JP3360319B2 - Projection exposure apparatus and method of forming semiconductor element - Google Patents
Projection exposure apparatus and method of forming semiconductor elementInfo
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、又は
液晶デバイス等のパターン形成に使用するパターンを投
影露光する装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for projecting and exposing a pattern used for forming a pattern of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、
一般にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要であ
る。この工程には通常、レチクル(マスク)パターンを
半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用される。
基板上には、感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置(例えばステッパー)で
は、レチクル上に描画された転写すべき回路パターンの
像が、投影光学系を介して基板(ウエハ)上に投影、結
像される。2. Description of the Related Art For forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like,
In general, a process called a photolithographic technique is required. In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted.
A photosensitive photoresist is applied on the substrate, and a circuit pattern is transferred to the photoresist according to an irradiation light image, that is, a pattern shape of a transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper), an image of a circuit pattern to be transferred, which is drawn on a reticle, is projected and formed on a substrate (wafer) via a projection optical system.
【0003】また、レチクルを照明するための照明光学
系中には、フライアイレンズ、ファイバー等のオプチカ
ルインテグレーターが使用されており、レチクル上に照
射される照明光の強度分布が均一化される。その均一化
を最適に行なうためにフライアイレンズを用いた場合、
レチクル側焦点面(射出面側)とレチクル面(パターン
面)とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、さら
にレチクル側焦点面と光源側焦点面(入射面側)ともフ
ーリエ変換の関係で結ばれている。従って、レチクルの
パターン面と、フライアイレンズの光源側焦点面(正確
にはフライアイレンズの個々のレンズの光源側焦点面)
とは、結像関係(共役関係)で結ばれている。このた
め、レチクル上では、フライアイレンズの各光学エレメ
ント(2次光源像)からの照明光がコンデンサーレンズ
等を介することによってそれぞれ加算(重畳)されるこ
とで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好とする
ことが可能となっている。[0003] In an illumination optical system for illuminating the reticle, an optical integrator such as a fly-eye lens or fiber is used, so that the intensity distribution of illumination light applied to the reticle is made uniform. If a fly-eye lens is used to optimize the uniformity,
The focal plane on the reticle side (exit plane side) and the reticle plane (pattern plane) are almost connected by a Fourier transform, and the focal plane on the reticle side and the focal plane on the light source side (incident side) are also in a Fourier transform relation. Tied. Therefore, the pattern surface of the reticle and the focal plane on the light source side of the fly-eye lens (more precisely, the focal plane on the light source side of each lens of the fly-eye lens)
Are connected in an imaging relationship (conjugate relationship). For this reason, on the reticle, the illumination light from each optical element (secondary light source image) of the fly-eye lens is added (superimposed) by passing through a condenser lens or the like, and is averaged, thereby averaging the illuminance on the reticle. It is possible to make the property good.
【0004】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプチカルインテグレータ入射面に入射す
る照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心とす
るほぼ円形内(あるいは矩形内)でほぼ一様になるよう
にしていた。図19は上述の如き従来の投影露光装置
(ステッパー)の概略的な構成を示しており、照明光束
L140は照明光学系中のフライアイレンズ41c、空
間フィルター(開口絞り)5a、及びコンデンサーレン
ズ8を介してレチクル9のパターン10を照射する。こ
こで、空間フィルター5aはフライアイレンズ41cの
レチクル側焦点面414c、すなわちレチクルパターン
10に対するフーリエ変換面17(以後、瞳面と略
す)、もしくはその近傍に配置されており、投影光学系
11の光軸AXを中心としたほぼ円形領域の開口を有
し、瞳面内にできる2次光源(面光源)像を円形に制限
する。こうしてレチクル9のパターン10を通過した照
明光は、投影光学系11を介してウエハ13のレジスト
層に結像される。このとき、照明光学系(41c、5
a、8)の開口数と投影光学系11のレチクル側開口数
との比、いわゆるσ値は開口絞り(例えば空間フィルタ
ー5aの開口径)により決定され、その値は0.3〜
0.6程度が一般的である。In a conventional projection exposure apparatus, the light amount distribution of an illumination light beam incident on an optical integrator incidence surface such as a fly-eye lens described above is substantially circular (or rectangular) around the optical axis of the illumination optical system. It was almost uniform. FIG. 19 shows a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus (stepper) as described above. The illumination light beam L140 is a fly-eye lens 41c, a spatial filter (aperture stop) 5a, and a condenser lens 8 in the illumination optical system. Irradiate the pattern 10 of the reticle 9 through the. Here, the spatial filter 5a is disposed on the reticle-side focal plane 414c of the fly-eye lens 41c, that is, the Fourier transform plane 17 (hereinafter abbreviated as a pupil plane) for the reticle pattern 10, or in the vicinity thereof. It has an opening in a substantially circular area centered on the optical axis AX, and limits a secondary light source (surface light source) image formed in the pupil plane to a circular shape. The illumination light that has passed through the pattern 10 of the reticle 9 is imaged on the resist layer of the wafer 13 via the projection optical system 11. At this time, the illumination optical system (41c, 5c)
The ratio between the numerical aperture of a, 8) and the reticle-side numerical aperture of the projection optical system 11, that is, the so-called σ value, is determined by the aperture stop (for example, the aperture diameter of the spatial filter 5a).
About 0.6 is common.
【0005】さて、照明光L140はレチクル9にパタ
ーニングされたパターン10により回折され、パターン
10からは0次回折光D0 、+1次回折光DP 、及び−
1次回折光Dm が発生する。それぞれの回折光(D0 、
Dm 、DP )は投影光学系11により集光され、ウエハ
(基板)13上に干渉縞を発生させる。この干渉縞がパ
ターン10の像である。このとき、0次回折光D0 と±
1次回折光DP 、Dmとのなす角θ(レチクル側)は si
nθ=λ/P(λ:露光波長、P:パターンピッチ)に
より決まる。The illumination light L140 is diffracted by the pattern 10 patterned on the reticle 9, and from the pattern 10, the 0th-order diffracted light D 0 , the + 1st-order diffracted light D P , and −
First-order diffracted light Dm is generated. Each diffracted light (D 0 ,
D m , D p ) are condensed by the projection optical system 11 and generate interference fringes on the wafer (substrate) 13. This interference fringe is an image of the pattern 10. At this time, the 0th-order diffracted light D 0 and ±
The angle θ (the reticle side) between the first-order diffracted lights D P and D m is si
nθ = λ / P (λ: exposure wavelength, P: pattern pitch)
【0006】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、 sinθが投影光学系11のレチク
ル側開口数(NAR )より大きくなると、±1次回折光
DP、Dm は投影光学系11内の瞳(フーリエ変換面)
12の有効径で制限され、投影光学系11を透過できな
くなる。このとき、ウエハ13上には0次回折光D0の
みしか到達せず干渉縞は生じない。つまり、 sinθ>N
AR となる場合にはパターン10の像は得られず、パタ
ーン10をウエハ13上に転写することができなくなっ
てしまう。By the way, when the pattern pitch becomes finer,
When sinθ becomes larger and sinθ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system 11, the ± first-order diffracted lights D P and D m become pupils (Fourier transform plane) in the projection optical system 11.
The effective diameter is limited by 12 and cannot pass through the projection optical system 11. At this time, only the zero-order diffracted light D 0 reaches the wafer 13 and no interference fringes occur. That is, sinθ> N
When the A R is not obtained image of the pattern 10, it becomes impossible to transfer the pattern 10 on the wafer 13.
【0007】以上のことから、今までの投影露光装置に
おいては、 sinθ=λ/P≒NARとなるピッチPは次
式で与えられていた。 P≒λ/NAR (1) これより、最小パターンサイズはピッチPの半分である
から、最小パターンサイズは0.5・λ/NAR 程度と
なるが、実際のフォトリソグラフィ工程においてはウエ
ハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、また
はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点
深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パター
ンサイズは、k・λ/NAR として表される。ここで、
kはプロセス係数と呼ばれ0.6〜0.8程度となる。
レチクル側開口数NAR とウエハ側開口数NAw との比
は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル
上における最小解像パターンサイズはk・λ/NAR 、
ウエハ上の最小パターンサイズは、k・λ/NAw =k
・λ/B・NAR (但しBは結像倍率(縮小率))とな
る。From the above, in the conventional projection exposure apparatus, the pitch P at which sin θ = λ / P ≒ NA R is given by the following equation. P ≒ λ / NA R (1) From this, since the minimum pattern size is half of the pitch P, the minimum pattern size is about 0.5 · λ / NA R , but in the actual photolithography process, Some degree of depth of focus is required due to curvature, the effects of process steps, etc., or the thickness of the photoresist itself. For this reason, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k · λ / NA R. here,
k is called a process coefficient and is about 0.6 to 0.8.
Since the ratio between the reticle-side numerical aperture NA R and the wafer-side numerical aperture NA w is the same as the imaging magnification of the projection optical system, the minimum resolution pattern size on the reticle is k · λ / NA R ,
The minimum pattern size on the wafer is k · λ / NA w = k
· Λ / B · NA R (where B is the imaging magnification (reduction ratio)) becomes.
【0008】従って、より微細なパターンを転写するた
めには、より短い波長の露光光源を使用するか、あるい
はより開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択す
る必要があった。もちろん、露光波長と開口数の両方を
最適化する努力も考えられる。しかしながら、上記の如
き従来の投影露光装置において、照明光源を現在より短
波長化(例えば200nm以下)することは、透過光学部
材として使用可能な適当な光学材料が存在しない等の理
由により現時点では困難である。また、投影光学系の開
口数は、現状でも既に理論的限界に近く、これ以上の大
開口化はほぼ望めない状態である。さらに、もし現状以
上の大開口化が可能であるとしても、±λ/2NA2 で
表わされる焦点深度は開口数の増加に伴なって急激に減
少し、実使用に必要な焦点深度がますます少なくなると
いう問題が顕著になってくる。Therefore, in order to transfer a finer pattern, it was necessary to select whether to use an exposure light source having a shorter wavelength or a projection optical system having a larger numerical aperture. Of course, efforts can be made to optimize both the exposure wavelength and the numerical aperture. However, in the conventional projection exposure apparatus as described above, it is difficult at present at present to shorten the wavelength of the illumination light source (for example, 200 nm or less) because there is no suitable optical material usable as a transmission optical member. It is. Also, the numerical aperture of the projection optical system is already close to the theoretical limit at present, and it is almost impossible to increase the numerical aperture further. Furthermore, even if the aperture can be made larger than the current situation, the depth of focus represented by ± λ / 2NA 2 will decrease rapidly with the increase of the numerical aperture, and the depth of focus required for actual use will increase. The problem of decreasing becomes more pronounced.
【0009】また、レチクルの回路パターンの透過部分
のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過部
分からの透過光の位相よりπだけずらす、いわゆる位相
シフトレチクルが、例えば特公昭62−50811号公
報等で提案されている。この位相シフトレチクルを使用
すると、従来よりも微細なパターンの転写が可能とな
る。A so-called phase shift reticle, which shifts the phase of the light transmitted from a specific portion of the reticle circuit pattern by π from the phase of the light transmitted from another portion, is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. Sho. It is proposed in, for example, JP-A-62-50811. Use of this phase shift reticle enables transfer of a finer pattern than in the past.
【0010】ところが、位相シフトレチクルについて
は、その製造工程が複雑になる分コストも高く、また検
査及び修正方法も未だ確立されていないので、多くの問
題が残されている。そこで、位相シフトレチクルを使用
しない投影露光技術として、レチクルの照明方法を改良
することで転写解像力を向上させる試みがなされてい
る。その1つの照明方法は、例えば図19の空間フィル
ター5aを輪帯状の開口にし、フーリエ変換面17上で
照明光学系の光軸の回りに分布する照明光束をカットす
ることにより、レチクル9に達する照明光束に一定の傾
斜を持たせるものである。However, the phase shift reticle has many problems because the manufacturing process is complicated and the cost is high, and the inspection and repair methods have not been established yet. Therefore, as a projection exposure technique that does not use a phase shift reticle, an attempt has been made to improve the transfer resolution by improving the reticle illumination method. One of the illumination methods is to reach the reticle 9 by, for example, making the spatial filter 5a in FIG. 19 an annular aperture and cutting the illumination light flux distributed around the optical axis of the illumination optical system on the Fourier transform surface 17. This is to make the illumination light beam have a certain inclination.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明光
学系のフーリエ変換面内での照明光束分布を輪帯状にす
るような特殊な照明方法を採用すると、確かに通常のレ
チクルでも解像力の向上は認められるが、レチクルの全
面に渡って均一な照度分布を保証することが難しくなる
といった問題点が生じた。また、図19のように単に空
間フィルター等のような部分的に照明光束をカットする
部材を設けた系では、当然のことながらレチクル上、又
はウエハ上での照明強度(照度)を大幅に低下させるこ
とになり、照明効率の低下に伴う露光処理時間の増大と
いう問題に直面する。さらに、照明光学系中のフーリエ
変換面には、光源からの光束が集中して通るため、空間
フィルター等の遮光部材の光吸収による温度上昇が著し
くなり、照明光学系の熱的な変動による性能劣化の対策
(空冷等)も考える必要がある。However, if a special illumination method is adopted such that the illumination light beam distribution in the Fourier transform plane of the illumination optical system is formed into an annular shape, the resolving power can be certainly improved even with a normal reticle. However, there has been a problem that it is difficult to guarantee a uniform illuminance distribution over the entire surface of the reticle. Further, in a system in which a member for simply cutting the illumination light beam such as a spatial filter as shown in FIG. 19 is provided, the illumination intensity (illuminance) on the reticle or the wafer is naturally significantly reduced. As a result, there is a problem that the exposure processing time is increased due to a decrease in illumination efficiency. Furthermore, since the luminous flux from the light source passes through the Fourier transform surface in the illumination optical system in a concentrated manner, the temperature rise due to light absorption of a light shielding member such as a spatial filter becomes remarkable, and the performance due to the thermal fluctuation of the illumination optical system. It is also necessary to consider measures for deterioration (air cooling, etc.).
【0012】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、通常のレチクルを使用しても、高解像度かつ大焦点
深度が得られるとともに、照度均一性の優れた投影露光
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection exposure apparatus which can obtain a high resolution, a large depth of focus, and has excellent illuminance uniformity even when a normal reticle is used. With the goal.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、光源(1)からの照明光をマスク(9)に照射する
照明光学系(3〜8)と、マスクのパターン像を基板
(13)上に投影する投影光学系(11)とを備えるも
のである。そして、本発明の請求項1に記載した投影露
光装置では、照明光学系の光軸(AX)から偏心した複
数の位置にそれぞれ中心が配置される複数の第1オプテ
ィカルインテグレータ(41a、41b)と、この複数
の第1オプティカルインテグレータとそれぞれ対をなし
て配置される複数の第2オプティカルインテグレータ
(40a、40b)と、この複数の第2オプティカルイ
ンテグレータにそれぞれ光源からの照明光を入射させる
光分割器(20、21;20a、20b;20c;20
d)とを設けることとした。また、本発明の請求項11
に記載した投影露光装置では、投影光学系の瞳面(1
2)と実質的に共役な照明光学系内の所定面(17)上
での照明光の光量分布が照明光学系の光軸(AX)から
偏心した複数の領域で高められるときに用いられ、照明
光学系の光軸に沿って相対移動可能な一対のプリズム
(20、21)を設けることとした。さらに、本発明の
請求項15に記載した投影露光装置では、光源(1)と
照明光学系内のオプティカルインテグレータ(41a、
41b)との間に配置され、投影光学系の瞳面(12)
と実質的に共役な照明光学系内の所定面(17)上での
照明光の光量分布を照明光学系の光軸(AX)から偏心
した複数の領域で高めるとともに、この光量分布を可変
とする光学系は、所定面上での各領域の位置を調整する
ために、照明光学系の光軸方向に関する間隔が可変な一
対のプリズム(20、21)を含むこととした。According to the projection exposure apparatus of the present invention, an illumination optical system (3 to 8) for irradiating illumination light from a light source (1) to a mask (9) and a pattern image of the mask to a substrate ( 13) a projection optical system (11) for projecting onto the projection optical system; In the projection exposure apparatus according to the first aspect of the present invention, the plurality of first optical integrators (41a, 41b) whose centers are respectively arranged at a plurality of positions decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system are provided. A plurality of second optical integrators (40a, 40b) arranged in pairs with the plurality of first optical integrators, and a light splitter for inputting illumination light from a light source to each of the plurality of second optical integrators (20, 21; 20a, 20b; 20c; 20
d) is provided. Claim 11 of the present invention
In the projection exposure apparatus described in (1), the pupil plane (1
It is used when the light amount distribution of the illumination light on the predetermined surface (17) in the illumination optical system substantially conjugate to 2) is enhanced in a plurality of regions decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system, A pair of prisms (20, 21) relatively movable along the optical axis of the illumination optical system is provided. Further, in the projection exposure apparatus according to claim 15 of the present invention, the light source (1) and the optical integrator (41a,
41b) and a pupil plane (12) of the projection optical system
The light amount distribution of the illumination light on the predetermined surface (17) in the illumination optical system substantially conjugate to the above is increased in a plurality of regions decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system, and this light amount distribution is made variable. The optical system includes a pair of prisms (20, 21) whose distance in the optical axis direction of the illumination optical system is variable in order to adjust the position of each area on a predetermined surface.
【0014】[0014]
【作用】本発明による作用を図18を用いて説明する。
図18中、本発明の第2フライアイレンズに相当する第
2フライアイレンズ群40a、40bは光軸AXに対す
る垂直な面内に並び、これより射出される光束は、それ
ぞれガイド光学系42a、42bにより、本発明の第1
フライアイレンズに相当する第1フライアイレンズ群4
1a、42bに入射する。第1フライアイレンズ入射面
における照度分布は第2フライアイレンズ群によって均
一化されている。The operation of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 18, the second fly-eye lens groups 40a and 40b corresponding to the second fly-eye lens of the present invention are arranged in a plane perpendicular to the optical axis AX. 42b, the first of the present invention
First fly-eye lens group 4 corresponding to a fly-eye lens
1a and 42b. The illuminance distribution on the first fly-eye lens incident surface is made uniform by the second fly-eye lens group.
【0015】第1フライアイレンズ群を射出した光束
は、コンデンサーレンズ8によりレチクル9に照射され
る。レチクル9上での照度分布は、上記の第1、第2の
両フライアイレンズ群で均一化され、きわめて均一性の
良いものとなっている。ここで、第1フライアイレンズ
群41a、41bの各中心は共に、光軸AXより離れた
位置に存在している。また、第1フライアイレンズ群4
1a、41bのレチクル側焦点面414a、414b
は、レチクルパターン10のフーリエ変換面17とほぼ
一致しているので、光軸AXと第1フライアイレンズの
中心との距離は、第1フライアイレンズを射出した光束
のレチクル9への入射角に相当する。The light beam emitted from the first fly-eye lens group is applied to a reticle 9 by a condenser lens 8. The illuminance distribution on the reticle 9 is made uniform by the first and second fly-eye lens groups, and has extremely good uniformity. Here, the centers of the first fly-eye lens groups 41a and 41b are both located at positions apart from the optical axis AX. The first fly-eye lens group 4
Reticle-side focal planes 414a, 414b of 1a, 41b
Is substantially coincident with the Fourier transform surface 17 of the reticle pattern 10, so that the distance between the optical axis AX and the center of the first fly-eye lens is determined by the angle of incidence of the light beam emitted from the first fly-eye lens on the reticle 9. Is equivalent to
【0016】レチクル(マスク)上に描画された回路パ
ターン10は、一般に周期的なパターンを多く含んでい
る。従って1つのフライアイレンズ群41aからの照明
光が照射されたレチクルパターン10からは0次回折光
成分DO 及び±1次回折光成分DP 、Dm 、及びより高
次の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発
生する。The circuit pattern 10 drawn on a reticle (mask) generally contains many periodic patterns. Therefore, from the reticle pattern 10 irradiated with the illumination light from one fly-eye lens group 41a, the 0th-order diffracted light component D O, the ± 1st-order diffracted light components D P , D m , and higher-order diffracted light components become Occurs in a direction corresponding to the degree of fineness.
