に、本発明では同一の形状式
で表わされる2つの面を対向して配置し、両者を互いに
所望の量だけ横ずらして、所望の光学特性を得ることを
特徴としている。2つの面は横ずらし0の基準状態にお
いては互いに補いあって、光学特性を持たず、横ずらし
した状態で該ずらし方向に対する微分効果で発生する光
学特性を持つ。
As described above, the present invention is characterized in that two surfaces represented by the same shape formula are arranged to face each other, and the two surfaces are shifted from each other by a desired amount to obtain desired optical characteristics. I have. The two surfaces complement each other in the reference state where the lateral shift is zero, and have no optical characteristics, and have optical characteristics that are generated by a differential effect with respect to the shift direction in the laterally shifted state.

【0385】即ち光学系の光軸に対して垂直な平面上に
取った直交座標系(x,y)において、横ずらしする方
向をx方向とすると、本発明の面形状p(x,y)は p(x,y)=axn という項を持つことを特徴としている。nが3のときは
2次の項で表わされる諸特性、例えば倍率や、フォーカ
ス位置を変えることができる。式が一方向なので変える
ことができるのはずらした方向の倍率や、フォーカス位
置である。具体的にはx方向とy方向の倍率差や、x方
向とy方向パターンのフォーカス差、即ち非点収差が制
御対象となる。どの収差がコントロールされるかは本発
明の素子を挿入する位置によるのは先の実施形態で示し
たとおりである。
That is, in a rectangular coordinate system (x, y) taken on a plane perpendicular to the optical axis of the optical system, if the direction of lateral displacement is the x direction, the surface shape p (x, y) of the present invention It is characterized by having a section that p (x, y) = ax n. When n is 3, it is possible to change various characteristics represented by the second-order terms, for example, the magnification and the focus position. Since the expression is one-way, the magnification that can be changed and the focus position can be changed. Specifically, a magnification difference between the x direction and the y direction and a focus difference between the x direction and the y direction pattern, that is, astigmatism, are to be controlled. Which aberration is controlled depends on the position where the element of the present invention is inserted, as described in the previous embodiment.

【0386】x方向の取り方は前述の通り、スキャナー
の場合には走査スリットの方向に平行であるか、直交す
る方向が好ましい。これはマスクのパターニングされた
有効領域の長方形領域の辺に平行または直交する方向で
もある。またずらし方も対応する2つの素子を光軸に対
して互いに対称な移動量になるように動かしたり、一方
を固定して、他方を動かす方法が適用できる。
As described above, in the x direction, in the case of a scanner, a direction parallel to or orthogonal to the direction of the scanning slit is preferable. This is also the direction parallel or perpendicular to the sides of the rectangular area of the patterned active area of the mask. In addition, a method of moving the corresponding two elements so as to have a symmetrical movement amount with respect to the optical axis, or fixing one of them and moving the other can be applied.

【0387】スキャナーでは軸上でも露光光の吸収によ
り経時的に変化しながら非点収差が発生する可能性があ
るため、nが3の場合の非点収差補正は本発明の素子の
際立った特徴である。補正量はずらし量によって正にも
負にも自由にコントロールすることができる。またずら
し量が数値例で示したように5mm等大きな値であるた
め、設定公差が緩くメカニカルに特別に高精度な構造を
とる必要がない。
In a scanner, astigmatism may occur while changing over time due to the absorption of exposure light even on the axis. Therefore, astigmatism correction when n is 3 is a distinctive feature of the element of the present invention. It is. The correction amount can be freely controlled to be positive or negative depending on the shift amount. Further, since the amount of displacement is a large value such as 5 mm as shown in the numerical example, it is not necessary to take a mechanically special high-precision structure with a loose set tolerance.

【0388】別の応用例としてnを2とすれば像面の傾
きの補正もできる。
If n is set to 2 as another application example, the inclination of the image plane can be corrected.

