JPH06124870A - Projection exposure apparatus and exposure method - Google Patents

Projection exposure apparatus and exposure method

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JPH06124870A
JPH06124870A JP4271723A JP27172392A JPH06124870A JP H06124870 A JPH06124870 A JP H06124870A JP 4271723 A JP4271723 A JP 4271723A JP 27172392 A JP27172392 A JP 27172392A JP H06124870 A JPH06124870 A JP H06124870A
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image
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projection optical
fourier transform
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Abstract

PURPOSE:To enlarge the depth of focus by providing a coherence-reducing member in the Fourier transform surface or its neighboring surface in the image- formation optical path between a mask and sensitive substrate. CONSTITUTION:The pupil surface FTP of a projection optical system between a reticle R and sensitive substrate W is provided with a coherence-reducing member CCM. An image-formation luminous flux LLp diffracted by an isolated pattern Pr formed on the pattern surface of the reticle R enters the pre-group lens system GA of the projection optical system PL and thereafter reaches a Fourier transform surface FTP. In the Fourier transform surface FTP, then, luminous fluxes respectively passing through the circular transmission part FA and zonal transmission part FB of the central part in the pupil surface ep are controlled to a state where both fluxes do not interfere with each other. Consequently, Line luminous fluxes LFa and LFb respectively passing through the circular transmission part FA and peripheral transmission part FB of the coherence-reducing member CCM do not interfere with each other on a wafer W. Thus, it is possible to enlarge the depth of focus of the isolated pattern.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路、液晶デ
ィスプレイ等の微細パターンの形成に用いる投影型露光
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type exposure apparatus used for forming fine patterns in semiconductor integrated circuits, liquid crystal displays and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の投影型露光装置に使われている
投影光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立て調整をへて装置内に組み込
まれる。現在、半導体製造工程では水銀ランプのi線
(波長365nm)を照明光としてレチクル(マスク)
を照射し、そのレチクル上の回路パターンの透過光を投
影光学系を介して感光基板(ウェハ等)上に結像するス
テッパーが主に使われている。また評価用、あるいは研
究用としてエキシマレーザ(波長248nmのKrFレ
ーザ)を照明光とするエキシマステッパーも使われてい
る。エキシマステッパー用の投影光学系は屈折レンズの
みで構成した場合、使用できる硝材が石英やホタル石等
に限定される。
2. Description of the Related Art A projection optical system used in a projection type exposure apparatus of this type is incorporated into the apparatus by advanced optical design, careful selection of glass materials, ultra-precision processing of glass materials, and precise assembly and adjustment. . Currently, in the semiconductor manufacturing process, the i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp is used as illumination light for a reticle (mask).
A stepper that mainly irradiates the light and forms an image of the transmitted light of the circuit pattern on the reticle on a photosensitive substrate (wafer or the like) through a projection optical system is mainly used. An excimer stepper using an excimer laser (KrF laser having a wavelength of 248 nm) as illumination light is also used for evaluation or research. When the projection optical system for the excimer stepper is composed of only a refracting lens, usable glass materials are limited to quartz and fluorite.

【0003】一般に、投影光学系を用いた露光によって
微細なレチクルパターンを感光基板へ忠実に転写するた
めには、投影光学系の解像力と焦点深度(DOF:デプ
スオブフォーカス)とが重要なファクタとなっている。
現在実用化されている投影光学系のうち、i線用のもの
で開口数(NA)として0.6程度のものが得られてい
る。使用する照明光の波長が同じであるとき、投影光学
系の開口数を大きくすると、それに応じて解像力も向上
する。しかしながら焦点深度(DOF)は開口数NAの
増大に伴って減少する。焦点深度は照明光の波長をλと
したとき、DOF=±λ/NA2 によって定義される。
Generally, in order to faithfully transfer a fine reticle pattern onto a photosensitive substrate by exposure using a projection optical system, the resolution and depth of focus (DOF: depth of focus) of the projection optical system are important factors. Has become.
Among the projection optical systems currently in practical use, those for the i-line having a numerical aperture (NA) of about 0.6 have been obtained. When the wavelengths of the illumination light used are the same, increasing the numerical aperture of the projection optical system improves the resolution accordingly. However, the depth of focus (DOF) decreases with increasing numerical aperture NA. The depth of focus is defined by DOF = ± λ / NA 2 where λ is the wavelength of the illumination light.