【0017】このとき、照明光束(主光線)が傾いた角
度でレチクル9に入射するから、発生した各次数の回折
光成分も、垂直に照明された場合に比べ、傾き(角度ず
れ)をもってレチクルパターン10から発生する。図1
8中の照明光L130は、光軸に対してψだけ傾いてレ
チクル9に入射する。照明光L130はレチクルパター
ン10により回折され、光軸AXに対してψだけ傾いた
方向に進む0次回折光D0 、0次回折光に対してθP だ
け傾いた+1次回折光DP 、及び0次回折光D0 に対し
てθm だけ傾いて進む−1次回折光D m を発生する。し
かしながら、照明光L130は両側テレセントリックな
投影光学系11の光軸AXに対して角度ψだけ傾いてレ
チクルパターンに入射するので、0次回折光D0 もまた
投影光学系の光軸AXに対して角度ψだけ傾いた方向に
進行する。At this time, the angle at which the illumination light beam (principal ray) is inclined
Incident on the reticle 9 in degrees, the generated diffraction of each order
The light component is also tilted (not angled) compared to when illuminated vertically.
) From the reticle pattern 10. Figure 1
The illumination light L130 in FIG.
It is incident on the tickle 9. Illumination light L130 is reticle putter
And is tilted by ン with respect to the optical axis AX.
0th order diffracted light D traveling in the direction0, Θ for the 0th order diffracted lightPIs
Inclined + 1st order diffracted light DP, And zero-order diffracted light D0Against
And θm-1st order diffracted light D mOccurs. I
However, the illumination light L130 is telecentric on both sides.
The lens is tilted by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11.
0th order diffracted light D0Also
In a direction inclined by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system
proceed.
【0018】従って、+1次光DP は光軸AXに対して
θP +ψの方向に進行し、−1次回折光Dm は光軸AX
に対してθm −ψの方向に進行する。このとき回折角θ
P 、θm はそれぞれ sin(θP +ψ)− sinψ=λ/P (2) sin(θm −ψ)+ sinψ=λ/P (3) である。Accordingly, the + 1st-order light D P travels in the direction of θ P + に 対 し て with respect to the optical axis AX, and the −1st-order diffracted light D m is transmitted along the optical axis AX.
Proceeds in the direction of θ m −ψ. At this time, the diffraction angle θ
P, theta m is sin (θ P + ψ), respectively - a sinψ = λ / P (2) sin (θ m -ψ) + sinψ = λ / P (3).
【0019】ここでは、+1次回折光DP 、−1次回折
光Dm の両方が投影光学系11の瞳12を透過している
ものとする。レチクルパターン10の微細化に伴って回
折角が増大すると先ず角度θP +ψの方向に進行する+
1次回折光DP が投影光学系11の瞳12を透過できな
くなる。すなわち sin(θP +ψ)>NAR の関係にな
ってくる。しかし照明光L130が光軸AXに対して傾
いて入射している為、このときの回折角でも−1次回折
光Dm は、投影光学系11を透過可能となる。すなわち
sin(θm −ψ)<NAR の関係になる。[0019] Here, + 1-order diffracted light D P, -1 both-order diffracted light D m is assumed to transmit pupil 12 of the projection optical system 11. When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern 10, the reticle pattern 10 first advances in the direction of the angle θ P + ψ.
1-order diffracted light D P can not be transmitted through the pupil 12 of the projection optical system 11. That is, a relationship of sin (θ P + ψ)> NA R is established. But since the illumination light L130 is incident inclined with respect to the optical axis AX, -1-order diffracted light D m at a diffraction angle in this case is permeable to the projection optical system 11. Ie
sin (θ m −ψ) <NA R
【0020】従って、ウエハ13上には0次回折光D0
と−1次回折光Dm の2光束による干渉縞が生じる。こ
の干渉縞はレチクルパターン10の像であり、レチクル
パターン10が1:1のラインアンドスペースの時、約
90%のコントラストとなってウエハ13上に塗布され
たレジストに、レチクルパターン10の像をパターニン
グすることが可能となる。Therefore, the zero-order diffracted light D 0 is placed on the wafer 13.
If -1 interference fringes caused by two light beams of the diffracted light D m occurs. This interference fringe is an image of the reticle pattern 10. When the reticle pattern 10 has a line and space ratio of 1: 1, the image of the reticle pattern 10 is formed on a resist applied on the wafer 13 with a contrast of about 90%. Patterning becomes possible.
【0021】このときの解像限界は、 sin(θm −ψ)=NAR (4) となるときであり、従って NAR + sinψ=λ/P P=λ/(NAR + sinψ) (5) が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチであ
る。The resolution limit at this time is when sin (θ m -ψ) = NA R (4), and therefore, NA R + sinψ = λ / PP = λ / (NA R + sinψ) ( 5) is the pitch of the smallest transferable pattern on the reticle side.
【0022】一例として今 sinψを0.5×NAR 程度
に定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの
最小ピッチは P=λ(NAR +0.5NAR ) =2λ/3NAR (6) となる。As an example, assuming that sinψ is set to about 0.5 × NA R , the minimum pitch of the pattern on the reticle that can be transferred is P = λ (NA R + 0.5NA R ) = 2λ / 3NA R (6 ).
【0023】一方、図19に示したように、照明光の瞳
17上での分布が投影光学系11の光軸AXを中心とす
る円形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は
(1)式に示したようにP≒λ/NAR であった。従っ
て、従来の露光装置より高い解像度が実現できることが
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、0次回折光成分と1次
回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形成方
法によって、焦点深度も大きくなる理由について説明す
る。On the other hand, as shown in FIG. 19, in the case of a conventional exposure apparatus in which the distribution of the illumination light on the pupil 17 is within a circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 11, the resolution limit Was P ≒ λ / NA R as shown in the equation (1). Therefore, it can be seen that a higher resolution than the conventional exposure apparatus can be realized. Next, the reticle pattern is irradiated with exposure light in a specific incident direction and an incident angle, and a depth of focus is formed by a method of forming an imaging pattern on a wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component. The reason for the increase will be described.
【0024】図18のようにウエハ13が投影光学系1
1の焦点位置(最良結像面)に一致している場合は、レ
チクルパターン10中の1点を出てウエハ13上の一点
に達する各回折光は、投影光学系11のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このため
従来のように0次回折光成分が投影光学系11の瞳面1
2のほぼ中心(光軸近傍)を貫通する場合でも、0次回
折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等しく、
相互の波長収差も零である。しかし、ウエハ13が投影
光学系11の焦点位置に一致していないデフォーカス状
態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は光軸
近傍を通る0次回折光に対して焦点前方(投影光学系1
1から遠ざかる方)では短く、焦点後方(投影光学系1
1に近づく方)では長くなりその差は入射角の差に応じ
たものとなる。従って、0次、1次、・・・の各回折光
は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後におけるボ
ケを生じることとなる。As shown in FIG. 18, the projection optical system 1
If the focal position coincides with one of the focal positions (the best imaging plane), each diffracted light that exits one point in the reticle pattern 10 and reaches one point on the wafer 13 passes through any part of the projection optical system 11. Have the same optical path length. For this reason, the 0th-order diffracted light component is transmitted to the pupil plane 1 of the projection optical
2, the optical path lengths of the 0th-order diffracted light component and the other diffracted light components are equal,
Mutual wavelength aberration is also zero. However, when the wafer 13 is in a defocused state in which the focal position of the projection optical system 11 is not coincident, the optical path length of the high-order diffracted light obliquely incident is in front of the 0th-order diffracted light passing near the optical axis. Projection optical system 1
1 is far from the focal point (projection optical system 1).
In the case of (approaching 1), the length becomes longer, and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, each of the 0th-order, 1st-order,... Diffracted light forms a wavefront aberration, and blurs before and after the focal position.
【0025】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ13の焦点位置からのずれ量をΔF、各回折光がウ
エハ上の1点に入射するときの入射角θw の正弦をr
(r=sinθw )とすると、ΔFr2 /2で与えられる
量である。このとき、rは各回折光の、瞳面12での光
軸AXからの距離を表わす。従来の図18に示した投影
露光装置では、0次回折光D0 は光軸AXの近傍を通る
ので、r(0次)=0となり、一方±1次回折光DP 、
Dm は、r(1次)=M・λ/Pとなる(Mは投影光学
系の倍率)。従って、0次回折光D0 と±1次回折光D
P 、Dm とのデフォーカスによる波面収差は ΔF・M2 (λ/P)2 /2となる。The wavefront aberration due to defocusing of the foregoing, the amount of shift from the focus position of the wafer 13 [Delta] F, the sine of the incident angle theta w when the diffracted light is incident on one point on the wafer r
When (r = sinθ w), it is an amount given by ΔFr 2/2. At this time, r represents the distance of each diffracted light from the optical axis AX on the pupil plane 12. In the conventional projection exposure apparatus shown in FIG. 18, since the 0th-order diffracted light D 0 passes near the optical axis AX, r (0th-order) = 0, while ± 1st-order diffracted light D P ,
D m is r (first order) = M · λ / P (M is the magnification of the projection optical system). Therefore, the 0th-order diffracted light D 0 and the ± 1st-order diffracted light D
P, the wavefront aberration due to defocus of the D m is the ΔF · M 2 (λ / P ) 2/2.
【0026】一方、本発明における投影露光装置では、
図18に示すように0次回折光成分D0 は光軸AXから
角度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面19におけ
る0次回折光成分の光軸AXからの距離はr(0次)=
M・ sinψである。一方、−1次回折光成分Dm の瞳面
における光軸からの距離はr(−1次)=M・ sin(θ
m −ψ)となる。そしてこのとき、 sinψ= sin(θm
−ψ)となれば、0次回折光成分D0 と−1次回折光成
分Dm のデフォーカスによる相対的な波面収差は零とな
り、ウエハ13が焦点位置より光軸方向に若干ずれても
パターン10の像ボケは従来程大きく生じないことにな
る。すなわち、焦点深度が増大することになる。また、
(3)式のように、 sin(θm −ψ)+ sinψ=λ/P
であるから、照明光束L130のレチクル9への入射角
ψが、ピッチPのパターンに対して、 sinψ=λ/2P
の関係にすれば焦点深度をきわめて増大させることが可
能である。On the other hand, in the projection exposure apparatus of the present invention,
As shown in FIG. 18, the 0th-order diffracted light component D 0 is generated in a direction inclined by an angle か ら from the optical axis AX. Therefore, the distance of the 0th-order diffracted light component from the optical axis AX on the pupil plane 19 is r (0th) =
M · sinψ. On the other hand, the distance of the −1st-order diffracted light component D m from the optical axis on the pupil plane is r (−1st) = M · sin (θ)
m −ψ). At this time, sinψ = sin (θ m
If a -ψ), 0 relative wavefront aberration due to defocusing of the order diffracted light component D 0 and -1-order diffracted light component D m becomes zero, even the wafer 13 is slightly deviated in the optical axis direction from the focal position pattern 10 Will not occur as much as before. That is, the depth of focus increases. Also,
As shown in equation (3), sin (θ m −ψ) + sinψ = λ / P
Therefore, the angle of incidence 照明 of the illumination light beam L130 on the reticle 9 is sinψ = λ / 2P with respect to the pattern of the pitch P.
In this case, it is possible to greatly increase the depth of focus.
【0027】さらに、本発明は光源より発せられる照明
光束を複数の光束に分割してから、各フライアイレンズ
に導くために、光源からの光束を光量的にわずかの損失
のみで利用して、上記の高解像、大焦点深度の投影露光
方式を実現することができる。Further, according to the present invention, in order to divide the illumination light beam emitted from the light source into a plurality of light beams and guide them to each fly-eye lens, the light beam from the light source is utilized with only a slight loss in light quantity. The above-described projection exposure method with high resolution and large depth of focus can be realized.
【0028】[0028]
【実施例】図1は本発明の実施例であって、光分割光学
系として2個の多面体プリズムを使用したものである。
水銀灯等の光源1より放射される照明光束は楕円鏡2で
焦光され、折り曲げミラー3及びインプットレンズ4に
よりほぼ平行光束となって光分割光学系20、21に入
射する。ここでは光分割器は、V型の凹部を持つ第1の
多面体プリズム20と、V型の凸部を持つ第2の多面体
プリズム21とした。これら2つのプリズムの屈折作用
によって照明光束は2つの光束に分割される。そして、
それぞれの光束は別々の第2フライアイレンズ40a、
40bに入射する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which two polyhedral prisms are used as a light splitting optical system.
An illumination light beam emitted from a light source 1 such as a mercury lamp is focused by an elliptical mirror 2, converted into a substantially parallel light beam by a bending mirror 3 and an input lens 4, and incident on light splitting optical systems 20 and 21. Here, the light splitter was a first polyhedral prism 20 having a V-shaped concave portion and a second polyhedral prism 21 having a V-shaped convex portion. Due to the refraction of these two prisms, the illumination light beam is split into two light beams. And
Each light beam is a separate second fly-eye lens 40a,
40b.
【0029】ここでは第2フライアイレンズ40a、4
0bを2コとしたが、この数量は任意でよい。また、光
分割光学系も、第2フライアイレンズ群の個数に合わせ
て2分割とするものとしたが、第2フライアイレンズ群
の個数に応じていくつに分割してもよい。例えば第2フ
ライアイレンズ群が4個より成れば、光分割光学系2
0、21はそれぞれ4角錐型(ピラミッド型)の凹部を
有する第1の多面体プリズム20と、4角錐型(ピラミ
ッド型)の凸部を有する第2の多面体プリズム21とよ
り構成すればよい。Here, the second fly-eye lenses 40a, 4a
Although 0b is two, this quantity may be arbitrary. In addition, the light dividing optical system is divided into two parts in accordance with the number of the second fly-eye lens groups. However, the light dividing optical system may be divided into any number according to the number of the second fly-eye lens groups. For example, if the second fly-eye lens group is composed of four, the light splitting optical system 2
The first and second polygons 0 and 21 may each be constituted by a first polyhedral prism 20 having a quadrangular pyramid (pyramid) concave portion and a second polyhedral prism 21 having a quadrangular pyramid (pyramid) convex portion.
【0030】第2フライアイレンズ群40a、40bを
射出した照明光はそれぞれガイド光学系42a、43
a、42b、43bにより、第1フライアイレンズ群4
1a、41bに入射する。このとき第1フライアイレン
ズ41aには、第2フライアイレンズ40aからの光束
のみ入射し、41bには40bからの光束のみ入射す
る。The illumination light emitted from the second fly-eye lens groups 40a and 40b is applied to guide optical systems 42a and 43, respectively.
a, 42b, 43b, the first fly-eye lens group 4
1a and 41b. At this time, only the light beam from the second fly-eye lens 40a enters the first fly-eye lens 41a, and only the light beam from the 40b enters the first fly-eye lens 41b.
【0031】第1フライアイレンズ41a、41bを射
出した光束はコンデンサーレンズ6、8、折り曲げミラ
ー7に導かれレチクル9の下面側に形成されたパターン
10を照明する。パターン10を透過、回折した光は投
影光学系11により集光結像され、ウエハ13上に、パ
ターン10の像を形成する。尚、同図中12は投影光学
系11中のパターン10に対するフーリエ変換面(以
後、投影光学系瞳面と称す)を表わし、この投影光学系
瞳面に可変絞り(N.A絞り)を設ける場合もある。The light beams emitted from the first fly-eye lenses 41a and 41b are guided by the condenser lenses 6 and 8 and the bending mirror 7, and illuminate the pattern 10 formed on the lower surface of the reticle 9. The light transmitted and diffracted through the pattern 10 is condensed and imaged by the projection optical system 11 to form an image of the pattern 10 on the wafer 13. In the drawing, reference numeral 12 denotes a Fourier transform plane (hereinafter referred to as a projection optical system pupil plane) for the pattern 10 in the projection optical system 11, and a variable aperture (NA aperture) is provided on the projection optical system pupil plane. In some cases.
【0032】一方、照明光学系中にも、パターン10に
対するフーリエ変換面に相当する照明光学系瞳面17が
存在するが、前述の第1フライアイレンズ41a、41
bのレチクル側焦点面(射出側焦点面)は、この照明光
学系瞳面17とほぼ一致した位置にある。また、第2フ
ライアイレンズ40a、40bの射出面は、ガイド光学
系42、43によって第1フライアイレンズ41a、4
1bの入射面に対するフーリエ変換面になっている。た
だし、厳密にフーリエ変換の関係に維持される必要はな
く、要は第2フライアイレンズ群の各エレメントから射
出した光束が、第1フライアイレンズ群の入射面上で重
畳されているような関係が維持されていれば良い。On the other hand, the illumination optical system also has an illumination optical system pupil plane 17 corresponding to the Fourier transform plane for the pattern 10, but the first fly-eye lenses 41a and 41 described above.
The reticle-side focal plane (emission-side focal plane) b is located at a position substantially coincident with the illumination optical system pupil plane 17. The exit surfaces of the second fly-eye lenses 40a and 40b are connected to the first fly-eye lenses 41a and 41a by guide optical systems 42 and 43, respectively.
1b is a Fourier transform surface with respect to the incident surface. However, it is not necessary to strictly maintain the Fourier transform relationship. In short, it is necessary that the light flux emitted from each element of the second fly-eye lens group is superimposed on the incident surface of the first fly-eye lens group. It is only necessary that the relationship be maintained.
【0033】ここで、各フライアイレンズの構成につい
て図10を用いて説明する。図10(A)〜(D)の各
図はフライアイレンズの1つのエレメントの拡大図であ
る。実際のフライアイレンズ、例えば図1中の40a、
40b、41a、41b等は、この各エレメントの集合
体である。各エレメントは図10の上下方向及び紙面と
垂直な方向にいくつか並び(集合して)1つのフライア
イレンズを形成する。Here, the configuration of each fly-eye lens will be described with reference to FIG. Each of FIGS. 10A to 10D is an enlarged view of one element of the fly-eye lens. An actual fly-eye lens, for example, 40a in FIG.
40b, 41a, 41b, etc. are an aggregate of these elements. Each element is arranged (collected) in the vertical direction in FIG. 10 and in the direction perpendicular to the paper surface to form one fly-eye lens.
【0034】図10(A)は、入射面401aと光源側
焦点面403aが一致し、かつ射出面402aとレチク
ル側焦点面404bが一致しているものである。図1の
実施例、及び他の実施例においては、特に明記しない限
り、この図10(A)の型のフライアイレンズを使用す
るものとする。光源(図中左側)から入射する平行な光
束410aは実線のように、レチクル側焦点面404a
に集光し、一方、光源側焦点面403a上の1点より発
する光束(破線)は射出後、平行光束となる。尚、図1
0(B)〜(D)の夫々に示した型については後述す
る。FIG. 10A shows a case where the incident surface 401a and the light source side focal plane 403a coincide with each other, and the exit plane 402a and the reticle side focal plane 404b coincide with each other. In the embodiment of FIG. 1 and other embodiments, a fly-eye lens of the type shown in FIG. 10A is used unless otherwise specified. The parallel light flux 410a incident from the light source (the left side in the figure) has a reticle-side focal plane 404a as shown by a solid line.