【0389】歪曲収差は本素子をレチクル近傍に挿入す
ると補正が容易である。nが4の場合には偏心による2
次の歪曲収差、nが5の場合には3次の歪曲収差、nが
6の場合には偏心等による4次の高次の歪曲収差、nが
7の場合には5次の高次の歪曲収差が補正できる。
The distortion can be easily corrected by inserting the present element near the reticle. When n is 4, 2 due to eccentricity
The following distortion, the third-order distortion when n is 5, the fourth-order distortion due to eccentricity when n is 6, and the fifth-order distortion when n is 7 Distortion can be corrected.

【0390】これらの収差を独立に制御するには、独立
に制御する数だけ本発明の素子が必要である。またnが
奇数のときには形成される関数であるxn-1が偶関数で
はないため、ずらのし効果がxの正方向と負の方向で異
なることに注意してずらし量を決めねばならない。
In order to control these aberrations independently, the elements of the present invention are required by the number to be controlled independently. When n is an odd number, x n-1 which is a function to be formed is not an even function. Therefore, the shift amount must be determined by paying attention to the fact that the shift effect differs in the positive direction and the negative direction of x.

【0391】また公知の手段により、例えば倍率や3次
の歪曲収差が制御できるのであれば、公知手段の及ばな
い成分の制御に本発明を適用させればよい。
If the known means can control, for example, magnification and third-order distortion, the present invention may be applied to control of components beyond the known means.

【0392】一方本発明では別の形状q(x,y)とし
て q(x,y)=a(xn +nxyn-1 ) という形状が適している例も示した。形状がq(x,
y)の場合はx方向にずらしてxn-1 +yn-1 に基づく
特性を持たすことができる。p(x,y)の場合に比べ
てyも含んだ特性はステッパーや、スキャナーでスリッ
ト幅が大きく単純にxの一方向補正のみでは不十分な場
合に有効である。
On the other hand, in the present invention, an example in which the shape of q (x, y) = a (x n + nxy n-1 ) is suitable as another shape q (x, y) has been shown. When the shape is q (x,
In the case of y), a characteristic based on x n-1 + y n-1 can be provided shifted in the x direction. The characteristic including y as compared with the case of p (x, y) is effective when the slit width is large in a stepper or a scanner and simply one-directional correction of x is insufficient.

【0393】x方向の取り方は前述の通り、スキャナー
の場合には走査スリットの方向に平行であるか、直交す
る方向が好ましい。これはマスクのパターニングされた
有効領域の長方形領域の辺に平行または直交する方向で
もある。またずらし方も前述した全ての実施例と同じく
対応する2つの素子を光軸に対して互いに対称な移動量
になるように動かしたり、一方を固定して、他方を動か
す方法が適用できる。
As described above, in the x direction, in the case of a scanner, a direction parallel to or orthogonal to the direction of the scanning slit is preferable. This is also the direction parallel or perpendicular to the sides of the rectangular area of the patterned active area of the mask. As for the method of shifting, as in all the embodiments described above, a method in which the corresponding two elements are moved so as to be symmetrical with respect to the optical axis, or one is fixed and the other is moved.

【0394】nが3の場合に像面湾曲が補正できるとい
うのは本発明の大きな特徴である。nを5とすれば高次
の像面湾曲の補正も可能である。
It is a major feature of the present invention that the field curvature can be corrected when n is 3. If n is 5, higher order field curvature can be corrected.

【0395】別の応用例としてnを2とすれば像面の傾
きの補正もできる。
If n is set to 2 as another application example, the inclination of the image plane can be corrected.

【0396】歪曲収差は本素子をレチクル近傍に挿入す
ると補正が容易である。nが4の場合には偏心による2
次の歪曲収差、nが5の場合には3次の歪曲収差、nが
6の場合には偏心等による4次の高次の歪曲収差、nが
7の場合には5次の高次の歪曲収差が補正できる。
The distortion can be easily corrected by inserting the present element near the reticle. When n is 4, 2 due to eccentricity
The following distortion, the third-order distortion when n is 5, the fourth-order distortion due to eccentricity when n is 6, and the fifth-order distortion when n is 7 Distortion can be corrected.