【0004】図1は従来の投影光学系の結像光路を模式
的に表したものであり、投影光学系は前群のレンズ系G
Aと後群のレンズ系GBとによって構成される。この種
の投影光学系はレチクルR側とウェハW側との両方をテ
レセントリックにしたもの、あるいはウェハW側のみを
テレセントリックにしたものが一般的である。さて、図
1においてレチクルRのパターン面(投影光学系の物体
面)上に任意の3つの点A、B、Cを想定する。点Aか
ら様々の方向に進む光線L1 、L2 、L3 、La、L
a’、La”のうち、光線L1 は投影光学系のレンズ系
GAに入射できないような角度で発生する。また、前群
のレンズ系GAに入射した光線のうち、光線L2 、L3
は投影光学系内のフーリエ変換面FTPに位置する瞳e
pを通過することができない。そして他の光線La、L
a’、La”は瞳epを通過して後群のレンズ系GBに
入射し、ウェハWの表面(投影光学系の瞳面)上の点
A’に収斂する。従って、レチクルR上の点Aから発生
した光線のうち、投影光学系の瞳ep(光軸AXを中心
とする円形領域)を通過した光線が点A’に点像を結像
するのに寄与する。ここで点Aから点A’に向う光線の
うち瞳epの中心点CC(光軸AXの位置)を通る光線
Laを主光線と呼び、この主光線Laは両側がテレセン
トリックな投影光学系の場合、物体面側、像面側の夫々
の空間で光軸AXと平行になっている。
FIG. 1 schematically shows an image forming optical path of a conventional projection optical system. The projection optical system is a lens system G of the front group.
A lens system GB of the rear group. This type of projection optical system is generally one in which both the reticle R side and the wafer W side are telecentric, or one in which only the wafer W side is telecentric. Now, in FIG. 1, three arbitrary points A, B, and C are assumed on the pattern surface of the reticle R (the object surface of the projection optical system). Rays L 1 , L 2 , L 3 , La, L traveling from point A in various directions
a ', of the La ", light L 1 occurs at an angle that can not enter the lens system GA of the projection optical system. Moreover, of the light incident on the lens system GA of the front group, ray L 2, L 3
Is a pupil e located on the Fourier transform plane FTP in the projection optical system.
cannot pass p. And the other rays La, L
a ′ and La ″ pass through the pupil ep, enter the lens system GB of the rear group, and converge at the point A ′ on the surface of the wafer W (pupil surface of the projection optical system). Among the light rays generated from A, the light rays that have passed through the pupil ep of the projection optical system (a circular area centered on the optical axis AX) contribute to forming a point image at the point A ′. A ray La that passes through the center point CC (position of the optical axis AX) of the pupil ep among the rays directed to the point A ′ is called a principal ray, and this principal ray La is, in the case of a telecentric projection optical system on both sides, the object plane side, It is parallel to the optical axis AX in each space on the image plane side.

【0005】またレチクルR上の他の点B、Cの夫々か
ら発生した光線についても全く同じであり、瞳epを通
過する光線のみが点像B’、C’の結像に寄与する。同
様に点B、Cの夫々から光軸AXと平行に進んでレンズ
系GAに入射する光線Lb、Lcは、いずれも瞳epの
中心点CCを通る主光線となる。このように瞳epはレ
チクルRのパターン面とウェハWの表面との夫々に対し
てフーリエ変換、及び逆フーリエ変換の関係にあり、レ
チクル上のパターンからの光線のうち結像に寄与する光
線は全て瞳epを重畳して通ることになる。
The same applies to the light rays generated from the other points B and C on the reticle R, and only the light rays passing through the pupil ep contribute to the formation of the point images B'and C '. Similarly, the light rays Lb and Lc that travel from the points B and C in parallel with the optical axis AX and enter the lens system GA are both chief rays passing through the center point CC of the pupil ep. In this way, the pupil ep has a Fourier transform and an inverse Fourier transform with respect to the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W, and the light rays that contribute to image formation among the light rays from the pattern on the reticle are All the pupils ep will overlap and pass.