On the other hand, a light beam (broken line) emitted from one point on the light source side focal plane 403a becomes a parallel light beam after emission. FIG.
The types shown in 0 (B) to (D) will be described later.
【0035】図1中の第2フライアイレンズ群40a、
40bと第1フライアイレンズ群41a、41bの各光
源側焦点面(ここでは入射面と一致)は、前述の如く、
結像関係となっている。従って第2フライアイレンズ群
中の、例えば40a中の各エレメント入射面に入射した
光束は、第1フライアイレンズ41aのすべてのエレメ
ント上に結像投影される。これは、第1フライアイレン
ズ41a中の1つのエレメント上に、第2フライアイレ
ンズ40aの各エレメントからの光束が重ね合わされて
いるということでもある。従って、第1フライアイレン
ズ入射面における照度分布は、積分効果によって均一化
される。この均一化された第1フライアイレンズ中の各
エレメントは、さらに積分されて(重ね合わされて)レ
チクル9を照明するためレチクル9上の照度の均一性は
きわめてよい。The second fly-eye lens group 40a in FIG.
The light-source-side focal planes (here, coincident with the entrance planes) of the first fly-eye lens group 41a and the first fly-eye lens group 41b are, as described above,
It has an imaging relationship. Therefore, the light beam incident on each element incident surface in the second fly-eye lens group 40a, for example, is image-formed and projected on all the elements of the first fly-eye lens 41a. This means that the light flux from each element of the second fly-eye lens 40a is superimposed on one element in the first fly-eye lens 41a. Therefore, the illuminance distribution on the entrance surface of the first fly-eye lens is made uniform by the integration effect. Each element in the uniformed first fly-eye lens is further integrated (superimposed) to illuminate the reticle 9, so that the illuminance on the reticle 9 is very uniform.
【0036】また、第1フライアイレンズ群41a、4
1bは光軸AXより離れた位置にあるため、レチクルパ
ターン10中で特定の方向及びピッチを有するパターン
の投影像の焦点深度を極めて大きくすることが可能とな
っている。ただし、レチクルパターン10の方向やピッ
チは、使用するレチクル9により異なることが予想され
る。従って各レチクル9に対して最適となるように、駆
動系56により第1フライアイレンズ群41a、41
b、及びガイド光学系42a、42b、43a、43
b、あるいはさらに第2フライアイレンズ群40a、4
0bや光分割光学系20、21の位置等を変更可能とし
ておくとよい。なお駆動系56は主制御系50の動作命
令により動作するが、このときの位置等の設定条件はキ
ーボード54より入力する。あるいはバーコードリーダ
ー52によりレチクル9上のバーコードパターンを読
み、その情報に基づいて設定を行なってもよい。レチク
ル9上のバーコードパターンに、上記照明条件を記入し
ておいてもよいし、あるいは主制御系は、レチクル名と
それに対応する照明条件を記憶(予め入力)しておき、
バーコードパターンに記されたレチクル名と、上記記憶
内容とを照合して、照明条件を決定してもよい。The first fly-eye lens groups 41a, 4a
Since 1b is located at a position distant from the optical axis AX, the depth of focus of a projected image of a pattern having a specific direction and pitch in the reticle pattern 10 can be extremely increased. However, the direction and pitch of the reticle pattern 10 are expected to differ depending on the reticle 9 used. Therefore, the first fly-eye lens groups 41a and 41 are driven by the drive system 56 so as to be optimal for each reticle 9.
b and guide optical systems 42a, 42b, 43a, 43
b or the second fly-eye lens groups 40a, 4b
0b, the position of the light splitting optical systems 20, 21 and the like can be changed. The drive system 56 operates according to an operation command from the main control system 50. At this time, setting conditions such as the position are input from the keyboard 54. Alternatively, a barcode pattern on the reticle 9 may be read by the barcode reader 52, and setting may be performed based on the information. The above illumination conditions may be written in a barcode pattern on the reticle 9, or the main control system stores (inputs in advance) the reticle name and the illumination conditions corresponding thereto,
The illumination condition may be determined by collating the reticle name described in the barcode pattern with the stored content.
【0037】図2は、図1中の光分割光学系20、21
から第1フライアイレンズ群41a、41bまでの拡大
図である。ここでは、第1の多面体プリズム20と第2
の多面体プリズム21との互いに対向する面は平行であ
るものとし、プリズム20の入射面とプリズム21の射
出面とは光軸AXと垂直であるものとする。その第1の
多面体プリズム20は保持部材22により保持され、第
2の多面体プリズム21は保持部材23により保持され
る。各保持部材22、23はそれぞれ可動部材24a、
24b、及び25a、25bにより保持され、固定部材
26a、26b上を図中左右方向、すなわち光軸AXに
沿った方向に可動となっている。この動作はモータ等の
能動部材27a、27b、28a、28bによって行な
われる。また、第1の多面体プリズム20と第2の多面
体プリズム21は独立に移動可能であるので、2つのプ
リズムの間隔の変更により射出する2光束の間隔を光軸
AXを中心として放射方向に変更することができる。FIG. 2 shows the light splitting optical systems 20, 21 in FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of the first fly-eye lens groups 41a and 41b. Here, the first polyhedral prism 20 and the second
The surfaces facing each other with the polygonal prism 21 are assumed to be parallel, and the entrance surface of the prism 20 and the exit surface of the prism 21 are perpendicular to the optical axis AX. The first polyhedral prism 20 is held by a holding member 22, and the second polyhedral prism 21 is held by a holding member 23. Each of the holding members 22 and 23 includes a movable member 24a,
It is held by 24b and 25a, 25b, and is movable on the fixing members 26a, 26b in the left-right direction in the figure, that is, the direction along the optical axis AX. This operation is performed by active members 27a, 27b, 28a, 28b such as motors. Further, since the first polyhedral prism 20 and the second polyhedral prism 21 can be moved independently, the interval between the two light beams to be emitted is changed in the radial direction around the optical axis AX by changing the interval between the two prisms. be able to.
【0038】多面体プリズム21から射出する複数の光
束は、第2フライアイレンズ群に入射する。図2では第
2フライアイレンズ群中の1つと、第1フライアイレン
ズ群中の1つと、1つのガイド光学系(42、43)が
1つの保持部材44a、44bに保持されている。ま
た、この保持部材はそれぞれ可動部材45a、45bに
より保持されている為に、固定部材46a、46bに対
して可動となっている。この動作は能動部材47a、4
7bによりおこなわれる。A plurality of light beams emitted from the polyhedral prism 21 enter the second fly-eye lens group. In FIG. 2, one of the second fly-eye lens group, one of the first fly-eye lens group, and one guide optical system (42, 43) are held by one holding member 44a, 44b. Since the holding members are held by the movable members 45a and 45b, respectively, they are movable with respect to the fixed members 46a and 46b. This operation is performed by the active members 47a, 4
7b.
【0039】第2フライアイレンズ、第1フライアイレ
ンズ、及びガイド光学系を一体に保持及び移動すること
により、第1フライアイレンズと第2フライアイレンズ
との間の光学的な位置関係をずらすことなく、第1フラ
イアイレンズから射出する光束の位置を光軸AXと垂直
な面内で任意に変更することができる。尚、保持部材4
4a、44bより突き出た部材48a、48bは遮光板
である。これにより、光分割光学系より発生する迷光を
遮断し、不必要な光がレチクルへ達することを防止す
る。また、遮光版48a、48bが光軸AX方向に各々
ずれていることにより、保持部材44a、bの可動範囲
の制限を少なくすることができる。By holding and moving the second fly-eye lens, the first fly-eye lens, and the guide optical system integrally, the optical positional relationship between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens can be changed. Without shifting, the position of the light beam emitted from the first fly-eye lens can be arbitrarily changed within a plane perpendicular to the optical axis AX. The holding member 4
Members 48a and 48b protruding from 4a and 44b are light shielding plates. Thereby, stray light generated from the light splitting optical system is blocked, and unnecessary light is prevented from reaching the reticle. Further, since the light shielding plates 48a and 48b are shifted from each other in the direction of the optical axis AX, the limitation on the movable range of the holding members 44a and b can be reduced.
【0040】図2中では、光分割光学系(多面体プリズ
ム)20、21の光軸方向の間隔を変更することで、分
割した各光束の位置を光軸AXに対して放射方向に変更
可能としたが、各光束を光軸AXを中心とする同心円方
向に変更することも可能である。図3はその場合の実施
例であって、第2の多面体プリズム(ピラミッド型プリ
ズム)21を保持する保持部材23は、固定具25によ
り保持されるが、保持部材23は図3(A)において固
定具25に対して紙面内で回転可能である。また、この
回転は固定具29に設けたモータ等の駆動部材29によ
り行なう。また、保持具23の周辺には、モータ29の
位置に対応してギア30を設けておく。尚、図3(B)
は図3(A)の3A矢視断面である。In FIG. 2, the position of each split light beam can be changed in the radial direction with respect to the optical axis AX by changing the distance between the light splitting optical systems (polyhedral prisms) 20 and 21 in the optical axis direction. However, it is also possible to change each light beam in a concentric direction around the optical axis AX. FIG. 3 shows an embodiment in that case. A holding member 23 for holding a second polyhedral prism (pyramid prism) 21 is held by a fixing tool 25. The holding member 23 is the same as that shown in FIG. It is rotatable in the plane of the paper with respect to the fixture 25. This rotation is performed by a driving member 29 such as a motor provided on the fixture 29. A gear 30 is provided around the holder 23 in correspondence with the position of the motor 29. FIG. 3B
Is a cross-sectional view taken along the arrow 3A in FIG.
【0041】ここで、固定具25は、さらに図2の如く
保持され、光軸AX方向に可動であっても構わない。ま
た、図3では第2の多面体プリズム21の場合の例のみ
を示したが、第1の多面体プリズム20に対しても同様
にして回転(光軸AXに対して)可能とすることができ
る。また、各々の多面体プリズム20、21を別々に回
転するのではなく、図2中の固定部材26a、26b
を、さらに別の固定部(露光装置本体等)に対し光軸A
Xを中心に回転してもよい。この場合の回転機構は、例
えば図3中の保持部材23が、多面体プリズム21の代
わりに、図1で示す固定部材26a、26bを保持する
ように構成すればよい。Here, the fixture 25 may be further held as shown in FIG. 2, and may be movable in the direction of the optical axis AX. Although FIG. 3 shows only an example of the case of the second polyhedral prism 21, the first polyhedral prism 20 can be similarly rotated (with respect to the optical axis AX). Also, instead of rotating each of the polyhedral prisms 20, 21 separately, the fixing members 26a, 26b in FIG.
With respect to the optical axis A with respect to another fixing portion (the exposure device body, etc.).
It may rotate around X. The rotation mechanism in this case may be configured so that, for example, the holding member 23 in FIG. 3 holds the fixing members 26a and 26b shown in FIG. 1 instead of the polyhedral prism 21.
【0042】以上のように、光分割光学系20、21か
ら射出される複数の光束が、光軸AXを中心として放射
方向及び同心円方向に位置変化する場合、これらの光束
が入射する第2フライアイレンズ群40a、bの位置
も、それに応じて可変となる必要がある。図4は、この
ための2次元的(光軸AXに垂直な面内方向)な動作を
可能とする機構の例を示す。図4では図2の如く、第2
フライアイレンズ40a、40b、ガイド光学系42
a、42b、43a、43b、及び第1フライアイレン
ズ41a、41bが一体に保持された部材(保持部材4
4a、44b)を光軸AXのレチクル側方向から見た図
である。それぞれの合成フライアイレンズ41A、B、
C、Dは保持部材44A、B、C、Dに保持され、それ
らはさらに可動部材45A、B、C、Dにより保持され
かつ、能動部材46A、B、C、Dによって光軸AXを
中心として放射方向に可動となっている。また、能動部
材46A、B、C、Dは、固定部材49A、B、C、D
上を、前記の放射方向と、ほぼ直交する方向(ほぼ同心
方向)に移動可能であるので、合成フライアイレンズ4
1A、B、C、Dはそれぞれ光軸AXに垂直な面内(紙
面内)に2次元的に可動である。これによって光分割光
学系で分割された各光束を効率よくレチクルに照射する
ことができる。As described above, when a plurality of light beams emitted from the light splitting optical systems 20 and 21 change their positions in the radial direction and the concentric direction around the optical axis AX, the second fly on which these light beams are incident. The positions of the eye lens groups 40a and 40b need to be variable accordingly. FIG. 4 shows an example of a mechanism that enables a two-dimensional (in-plane direction perpendicular to the optical axis AX) operation for this purpose. In FIG. 4, as shown in FIG.
Fly-eye lenses 40a, 40b, guide optical system 42
a, 42b, 43a, 43b and the first fly-eye lens 41a, 41b (the holding member 4)
4a and 44b) are views of the optical axis AX viewed from the reticle side. Each synthetic fly-eye lens 41A, B,
C and D are held by holding members 44A, B, C and D, which are further held by movable members 45A, B, C and D, and about the optical axis AX by active members 46A, B, C and D. It is movable in the radial direction. The active members 46A, B, C, and D are fixed members 49A, B, C, and D, respectively.
The upper part of the synthetic fly-eye lens 4 can be moved in a direction substantially perpendicular to the above radiation direction (substantially concentric direction).
1A, 1B, 1C, and 1D are two-dimensionally movable in a plane perpendicular to the optical axis AX (in the paper). Thus, each light beam split by the light splitting optical system can be efficiently irradiated on the reticle.
【0043】尚、図4中の可動部材45A、B、C、D
の動作方向は光軸AXを中心とする放射方向に限定され
るわけではなく、光軸AXに垂直な任意の方向であって
よい。また、図2に示した如く、1次元のみ可動な系の
場合にも、その方向は、同様に、光軸AXに垂直な任意
の方向であってよい。図5はガイド光学系の変形例であ
って、ガイド光学系42a、42b、43a、43bは
共に第2フライアイレンズ40a、40b、第1フライ
アイレンズ41a、41bの各中心に対して偏心して配
置されている。Incidentally, the movable members 45A, B, C, D in FIG.
Is not limited to the radiation direction about the optical axis AX, but may be any direction perpendicular to the optical axis AX. Also, as shown in FIG. 2, even in the case of a system that is movable only in one dimension, the direction may be any direction perpendicular to the optical axis AX. FIG. 5 shows a modification of the guide optical system. The guide optical systems 42a, 42b, 43a, and 43b are eccentric with respect to the centers of the second fly-eye lenses 40a and 40b and the first fly-eye lenses 41a and 41b. Are located.
【0044】各第2フライアイレンズ40a、40bを
射出した各照明光束の位置は、偏心したガイド光学系4
2a、42b、43a、43bにより、光軸AXに垂直
な面内方向で変化して各第1フライアイレンズ41a、
41bに入射する。また、ガイド光学系42a、42
b、43a、43bの偏心の程度を変更することによ
り、第1フライアイレンズ群41a、41b入射面での
各光束の位置(光軸AXに垂直な面内での位置)を変え
ることができる。図5ではこの偏心量の変化は能動部材
421a、421b、431a、431bにより行なう
ものとした。能動部材421a、421b、431a、
431bは、保持部材420a、420b、430a、
430bを介して、ガイド光学系42a、42b、43
a、43bを可動ならしめる。尚、各第2フライアイレ
ンズ40a、40bの入射面(図中左端)と、各第1フ
ライアイレンズ41a、41bの入射面(図中左端)
は、ほぼ結像関係で結ばれているが、ガイド光学系42
a、42b、43a、43bの動作が光軸AXに対して
垂直な面内方向であれば、この結像関係(光軸AX方
向)を大きくくずすことはない。各第1フライアイレン
ズ41a、41bもまた、ガイド光学系同様に能動部材
411a、411bによって光軸AXと垂直な面内方向
に可動である。The position of each illumination light beam emitted from each second fly-eye lens 40a, 40b is determined by the eccentric guide optical system 4.
2a, 42b, 43a, 43b, the first fly-eye lens 41a changes in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX.
It is incident on 41b. Further, the guide optical systems 42a, 42
By changing the degree of eccentricity of b, 43a, 43b, the position of each light beam on the entrance surface of the first fly-eye lens group 41a, 41b (position in a plane perpendicular to the optical axis AX) can be changed. . In FIG. 5, this change in the amount of eccentricity is performed by the active members 421a, 421b, 431a, and 431b. Active members 421a, 421b, 431a,
431b is a holding member 420a, 420b, 430a,
Guide optical systems 42a, 42b, 43 via 430b
a, 43b are movable. In addition, the incident surface (left end in the figure) of each second fly-eye lens 40a, 40b and the incident surface (left end in the figure) of each first fly-eye lens 41a, 41b.
Are almost formed in an image-forming relationship, but the guide optical system 42
If the operations of a, 42b, 43a, and 43b are in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX, this imaging relationship (in the optical axis AX direction) is not greatly disrupted. Each of the first fly-eye lenses 41a and 41b is also movable in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX by the active members 411a and 411b similarly to the guide optical system.
【0045】図5の系においては各第2フライアイレン
ズ40a、40bを射出した光束を、ガイド光学系42
a、42b、43a、43bにより光軸AXに垂直な面
内の任意の位置に移動することが可能である。従って、
各第2フライアイレンズ群40a、40b及び光分割光
学系20、21は可動でなく、固定的であっても構わな
い。図5ではこれらは共通の保持部材22aによって保
持されるものとした。但し、図5の如きガイド光学系4
2a、42b、43a、43b及び第1フライアイレン
ズ群41a、41bの構成としても、光分割光学系2
0、21及び第2フライアイレンズ群40a、40bは
図2、図3の如く個別に可動としてもよい。尚、図5で
は第1、第2のフライアイレンズ共に、各2個とした
が、これはいくつであっても構わない。In the system shown in FIG. 5, a light beam emitted from each of the second fly-eye lenses 40a and 40b is transmitted to a guide optical system 42.
It is possible to move to an arbitrary position in a plane perpendicular to the optical axis AX by a, 42b, 43a, 43b. Therefore,
The second fly-eye lens groups 40a and 40b and the light splitting optical systems 20 and 21 may not be movable but may be fixed. In FIG. 5, these are held by the common holding member 22a. However, the guide optical system 4 as shown in FIG.
2a, 42b, 43a, 43b and the first fly-eye lens groups 41a, 41b,
The 0, 21 and second fly-eye lens groups 40a, 40b may be individually movable as shown in FIGS. In FIG. 5, each of the first and second fly-eye lenses has two lenses, but any number may be used.