【0397】これらの収差を独立に制御するためには、
独立に制御する数だけ本発明の素子が必要である。また
nが奇数のときには形成される関数であるxn-1+yn-1
が偶関数ではないため、ずらしの効果がxの正方向と負
の方向で異なることに注意してずらし量を決めねばなら
ない。
In order to control these aberrations independently,
The number of the elements of the present invention is required to be controlled independently. Further, when n is an odd number, the function formed is x n-1 + y n-1
Is not an even function, the shift amount has to be determined in consideration that the shift effect differs in the positive and negative directions of x.

【0398】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the above-described projection exposure apparatus will be described.

【0399】図30は半導体デバイス(ICやLSI等
の半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造の
フローチャートである。
FIG. 30 is a flowchart for manufacturing a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, or a liquid crystal panel or a CCD).

【0400】本実施例においてステップ1(回路設計)
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2
(マスク製作)では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。
Step 1 (circuit design) in this embodiment
Now, the circuit design of the semiconductor device will be performed. Step 2
In (mask production), a mask on which a designed circuit pattern is formed is produced.

【0401】一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer.

【0402】次のステップ5(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and includes an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). And the like.

【0403】ステップ6(検査)ではステップ5で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷(ステップ7)される。
In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0404】図31は上記ステップ4のウエハプロセス
の詳細なフローチャートである。まずステップ11(酸
化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(C
VD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
FIG. 31 is a detailed flowchart of the wafer process in step 4 described above. First, in step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. Step 12 (C
In VD), an insulating film is formed on the wafer surface.

【0405】ステップ13(電極形成)ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打
込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
In step 13 (electrode formation), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the above-described exposure apparatus to print and expose the circuit pattern of the mask onto the wafer.

【0406】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ19(レジス
ト剥離)ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
In step 17 (developing), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0407】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。
By using the manufacturing method of this embodiment, a highly integrated semiconductor device can be easily manufactured.

【0408】[0408]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、投影光学
系が露光光を吸収したことによる光学性能の変化、例え
ば軸上非点収差,像面湾曲やウエハのプロセス要因等で
起こるウエハー自身の非対称な倍率やディストーション
等のうち少なくとも1つを適切に設定した形状の非球面
を有する少なくとも2つの光学素子を有する光学手段を
利用することによって、他の光学特性への影響を最小限
に押えて補正し、高解像度のパターンが容易に得られる
投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達
成することができる。
As described above, according to the present invention, a change in optical performance due to absorption of exposure light by the projection optical system, for example, a wafer caused by axial astigmatism, curvature of field, a process factor of the wafer, etc. Minimizing the influence on other optical characteristics by utilizing an optical means having at least two optical elements having an aspheric surface of a shape in which at least one of its own asymmetric magnification and distortion is appropriately set. Thus, it is possible to achieve a projection exposure apparatus capable of easily obtaining a high-resolution pattern by performing correction while pressing, and a device manufacturing method using the same.

【0409】又、微細パターンを焼き付ける対象である
ウエハーの各プロセスを得た後の伸縮の状態の補正の他
に装置用のディストーションマッチングやレチクルの描
画誤差の補正等も、適切に設定した形状の非球面を有す
る少なくとも2つの光学素子を有する光学手段を用い、
互いに直交するx方向とy方向の倍率を独立に制御する
ことによって可能とすると共に、該制御に伴って起こる
他の光学特性への影響を最小限に抑えた投影露光装置及
びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することがで
きる。
In addition to correcting the expansion / contraction state after obtaining each process of the wafer on which the fine pattern is to be printed, distortion matching for the apparatus and correction of drawing errors of the reticle are also performed appropriately. Using optical means having at least two optical elements having an aspherical surface,
Projection exposure apparatus and device using the same, which are made possible by independently controlling the magnifications in the x direction and the y direction orthogonal to each other and minimizing the influence on other optical characteristics caused by the control. Can be achieved.