【0006】このような投影光学系の開口数は一般にウ
ェハ側の値として表されている。図1において、点像
A’の結像に寄与する光線のうち、瞳ep内の最外部を
通る光線La’、La”がウェハW上で主光線Laと成
す角度θwが、この投影光学系のウェハ(像面)側での
開口数NAW に相当し、NAw=sinθwで表され
る。従って光線La’、La”がレチクルR側で主光線
Laと成す角度θrは、レチクル(物体面)側での開口
数NArと呼ばれ、NAr=sinθrで表される。さ
らに投影光学系の結像倍率をM(1/5縮小の場合はM
=0.2)とすると、NAr=M・NAwの関係にあ
る。
The numerical aperture of such a projection optical system is generally expressed as a value on the wafer side. In FIG. 1, among the rays that contribute to the formation of the point image A ′, the angles θw formed by the rays La ′ and La ″ passing through the outermost part in the pupil ep with the principal ray La on the wafer W are the projection optical system. Corresponding to the numerical aperture NA W on the wafer (image plane) side, and is represented by NAw = sin θw Therefore, the angle θr formed by the light rays La ′ and La ″ with the principal ray La on the reticle R side is ) Side numerical aperture NAr, which is represented by NAr = sin θr. Further, the image forming magnification of the projection optical system is M (M for 1/5 reduction
= 0.2), NAr = M · NAw.

【0007】ところで解像力を高めるためには、開口数
NAw(NAr)を大きくする訳であるが、このことは
換言すれば瞳epの径を大きくすること、さらにレンズ
系GA、GBの有効径を大きくすることに他ならない。
ところが、焦点深度DOFの方は開口数NAwの2乗に
反比例して減少してしまうため、例え高開口数の投影光
学系が製造できたとしても、必要な焦点深度が得られな
いことになり、実用上の大きな障害となる。
In order to increase the resolution, the numerical aperture NAw (NAr) must be increased. In other words, this means increasing the diameter of the pupil ep and further increasing the effective diameters of the lens systems GA and GB. It is nothing but making it bigger.
However, since the depth of focus DOF decreases in inverse proportion to the square of the numerical aperture NAw, even if a projection optical system with a high numerical aperture can be manufactured, the required depth of focus cannot be obtained. , Becomes a big obstacle in practical use.

【0008】照明光の波長をi線の365nmとし、開
口数NAwを0.6とすると、焦点深度DOFは幅で約
1μm(±0.5μm)になってしまい、ウェハW上の
1つのショット領域(20mm角〜30mm角程度)内
で表面の凹凸や湾曲がDOF以上の部分については解像
不良を起こすことになる。またステッパーのシステム上
でも、ウェハWのショット領域毎のフォーカス合わせ、
レベリング等を格段に高精度に行う必要が生じ、メカ
系、電気系、ソフトウェアの負担(計測分解能、サーボ
制御精度、設定時間等の向上努力)が増大することにな
る。
When the wavelength of the illumination light is 365 nm of the i-line and the numerical aperture NAw is 0.6, the depth of focus DOF becomes about 1 μm (± 0.5 μm) in width, and one shot on the wafer W is obtained. In a region (20 mm square to 30 mm square), unevenness or curvature of the surface causes DOF or more in a portion having a DOF or more. Also on the stepper system, focusing for each shot area of the wafer W,
Since it becomes necessary to perform leveling and the like with extremely high accuracy, the load on the mechanical system, the electrical system, and the software (measurement resolution, servo control accuracy, setting time, etc.) will increase.