【0046】図6、図7、図8はそれぞれ光分割光学系
の変形例である。図6の例では光分割光学系は凹形状の
多面体プリズム20aと、凸レンズ(あるいは正のパワ
ーを持つレンズ群)21aとより構成される。インプッ
トレンズ4より射出されるコリメートされた照明光束は
多面体プリズム20aにより分割され、かつ発散される
が、凸レンズ21aにより各々集光され、第2フライア
イレンズ40a、40bに入射する。尚、多面体プリズ
ム20aの斜面の傾斜角はθ1 であるとしたが、この角
度の変更によって、第2フライアイレンズ40a、40
b近傍における分割後の各光束の光軸AXに垂直な面内
での位置を変えることもできる。例えば、図の如く、θ
1 とθ2 の異なる傾斜角を持った2個の多面プリズム2
0a、20bを用意し、これらを能動部材27cにより
交換可能にしてもよい。ここで2つの多面プリズム20
a、20bは一体の保持具22aにより保持され、かつ
保持具22aは可動部材24cにより保持されている。
可動部材24cは固定部材26cに対して、能動部材2
7cの動力をもとに可動となっている。FIGS. 6, 7 and 8 show modifications of the light dividing optical system. In the example of FIG. 6, the light splitting optical system includes a concave polyhedral prism 20a and a convex lens (or a lens group having a positive power) 21a. The collimated illumination light beam emitted from the input lens 4 is split and diverged by the polyhedral prism 20a, but is condensed by the convex lens 21a and enters the second fly-eye lenses 40a and 40b. The inclination angle of the inclined surface of the polyhedron prism 20a is set to a theta 1, the change of this angle, the second fly-eye lens 40a, 40
The position in the plane perpendicular to the optical axis AX of each divided light beam near b can be changed. For example, as shown in the figure, θ
1 and θ of the two having different tilt angles 2 polygonal prism 2
0a and 20b may be prepared, and these may be made replaceable by the active member 27c. Here, two polygonal prisms 20
a and 20b are held by an integral holder 22a, and the holder 22a is held by a movable member 24c.
The movable member 24c is different from the fixed member 26c in the active member 2
It is movable based on the power of 7c.
【0047】尚、図6中の2つの多面プリズムは斜面の
傾斜角は異なるが、その向きは同一であるとしてある
が、向きも異なっていてもよい。あるいは一方は、2分
割用のV型凹部であり、一方はピラミッド型凹部を有し
ていても構わない。また、図6中の第2フライアイレン
ズ群40a、40bガイド光学系42a、42b、43
a、43b、第1フライアイレンズ群41a、41bの
保持機構は、図2、図4、図5に示したものと同じよう
な構成とする。Although the two polyhedral prisms in FIG. 6 have different inclination angles of the inclined surfaces and the same direction, the directions may be different. Alternatively, one may be a V-shaped recess for dividing into two, and one may have a pyramid-shaped recess. Also, the second fly-eye lens groups 40a, 40b in FIG. 6 guide optical systems 42a, 42b, 43
The holding mechanism for the first and second fly-eye lenses 41a and 41b has the same configuration as that shown in FIGS.
【0048】図7は光分割光学系として光ファイバー2
0cを用いた例である。ファイバー入射部20bより入
射した照明光は射出部21b、21cでは2光束に分割
される。尚、射出部21b、21cは、図2に示す如き
一体に保持された合成フライアイレンズと同一の保持部
材44c、44dにより保持される。これによって、各
合成フライアイレンズの移動に伴って、各光束の位置も
自動的に移動(追従)する。FIG. 7 shows an optical fiber 2 as a light splitting optical system.
This is an example using 0c. The illumination light incident from the fiber incident part 20b is split into two light beams at the emission parts 21b and 21c. In addition, the emission portions 21b and 21c are held by the same holding members 44c and 44d as the synthetic fly-eye lens held integrally as shown in FIG. Accordingly, the position of each light beam automatically moves (follows) with the movement of each synthetic fly-eye lens.
【0049】図8は光分割光学系として複数のミラー2
0d、21e、21fを用いた例である。第1ミラー2
0dは、V字型のミラーであって光束を2分割する。第
2ミラー21e、21fは平面ミラーであって各光束を
第1フライアイレンズ40a、40bに導く。ここで
は、第2ミラー21e、21fは合成フライアイを一体
に保持する保持部材44e、44fと一体に保持される
ものとする。FIG. 8 shows a plurality of mirrors 2 as a light splitting optical system.
This is an example using 0d, 21e, and 21f. First mirror 2
0d is a V-shaped mirror that divides a light beam into two. The second mirrors 21e and 21f are plane mirrors and guide each light beam to the first fly-eye lenses 40a and 40b. Here, it is assumed that the second mirrors 21e and 21f are integrally held by holding members 44e and 44f that integrally hold the composite fly eye.
【0050】図7、図8の例共に合成フライアイの保持
部材44c、44d、44e、44fは図2あるいは図
4と同様に、光軸AXと垂直な面内方向で移動可能であ
る。また、各フライアイレンズの個数及び光分割光学系
による分割数は2個に限らず何個でもよい。図7ではフ
ァイバー20cの分割数を変えればよく、図8では第1
ミラー20dに、ピラミッド型ミラー(4分割)等を用
いればよい。7 and 8, the holding members 44c, 44d, 44e and 44f of the synthetic fly's eye can move in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX, as in FIG. 2 or FIG. The number of fly-eye lenses and the number of divisions by the light dividing optical system are not limited to two, but may be any number. In FIG. 7, the number of divisions of the fiber 20c may be changed, and in FIG.
A pyramid-type mirror (four-split) or the like may be used as the mirror 20d.
【0051】尚、光分割光学系の構成はこれらに限定さ
れるものではない。例えば、図6中の多面プリズム20
a、20bの代わりに、回折格子、特に位相回折格子あ
るいは、凸レンズアレイなどを用いることなども可能で
ある。図9は、第1フライアイレンズ群41a、41b
から投影光学系11までの系における変形例である。第
1フライアイレンズの射出面、すなわちレチクルパター
ン10に対するフーリエ変換面より射出した照明光は、
リレーレンズ6aによって、集光、整形される。このと
き、リレーレンズ6aの作用によってレチクルパターン
10と結像関係となる面が作られる。従ってこの面に視
野絞り(照明エリア絞り)14を設けることで、レチク
ルパターン面での照明エリアを制限することができる。The configuration of the light splitting optical system is not limited to these. For example, the polygon prism 20 shown in FIG.
Instead of a and 20b, it is also possible to use a diffraction grating, especially a phase diffraction grating, a convex lens array, or the like. FIG. 9 shows the first fly-eye lens groups 41a and 41b.
This is a modification of the system from to the projection optical system 11. The illumination light emitted from the emission surface of the first fly-eye lens, that is, the Fourier transform surface for the reticle pattern 10,
The light is condensed and shaped by the relay lens 6a. At this time, a surface having an image forming relationship with the reticle pattern 10 is created by the action of the relay lens 6a. Therefore, by providing the field stop (illumination area stop) 14 on this surface, the illumination area on the reticle pattern surface can be limited.
【0052】照明光は視野絞り14の後のリレーレンズ
6b、コンデンサーレンズ6c、8、ミラー7を介して
レチクル9に照射される。また、リレーレンズ6bとコ
ンデンサーレンズ6cの間には、レチクルパターン10
のフーリエ変換面17bが現われる。図9の開口絞り5
は第2フライアイレンズの射出面近傍に設けたが、この
フーリエ変換面17bの近傍に設けることもできる。次
に、図10を用いて本発明で使用するフライアイレンズ
のエレメントについて説明する。図10(A)は前述の
とおり入射面401aと光源側焦点面403a及び、射
出面402aとレチクル側焦点面404aが一致する型
式であり、以上の実施例中で用いられたものである。The illuminating light is applied to the reticle 9 via the relay lens 6b, condenser lenses 6c and 8 and mirror 7 after the field stop 14. A reticle pattern 10 is provided between the relay lens 6b and the condenser lens 6c.
Appears on the Fourier transform surface 17b. Aperture stop 5 in FIG.
Is provided near the exit surface of the second fly-eye lens, but may be provided near the Fourier transform surface 17b. Next, the elements of the fly-eye lens used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows a model in which the incident surface 401a and the light source side focal plane 403a coincide with each other, and the exit surface 402a and the reticle side focal plane 404a coincide with each other, as described above, and is used in the above embodiment.
【0053】しかしながら、図10(A)の構成では、
フライアイレンズのエレメント内部の光束はすべてガラ
ス中を通るうえに、ガラス(フライアイレンズ)内部に
光束の集光点が生じる。例えば光源にエキシマ等のパル
スレーザを用いる場合、1パルスあたりのエネルギーが
極めて高くなり、集光点がガラス中に存在すると、集光
部の光エネルギーによってガラスが破損してしまう可能
性がある。However, in the configuration of FIG.
All the light beams inside the element of the fly-eye lens pass through the glass, and a light-converging point is generated inside the glass (fly-eye lens). For example, when a pulsed laser such as an excimer is used as a light source, the energy per pulse becomes extremely high, and if the focal point exists in the glass, the glass may be damaged by the light energy of the focal point.
【0054】図10(B)、図10(C)は、これを防
止する為のフライアイレンズエレメントである。図10
(B)は、入射面401b、射出面402bが共に凸レ
ンズから成るが、そのレチクル側焦点面404bは射出
面402bとは異なる(光源側焦点面403bと入射面
401bは一致する)。これは入射面401bと射出面
402bの曲率を変えることで実現できる。このように
すると、光源からの光束はフライアイレンズエレメント
400bの外部に集光点を持つ。FIGS. 10B and 10C show fly-eye lens elements for preventing this. FIG.
In (B), both the entrance surface 401b and the exit surface 402b are formed of convex lenses, but the reticle-side focal surface 404b is different from the exit surface 402b (the light source-side focal surface 403b and the entrance surface 401b coincide). This can be realized by changing the curvature of the entrance surface 401b and the exit surface 402b. In this case, the light beam from the light source has a condensing point outside the fly-eye lens element 400b.
【0055】図10(C)は図10(B)の変形であっ
て、入射面401cを平面としたフライアイレンズエレ
メント400cを示したものである。ここでも集光点
(レチクル側焦点面404c)をレンズ400c外部に
出すことができる。また、レンズ400c内では光束は
全く集光しない。しかし、入射面401cに屈折作用が
ない為、垂直かつ平行な入射光以外では、光束がフライ
アイレンズ400c内壁に当たり、迷光を生じてしま
う。従って図10(C)は、光源がレーザである場合の
第2フライアイレンズとして特に有効である。なぜな
ら、レーザ光源を使うと、入射光束をほぼ平行光束と
し、かつ垂直に第1フライアイレンズに入射させること
ができるからである。FIG. 10C is a modification of FIG. 10B, and shows a fly-eye lens element 400c having the plane of incidence 401c as a plane. Also in this case, the light condensing point (reticle side focal plane 404c) can be projected outside the lens 400c. Further, the light beam is not condensed at all in the lens 400c. However, since the incident surface 401c does not have a refraction action, a light beam hits the inner wall of the fly-eye lens 400c except for perpendicular and parallel incident light, causing stray light. Therefore, FIG. 10C is particularly effective as the second fly-eye lens when the light source is a laser. This is because, when a laser light source is used, the incident light beam can be made substantially parallel light beam and can be vertically incident on the first fly-eye lens.
【0056】一方、図10(B)の場合は、図10
(C)と同様にして、レーザ光源での第1フライアイレ
ンズとしての使用が適している。図10(D)に示すフ
ライアイレンズエレメントは2枚の凸レンズ400d、
400eから成るものである。図10(A)〜(C)と
異なり、2つの凸レンズ400d、400eの間の空間
に空気、窒素、あるいはヘリウム等の気体が満たされ
る。例えば200nm以下の露光波長を使用する場合、レ
ンズ材料は透過性の良いものがないので、図10(D)
のように極力ガラス等の透過性のソリッド部材を減らし
た方がよい。また、この場合、投影光学系は反射光学系
(一部屈折部材を含んでもよい)を使用し、光分割光学
系も図8に示した如き、反射鏡を使用したものとすると
よい。On the other hand, in the case of FIG.
As in the case of (C), use as a first fly-eye lens with a laser light source is suitable. The fly-eye lens element shown in FIG. 10D has two convex lenses 400d,
400e. Unlike FIGS. 10A to 10C, the space between the two convex lenses 400d and 400e is filled with a gas such as air, nitrogen, or helium. For example, when an exposure wavelength of 200 nm or less is used, since there is no lens material having good transmittance, FIG.
It is better to reduce transparent solid members such as glass as much as possible. In this case, it is preferable that the projection optical system uses a reflection optical system (which may include a partly refracting member), and the light splitting optical system uses a reflection mirror as shown in FIG.
【0057】次に、露光すべきレチクルパターンに応じ
て、これらの系をどのように最適にするかを説明する。
第1フライアイレンズ群の各位置(光軸と垂直な面内で
の位置)は、転写すべきレチクルパターンに応じて決定
(変更)するのが良い。この場合の位置決定方法は作用
の項で述べた通り、各第1フライアイレンズ群からの照
明光束が転写すべきパターンの微細度(ピッチ)に対し
て最適な解像度、及び焦点深度の向上効果を得られるよ
うにレチクルパターンに入射する位置(入射角ψ)とす
ればよい。Next, how to optimize these systems according to the reticle pattern to be exposed will be described.
Each position of the first fly-eye lens group (a position in a plane perpendicular to the optical axis) is preferably determined (changed) according to a reticle pattern to be transferred. The position determination method in this case is, as described in the operation section, an effect of improving the resolution and the depth of focus that are optimal for the fineness (pitch) of the pattern to which the illumination light flux from each first fly-eye lens group is to be transferred. The position (incident angle ψ) at which light is incident on the reticle pattern may be obtained so as to obtain
【0058】次に、各第1フライアイレンズ群の位置決
定の具体例を、図11、及び図12(A)、(B)、
(C)、(D)を用いて説明する。図11は第1フライ
アイレンズ群41a、41bからレチクルパターン10
までの部分を模式的に表わす図であり、第1フライアイ
レンズ群41のレチクル側焦点面414a、414b
が、レチクルパターン10のフーリエ変換面17と一致
している。またこのとき両者をフーリエ変換の関係とな
らしめるレンズ、またはレンズ群を、一枚のレンズ6と
して表わしてある。さらに、レンズ6のフライアイレン
ズ側主点からフライアイレンズ群41のレチクル側焦点
面414abまでの距離と、レンズ6のレチクル側主点
からレチクルパターン10までの距離は共にfであると
する。Next, a specific example of determining the position of each first fly-eye lens unit will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (C) and (D). FIG. 11 shows the reticle pattern 10 from the first fly-eye lens groups 41a and 41b.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a portion up to and including a reticle-side focal plane 414a, 414b of a first fly-eye lens group 41;
Correspond to the Fourier transform surface 17 of the reticle pattern 10. At this time, a lens or a lens group that makes them have a Fourier transform relationship is represented as one lens 6. Further, it is assumed that the distance from the fly-eye lens-side principal point of the lens 6 to the reticle-side focal plane 414ab of the fly-eye lens group 41 and the distance from the reticle-side principal point of the lens 6 to the reticle pattern 10 are both f.
【0059】図12(A)、(C)は共にレチクルパタ
ーン10中に形成される一部分のパターンの例を表わす
図であり、図12(B)は図12(A)のレチクルパタ
ーンの場合に最適な第1フライアイレンズ群の中心のフ
ーリエ変換面17(投影光学系の瞳面)での位置を示
し、図12(D)は図12(C)のレチクルパターンの
場合に最適な各フライアイレンズ群の位置(最適な各フ
ライアイレンズ群の中心の位置)を表わす図である。FIGS. 12A and 12C are diagrams each showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 10, and FIG. 12B is a view showing the case of the reticle pattern shown in FIG. FIG. 12D shows the position of the optimum center of the first fly-eye lens group on the Fourier transform plane 17 (pupil plane of the projection optical system). FIG. 12D shows each fly that is optimal for the reticle pattern shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a position of an eye lens group (an optimum position of the center of each fly-eye lens group).
【0060】図12(A)は、いわゆる1次元ラインア
ンドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等し
い幅でY方向に帯状に並び、それらがX方向にピッチP
で規則的に並んでいる。このとき、個々の第1フライア
イレンズの最適位置は図12(B)に示すようにフーリ
エ変換面内に仮定したY方向の線分Lα上、及び線分L
β上の任意の位置となる。図12(B)はレチクルパタ
ーン10に対するフーリエ変換面17を光軸AX方向か
ら見た図であり、かつ、面17内の座標系X、Yは、同
一方向からレチクルパターン10を見た図12(A)と
同一にしてある。FIG. 12A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern in which a transparent portion and a light-shielding portion are arranged in a band in the Y direction with the same width, and they have a pitch P in the X direction.
Are arranged regularly. At this time, the optimum positions of the individual first fly-eye lenses are on the line segment Lα in the Y direction assumed in the Fourier transform plane and the line segment L as shown in FIG.
Any position on β. FIG. 12B is a view of the Fourier transform surface 17 with respect to the reticle pattern 10 viewed from the optical axis AX direction, and the coordinate system X, Y in the surface 17 is a view of the reticle pattern 10 viewed from the same direction. Same as (A).
【0061】さて、図12(B)において、光軸AXが
通る中心Cから各線分Lα、Lβまでの距離α、βはα
=βであり、λを露光波長としたとき、α=β=f・
(1/2)・(λ/P)に等しい。この距離α・βをf
・sin ψと表わせれば、sin ψ=λ/2Pであり、これ
は作用の項で述べた数値と一致している。従って、各第
1フライアイレンズの各中心(各第1フライアイレンズ
の夫々によって作られる2次光源像の光量分布の各重
心)位置が線分Lα、Lβ上にあれば、図12(A)に
示す如きラインアンドスペースパターンに対して、各フ
ライアイレンズからの照明光により発生する0次回折光
と±1次回折光のうちのどちらか一方との2つの回折光
は、投影光学系瞳面12において光軸AXからほぼ等距
離となる位置を通る。従って前述の如く、ラインアンド
スペースパターン(図12(A))に対する焦点深度を
最大とすることができ、かつ高解像度を得ることができ
る。In FIG. 12B, the distances α and β from the center C through which the optical axis AX passes to the respective line segments Lα and Lβ are α
= Β, and when λ is the exposure wavelength, α = β = f ·
It is equal to (1/2) · (λ / P). This distance α · β is f
If it can be expressed as sin ψ, then sin ψ = λ / 2P, which is consistent with the numerical value described in the section of the operation. Therefore, if the respective centers of the first fly-eye lenses (the respective centers of gravity of the light amount distributions of the secondary light source images formed by the respective first fly-eye lenses) are located on the line segments Lα and Lβ, FIG. For the line-and-space pattern as shown in ()), two diffracted lights, one of the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light generated by the illumination light from each fly-eye lens, are projected onto the pupil plane of the projection optical system. At 12, it passes through a position that is approximately equidistant from the optical axis AX. Therefore, as described above, the depth of focus for the line and space pattern (FIG. 12A) can be maximized, and high resolution can be obtained.
【0062】次に、図12(C)はレチクルパターンが
いわゆる孤立スペースパターンである場合であり、パタ
ーンのX方向(横方向)ピッチがPx、Y方向(縦方
向)ピッチがPyとなっている。図12(D)は、この
場合の各第1フライアイレンズの最適位置を表わす図で
あり、図12(C)との位置、回転関係は図12
(A)、(B)の関係と同じである。図12(C)の如
き、2次元パターンに照明光が入射するとパターンの2
次元方向の周期性(X:Px、Y:Py)に応じた2次
元方向に回折光が発生する。図12(C)の如き2次元
パターンにおいても回折光中の±1次回折光のうちのい
ずれか一方と0次回折光とが投影光学系瞳面12におい
て光軸AXからほぼ等距離となるようにすれば、焦点深
度を最大とすることができる。図12(C)のパターン
ではX方向のピッチはPxであるから、図12(D)に
示す如く、α=β=f・(1/2)・(λ/Px)とな
る線分Lα、Lβ上に各フライアイレンズ群の中心があ
れば、パターンのX方向成分について焦点深度を最大と
することができる。同様に、r=ε=f・(1/2)・
(λ/Py)となる線分Lγ、Lε上に各フライアイレ
ンズ群の中心があれば、パターンY方向成分について焦
点深度を最大とすることができる。Next, FIG. 12C shows a case where the reticle pattern is a so-called isolated space pattern, in which the pitch in the X direction (horizontal direction) is Px and the pitch in the Y direction (vertical direction) is Py. . FIG. 12D is a diagram showing the optimum position of each first fly-eye lens in this case, and the position and rotation relationship with FIG. 12C are shown in FIG.