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

【図1】本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部分の拡大説明図FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 1;

【図3】図1の一部分の拡大説明図FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 1;

【図4】図1の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 4 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 1;

【図5】図1の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 5 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 1;

【図6】図1の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 6 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 1;

【図7】本発明の実施形態2の要部概略図FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態3で用いる光学手段の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical unit used in Embodiment 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施形態4の要部概略図FIG. 9 is a schematic diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図9の一部分の拡大説明図FIG. 10 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 9;

【図11】図9の一部分の拡大説明図FIG. 11 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 9;

【図12】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 12 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図13】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図14】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 14 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図15】本発明の実施形態5の要部概略図FIG. 15 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施形態6の要部概略図FIG. 16 is a schematic view of a main part of a sixth embodiment of the present invention.

【図17】図16の一部分の拡大説明図FIG. 17 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 16;

【図18】図16の一部分の拡大説明図FIG. 18 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 16;

【図19】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 19 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図20】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 20 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図21】図9の一部分の他の実施形態の説明図FIG. 21 is an explanatory view of another embodiment of a part of FIG. 9;

【図22】本発明の実施形態7の要部概略図FIG. 22 is a schematic view of a main part of a seventh embodiment of the present invention.

【図23】本発明の実施形態8の要部概略図FIG. 23 is a schematic view of a main part of an eighth embodiment of the present invention.

【図24】図23の一部分の拡大説明図FIG. 24 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 23;

【図25】本発明の実施形態9の要部概略図FIG. 25 is a schematic view of a main part of a ninth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施形態10の要部概略図FIG. 26 is a schematic view of a main part of a tenth embodiment of the present invention.

【図27】図26の一部分の拡大説明図FIG. 27 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 26;

【図28】図26の一部分の拡大説明図FIG. 28 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 26;

【図29】本発明の実施形態11の要部概略図FIG. 29 is a schematic view of a main part of an eleventh embodiment of the present invention.

【図30】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
FIG. 30 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図31】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
FIG. 31 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1物体(レチクル) 2 投影光学系 3 第2物体(ウエハ) 4 露光照明系 5 ウエハーホルダー 6 ウエハーステージ 7 干渉用ミラー T1,T2,T3,T4,T5 光学手段 11,12,21,22,23,31,32,41,4
2,51,52,61,62 光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st object (reticle) 2 Projection optical system 3 2nd object (wafer) 4 Exposure illumination system 5 Wafer holder 6 Wafer stage 7 Interference mirror T1, T2, T3, T4, T5 Optical means 11, 12, 21, 22 , 23,31,32,41,4
2,51,52,61,62 Optical element