【0009】そこで本件出願人は、このような投影光学
系の諸問題を解決し、しかも特公昭62−50811号
公報に開示されているような位相シフトレチクルを使わ
なくとも、高い解像力と大きな焦点深度との両方を得る
ことができる新たな投影露光技術を、特開平4−101
148号公報、特開平4−225358号公報等で提案
した。この露光技術は、投影光学系は既存のままで、レ
チクルへの照明方法を特殊な形体に制御することで見か
け上の解像力と焦点深度とを増大させるものであり、S
HRINC(uper igh esoluti
on by llumiation ontro
l)法と呼んでいる。このSHRINC法は、レチクル
R上のライン・アンド・スペースパターン(L&Sパタ
ーン)のピッチ方向に対称的に傾斜した2つの照明光
(又は4つの照明光)をレチクルへ照射し、L&Sパタ
ーンから発生する0次回折光成分と±1次回折光成分の
一方とを、投影光学系の瞳ep内で中心点CCに関して
対称的に通し、2光束干渉(一方の1次回折光と0次回
折光との干渉)の原理を利用して、L&Sパターンの投
影像(干渉縞)を生成するものである。
Therefore, the applicant of the present invention has solved such problems of the projection optical system, and has a high resolution and a large focus without using a phase shift reticle disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811. A new projection exposure technique capable of obtaining both depth and depth is disclosed in JP-A-4-101.
It was proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 148, Japanese Patent Laid-Open No. 4-225358 and the like. This exposure technique increases the apparent resolving power and the depth of focus by controlling the reticle illumination method to a special shape while maintaining the existing projection optical system.
HRINC (S uper H igh R esoluti
on by I llumi N ation C ontro
l) We call it the law. The SHRINC method irradiates the reticle with two illumination lights (or four illumination lights) symmetrically inclined in the pitch direction of the line and space pattern (L & S pattern) on the reticle R, and is generated from the L & S pattern. The 0th-order diffracted light component and one of the ± 1st-order diffracted light components are passed symmetrically with respect to the center point CC in the pupil ep of the projection optical system, and two-beam interference (interference between one 1st-order diffracted light and the 0th-order diffracted light) occurs. The principle is utilized to generate a projected image (interference fringe) of an L & S pattern.

【0010】このように2光束干渉を利用した結像によ
ると、デフォーカス時の波面収差の発生が従来の方法
(通常の垂直照明)の場合よりも押さえられるため、見
かけ上焦点深度が大きくなるのである。ところが、この
SHRINC法はレチクルR上に形成されるパターンが
L&Sパターン(格子)のように、周期構造を持つとき
に所期の効果が得られるのであり、コンタクトホール等
の孤立したパターンに対してはその効果が得られない。
一般に、孤立した微小パターンの場合、そこからの回折
光はほとんどフランフォーファ回折として発生するた
め、投影光学系の瞳ep内では0次回折光と高次回折光
とに明確に分離しないためである。
According to the image formation utilizing the two-beam interference as described above, the occurrence of the wavefront aberration at the time of defocusing can be suppressed more than in the case of the conventional method (normal vertical illumination), so that the depth of focus apparently becomes large. Of. However, in the SHRINC method, the desired effect can be obtained when the pattern formed on the reticle R has a periodic structure like an L & S pattern (lattice). Can't get the effect.
In general, in the case of an isolated minute pattern, most of the diffracted light from it occurs as Franforfer diffraction, so that it is not clearly separated into zero-order diffracted light and higher-order diffracted light in the pupil ep of the projection optical system.

【0011】そこでコンタクトホール等の孤立パターン
に対して見かけ上の焦点深度を拡大させる露光方法とし
て、ウェハWの1つのショット領域に対する露光を複数
回に分け、各露光の間にウェハWを光軸方向に一定量だ
け移動させる方法が、例えば特開昭63−42122号
公報で提案された。この露光方法はFLEX(ocu
atitude enhancement EX
posure)法と呼ばれ、コンタクトホール等の孤立
パターンに対しては十分な焦点深度拡大効果を得ること
ができる。ただしFLEX法は、わずかにデフォーカス
したコンタクトホール像を多重露光することを必須とす
るため、現像後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭度
が低下したものとなる。この鮮鋭度低下(プロファイル
悪化)の問題は、ガンマ値が高いレジストを用いたり、
多層レジストを用いたり、あるいはCEL(Contr
ast Enhancement Layer)を用い
たりすることで補うことができる。
Therefore, as an exposure method for increasing the apparent depth of focus for an isolated pattern such as a contact hole, the exposure for one shot area of the wafer W is divided into a plurality of times, and the wafer W is subjected to the optical axis between the exposures. A method of moving a certain amount in a certain direction has been proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-42122. This exposure method is FLEX ( F ocu
s L attitude enhancement EX
This is called the "posure) method, and a sufficient depth of focus expansion effect can be obtained for isolated patterns such as contact holes. However, since the FLEX method requires multiple exposure of a slightly defocused contact hole image, the sharpness of the resist image obtained after development is inevitably reduced. The problem of deterioration of sharpness (profile deterioration) is to use a resist with a high gamma value,
Multi-layer resist is used, or CEL (Contr
It can be compensated by using ast Enhancement Layer).