This is the same as the relationship between (A) and (B). When illumination light enters a two-dimensional pattern as shown in FIG.
Diffracted light is generated in a two-dimensional direction according to the periodicity in the dimensional direction (X: Px, Y: Py). In the two-dimensional pattern as shown in FIG. 12C, either one of the ± 1st-order diffracted lights in the diffracted light and the 0th-order diffracted light are set so as to be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 of the projection optical system. Then, the depth of focus can be maximized. Since the pitch in the X direction is Px in the pattern of FIG. 12C, as shown in FIG. 12D, a line segment Lα satisfying α = β = ff (1 /) ・ (λ / Px) is obtained. If the center of each fly-eye lens group is on Lβ, the depth of focus can be maximized for the X-direction component of the pattern. Similarly, r = ε = f · (1/2) ·
If the center of each fly-eye lens group is located on the line segments Lγ and Lε that are (λ / Py), the depth of focus can be maximized for the pattern Y-direction component.
【0063】以上、図12(B)、又は(D)に示した
各位置に配置したフライアイレンズ群からの照明光束が
レチクルパターン10に入射すると、0次光回折光成分
D0と、+1次回折光成分DR または−1次回折光成分
Dm のいずれか一方とが、投影光学系11内の瞳面12
では光軸AXからほぼ等距離となる光路を通る。従って
作用の項で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影
露光装置が実現できる。As described above, when the illumination light beam from the fly-eye lens group arranged at each position shown in FIG. 12B or 12D enters the reticle pattern 10, the 0th-order light diffracted light component D 0 and +1 either one order diffracted light component D R or -1-order diffracted light component D m DOO is, the pupil plane 12 of the projection optical system 11
Passes through an optical path that is approximately equidistant from the optical axis AX. Therefore, as described in the section of operation, a projection exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus can be realized.
【0064】以上、レチクルパターン10として図12
(A)、又は(C)に示した2例のみを考えたが、他の
パターンであってもその周期性(微細度)に着目し、そ
のパターンからの+1次回折光成分または−1次回折光
成分のいずれか一方と0次回折光成分との2光束が、投
影光学系内の瞳面12では光軸AXからほぼ等距離にな
る光路を通るような位置に各フライアイレンズ群の中心
を配置すればよい。また、図12(A)、(C)のパタ
ーン例は、ライン部とスペース部の比(デューティ比)
が1:1のパターンであった為、発生する回折光中では
±1次回折光が強くなる。このため、±1次回折光のう
ちの一方と0次回折光との位置関係に着目したが、パタ
ーンがデューティ比1:1から異なる場合等では他の回
折光、例えば±2次回折光のうちの一方と0次回折光と
の位置関係が、投影光学系瞳面12において光軸AXか
らほぼ等距離となるようにしてもよい。The reticle pattern 10 shown in FIG.
Although only the two examples shown in (A) or (C) were considered, even for other patterns, attention was paid to the periodicity (fineness), and a + 1st-order or -1st-order diffracted light component from the pattern was used. The center of each fly-eye lens group is located at a position where two light beams, one of the components and the 0th-order diffracted light component, pass through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 in the projection optical system. do it. The pattern examples in FIGS. 12A and 12C show the ratio (duty ratio) between the line portion and the space portion.
Is a 1: 1 pattern, so that ± 1st-order diffracted light becomes stronger in the generated diffracted light. For this reason, attention has been paid to the positional relationship between one of the ± 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light. However, when the pattern is different from the duty ratio of 1: 1 or the like, the other diffracted lights, for example, one of the ± 2nd-order diffracted lights The positional relationship between the zero-order diffracted light and the zero-order diffracted light may be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 of the projection optical system.
【0065】また、レチクルパターン10が図12
(D)の如く2次元の周期性パターンを含む場合、特定
の1つの0次回折光成分に着目したとき、投影光学系の
瞳面12上ではその1つの0次回折光成分を中心として
X方向(第1方向)に分布する1次以上の高次回折光成
分と、Y方向(第2方向)に分布する1次以上の高次回
折光成分とが存在し得る。そこで、特定の1つの0次回
折光成分に対して2次元のパターンの結像を良好に行う
ものとすると、第1方向に分布する高次回折光成分の1
つと、第2方向に分布する高次回折光成分の1つと、特
定の0次回折光成分との3つが、瞳面12上で光軸AX
からほぼ等距離に分布するように、特定の0次回折光成
分(1つの第1フライアイレンズ)の位置を調節すれば
よい。例えば、図12(D)中で第1フライアイレンズ
中心位置を点Pζ、Pη、Pκ、Pμのいずれかと一致
させるとよい。点Pζ、Pη、Pκ、Pμはいずれも線
分LαまたはLβ(X方向の周期性について最適な位
置、すなわち0次回折光とX方向の±1次回折光の一方
とが投影光学系瞳面12上で光軸からほぼ等距離となる
位置)及び線分Lγ、Lε(Y方向の周期性について最
適な位置)の交点であるためX方向、Y方向のいずれの
パターン方向についても最適な光源位置となる。Further, reticle pattern 10 corresponds to FIG.
When a two-dimensional periodic pattern is included as in (D), when focusing on one specific 0th-order diffracted light component, on the pupil plane 12 of the projection optical system, the X-direction ( A first or higher order diffracted light component distributed in the first direction) and a first or higher order diffracted light component distributed in the Y direction (second direction) can exist. Therefore, if it is assumed that a two-dimensional pattern is favorably imaged with respect to one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction can be used.
And one of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0th-order diffracted light component, on the pupil plane 12, the optical axis AX
The position of a specific 0th-order diffracted light component (one first fly-eye lens) may be adjusted so as to be distributed at substantially the same distance from. For example, the center position of the first fly's eye lens in FIG. 12D may be matched with any of the points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ. Each of the points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ is a line segment Lα or Lβ (the position optimal for the periodicity in the X direction, ie, the 0th-order diffracted light and one of the ± 1st-order diffracted lights in the X direction are on the projection optical system pupil plane 12) And the line segment Lγ, Lε (the position optimal for the periodicity in the Y direction), and therefore the optimal light source position in both the X direction and the Y direction. Become.
【0066】尚、以上において2次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に2次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
も上記の方法を適用することができる。レチクル上のパ
ターンが複数の方向性又は微細度を有している場合、フ
ライアイレンズ群の最適位置は、上述の様にパターンの
各方向性及び微細度に対応したものとなるが、或いは各
最適位置の平均位置に第1フライアイレンズを配置して
もよい。また、この平均位置は、パターンの微細度や重
要度に応じた重みを加味した荷重平均としてもよい。In the above description, a two-dimensional pattern having a two-dimensional direction at the same location on the reticle has been assumed, but a plurality of patterns having different directions exist at different positions in the same reticle pattern. The above method can be applied also to the above. When the pattern on the reticle has a plurality of directions or finenesses, the optimal position of the fly-eye lens group corresponds to each directionality and fineness of the pattern as described above, or The first fly-eye lens may be arranged at the average position of the optimum positions. In addition, the average position may be a load average in which a weight according to the fineness or importance of the pattern is added.
【0067】また、各第1フライアイレンズを射出した
光束の0次光成分は、それぞれウエハに対して傾いて入
射する。このときこれらの傾いた入射光束(複数)の光
量重心の方向がウエハに対して垂直でないと、ウエハ1
3の微小デフォーカス時に、転写像の位置がウエハ面内
方向にシフトするという問題が発生する。これを防止す
る為には、各フライアイレンズ群からの照明光束(複
数)の結像面、もしくはその近傍の面上での光量重心の
方向は、ウエハと垂直、すなわち光軸AXと平行である
ようにする。The 0th-order light component of the light beam emitted from each first fly-eye lens is obliquely incident on the wafer. At this time, if the direction of the center of gravity of the light quantity of these inclined incident light beams (plurality) is not perpendicular to the wafer,
At the time of minute defocusing of No. 3, there is a problem that the position of the transferred image is shifted in the wafer plane direction. In order to prevent this, the direction of the center of gravity of the light quantity on the image plane of the illuminating light beam (plural) from each fly-eye lens group or on a surface in the vicinity thereof is perpendicular to the wafer, that is, parallel to the optical axis AX. To be there.
【0068】つまり、各第1フライアイレンズに光軸
(中心線)を仮定したとき投影光学系11の光軸AXを
基準としたその光軸(中心線)のフーリエ変換面内での
位置ベクトルと、各フライアイレンズ群から射出される
光量との積のベクトル和が零になる様にすればよい。ま
た、より簡単な方法としては、第1フライアイレンズを
2m個(mは自然数)とし、そのうちのm個の位置を前
述の最適化方法(図12)により決定し、残るm個は前
記m個と光軸AXについて対称となる位置に配置すれば
よい。That is, when the optical axis (center line) is assumed for each first fly-eye lens, the position vector of the optical axis (center line) in the Fourier transform plane with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11 , And the vector sum of the product of the quantity of light emitted from each fly-eye lens group should be zero. As a simpler method, the number of first fly-eye lenses is 2m (m is a natural number), and the positions of m are determined by the above-described optimization method (FIG. 12), and the remaining m are m What is necessary is just to arrange | position at the position which becomes symmetrical about an optical axis AX with this.
【0069】以上のように、各第1フライアイレンズの
位置が決定されると、それに従ってガイド光学系の位置
(図5)や光分割光学系の状態(図2、図3、図6)が
決定される。このときガイド光学系や、光分割光学系あ
るいは第2フライアイレンズの位置等は最も効率よく
(光量損出なく)、第1フライアイレンズに照明光を入
射すべく決定する。As described above, when the position of each first fly-eye lens is determined, the position of the guide optical system (FIG. 5) and the state of the light splitting optical system (FIGS. 2, 3, and 6) are accordingly determined. Is determined. At this time, the position of the guide optical system, the light splitting optical system, the position of the second fly-eye lens, and the like are determined so that the illumination light is incident on the first fly-eye lens most efficiently (without loss of light amount).
【0070】尚、以上の系において、各動作部にはエン
コーダ等の位置検出器を備えておくと良い。図1中の主
制御系50または駆動系56は、これらの位置検出器か
らの位置情報を基に各構成要素の移動、回転、交換を行
なう。また、各フライアイレンズ群のレンズエレメント
の形状であるが、通常レチクルの有効エリア、又は回路
パターンエリアは直方形であることが多い。従って、第
1フライアイレンズの各エレメントの入射面(レチクル
パターンと結像関係:なぜなら射出面とレチクルパター
ン面はフーリエ変換の関係であり、入射面(光源側焦点
面)と射出面(レチクル側焦点)も当然フーリエ変換の
関係であるため)は、レチクルパターン面の平面形状に
応じた矩形であると、効率よくレチクルのパターン部の
みを照明できる。In the above-mentioned system, it is preferable that each operation unit is provided with a position detector such as an encoder. The main control system 50 or the drive system 56 in FIG. 1 moves, rotates, and exchanges each component based on the position information from these position detectors. Although the shape of the lens element of each fly-eye lens group is usually the effective area of the reticle or the circuit pattern area is often rectangular. Therefore, the entrance surface (reticle pattern and imaging relationship: the exit surface and the reticle pattern surface of each element of the first fly-eye lens are in a Fourier transform relationship, and the entrance surface (light source side focal plane) and the exit surface (reticle side). Since the focal point is naturally a relationship of the Fourier transform), if it is a rectangle corresponding to the planar shape of the reticle pattern surface, only the reticle pattern portion can be efficiently illuminated.
【0071】第1フライアイレンズは、各上記エレメン
トの組みとして成るが、その全入射面の合計は、任意の
形状でよい。但し、この全入射面の合計と、第2フライ
アイレンズの1つのエレメントの入射面は結像関係とな
るので、第2フライアイレンズの1つのエレメントの入
射面と似たような形状であると光量損出が少なくて済
む。例えば、第2フライアイレンズの1つのエレメント
の入射面が長方形ならば、各第1フライアイレンズの全
入射面もまた長方形とする。あるいは、第2フライアイ
レンズの1つのエレメントの入射面が正六角形ならば、
各第1フライアイレンズの全入射面は、正六角形に内接
するような形状とするとよい。The first fly-eye lens is formed as a set of the above-mentioned elements, and the total of all the incident surfaces may be any shape. However, since the total of all the incident surfaces and the incident surface of one element of the second fly-eye lens have an image-forming relationship, the shape is similar to the incident surface of one element of the second fly-eye lens. Light loss can be reduced. For example, if the incident surface of one element of the second fly-eye lens is rectangular, the entire incident surface of each first fly-eye lens is also rectangular. Alternatively, if the incident surface of one element of the second fly-eye lens is a regular hexagon,
The entire entrance surface of each first fly-eye lens may have a shape inscribed in a regular hexagon.
【0072】尚、第2フライアイレンズの1つのエレメ
ントの入射面形状の像が、ガイド光学系によって各第1
フライアイレンズの全入射面よりやや大きくなるように
投影されると、第1フライアイレンズでの照度均一化効
果が一層高まる。また、各第1フライアイレンズの射出
面の大きさは、射出する各光束の1つあたりの開口数
(レチクル上の角度分布の片幅)が、投影光学系のレチ
クル側開口数に対して0.1から0.3倍程度であると
よい。これは0.1倍以下では転写パターン(像)の忠
実度が低下し、0.3倍以上では、高解像度かつ大焦点
深度の効果が薄らぐからである。The image of the shape of the incident surface of one element of the second fly-eye lens is formed by the guide optical system for each first element.
When the light is projected so as to be slightly larger than the entire incident surface of the fly-eye lens, the effect of uniforming the illuminance of the first fly-eye lens is further enhanced. The size of the exit surface of each first fly-eye lens is such that the numerical aperture per light beam to be emitted (one width of the angular distribution on the reticle) is smaller than the numerical aperture on the reticle side of the projection optical system. The ratio is preferably about 0.1 to 0.3 times. This is because if the magnification is 0.1 or less, the fidelity of the transfer pattern (image) decreases, and if the magnification is 0.3 or more, the effect of high resolution and large depth of focus is diminished.
【0073】また、本発明の実施例で示した装置におい
て、光分割器から第1フライアイレンズ群、ガイド光学
系、第2フライアイレンズ群の各光学系(図2に示す構
成)を、従来の照明光学系における対応部分、すなわち
リレーレンズと1つのフライアイレンズとを一体にした
ものと交換可能にしてもよい。先にも述べたように、各
第1フライアイレンズ(41a、41b・・・・)を射出し
た照明光によってレチクルパターンで発生した各0次回
折光は、それぞれウエハに対してほぼ対称的に傾いて入
射する。この複数の0次回折光の傾きの対称性を十分に
良くしておかないと、ウエハが最良結像面から光軸AX
方向にずれたときに像シフトを招くことになる。そこ
で、そのことについて、さらに図13〜図16を参照し
て詳述する。Further, in the apparatus shown in the embodiment of the present invention, each optical system (the configuration shown in FIG. 2) of the first fly-eye lens group, the guide optical system, and the second fly-eye lens group from the light splitter is A corresponding part in a conventional illumination optical system, that is, a relay lens and one fly-eye lens may be exchangeable with an integrated one. As described above, each 0th-order diffracted light generated in the reticle pattern by the illumination light emitted from each of the first fly-eye lenses (41a, 41b,...) Is inclined substantially symmetrically with respect to the wafer. Incident. Unless the symmetry of the inclination of the plurality of 0th-order diffracted lights is sufficiently improved, the wafer cannot move from the best imaging plane to the optical axis AX.
When it shifts in the direction, an image shift is caused. Therefore, this will be described in detail with reference to FIGS.
【0074】図13は、原理説明を行った図17と同様
に、第1フライアイレンズ41a、41b、コンデンサ
ーレンズ8、レチクル9、及び投影光学系11の前側の
レンズ系11Aまでの系を模式的に示したものである。
ここで、レチクル9上には互いにピッチが異なる2つの
1次元格子パターンGR1 、GR2 が形成されているも
のとする。第1フライアイレンズ41a、41bの射出
面(正確には多数の点光源像が形成される面)はフーリ
エ変換面17とほぼ一致して配置され、個々の点光源像
からの発散光はコンデンサーレンズ8によってほぼ平行
光束にコリメートされてレチクル9上で重畳される。FIG. 13 is a schematic diagram showing the system from the first fly-eye lenses 41a and 41b, the condenser lens 8, the reticle 9, and the lens system 11A on the front side of the projection optical system 11, as in FIG. It is shown in a typical manner.
Here, it is assumed that two one-dimensional grating patterns GR 1 and GR 2 having different pitches are formed on the reticle 9. The exit surfaces of the first fly-eye lenses 41a and 41b (more precisely, the surfaces on which a large number of point light source images are formed) are arranged substantially coincident with the Fourier transform surface 17, and divergent light from each point light source image is condensed. The light is collimated into a substantially parallel light beam by the lens 8 and superimposed on the reticle 9.
【0075】ここで、第1フライアイレンズ41aの射
出面内の中心に位置する点光源像をISa、この点光源
ISaからの照明光をLAとし、第2フライアイレンズ
41bの射出面内の中心に位置する点光源像をISb、
この点光源ISbからの照明光をLBとする。図13に
おいて、各点光源像からレチクル9の中心へ向かう破線
は、各光束の中心線を表す。照明光LA、LBは光軸A
Xに対して対称的に角度ψだけ傾いてレチクル9に入射
する。この入射角±ψはレチクル9上の格子パターンG
R1 のピッチに対して最適化されているものとする。す
なわち、照明光LAの照射によって格子パターンGR1
から発生する0次回折光LA0 と−1次回折光Dmaは対
称的な角度で投影光学系へ入射し、照明光LBの照射に
よって格子パターンGR1 から発生する0次回折光LB
0 と+1次回折光Dpbは、対称的な角度で投影光学系へ
入射する。尚、照明光LAによって発生した+1次回折
光Dpaと、照明光LBによって発生した−1次回折光D
mbとは、投影光学系の前側レンズ系11Aに入射できた
としても、投影光学系の瞳12を通過することはできな
い。Here, the point light source image located at the center of the exit surface of the first fly-eye lens 41a is denoted by ISa, the illumination light from this point light source ISa is denoted by LA, and the point-source image is denoted by LA. The point light source image located at the center is ISb,
The illumination light from the point light source ISb is defined as LB. In FIG. 13, a broken line from each point light source image toward the center of the reticle 9 represents the center line of each light beam. Illumination light LA, LB is optical axis A
The light is incident on the reticle 9 at an angle 傾 symmetrically with respect to X. The angle of incidence ± ψ corresponds to the grating pattern G on the reticle 9.
It is assumed to be optimized for the pitch of R 1. That is, the grating pattern GR 1 is irradiated by the illumination light LA.