───────────────────────────────────────────────────── 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 (26)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マスクのパターンを基板上に投影する投
影光学系を有し、 前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材
を有し、 前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面する
ように配置され、 前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記直交方向の位置関
係が変わることにより、前記投影光学系の軸上非点収差
が変化するように定められ、 前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向
に変位させることにより前記投影光学系の軸上非点収差
を調節することを特徴とする投影露光装置。
A projection for projecting a mask pattern onto a substrate.
A projection optical system , wherein at least one of the projection optical systems is
A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis
Has the pair of aspherical members, each aspherical surface facing
And the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is
A positional relationship between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members in the orthogonal direction.
By changing the relationship, the axial astigmatism of the projection optical system is changed.
Is determined to change, and the at least one aspherical member is moved in a direction orthogonal to the optical axis.
Axial astigmatism of the projection optical system
A projection exposure apparatus, wherein
【請求項2】 前記一対の非球面部材の夫々の非球面の
形状は、前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わ
した時にxの3次の項を含むことを特徴とする請求項1
の投影露光装置。
2. An aspherical surface of each of said pair of aspherical members.
The shape is expressed by an equation, assuming that the direction of the movement is the x direction.
2. The method according to claim 1, further comprising a third-order term of x.
Projection exposure equipment.
【請求項3】 前記一対の非球面部材が互いに逆方向に
前記直交方向に移動することを特徴とする請求項1の投
影露光装置。
3. The pair of aspherical members are arranged in opposite directions to each other.
2. The projection device according to claim 1, wherein the moving member moves in the orthogonal direction.
Shadow exposure device.
【請求項4】 前記マスクと前記基板を走査しながら前
記投影露光を行なっており、前記x方向は前記走査の方
向と直交していることを特徴とする請求項2の投影露光
装置。
4. A method for scanning the mask and the substrate while scanning the substrate.
Projection exposure, and the x direction is the direction of the scanning.
3. The projection exposure according to claim 2, wherein the direction is orthogonal to the direction.
apparatus.
【請求項5】 マスクのパターンを基板上に投影する投
影光学系を有し、 前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材
を有し、 前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面する
ように配置され、 前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記直交方向の位置関
係が変わることにより、前記投影光学系の像面湾曲が変
化するように定められ、 前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向
に変位させることにより前記投影光学系の像面湾曲を調
節することを特徴とする投影露光装置。
5. A projection for projecting a mask pattern onto a substrate.
A projection optical system , wherein at least one of the projection optical systems is
A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis
Has the pair of aspherical members, each aspherical surface facing
And the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is
A positional relationship between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members in the orthogonal direction.
By changing the relationship, the field curvature of the projection optical system changes.
The at least one aspherical member in a direction orthogonal to the optical axis.
To adjust the curvature of field of the projection optical system.
A projection exposure apparatus, comprising:
【請求項6】 前記一対の非球面部材の夫々の非球面の
形状は、前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表わ
した時にxの3次の項を含み、又前記光学特 性は該x方
向に関する前記像面湾曲を含むことを特徴とする請求項
5の投影露光装置。
6. An aspherical surface of each of said pair of aspherical members.
The shape is expressed by an equation, assuming that the direction of the movement is the x direction.
And it includes a third order term of x when the, also the optical characteristics is the x direction
The field curvature related to the direction is included.
5. Projection exposure apparatus.
【請求項7】 前記一対の非球面部材が互いに逆方向に
前記直交方向に移動することを特徴とする請求項5の投
影露光装置。
7. The pair of aspherical members are arranged in opposite directions to each other.
6. The projection device according to claim 5, wherein the moving member moves in the orthogonal direction.
Shadow exposure device.
【請求項8】 前記マスクと前記基板を走査しながら前
記投影露光を行なっており、前記x方向は前記走査の方
向と直交していることを特徴とする請求項6の投影露光
装置。
8. While scanning the mask and the substrate,
Projection exposure, and the x direction is the direction of the scanning.