【0012】またFLEX法のように露光動作中にウェ
ハWを光軸方向に移動させなくても、コンタクトホール
パターンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、1
991年春季応用物理学会の予稿集29a−ZC−8,
9で発表されたSuper−FLEX法も知られてい
る。このSuper FLEX法は、投影光学系の瞳e
pに透明な位相板を設け、この位相板によって結像光に
与えられる複素振幅透過率が光軸AXから周辺に向かっ
て順次変化するような特性を持たせたものである。この
ようにすると、投影光学系によって結像された像はベス
トフォーカス面(レチクルRと共役な面)を中心に光軸
方向に一定の幅(従来よりは広い)でシャープさを保つ
ことになり、焦点深度が増大するのである。
As an attempt to increase the depth of focus when projecting a contact hole pattern without moving the wafer W in the optical axis direction during the exposure operation as in the FLEX method, 1
991 Spring Applied Physics Society Proceedings 29a-ZC-8,
The Super-FLEX method announced in 9 is also known. This Super FLEX method uses the pupil e of the projection optical system.
A transparent phase plate is provided on p, and the phase plate has such a characteristic that the complex amplitude transmittance given to the image-forming light sequentially changes from the optical axis AX toward the periphery. By doing so, the image formed by the projection optical system maintains sharpness with a constant width (wider than before) around the best focus surface (the surface conjugate with the reticle R) in the optical axis direction. , The depth of focus increases.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上で述べた各種従来
技術のうち、FLEX法、及びSuper FLEX法
では、孤立的なコンタクトホールパターンに対して十分
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、ある程度接近した複数のコンタクトホールパターン
では、両方法共にホール間のフォトレジストに不要な膜
べりを生じさせてしまい、事実上使用することが困難に
なることがわかった。
Among the various conventional techniques described above, the FLEX method and the Super FLEX method can obtain a sufficient depth of focus increasing effect for an isolated contact hole pattern. However, it has been found that in the case of a plurality of contact hole patterns that are close to each other to some extent, both methods cause an unnecessary film slip in the photoresist between the holes, which makes it practically difficult to use.

【0014】さらに、FLEX法では、孤立的なコンタ
クトホールパターンについてもその像(多重露光で得ら
れる合成光学像)のシャープネスを必然的に悪化させる
ために、焦点深度は増大しても露光量裕度が減少すると
いう問題もある。また露光作業中にウェハを光軸方向に
連続的に移動又は振動する方式のFLEX法では走査露
光方式の露光装置への適用が難しく、また露光を第1の
露光と第2の露光に分割し、各露光間にウェハを光軸方
向に移動する方式では処理能力の低下が大きく、スルー
プットが著しく低下するという問題がある。
Further, in the FLEX method, even for an isolated contact hole pattern, the sharpness of the image (synthesized optical image obtained by multiple exposure) is inevitably deteriorated. There is also the problem that the degree decreases. Further, it is difficult to apply the scanning exposure type exposure apparatus by the FLEX method of the type in which the wafer is continuously moved or vibrated in the optical axis direction during the exposure work, and the exposure is divided into the first exposure and the second exposure. In the method in which the wafer is moved in the optical axis direction between the exposures, there is a problem that the processing capacity is largely reduced and the throughput is significantly reduced.