Generated from the zero-order diffracted light LA 0 and -1-order diffracted light D ma is incident on the projection optical system in a symmetrical angle, 0-order diffracted light LB generated from the grating pattern GR 1 by the irradiation of illumination light LB
The 0th and + 1st order diffracted lights D pb enter the projection optical system at symmetric angles. The + 1st-order diffracted light Dpa generated by the illumination light LA and the -1st-order diffracted light D generated by the illumination light LB
Even if mb can enter the front lens system 11A of the projection optical system, it cannot pass through the pupil 12 of the projection optical system.
【0076】さて、図14は図13に示した照明条件の
もとでレチクル9からウエハ13までの光路を模式的に
示したものである。図14において、投影光学系11は
瞳12を挟んで前側レンズ系11Aと後側レンズ系11
Bとに分けて示されており、前側レンズ系11Aはレチ
クル9上のパターンからの光を瞳12の面へフーリエ変
換する機能を有し、後側レンズ系11Bは瞳12の面に
分布する光をウエハ上へ逆フーリエ変換する機能を有す
る。また、投影光学系11はレチクル側、ウエハ側とも
にテレセントリック系であるので、レチクル上の格子パ
ターンGR1 、GR2 の各中心点から光軸AXと平行に
進んで前側レンズ系11Aに入射する主光線LL1 、L
L2 は、いずれも瞳12の中心点(光軸AXが通る点)
CCを斜めに通過した後、後側レンズ系11Bから再び
光軸AXと平行になってウエハ13へ達する。FIG. 14 schematically shows an optical path from the reticle 9 to the wafer 13 under the illumination conditions shown in FIG. 14, a projection optical system 11 includes a front lens system 11A and a rear lens system 11 with a pupil 12 interposed therebetween.
B, the front lens system 11A has a function of Fourier transforming light from the pattern on the reticle 9 to the plane of the pupil 12, and the rear lens system 11B is distributed on the plane of the pupil 12. It has the function of inverse Fourier transforming light onto the wafer. Further, since the projection optical system 11 is a telecentric system on both the reticle side and the wafer side, the projection optical system 11 travels from each center point of the grating patterns GR 1 and GR 2 on the reticle in parallel with the optical axis AX and enters the front lens system 11A. Rays LL 1 , L
L 2 is the center point of the pupil 12 (the point through which the optical axis AX passes)
After obliquely passing through the CC, the light reaches the wafer 13 from the rear lens system 11B again in parallel with the optical axis AX.
【0077】まず、照明光LA(平行光束)の照射によ
って格子パターンGR1 から発生した0次回折光LA0
と−1次回折光Dmaとは、いずれも平行光束のまま主光
線LL1 に対して対称的な角度ψで前側レンズ系11A
に入射し、瞳12内の2ヶ所の点Qa、Qbにスポット
となって収れんする。この点Qa、Qbは瞳中心点CC
に関して対称に位置し、点Qa、Qbを結ぶ方向が格子
パターンGR1 のピッチ方向と一致している。さらに、
点Qaには0次回折光LA0 によって点光源ISaが再
結像し、点Qbには−1次回折光Dmaによって点光源I
Saが再結像している。そして、0次回折光LA0 と−
1次回折光Dmaとは、後側レンズ系11Bによって、そ
れぞれ対称的な入射角をもった平行光束に変換されてウ
エハ13上で交差する。これによって、ウエハ13上に
は格子パターンGR1 の像(干渉縞)GR1a’が形成さ
れる。First, the zero-order diffracted light LA 0 generated from the grating pattern GR 1 by the irradiation of the illumination light LA (parallel light beam).
If -1-order diffracted light D ma, the front lens system 11A in a symmetrical angle ψ both against left principal ray LL 1 of the parallel light beams
And spots at two points Qa and Qb in the pupil 12 and converge. These points Qa and Qb are pupil center points CC
Located symmetrically, the point Qa, the direction connecting the Qb coincides with the pitch direction of the grating pattern GR 1 with respect. further,
At the point Qa, the point light source ISa is re-imaged by the 0th-order diffracted light LA0, and at the point Qb, the point light source Ia is formed by the -1st-order diffracted light Dma .
Sa is re-imaged. Then, the zero-order diffracted light LA 0 and-
The first-order diffracted light Dma is converted by the rear lens system 11B into parallel light beams having symmetrical incident angles, and intersects on the wafer 13. Thus, an image (interference fringe) GR 1a ′ of the grid pattern GR 1 is formed on the wafer 13.
【0078】ここで、0次回折光LA0 、−1次回折光
Dmaのウエハ13への入射角をそれぞれψ’とし、投影
光学系11の縮小倍率を1/Mとすると、M・ sinψ=
sinψ’の関係になっている。そして、ウエハ13上に
生成される干渉縞のピッチP f は次式で表される。 Pf =λ/(sinψ’+ sinψ')=λ/2 sinψ’ また、格子パターンGR1 のピッチをPg1とすると、入
射角ψの照明光LAによって発生する−1次回折光Dma
の0次回折光からの回折角はほぼ2ψとなり、正確に
は、λ/Pg1= sinψ(入射角)+ sinψ(1次回折光
の光軸からの角度)の関係にある。従って、ウエハ13
上の干渉縞のピッチPf は次式のようになる。Here, the zero-order diffracted light LA0, -1st order diffracted light
Dma, And the projection angles of
Assuming that the reduction magnification of the optical system 11 is 1 / M, M · sinψ =
sinψ '. And on the wafer 13
Pitch P of generated interference fringes fIs represented by the following equation. Pf= Λ / (sinψ '+ sinψ') = λ / 2 sinψ '1The pitch ofg1Then
-1st-order diffracted light D generated by illumination light LA having an angle of incidence ψma
The diffraction angle from the 0th-order diffracted light is approximately 2 °,
Is λ / Pg1= Sinψ (incident angle) + sinψ (first-order diffracted light
Angle from the optical axis). Therefore, the wafer 13
The pitch P of the above interference fringesfBecomes as follows.
【0079】Pf =λ/2 sinψ’=λ/2M sinψ =λ/2M(λ/2Pg1)=Pg1/M すなわち、レチクル上の格子パターンGR1 のピッチを
そのまま1/Mにした像GR1a’が投影される。一方、
レチクルに対するもう1つの照明光LBは、照明光LA
に対して全く対称に入射するので、照明光LBによって
発生した0次回折光LB0 と+1次回折光Dpbとは、そ
れぞれ先の−1次回折光Dma、0次回折光LA0 と同一
光路を通り、点Qb、Qaに収れんした後、ウエハ13
上で平行光束となって交差する。このとき、0次回折光
LB0 と+1次回折光DPbとの干渉によって、像(干渉
縞)GR1b’が生成される。この像GR1b’と先に述べ
た像GR1a’とは、2つの0次回折光LA0 、LB0 が
主光線LL1 に対して対称的に入射するため、全く同じ
位置に重畳して生成される。また、2つの像GR1a’、
GR1b’の間では定常的な干渉が起こらないため、この
2つの像を単純に強度加算したものが、最終的な像GR
1 ' として投影される。2つの像GR1a’、GR1b’
は、それぞれ振幅強度1の0次光と、振幅強度0.63
7(2/π)の1次光との干渉によって生じたものであ
るので、ウエハ13上での照度(振幅強度の絶対値)は
図15のようになる。[0079] P f = λ / 2 sinψ ' = λ / 2M sinψ = λ / 2M (λ / 2P g1) = P g1 / M Namely, an image in which the pitch of the grating pattern GR 1 on the reticle as it is 1 / M GR 1a ′ is projected. on the other hand,
Another illumination light LB for the reticle is illumination light LA
Is incident exactly symmetrically with respect to, and generated by the illumination light LB 0-order diffracted light LB 0 and +1 order diffracted light D pb, -1 through-order diffracted light D ma, 0-order diffracted light LA 0 and same optical path for each destination , Points Qb and Qa, and then the wafer 13
Intersects as a parallel light beam above. At this time, an image (interference fringe) GR 1b ′ is generated by interference between the 0th-order diffracted light LB 0 and the + 1st-order diffracted light DPb . The image GR 1b ′ and the above-described image GR 1a ′ are generated by being superimposed at exactly the same position because the two zero-order diffracted lights LA 0 and LB 0 are symmetrically incident on the principal ray LL 1 . Is done. Also, two images GR 1a ′,
Since no steady interference occurs between GR 1b ′, the two images are simply added in intensity to obtain the final image GR.
Projected as 1 '. Two images GR 1a ′, GR 1b ′
Are the zero-order light of amplitude intensity 1 and the amplitude intensity of 0.63, respectively.
The illuminance (absolute value of the amplitude intensity) on the wafer 13 is as shown in FIG. 15 because it is caused by interference with the primary light of 7 (2 / π).
【0080】図15で横軸はピッチ方向の位置xを表
し、縦軸は像面照度を表す。0次光と1次光との干渉に
おいて得られる干渉縞のコントラストは、ピーク値Ip
とボトム値Ibとを用いて、 100・(Ip−Ib)/(Ip+Ib)〔%〕 で表される。In FIG. 15, the horizontal axis represents the position x in the pitch direction, and the vertical axis represents the image plane illuminance. The contrast of the interference fringes obtained in the interference between the zero-order light and the first-order light has a peak value Ip
And (Ip−Ib) / (Ip + Ib) [%] using the following equation and the bottom value Ib.
【0081】さらに2つの像GR1a’、GR1b’は、い
ずれも0次回折光と、1つの1次回折光とが対称的な入
射角ψ’であるため、ウエハ面と最良結像面とが光軸A
Xに変位しても、ピッチ方向に横ずれすることなく重ね
合わされている。このことは換言すると、格子パターン
GR1 に対しては、投影像GR1 ’のテレセン性(テレ
セントシティ)が保証されていることを意味する。Further, since the two images GR 1a ′ and GR 1b ′ each have the symmetrical incident angle ψ ′ between the 0th-order diffracted light and one 1st-order diffracted light, the wafer surface and the best image forming surface are different from each other. Optical axis A
Even if displaced in the X direction, they are superimposed without lateral displacement in the pitch direction. This means that in other words, for the grating pattern GR 1, means that the telecentricity of the projection image GR 1 '(tele St. City) is guaranteed.
【0082】次に、格子パターンGR1 よりもピッチが
大きい格子パターンGR2 の結像について、再び図14
を参照して考える。照明光LA、LBの入射角はそれぞ
れ対称的にψで固定されているため、照明光LAによっ
て格子パターンGR2 から発生する0次回折光LA0 ’
(平行光束)は、投影光学系の瞳12内の点Qaで収れ
んした後、ウエハ13上に入射角ψ’の平行光束となっ
て達する。ところが、照明光LAによって格子パターン
GR2 から発生した−1次回折光Dma’は、格子パター
ンGR2 のピッチが大きいために、0次回折光LA0 ’
とは対称的な光路を通らない。すなわち、−1次回折光
Dma’は瞳12内では点QaとQbの間の点Qa’に収
れんし、ウエハ13には入射角ψ’より小さい角度の平
行光束となって入射する。同様に、照明光LBの照射に
よって格子パターンGR2 から発生した0次回折光LB
0 ’と+1次回折光Dpb’も、互いに対称的な光路を通
らず、瞳12上ではそれぞれ点Qb、Qb’に収れんす
る。ここで重要なことは、2つの0次回折光LA0 ’、
LB0 ’がレチクルの格子パターンのピッチにかかわら
ず、瞳12内で常に対称的な点Qa、Qbを通るという
ことである。これによって、2つの1次回折光Dma’、
Dpb’も瞳12内で常に対称的な点Qa’、Qb’を通
ることが保証される。[0082] Next, the image pitch is larger lattice pattern GR 2 than the lattice pattern GR 1, again 14
Think with reference to. Since the incident angles of the illumination lights LA and LB are fixed symmetrically at ψ, the zero-order diffracted light LA 0 ′ generated from the grating pattern GR 2 by the illumination light LA.
The (parallel light beam) converges at a point Qa in the pupil 12 of the projection optical system, and then reaches the wafer 13 as a parallel light beam having an incident angle ψ ′. However, the −1st-order diffracted light D ma ′ generated from the grating pattern GR 2 by the illumination light LA has a large pitch of the grating pattern GR 2 , and therefore the 0th-order diffracted light LA 0 ′.
Does not pass through a symmetric optical path. That is, the -1st-order diffracted light D ma ′ falls within the pupil 12 at the point Qa ′ between the points Qa and Qb, and enters the wafer 13 as a parallel light beam having an angle smaller than the incident angle ψ ′. Similarly, the zero-order diffracted light LB generated from the grating pattern GR 2 by the irradiation of the illumination light LB
The 0 ′ and + 1st-order diffracted lights D pb ′ do not pass through optical paths symmetric to each other, and fall on the points Qb and Qb ′ on the pupil 12, respectively. What is important here is that the two zero-order diffracted lights LA 0 ′,
LB 0 ′ always passes through symmetrical points Qa and Qb in the pupil 12 regardless of the pitch of the reticle grating pattern. Thereby, two first-order diffracted lights D ma ',
It is guaranteed that D pb ′ also always passes through symmetric points Qa ′ and Qb ′ in the pupil 12.
【0083】ところで、格子パターンGR2 に対して
も、0次回折光LA0 ’と−1次回折光Dma’との干渉
によって1つの像GR2a’が生成され、0次回折光LB
0 ’と+1次回折光Dpb’との干渉によって1つの像G
R2b’が生成され、これら2つの像GR2a’、GR2b’
の重ね合わせによって最終的な像GR2 ’が形成され
る。By the way, also for the grating pattern GR 2 , one image GR 2a ′ is generated by the interference between the zero-order diffracted light LA 0 ′ and the −1st-order diffracted light D ma ′, and the zero-order diffracted light LB
One image G due to interference between 0 'and the + 1st order diffracted light D pb '
R 2b ′ is generated and these two images GR 2a ′, GR 2b ′
To form a final image GR 2 ′.
【0084】図16は2つの像GR2a’、GR2b’の生
成の様子を示すもので、図16(A)は0次回折光LA
0 ’と−1次回折光Dma’とが主光線LL2 に対して非
対称になっている様子を示す。このとき、図16(B)
に示すようにウエハ面が最良像面と一致してz=0の状
態にあると、ウエハ上の像GR2a’の中心は主光線LL
2 上に位置する。ところが、ウエハ面が最良像面からz
方向(光軸AX方向)に+Δz(又は−Δz)だけ変位
すると、ウエハ上の像GR2a’の中心は主光線LL2 か
らx方向に−Δx(又は+Δx)だけ横ずれを起こす。
図16(B)中の直線LTaは0次回折光LA0 ’と−
1次回折光Dma’との各中心線によって挟まれる2等分
の中心線であり、この直線LTaの傾きが、テレセン誤
差になっている。ここで、直線LTaの傾きを−εa と
すると、横ずれ量Δxは近似的に次式で表される。FIG. 16 shows how two images GR 2a ′ and GR 2b ′ are generated. FIG. 16A shows the zero-order diffracted light LA.
0 'and the -1st-order diffracted light D ma' shows how the the has become asymmetrical with respect to the principal ray LL 2. At this time, FIG.
When the wafer surface coincides with the best image plane and is at z = 0, the center of the image GR 2a ′ on the wafer becomes the principal ray LL
Located on two . However, the wafer surface is z from the best image surface.
When the image GR 2a ′ is displaced in the direction (optical axis AX direction) by + Δz (or −Δz), the center of the image GR 2a ′ on the wafer is laterally shifted by −Δx (or + Δx) in the x direction from the principal ray LL 2 .
The straight line LTa in FIG. 16B is the zero-order diffracted light LA 0 ′ and −
This is a center line that is bisected by each center line with the first-order diffracted light D ma ′, and the inclination of this straight line LTa is a telecentric error. Here, if the slope of the line LTa and-epsilon a, lateral shift amount Δx is approximately expressed by the following equation.
【0085】Δx=Δz・ sin(−εa ) ここで、傾きεa が格子パターンGR2 のピッチPg2に
依存して変化することは言うまでもない。一方、もう1
組の0次回折光LB0 ’と+1次回折光Dpb’について
も、図16(C)に示すようにウエハに対して非対称に
入射する。これによって、図16(D)に示すように像
GR2b’は直線LTbに沿ったテレセン誤差をもって投
影される。直線LTbの傾きは+εa となっており、像
GR2b’の横ずれ量は、 Δx=Δz・ sin(+εa ) で表される。Δx = Δz · sin (−ε a ) Here, it goes without saying that the slope ε a changes depending on the pitch P g2 of the grid pattern GR 2 . Meanwhile, another one
The set of 0th-order diffracted light LB 0 ′ and + 1st-order diffracted light D pb ′ also asymmetrically enter the wafer as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 16D, the image GR 2b ′ is projected with a telecentric error along the straight line LTb. Slope of the line LTb has become a + epsilon a, lateral deviation amount of the image GR 2b 'is expressed by Δx = Δz · sin (+ ε a).
【0086】そこで、ウエハ面が+Δzに位置した場合
を考え、−Δxだけずれた像GR2a’と+Δxだけずれ
た像GR2b’との重ね合わせについて考える。像G
R2a’、GR2b’は、いずれも図15に示す照度分布を
もっているので、それぞれ次式のように定義する。 GR2a’;K+Esin(ax−Δx) GR2b’;K+Esin(ax+Δx) ここで、KはK=(Ip+Ib)/2で表されるオフセ
ット値であり、EはE=(Ip−Ib)/2で表される
正弦波の振幅値であり、2つの像GR2a’、GR2b’の
間でK、Eは等しいものとする。この2つの式を加算す
ると、像GR2’に関する次式が得られる。Considering the case where the wafer surface is located at + Δz, consider the superposition of the image GR 2a ′ shifted by −Δx and the image GR 2b ′ shifted by + Δx. Statue G
Since both R 2a ′ and GR 2b ′ have the illuminance distribution shown in FIG. 15, they are defined as follows. GR 2a '; K + Esin ( ax-Δx) GR 2b'; K + Esin (ax + Δx) where, K is an offset value expressed by K = (Ip + Ib) / 2, E is E = (Ip-Ib) / 2 Where K and E are equal between the two images GR 2a ′ and GR 2b ′. When these two equations are added, the following equation for the image GR 2 ′ is obtained.
【0087】2(K+E・ cosΔx・ sinax) この式から明らかなように、2つの像GR2a’、G
R2b’の合成波形(像GR 2 ')には、x方向へ位置をシ
フトさせる要因が含まれておらず、像GR2a’、G
R2b’の横ずれ量Δxは専ら像のコントラスト変化分と
して寄与している。すなわち、ウエハ面が最良像面と一
致しているときは、最もコントラストが良く、そこから
z方向にずれると、コントラストの低下のみが生じ、像
GR2 ’の横ずれは生じない。2 (K + E · cosΔx · sinax) As is apparent from this equation, two images GR2a’, G
R2b′ (Image GR Two') Indicates the position in the x direction.
The image GR does not include any factors that cause2a’, G
R2b′ Is mainly determined by the contrast change of the image.
And has contributed. In other words, the wafer surface is
The best contrast,
A shift in the z-direction will only cause a reduction in contrast,
GRTwoDoes not occur.