7. The projection exposure according to claim 6, wherein the direction is orthogonal to the direction.
apparatus.
【請求項9】 マスクのパターンを基板上に投影する投
影光学系を有し、 前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材
を有し、 前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面する
ように配置され、 前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記直交方向の位置関
係が変わることにより、前記投影光学系の投影倍率が変
化するように定められており、 前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向
に変位させることにより前記投影光学系の投影倍率を調
節することを特徴とする投影露光装置。
9. A projection for projecting a mask pattern onto a substrate.
A projection optical system , wherein at least one of the projection optical systems is
A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis
Has the pair of aspherical members, each aspherical surface facing
And the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is
A positional relationship between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members in the orthogonal direction.
When the relationship is changed, the projection magnification of the projection optical system is changed.
And the at least one aspherical member is oriented in a direction orthogonal to the optical axis.
To adjust the projection magnification of the projection optical system.
A projection exposure apparatus, comprising:
【請求項10】 前記一対の非球面部材の夫々の非球面
の形状は、前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表
わした時にxの3次の項を含み、又前記光学特性は該x
方向に関する前記投影倍率を含むことを特徴とする請求
項9の投影露光装置。
10. An aspherical surface of each of said pair of aspherical members.
Is expressed by an equation, assuming that the direction of the movement is the x direction.
When passed, it includes a third-order term of x, and the optical characteristic is x
The method according to claim 1, wherein the projection magnification is related to a direction.
Item 10. The projection exposure apparatus according to Item 9.
【請求項11】 前記一対の非球面部材が互いに逆方向
に前記直交方向に移動することを特徴とする請求項9の
投影露光装置。
11. The pair of aspherical members have opposite directions.
And moving in the orthogonal direction.
Projection exposure equipment.
【請求項12】 前記マスクと前記基板を走査しながら
前記投影露光を行なっており、前記x方向は前記走査の
方向と直交していることを特徴とする請求項10の投影
露光装置。
12. While scanning the mask and the substrate,
The projection exposure is performed, and the x direction is
11. The projection of claim 10, wherein the projection is orthogonal to the direction.
Exposure equipment.
【請求項13】 マスクのパターンを基板上に投影する
投影光学系を有し、 前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材
を有し、 前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面する
ように配置され、 前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記直交方向の位置関
係が変わることにより、前記投影光学系の歪曲が変化す
るように定められており、 前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向
に変位させることにより前記投影光学系の歪曲を調節す
ることを特徴とする投影露光装置。
13. A pattern of a mask is projected onto a substrate.
A projection optical system, wherein at least one of the projection optical systems is a projection optical system.
A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis
Has the pair of aspherical members, each aspherical surface facing
And the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is
A positional relationship between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members in the orthogonal direction.
By changing the engagement, the distortion of the projection optical system changes.
The at least one aspherical member in a direction orthogonal to the optical axis.
To adjust the distortion of the projection optical system.
A projection exposure apparatus.
【請求項14】 前記一対の非球面部材の夫々の非球面
の形状は、前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表
わした時にxの5次の項を含むことを特徴とする請求項
13の投影露光装置。
14. An aspherical surface of each of the pair of aspherical members.
Is expressed by an equation, assuming that the direction of the movement is the x direction.
The method according to claim 1, further comprising a fifth order term of x when passed.
13. A projection exposure apparatus.
【請求項15】 前記一対の非球面部材の夫々の非球面
の形状は、前記移動の方向をx方向と仮定して、式で表
わした時にxの7次の項を含むことを特徴とする請求項
13の投影露光装置。
15. An aspherical surface of each of said pair of aspherical members.
Is expressed by an equation, assuming that the direction of the movement is the x direction.
The method of claim 7, further comprising the seventh order term of x.
13. A projection exposure apparatus.
【請求項16】 前記一対の非球面部材が互いに逆方向
に前記直交方向に移動することを特徴とする請求項13
の投影露光装置。
16. The pair of aspherical members have opposite directions.
14. The moving means in the orthogonal direction.
Projection exposure equipment.
【請求項17】 前記マスクと前記基板を走査しながら
前記投影露光を行なっており、前記x方向は前記走査の
方向と直交していることを特徴とする請求項14又は1
5の投影露光装置。