【0015】そこで本発明は、コンタクトホール等の孤
立したパターンの投影露光の際に、焦点深度を拡大した
投影露光装置を得ることを目的とし、特に比較的接近し
た複数の孤立パターンに対しても忠実な転写を可能と
し、同時に焦点深度拡大効果が得られる装置及び露光方
法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has an object to obtain a projection exposure apparatus having an increased depth of focus when projecting and exposing isolated patterns such as contact holes, and particularly for a plurality of isolated patterns which are relatively close to each other. An object of the present invention is to provide an apparatus and an exposure method that enable faithful transfer and at the same time obtain the effect of increasing the depth of focus.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では 微細なパターンが形成されたマスク(レチ
クルR)を露光用の照明光で照射する照明手段(1〜1
4)と、マスクのパターンから発生した光を入射してパ
ターンの像を感応基板(ウェハW)上に結像投影する投
影光学系(PL)とを備えた投影露光装置において、マ
スクと感応基板との間の結像光路内のフーリエ変換面
(FTP)、又はその近傍面に配置され、フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の投影光学系の光軸を中心とす
る円形領域(FA)内に分布する結像光(LFa)とそ
の外側の領域(FB)に分布する結像光(LFb)との
間の干渉性を低減させる干渉性低減手段(干渉性低減部
材CCM)を設けるようにした。
In order to solve the above problems, in the present invention, an illuminating means (1 to 1) for irradiating a mask (reticle R) on which a fine pattern is formed with illuminating light for exposure.
4) and a projection optical system (PL) for injecting light generated from the pattern of the mask and projecting an image of the pattern onto the sensitive substrate (wafer W) by imaging, the mask and the sensitive substrate. A circular area (FA) which is arranged on the Fourier transform plane (FTP) in the image forming optical path between and or near the Fourier transform plane, and which is centered on the optical axis of the projection optical system on the Fourier transform plane or on the near plane. A coherence reducing means (coherence reducing member CCM) for reducing coherence between the image forming light (LFa) distributed inside and the image forming light (LFb) distributed in the area (FB) outside thereof is provided. I chose

【0017】[0017]

【作用】本発明においては、レチクルパターン面に対し
て、光学的にフーリエ変換の関係となる投影光学系内の
面(以後瞳面と略す)、又はその近傍面に干渉性低減部
材を設け、その瞳面内で円形または輪帯状に分布する結
像光の一部と、それ以外の部分に分布する結像光とを互
いに干渉し合わない状態とする。この結果レチクルパタ
ーン中の、特にコンタクトホールパターンを透過、回折
した露光光束(結像光)は瞳面内で干渉し合わない2つ
の光束に空間的に分割され、ウェハ等の被露光体に到達
する。ウェハ上でも2つの光束は干渉し合わない(イン
コヒーレントである)ために、それぞれの光束が作り出
す像(コンタクトホールの像)の光量上での強度合成像
が得られる。従来の露光方式ではレチクル上の微小コン
タクトホールパターンを透過、回折した光束は投影光学
系を経てウェハ面に達すると、ここですべて振幅的に合
成(コヒーレント加算)されてレチクルパターンの像
(光学像)を形成していた。従来のSuper−FLE
X法においても、瞳面に分布する結像光を部分的に位相
シフトさせているだけなので、コヒーレント加算である
ことに変わりはない。
In the present invention, a coherence reducing member is provided on a surface (hereinafter referred to as a pupil surface) in the projection optical system which has an optical Fourier transform relationship with the reticle pattern surface, or a surface in the vicinity thereof. A part of the image-forming light distributed in a circular or annular shape on the pupil plane and an image-forming light distributed in the other part are set not to interfere with each other. As a result, the exposure light beam (imaging light) that has been transmitted and diffracted in the reticle pattern, particularly through the contact hole pattern, is spatially divided into two light beams that do not interfere with each other in the pupil plane and reach the exposure target such as a wafer. To do. Even on the wafer, the two light beams do not interfere with each other (are incoherent), so that an intensity combined image of the images (contact hole images) produced by the respective light beams can be obtained. In the conventional exposure method, when the light beams that have passed through the minute contact hole pattern on the reticle and are diffracted reach the wafer surface through the projection optical system, they are all combined amplitude-wise (coherent addition) and the reticle pattern image (optical image ) Was formed. Conventional Super-FLE
Also in the X method, since the imaging light distributed on the pupil plane is only partially phase-shifted, it is still coherent addition.