【0088】以上のように、レチクル上に形成された格
子パターンのピッチがどのようなものであっても、レチ
クルへの少なくとも2本の照明光LA、LBの対称性
(フーリエ変換面において光軸AXを中心とした点対称
な関係)を維持しておけば、常にテレセン誤差のない投
影が行われる。もちろん、レチクル上の格子状パターン
のピッチ方向の多くはx方向とy方向との2次元である
ため、先の図12(D)に示すように、4つの光源像
(4つの第1フライアイレンズ)を配置するのが焦点深
度の点からは望ましい。ただし、レチクルパターンの投
影像にテレセン誤差が生じないようにする目的の為だけ
であれば、4つの第1フライアイレンズ41a〜41d
の各中心位置を、図12(D)中のX軸上とY軸上との
夫々に配置してもよい。すなわち、図12(D)中で線
Lγ、Lεの夫々がY軸と交わる点と、線Lα、Lβの
夫々がX軸と交わる点との計4ヶ所である。As described above, irrespective of the pitch of the grating pattern formed on the reticle, the symmetry of at least two illumination lights LA and LB to the reticle (the optical axis in the Fourier transform plane) If a point-symmetric relationship with respect to AX is maintained, projection without a telecentric error is always performed. Of course, since most of the pitch directions of the lattice pattern on the reticle are two-dimensional in the x direction and the y direction, as shown in FIG. 12D, four light source images (four first fly-eye images) are formed. It is desirable to dispose the lens) in terms of the depth of focus. However, only for the purpose of preventing a telecentric error from occurring in the projected image of the reticle pattern, the four first fly-eye lenses 41a to 41d are used.
May be arranged on the X axis and the Y axis in FIG. 12D, respectively. That is, in FIG. 12D, there are a total of four points: a point at which each of the lines Lγ and Lε intersects the Y axis and a point at which each of the lines Lα and Lβ intersects the X axis.
【0089】ところで、対称的な2本の照明光LA、L
Bの夫々の照射によって生成される像GR1a’、G
R1b’又は像GR2a’、GR2b’は、その強度値(I
p、Ib)がともに等しいものとした。すなわち、各像
のオフセットKと振幅値Eとがともに等しいものとし
た。しかしながら、これらオフセットK、振幅値Eが互
いに異なっていると、2つの像を合成した最終的な像G
R1 ’、GR2 ’には sinaxの成分の他に cosaxの
成分が重畳し、波形歪み(像コントラストの歪み)が生
じる。従って、オフセット値K、振幅値Eは極力等しく
なるようにすることが望ましい。By the way, the two symmetrical illumination lights LA and L
The images GR 1a ′, G generated by the respective illuminations of B
R 1b ′ or the images GR 2a ′ and GR 2b ′ have their intensity values (I
p, Ib) were both equal. That is, the offset K and the amplitude value E of each image are both equal. However, if the offset K and the amplitude value E are different from each other, a final image G obtained by combining the two images is obtained.
A cosax component in addition to the sinax component is superimposed on R 1 ′ and GR 2 ′, causing waveform distortion (distortion of image contrast). Therefore, it is desirable that the offset value K and the amplitude value E be as equal as possible.
【0090】図17(A)は像GR1a'(GR2a')と像G
R1b'(GR2b')とのコントラストの差を計測する場合の
構成を示し、投影露光装置のウエハステージWST上
に、微小な透過スリット(マルチスリット)を形成した
基準板FMを設け、レチクル9上の1次元格子パターン
の投影像をマルチスリットで受光し、その透過光量を光
電検出する光電センサーDTCを設ける。この構成は特
開昭60−26343号公報に示されたものと同等のも
のである。図17(B)に示すように基準板FM上に
は、X方向にピッチを有する透過型のマルチスリットパ
ターン(格子)Mxと、Y方向にピッチを有する透過型
のマルチスリットパターンMyとが形成されている。FIG. 17A shows an image GR 1a ′ (GR 2a ′) and an image G
This shows a configuration for measuring a difference in contrast with R 1b ′ (GR 2b ′). A reference plate FM having a fine transmission slit (multi-slit) is provided on a wafer stage WST of a projection exposure apparatus, and a reticle is provided. 9 is provided with a photoelectric sensor DTC that receives a projected image of the one-dimensional lattice pattern on the multi-slit 9 and photoelectrically detects the amount of transmitted light. This configuration is equivalent to that shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-26343. As shown in FIG. 17B, on the reference plate FM, a transmission type multi-slit pattern (grating) Mx having a pitch in the X direction and a transmission type multi-slit pattern My having a pitch in the Y direction are formed. Have been.
【0091】さて、計測にあたっては、例えば第1フラ
イアイレンズ41bの射出側にシャッター(遮光板)を
挿入し、第1フライアイレンズ41aからの照明光LA
のみをレチクル9に照射し、図17(A)に示すように
0次回折光LA0 と−1次回折光Dmaとによって像GR
1a’のみを基準板FM上に結像する。そして、この像G
R1a’をマルチスリットパターンMx、又はMyのいず
れか一方でピッチ方向に走査するようにウエハステージ
WSTを移動させ、そのときに光電センサーDTCから
得られる信号波形を波形検出器51で解析する。その信
号波形は先の図15に示すように得られ、その波形のピ
ーク値Ip、ボトム値Ibが求められる。For measurement, for example, a shutter (light-shielding plate) is inserted on the exit side of the first fly-eye lens 41b, and the illumination light LA from the first fly-eye lens 41a is inserted.
Only irradiated on the reticle 9, the image GR by as shown in FIG. 17 (A) 0-order diffracted light LA 0 and -1-order diffracted light D ma
Only 1a 'is imaged on the reference plate FM. And this image G
The wafer stage WST is moved so as to scan R 1a ′ in either the multi-slit pattern Mx or My in the pitch direction, and the waveform detector 51 analyzes the signal waveform obtained from the photoelectric sensor DTC at that time. The signal waveform is obtained as shown in FIG. 15, and the peak value Ip and bottom value Ib of the waveform are obtained.
【0092】次に、第1フライアイレンズ41aの射出
側にシャッター(遮光板)を挿入し、第1フライアイレ
ンズ41bからの照明光LBのみをレチクル9に照射
し、同様にして像GR1b’に対応した波形のピーク値、
及びボトム値を求める。これによって、2つの像G
R1a’、GR1b’のコントラスト差や絶対的な強度差が
定量的に求まるので、その差が極端なときには各フライ
アイレンズ(40、41)の位置調整やプリズム20、
21の位置調整が必要であるを主制御系50(図1参
照)へ通達する。Next, a shutter (light-shielding plate) is inserted on the emission side of the first fly-eye lens 41a, and only the illumination light LB from the first fly-eye lens 41b is irradiated on the reticle 9, and the image GR 1b is similarly formed. ', The peak value of the waveform corresponding to
And the bottom value. Thereby, two images G
Since the contrast difference and the absolute intensity difference between R 1a ′ and GR 1b ′ are quantitatively obtained, when the difference is extreme, the position adjustment of each fly-eye lens (40, 41), the prism 20,
The main control system 50 (see FIG. 1) notifies that the position adjustment of 21 is necessary.
【0093】さらに、本発明の各実施例では、第1フラ
イアイレンズ41a、41b、・・・・の射出面には、多数
の点光源像が所定の面積をもって形成されている。先の
図13に詳細に示すように、第1フライアイレンズ41
aの射出端の点光源のうち、光軸AXに最も近い位置の
点光源からの照明光と、最も離れた位置の点光源からの
照明光とによって、1本の傾斜照明光束の開口数 sinΔ
ψが決まる。この開口数 sinΔψは、投影光学系11の
レチクル側の開口数NAR に対して、0.1〜0.3程
度に定められている。もちろん、第1フライアイレンズ
41aと対をなす第1フライアイレンズ41bからの傾
斜照明光束についても同様の開口数をもつ。このため、
2本の傾斜照明光の入射角は、ψ±Δψ/2で決まる一
定の範囲を有し、この範囲±Δψ/2によって、レチク
ル上の格子パターンのピッチが条件(sin2ψ=λ/
Pg1)に正確に合致せず、わずかにずれたものになって
いたとしても、その効果を十分に得ることができる。Further, in each embodiment of the present invention, a large number of point light source images are formed with a predetermined area on the exit surfaces of the first fly-eye lenses 41a, 41b,. As shown in detail in FIG. 13 above, the first fly-eye lens 41
The numerical aperture sinΔ of one oblique illumination light flux is obtained by the illumination light from the point light source closest to the optical axis AX and the illumination light from the point light source farthest from the point light sources at the exit end of “a”.
ψ is determined. This numerical aperture sinΔψ is set to be about 0.1 to 0.3 with respect to the numerical aperture NA R of the projection optical system 11 on the reticle side. Of course, the tilted illumination light flux from the first fly-eye lens 41b that forms a pair with the first fly-eye lens 41a also has a similar numerical aperture. For this reason,
The incident angles of the two oblique illumination lights have a fixed range determined by ψ ± Δψ / 2, and the range ± Δ 格子 / 2 determines the pitch of the grating pattern on the reticle under the condition (sin2ψ = λ /
P g1 ) does not exactly match, and even if it is slightly shifted, the effect can be sufficiently obtained.
【0094】尚、投影光学系11の瞳12に、0次回折
光と1つの1次回折光との2本を透過させるための空間
フィルターを設けることも考えられるが、レチクルに形
成された実際のパターンのほとんど全てを、より忠実に
結像する場合、その空間フィルターは、むしろない方が
よい。また、1次元の格子パターンに対して、ピッチ方
向に対称的に傾斜した2本の照明光束を使うことで、テ
レセン誤差が相殺されるため、露光中にウエハ13を光
軸方向に一定量(μmオーダ)だけ連続移動させる方
法、又は光軸方向に離間した2ヶ所、又は3ヶ所で露光
を行う方法を併用して焦点深度をさらに広げる際にも、
その効果を十分に得ることができる。It is conceivable to provide a spatial filter in the pupil 12 of the projection optical system 11 for transmitting two 0th-order diffracted light and one 1st-order diffracted light. However, the actual pattern formed on the reticle can be considered. If more nearly all of the image is imaged more faithfully, then the spatial filter should be rather absent. In addition, by using two illumination light beams symmetrically inclined in the pitch direction with respect to the one-dimensional lattice pattern, the telecentricity error is canceled out. μm order), or when using a method of exposing at two or three locations separated in the optical axis direction, to further increase the depth of focus.
The effect can be sufficiently obtained.
【0095】また、レチクル9上での照度分布や入射角
ψ(又は開口数 sinΔψ)を微調整するため、第1フラ
イアイレンズ41a、41bを共に、もしくは独立に光
軸AXの方向に微動させるようにしてもよい。Further, in order to finely adjust the illuminance distribution and the incident angle ψ (or the numerical aperture sinΔψ) on the reticle 9, the first fly-eye lenses 41a and 41b are finely moved in the direction of the optical axis AX together or independently. You may do so.
【0096】[0096]
【発明の効果】以上、本発明によれば、通常の透過及び
遮光パターンから成るレチクルを使用しながら、従来よ
り高解像度かつ大焦点深度の投影露光装置を実現するこ
とが可能である。しかも本発明によれば、すでに半導体
生産現場で稼動中の投影露光装置の照明光学系部分を替
えるだけでよく、稼動中の装置の投影光学系をそのまま
利用してそれまで以上の高解像度化、すなわち大集積化
が可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection exposure apparatus having a higher resolution and a larger depth of focus than the conventional one while using a reticle having a normal transmission and shielding pattern. Moreover, according to the present invention, it is only necessary to replace the illumination optical system part of the projection exposure apparatus already operating at the semiconductor production site, and use the projection optical system of the operating apparatus as it is to increase the resolution further than before. That is, large integration is possible.
【0097】本発明で使用する照明系は、通常の型式に
比べて複雑となるが、フライアイレンズを光軸方向に2
段階に配置したため、レチクル面及びウエハ面における
照度の均一性は、従来の装置と同等以上の良好な特性を
有する。また、これらの2段フライアイレンズ構造の効
果のために、フライアイレンズを光軸と垂直な面内で移
動しても、レチクル及びウエハ面での照度均一性の良好
さは変わらない。The illumination system used in the present invention is more complicated than a normal type, but the fly-eye lens is moved in the optical axis direction by two.
Since the reticle is arranged in stages, the uniformity of the illuminance on the reticle surface and the wafer surface has good characteristics equal to or better than that of the conventional apparatus. Also, due to the effect of the two-stage fly-eye lens structure, even if the fly-eye lens is moved in a plane perpendicular to the optical axis, the uniformity of illuminance on the reticle and wafer surfaces remains unchanged.
【0098】また、光分割光学系は照明光束を1段目の
フライアイレンズへ効率良く導くために、照明光量も従
来の装置に比べて大きく損失することはない。従って、
露光時間の増大もほとんどなく、その結果処理能力(ス
ループット)の低下もない。また、実施例(図5)のよ
うに、レチクルに近い方の2段目のフライアイレンズを
可動とした系では各レチクルパターンに応じた最適な照
明を得ることができる。Since the light splitting optical system efficiently guides the illumination light beam to the first-stage fly-eye lens, the amount of illumination light is not greatly reduced as compared with the conventional apparatus. Therefore,
There is almost no increase in the exposure time, and as a result, there is no decrease in the processing capacity (throughput). Further, as in the embodiment (FIG. 5), in a system in which the second-stage fly-eye lens closer to the reticle is movable, it is possible to obtain optimal illumination according to each reticle pattern.
【0099】さらに、各第1、第2フライアイレンズ及
びガイド光学系を一体保持し、可動とした系では、可動
部を少なくでき、構造がシンプルとなり、製造及び調整
コストを下げることができる。一方、複数のガイド光学
系とそれに対応した第1フライアイレンズを各々可動と
する系においても、光分割光学系及び第2フライアイレ
ンズ群は、一体に保持できるので、やはり構造はシンプ
ルとなり製造及び調整コストを下げることができる。Further, in a system in which the first and second fly-eye lenses and the guide optical system are integrally held and movable, the number of movable parts can be reduced, the structure becomes simple, and the manufacturing and adjustment costs can be reduced. On the other hand, even in a system in which a plurality of guide optical systems and the corresponding first fly-eye lens are movable, the light splitting optical system and the second fly-eye lens group can be integrally held, so that the structure is simple and the manufacturing is also simple. In addition, adjustment costs can be reduced.
【0100】光分割光学系またはその一部を可変とする
系においては、各分割条件に応じて最適の分割光学系
(2分割、4分割切り換えなど)を用いることができ
る。光分割光学系の少なくとも一部が移動または回転可
能な系においては、例えば多面プリズムの間隔を変え
る、あるいは多面プリズムを回転することで光束の分割
状態を変えられる為に、少しの光学部材で種々の分割状
態を作り出すことができる。In a system in which the light splitting optical system or a part thereof is made variable, an optimum splitting optical system (two-division, four-division switching, etc.) can be used according to each division condition. In a system in which at least a part of the light splitting optical system is movable or rotatable, for example, by changing the interval between the polygonal prisms or rotating the polygonal prism, the splitting state of the light beam can be changed. Can be created.
【図1】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1中の照明光学系の一部の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a part of an illumination optical system in FIG. 1;
【図3】照明光学系中の光分割器を4分割にするときの
プリズムの構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a prism when a light splitter in an illumination optical system is divided into four.
【図4】フライアイレンズ群の移動機構の構造を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a structure of a moving mechanism of a fly-eye lens group.
【図5】照明光学系の一部の構成の変形例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a modification of a part of the configuration of the illumination optical system.
【図6】照明光学系中の光分割器の第1の変形例を示す
図。FIG. 6 is a diagram showing a first modification of the light splitter in the illumination optical system.
【図7】照明光学系中の光分割器の第2の変形例を示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a second modification of the light splitter in the illumination optical system.
【図8】照明光学系中の光分割器の第3の変形例を示す
図。FIG. 8 is a diagram showing a third modification of the light splitter in the illumination optical system.
【図9】照明光学系の他の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing another configuration of the illumination optical system.
【図10】フライアイレンズのエレメントのいくつかの
構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing some structures of elements of a fly-eye lens.
【図11】フライアイレンズの照明光学系内での配置の
原理を説明する図。FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of arrangement of a fly-eye lens in an illumination optical system.
【図12】フライアイレンズの配置方法を説明する図。FIG. 12 is a diagram illustrating a method of arranging a fly-eye lens.
【図13】第1フライアイレンズから投影光学系の前側
のレンズ系までの系を模式的に示す図。FIG. 13 is a diagram schematically showing a system from a first fly-eye lens to a lens system on the front side of a projection optical system.
【図14】図13に示した照明条件のもとでレチクルか
らウエハまでの光路を模式的に示す図。FIG. 14 is a diagram schematically showing an optical path from a reticle to a wafer under the illumination conditions shown in FIG.
【図15】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での照度を示す図。FIG. 15 is a diagram showing illuminance on a wafer under the illumination conditions shown in FIG.
【図16】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での2つの像GR2a’、GR2b’の生成の様子を示す
図。FIG. 16 is a view showing a state of generation of two images GR 2a ′ and GR 2b ′ on the wafer under the illumination conditions shown in FIG.
【図17】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での2つの像のコントラストの差を計測するのに好適な
構成を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a configuration suitable for measuring a difference in contrast between two images on a wafer under the illumination conditions shown in FIG. 13;
【図18】本発明の原理を説明するための装置構成を示
す図。FIG. 18 is a diagram showing an apparatus configuration for explaining the principle of the present invention.
【図19】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。FIG. 19 is a view for explaining the principle of projection in a conventional projection exposure apparatus.
1 光源 8 コンデンサーレンズ 9 レチクル 11 投影レンズ 12 瞳 13 ウエハ 20、21 プリズム 41a、41b 第1フライアイレンズ群 40a、40b 第2フライアイレンズ群 42a、42b、43a、43b ガイド光学素子 Reference Signs List 1 light source 8 condenser lens 9 reticle 11 projection lens 12 pupil 13 wafer 20, 21 prism 41a, 41b first fly-eye lens group 40a, 40b second fly-eye lens group 42a, 42b, 43a, 43b Guide optical element
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−329623(JP,A) 特開 平4−267515(JP,A) 特開 昭58−147708(JP,A) 特開 平4−225514(JP,A) 特開 平4−225357(JP,A) 特開 平5−47637(JP,A) 特開 平2−3907(JP,A) 特開 平4−179958(JP,A) 特開 平3−11614(JP,A) 特開 平3−16114(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-329623 (JP, A) JP-A-4-267515 (JP, A) JP-A-58-147708 (JP, A) JP-A-4-225514 (JP) JP-A-4-225357 (JP, A) JP-A-5-47637 (JP, A) JP-A-2-3907 (JP, A) JP-A-4-179958 (JP, A) 3-111614 (JP, A) JP-A-3-16114 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20
Claims (40)
光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に投影する
投影光学系とを備えた投影露光装置において、 前記照明光学系の光軸から偏心した複数の位置にそれぞ
れ中心が配置される複数の第1オプティカルインテグレ
ータと、 前記複数の第1オプティカルインテグレータとそれぞれ
対をなして配置される複数の第2オプティカルインテグ
レータと、 前記複数の第2オプティカルインテグレータにそれぞれ
前記光源からの照明光を入射させる光分割器とを備えた
ことを特徴とする投影露光装置。1. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for irradiating illumination light from a light source onto a mask; and a projection optical system for projecting a pattern image of the mask onto a substrate, wherein an optical axis of the illumination optical system is provided. A plurality of first optical integrators each having a center disposed at a plurality of positions decentered from the first optical integrator; a plurality of second optical integrators each disposed in a pair with the plurality of first optical integrators; A projection exposure apparatus, comprising: an optical integrator; and a light splitter that causes illumination light from the light source to enter the optical integrator.
タはそれぞれ前記投影光学系の瞳面と実質的に共役に一
端面が配置されることを特徴とする請求項1に記載の投
影露光装置。 2. The plurality of first optical integrators.
Are respectively substantially conjugate with the pupil plane of the projection optical system.