17. While scanning the mask and the substrate,
The projection exposure is performed, and the x direction is
14. The method according to claim 14, wherein the direction is orthogonal to the direction.
5. Projection exposure apparatus.
【請求項18】 前記投影光路中に、更に、夫々の非球
面同士が向かい合っている第2の一対の透明な非球面部
材を有し、該第2の一対の非球面部材が前記光軸と直交
する方向であって且つ前記x方向に直交するy方向に移
動可能であり、この第2の一対の非球面部材の移動によ
って前記マスクのパターンを基板上に投影するときの前
記y方向に関する像面湾曲が変化し、前記第2の一対の
非球面部材の夫々の非球面の形状は、式で表わした時に
yの3次の項を含むことを特徴とする請求項6の投影露
光装置。
18. The method according to claim 18 , further comprising the step of :
A second pair of transparent aspherical portions whose surfaces face each other
The second pair of aspherical members are orthogonal to the optical axis.
Moving in the y direction, which is a direction
And the second pair of aspherical members move.
Before projecting the mask pattern onto the substrate
The field curvature in the y direction changes, and the second pair of
The shape of each aspherical surface of the aspherical member is expressed as
7. The projection dew of claim 6 including a third order term of y.
Light device.
【請求項19】 前記2組の一対の非球面部材を用いて
前記マスクのパターンを基板上に投影するときの像面湾
曲と軸上非点収差を調整することを特徴とする請求項1
8の投影露光装置。
19. Using the two pairs of aspherical members,
Image plane bay when projecting the mask pattern onto the substrate
2. The method according to claim 1, wherein the on-axis astigmatism and the curvature are adjusted.
8. Projection exposure apparatus.
【請求項20】 前記第2の一対の非球面部材が互いに
逆方向に前記直交方向に移動することを特徴とする請求
項18の投影露光装置。
20. The second pair of aspherical members are connected to each other.
Moving in the opposite direction in the orthogonal direction.
Item 18. The projection exposure apparatus according to Item 18.
【請求項21】 前記2組の一対の非球面部材の夫々
が、互いに逆方向に前 記直交方向に移動することを特徴
とする請求項18の投影露光装置。
21. Each of the two pairs of aspherical members
But wherein the moving before Symbol perpendicular direction in opposite directions
19. The projection exposure apparatus according to claim 18, wherein
【請求項22】 前記2組の一対の非球面部材の一方の
部材が、各組共通の両面が非球面の1つの部材であるこ
とを特徴とする請求項18の投影露光装置。
22. One of said two sets of aspherical members
The member is a single member with both surfaces being aspherical for both groups.
19. The projection exposure apparatus according to claim 18, wherein:
【請求項23】 マスクのパターンを基板上に投影する
投影光学系を有し、 前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交する方向に変位可能である一対の非球面部材
を有し、 前記一対の非球面部材は、それぞれの非球面が対面する
ように配置され、 前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記直交方向の位置関
係が変わることにより前記一対の非球面部材の一つの系
としての屈折力が変化するように定められており、 前記少なくとも一方の非球面部材を光軸と直交する方向
に変位させることにより前記投影光学系の屈折力を調節
することを特徴とする投影露光装置。
23. A pattern of a mask is projected onto a substrate.
A projection optical system, wherein at least one of the projection optical systems is a projection optical system.
A pair of aspherical members that can be displaced in a direction perpendicular to the optical axis
Has the pair of aspherical members, each aspherical surface facing
And the shape of each aspherical surface of the pair of aspherical members is
A positional relationship between the aspheric surfaces of the pair of aspheric members in the orthogonal direction.
One system of the pair of aspherical members by changing the engagement
Is determined so that the refractive power of the at least one aspherical member is changed in a direction orthogonal to the optical axis.
Adjust the refractive power of the projection optical system by displacing
And a projection exposure apparatus.
【請求項24】 前記位置関係が所定の関係のときに前
記一つの系としての前記屈折力がゼロになるように前記
非球面の形状が定めてあることを特徴とする請求項23
の投影露光装置。
24. When the positional relationship is a predetermined relationship,
The above-mentioned system so that the refractive power is zero.
The shape of the aspherical surface is determined.
Projection exposure equipment.
【請求項25】 前記対面する非球面は、前記一対の非
球面部材が所定の位置関係にある時に一致するような形
状を有することを特徴とする請求項1から24のいずれ
か1項記載の投影露光装置。
25. The facing aspherical surface includes a pair of aspherical surfaces.
Shape that matches when the spherical member is in the predetermined positional relationship
25. The method according to claim 1, wherein the shape has a shape.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項26】 請求項1から25のいずれか1項記載
の投影露光装置によってデバイスパターンを基板上に転
写する段階と、 該転写した基板を現像する段階を含むことを特徴とする
デバイスの製造方法。
26. A according to any one of claims 1 25
Device exposure onto a substrate
Characterized in that it comprises the steps of shooting, a step of developing the substrate on which copy said transfer
Device manufacturing method.
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