The projection according to claim 1, wherein an end face is arranged.
Shadow exposure device.
タはそれぞれ前記投影光学系の瞳面と実質的に共役に一
端面が配置され、かつ他端面が前記複数の第1オプティ
カルインテグレータの他端面と実質的にフーリエ変換の
関係となっていることを特徴とする請求項2に記載の投
影露光装置。 3. The plurality of second optical integrators.
Are respectively substantially conjugate with the pupil plane of the projection optical system.
An end surface is disposed, and the other end surface is connected to the plurality of first optical devices.
The other end of the cal integrator is substantially
3. The investment according to claim 2, wherein
Shadow exposure device.
ータはそれぞれ前記一端面となる射出側焦点面が前記投
影光学系の瞳面と実質的に共役に配置されるフライアイ
レンズであることを特徴とする請求項3に記載の投影露
光装置。 4. The first and second optical integrators.
The exit side focal plane, which is the one end face,
Fly eye arranged substantially conjugate with the pupil plane of the shadow optics
4. The projection dew according to claim 3, wherein the projection dew is a lens.
Light device.
ンテグレータを一体に保持し、かつ前記照明光学系の光
軸と垂直な面内で可動な保持部材を、前記対の数に対応
して複数設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。5. A holding member which integrally holds said pair of first and second optical integrators and is movable in a plane perpendicular to an optical axis of said illumination optical system in accordance with the number of said pairs. the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein providing a plurality.
び第2オプティカルインテグレータの間に配置されるガ
イド光学素子を保持することを特徴とする請求項5に記
載の投影露光装置。6. The projection exposure apparatus according to claim 5 , wherein each of the plurality of holding members holds a guide optical element disposed between the first and second optical integrators.
交換可能であるとともに、前記照明光学系の光軸と垂直
な面内で前記照明光が分布する領域を変更することを特
徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の投影露光
装置。7. The light splitter is at least partially movable or
The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the projection exposure apparatus is exchangeable and changes an area where the illumination light is distributed in a plane perpendicular to an optical axis of the illumination optical system. .
沿って相対移動可能な一対のプリズムを含むことを特徴
とする請求項7に記載の投影露光装置。8. The projection exposure apparatus according to claim 7 , wherein said light splitter includes a pair of prisms which are relatively movable along an optical axis of said illumination optical system.
異なる方向に前記照明光を偏向する偏向素子を含むこと
を特徴とする請求項7に記載の投影露光装置。 9. The light splitter according to claim 1 , wherein said light splitter is provided with an optical axis of said illumination optical system.
Including deflection elements for deflecting the illumination light in different directions
The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein:
実質的に共役な前記照明光学系内の所定面上での光量分
布が前記照明光学系の光軸から偏心した複数の領域で高
められ、前記複数の第1オプティカルインテグレータ
は、前記複数の領域に対応してその位置が設定されるこ
とを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の投
影露光装置。 10. The illumination light according to claim 6, wherein the illumination light is provided on a pupil plane of the projection optical system.
The amount of light on a predetermined surface in the illumination optical system substantially conjugate
The cloth is high in a plurality of areas decentered from the optical axis of the illumination optical system.
The plurality of first optical integrators
Is that the position is set corresponding to the plurality of areas.
The investment according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
Shadow exposure device.
明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に投影す
る投影光学系とを備えた投影露光装置において、 前記投影光学系の瞳面と実質的に共役な前記照明光学系
内の所定面上での前記照明光の光量分布が前記照明光学
系の光軸から偏心した複数の領域で高められるときに用
いられ、前記照明光学系の光軸に沿って相対移動可能な
一対のプリズムを備えることを特徴とする投影露光装
置。 11. An illumination system for irradiating a mask with illumination light from a light source.
A bright optical system and a pattern image of the mask on a substrate.
The projection optical system, the illumination optical system being substantially conjugate with a pupil plane of the projection optical system.
The light amount distribution of the illumination light on a predetermined surface in the
For use in multiple areas decentered from the optical axis of the system
Is relatively movable along the optical axis of the illumination optical system.
A projection exposure apparatus comprising a pair of prisms.
Place.
照明光学系内のオプティカルインテグレータとの間に配
置されることを特徴とする請求項11に記載の投影露光
装置。 12. The pair of prisms includes the light source and the prism.
Between the optical integrator in the illumination optical system
The projection exposure according to claim 11, wherein the projection exposure is performed.
apparatus.
設定すべき光量分布に応じて間隔が調整されることを特
徴とする請求項11又は12に記載の投影露光装置。 13. The pair of prisms are arranged on the predetermined surface.
Note that the interval is adjusted according to the light amount distribution to be set.
13. The projection exposure apparatus according to claim 11, wherein
置の変更時に間隔が調整されることを特徴とする請求項
11〜13のいずれか一項に記載の投影露光装置。 14. The pair of prisms are located at positions of the respective regions.
The interval is adjusted when the position is changed.
A projection exposure apparatus according to any one of claims 11 to 13.
明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に投影す
る投影光学系とを備えた投影露光装置において、 前記光源と前記照明光学系内のオプティカルインテグレ
ータとの間に配置され、前記投影光学系の瞳面と実質的
に共役な前記照明光学系内の所定面上での前記照明光の
光量分布を前記照明光学系の光軸から偏心した複数の領
域で高めるとともに、前記光量分布を可変とする光学系
を備え、前記光学系は、前記所定面上での前記各領域の
位置を調整するために、前記照明光学系の光軸方向に関
する間隔が可変な一対のプリズムを含むことを特徴とす
る投影露光装置。 15. An illumination device for irradiating a mask with illumination light from a light source.
A bright optical system and a pattern image of the mask on a substrate.
A projection exposure apparatus provided with a projection optical system, comprising: a light source;
And substantially the same as the pupil plane of the projection optical system.
Of the illumination light on a predetermined surface in the illumination optical system conjugate to
The light amount distribution is divided into a plurality of areas decentered from the optical axis of the illumination optical system.
Optical system that makes the light amount distribution variable while increasing the
Wherein the optical system is provided for each of the regions on the predetermined surface.
In order to adjust the position, the position of the illumination optical system with respect to the optical axis direction is adjusted.
A pair of prisms whose intervals are variable.
Projection exposure apparatus.
の前記各領域の位置に応じて間隔が設定されることを特
徴とする請求項11〜15のいずれか一項に記載の投影
露光装置。 16. The pair of prisms are arranged on the predetermined surface.
The interval is set in accordance with the position of each of the regions.
A projection according to any one of claims 11 to 15, characterized in that:
Exposure equipment.
前記照明光学系の光軸を中心として放射方向に前記各領
域を移動することを特徴とする請求項11〜16のいず
れか一項に記載の投影露光装置。 17. The method according to claim 17, wherein the pair of prisms are arranged on the predetermined surface.
Each of the above-described regions is arranged in a radial direction with the optical axis of the illumination optical system as a center.
17. The method according to claim 11, wherein the region is moved.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
写すべきパターンの周期方向に関する前記照明光学系の
光軸との距離が変更されるように前記各領域を移動する
ことを特徴とする請求項11〜17のいずれか一項に記
載の投影露光装置。 18. The method according to claim 18, wherein the pair of prisms are mounted on the substrate.
Of the illumination optical system with respect to the periodic direction of the pattern to be captured
Move each area so that the distance from the optical axis is changed
The method according to any one of claims 11 to 17, wherein
Projection exposure apparatus.
の光軸との距離が前記複数の領域でほ ぼ等しく維持され
つつ変更されるように前記各領域を移動することを特徴
とする請求項11〜18のいずれか一項に記載の投影露
光装置。 19. The illumination optical system according to claim 19, wherein the pair of prisms includes :
Distance between the optical axis can be maintained equally crucible ho in the plurality of regions of
Moving each of the areas so as to be changed while changing
The projection dew according to any one of claims 11 to 18, wherein
Light device.
パターンをそれぞれ転写するとき、前記一対のプリズム
は、前記パターン毎にその微細度に応じて前記照明光学
系の光軸との距離が前記複数の領域でほぼ等しく設定さ
れるように前記各領域を移動することを特徴とする請求
項11〜19のいずれか一項に記載の投影露光装置。 20. At least different fineness on the substrate
When transferring each pattern, the pair of prisms
The illumination optics according to the fineness of each pattern
The distance from the optical axis of the system is set approximately equal in the plurality of regions.
Moving each of the areas so that
Item 20. The projection exposure apparatus according to any one of Items 11 to 19.
射出面との一方が前記照明光学系の光軸を頂点とする斜
面であり、かつ他方が前記光軸とほぼ垂直な平面である
ことを特徴とする請求項11〜20のいずれか一項に記
載の投影露光装置。 21. A pair of prisms each having an incident surface.
One of the exit surfaces is inclined with the optical axis of the illumination optical system at the apex.
And the other is a plane substantially perpendicular to the optical axis.
The method according to any one of claims 11 to 20, wherein
Projection exposure apparatus.
方向に周期的な構造を含むとき、前記複数の領域は、前
記第1方向に関する前記パターンの微細度に応じて前記
第1方向に関する前記照明光学系の光軸との距離がほぼ
等しく設定されることを特徴とする請求項10〜21の
いずれか一項に記載の投影露光装置。 22. A pattern to be transferred onto the substrate is a first pattern.
When including a periodic structure in the direction, the plurality of regions may
According to the fineness of the pattern in the first direction,
The distance from the optical axis of the illumination optical system in the first direction is substantially
22. The method according to claim 10, wherein:
The projection exposure apparatus according to claim 1.
第2方向にも周期的な構造を含むとき、前記複数の領域
は、前記第2方向に関する前記パターンの微細度に応じ
て前記第2方向に関する前記照明光学系の光軸との距離
がほぼ等しく設定されることを特徴とする請求項22に
記載の投影露光装置。 23. The pattern is orthogonal to the first direction.
When including a periodic structure in the second direction, the plurality of regions
According to the fineness of the pattern in the second direction
The distance from the optical axis of the illumination optical system in the second direction
Is set substantially equal.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
方向に周期的な構造を含むとき、前記複数の領域は、前
記所定面上で前記照明光学系の光軸と交差し、かつ前記
第1方向と直交する第2方向に沿って規定される第1軸
によって区切られることを特徴とする請求項10〜23
のいずれか一項に記載の投影露光装置。 24. The pattern to be transferred onto the substrate is a first pattern.
When including a periodic structure in the direction, the plurality of regions may
Crosses the optical axis of the illumination optical system on the predetermined surface, and
A first axis defined along a second direction orthogonal to the first direction
24. The method according to claim 10, wherein:
The projection exposure apparatus according to any one of the above.
な構造を含むとき、前記複数の領域は、前記第1軸と、
前記照明光学系の光軸で前記第1軸と直交し、かつ前記
第1方 向に沿って規定される第2軸とによって区切られ
るとともに、前記第2方向に関する前記光軸との距離が
ほぼ等しく設定されることを特徴とする請求項24に記
載の投影露光装置。 25. The pattern is also periodic in the second direction.
When including the structure, the plurality of regions, the first axis,
The optical axis of the illumination optical system is orthogonal to the first axis, and
It is delimited by a second axis defined along a first way direction
And the distance from the optical axis in the second direction is
25. The method according to claim 24, wherein the values are set substantially equal.
Projection exposure apparatus.
方向に周期的な構造を含むとき、前記複数の領域は、前
記第1方向と直交する第2方向とほぼ平行で、かつ前記
第1方向に関する前記パターンの微細度に応じた距離だ
け前記照明光学系の光軸から前記第1方向に離れた一対
の第1線分上に配置されることを特徴とする請求項10
〜25のいずれか一項に記載の投影露光装置。 26. A pattern to be transferred onto the substrate is a first pattern.
When including a periodic structure in the direction, the plurality of regions may
Substantially parallel to a second direction orthogonal to the first direction, and
The distance according to the fineness of the pattern in the first direction
A pair of light sources separated from the optical axis of the illumination optical system in the first direction;
11. The display device according to claim 10, wherein the first line segment is arranged on the first line segment.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 25 to 25.
な構造を含むとき、前記複数の領域は、前記第1方向と
ほぼ平行で、かつ前記第2方向に関する前記パターンの
微細度に応じた距離だけ前記照明光学系の光軸から前記
第2方向に離れた一対の第2線分、及び前記一対の第1
線分の各線分上に配置されることを特徴とする請求項2
6に記載の投影露光装置。 27. The pattern is also periodic in the second direction.
When including the structure, the plurality of regions, the first direction and
Substantially parallel, and of the pattern in the second direction.
The distance from the optical axis of the illumination optical system is a distance corresponding to the degree of fineness.
A pair of second line segments separated in a second direction, and the pair of first line segments;
3. The image display device according to claim 2, wherein the plurality of line segments are arranged on each line segment.
7. The projection exposure apparatus according to 6.
と前記一対の第2線分との交点上に配置されることを特
徴とする請求項27に記載の投影露光装置。 28. The plurality of regions include the pair of first line segments.
And a pair of the second line segments.
28. The projection exposure apparatus according to claim 27.
射出される光の照射によって前記マスクのパターンから
発生する次数が異なる2つの回折光が、前記投影光学系
の瞳面上で光軸からの距離がほぼ等しい位置を通るよう
に、前記各領域の位置が決定されることを特徴とする請
求項10〜28のいずれか一項に記載の投影露光装置。29. The light quantity distribution is such that two diffracted lights having different orders generated from the pattern of the mask by irradiation of light emitted from the center of each of the regions are formed on an optical axis on a pupil plane of the projection optical system. 29. The projection exposure apparatus according to claim 10, wherein the position of each of the regions is determined so as to pass through a position having a distance substantially equal to the distance.
と0次回折光とであることを特徴とする請求項29に記
載の投影露光装置。30. The projection exposure apparatus according to claim 29, wherein the two diffracted lights are one of ± n order diffracted lights and a 0 order diffracted light.
記マスクへの入射角をψ、前記マスクのパターンから発
生する±n次回折光の回折角をθm、前記投影光学系の
マスク側開口数をNARとすると、前記±n次回折光の
一方でsin(θm−ψ)=NARなる関係が満たされる
ときを前記投影光学系の解像限界とすることを特徴とす
る請求項10〜30のいずれか一項に記載の投影露光装
置。31. An angle of incidence of light emitted from the center of each of the regions to the mask, θm a diffraction angle of ± n-order diffracted light generated from a pattern of the mask, and a mask-side opening of the projection optical system. when the number and NA R, claim 10, characterized in that the resolution limit of the projection optical system when said ± n one by sin-order diffracted light (θm-ψ) = NA R the relationship is satisfied 30. The projection exposure apparatus according to claim 30.
λ、前記マスクのパターンピッチをPとして、前記各領
域の中心から射出される光の前記マスクへの入射角ψが
sinψ=λ/2Pなる関係を満たすように、前記各領
域の位置が決定されることを特徴とする請求項10〜3
1のいずれか一項に記載の投影露光装置。32. The light quantity distribution is such that, when the wavelength of the illumination light is λ and the pattern pitch of the mask is P, the incident angle 光 of the light emitted from the center of each area to the mask is sinψ = λ / The position of each said area | region is determined so that the relationship of 2P may be satisfy | filled, 4-10 characterized by the above-mentioned.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
記マスクへの入射角をψ、前記照明光の波長をλ、前記
投影光学系のマスク側開口数をNA R とすると、前記基
板上に転写可能なパターンの最小ピッチがλ/(NA R +
sinψ)であることを特徴とする請求項10〜32の
いずれか一項に記載の投影露光装置。 33. Before light emitted from the center of each of the regions.
The incident angle on the mask is ψ, the wavelength of the illumination light is λ,
If the number of mask-side numerical aperture of the projection optical system is NA R, the group
The minimum pitch of a pattern that can be transferred onto a plate is λ / (NA R +
(sin の).
The projection exposure apparatus according to claim 1.
のマスク側開口数をNA R とすると、前記マスクのパタ
ーンはピッチがλ/NA R よりも小さい周期構造を含む
ことを特徴とする請求項10〜33のいずれか一項に記
載の投影露光装置。 34. The wavelength of said illumination light is λ, said projection optical system
When the number of the mask-side opening and NA R, pattern of the mask
Contains periodic structures with a pitch smaller than λ / NA R
The method according to any one of claims 10 to 33, wherein
Projection exposure apparatus.
及び第2方向にそれぞれ周期的な構造を含むとき、前記
光量分布は、前記各領域の中心から射出される光の照射
によって前記マスクのパターンから発生する0次回折
光、前記0次回折光を中心として前記第1方向に分布す
る高次回折光の1つ、及び前記0次回折光を中心として
前記第2方向に分布する高次回折光の1つが、前記投影
光学系の瞳面上で光軸からほぼ等距離に分布するよう
に、前記各領域の位置が決定されることを特徴とする請
求項10〜34のいずれか一項に記載の投影露光装置。35. A pattern to be transferred onto the substrate is a first pattern.
And a periodic structure in each of the second directions, the light amount distribution is based on the 0th-order diffracted light generated from the pattern of the mask by irradiation of light emitted from the center of each region, and the 0th-order diffracted light as a center. One of the higher-order diffracted lights distributed in the first direction and one of the higher-order diffracted lights distributed in the second direction with the zero-order diffracted light as a center are substantially equal to the optical axis on the pupil plane of the projection optical system. 35. The projection exposure apparatus according to claim 10, wherein the position of each of the regions is determined so as to be distributed in a distance.
前記投影光学系のマスク側開口数との比が0.1〜0.
3程度に設定されることを特徴とする請求項10〜35
のいずれか一項に記載の投影露光装置。36. A ratio of a numerical aperture of light emitted from each of the regions to a numerical aperture on the mask side of the projection optical system is 0.1 to 0.5.
36. The number is set to about three.
The projection exposure apparatus according to any one of the above.
光学系の光軸とほぼ一致することを特徴とする請求項1
0〜36のいずれか一項に記載の投影露光装置。 37. The light quantity distribution, wherein the light quantity centroid is the illumination.
2. The optical system according to claim 1, wherein the optical axis substantially coincides with the optical axis of the optical system.
The projection exposure apparatus according to any one of 0 to 36.
第1領域と、前記照明光学系の光軸に関して前記m個の
第1領域とほぼ対称に配置されるm個の第2領域とを含
み、前記各第1領域は、前記マスクのパターンから発生
する次数が異なる2つの回折光が前記投影光学系の瞳面
上で光軸からほぼ等距離に分布するように位置が決定さ
れることを特徴とする請求項10〜37のいずれか一項
に記載の投影露光装置。 38. The plurality of regions are m (m is a natural number).
A first area and the m number of optical axes of the illumination optical system;
The first region and m second regions arranged substantially symmetrically.
Only, each of the first regions is generated from the pattern of the mask.
Pupil plane of the projection optical system
The position is determined to be distributed approximately equidistant from the optical axis above.
The method according to any one of claims 10 to 37, wherein
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
前記基板と前記投影光学系の像面とを光軸方向に相対移
動する駆動手段を備えることを特徴とする請求項1〜3
8のいずれか一項に記載の投影露光装置。39. During exposure of the substrate by the illumination light,
4. A driving unit for relatively moving the substrate and the image plane of the projection optical system in an optical axis direction.
9. The projection exposure apparatus according to claim 8.
投影露光装置を用いて、回路パターンをウエハ上に転写
する工程を含むことを特徴とする半導体素子の形成方
法。40. A method for forming a semiconductor element, comprising a step of transferring a circuit pattern onto a wafer using the projection exposure apparatus according to claim 1. Description:
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