【0018】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
がないものとすると、ベストフォーカス(合焦状態)で
は、レチクル上の任意の1点からウェハ上の対応する像
点までの光路長は投影光学系中のどこの光線路を通るか
にかかわらずすべて等しく(フェルマーの原理)、従っ
てウェハ上の振幅合成は位相差のない光の合成となり、
すべてコンタクトホールパターンの強度を増大する方向
に作用する。
Now, assuming that there is no phase shift plate or the like on the pupil plane of the projection optical system, the optical path length from any one point on the reticle to the corresponding image point on the wafer in best focus (in focus). Are the same regardless of which optical path in the projection optical system passes (Fermat's principle), so amplitude synthesis on the wafer is the synthesis of light with no phase difference,
All act in the direction of increasing the strength of the contact hole pattern.

【0019】ところがウェハがデフォーカス(ウェハ表
面とベストフォーカス面との光軸方向のずれ)すると、
上記の光路長は投影光学系内の光線路によって異なった
長さとなる。この結果上記の振幅合成は光路差(位相
差)を有する光の加算となり、一部で相殺効果が生じ、
コンタクトホールパターンの中心強度を弱めることにな
る。このとき生じる光路差はウェハ上の1つの像点に入
射する任意の光線の入射角をθとし、かつウェハに垂直
に入射する光線(主光線)の光路長を基準(=0)とす
ると、ほぼ1/2(ΔF・sin2 θ)と表される。こ
こでΔFはデフォーカス量を表す。sinθの最大値は
投影光学系のウェハ側の開口数NAwであるから、従来
の如く微小ホールパターンからの回折光のうち瞳epを
通過したすべての光がウェハ上で振幅合成される場合、
最大で1/2(ΔF・NAw2 )の光路差を生じてしま
うことになる。このとき焦点深度としてλ/4の光路差
までを許容すると仮定すれば、以下の関係が成り立つ。
However, when the wafer is defocused (deviation in the optical axis direction between the wafer surface and the best focus surface),
The above optical path length varies depending on the optical line in the projection optical system. As a result, the above-mentioned amplitude synthesis is the addition of light having an optical path difference (phase difference), and a canceling effect occurs in part,
The central strength of the contact hole pattern is weakened. If the incident angle of an arbitrary ray incident on one image point on the wafer is θ and the optical path length of the ray (chief ray) incident vertically on the wafer is a reference (= 0), the optical path difference generated at this time is It is expressed as approximately 1/2 (ΔF · sin 2 θ). Here, ΔF represents the defocus amount. Since the maximum value of sin θ is the numerical aperture NAw on the wafer side of the projection optical system, when all the light passing through the pupil ep among the diffracted light from the minute hole pattern is amplitude-synthesized on the wafer as in the conventional case,
The maximum optical path difference is 1/2 (ΔF · NAw 2 ). At this time, assuming that an optical path difference of λ / 4 is allowed as the depth of focus, the following relationship holds.

【0020】1/2(ΔF・NAw2 )=λ/4 この式をまとめ直すと、ΔF=λ/(2NAw2 )とな
って一般に言われる焦点深度幅と一致する。例えば露光
用照明光波長として現在使われているi線(波長0.3
65μm)を前提とし、開口数としてNAw=0.50
を想定すると、焦点深度±ΔF/2は±0.73μmと
なり、ウェハ上のプロセス段差1μm程度に対してほと
んど余裕のない値となっている。
1/2 (ΔF · NAw 2 ) = λ / 4 When this equation is recombined, ΔF = λ / (2NAw 2 ), which is in agreement with the generally-known depth of focus. For example, i-line (wavelength 0.3
65 μm), numerical aperture NAw = 0.50
Assuming that, the depth of focus ± ΔF / 2 is ± 0.73 μm, which is a value with almost no margin for a process step difference of 1 μm on the wafer.

【0021】一方、本発明では図2に示すように、投影
光学系の瞳面(FTP)に干渉性低減部材CCMを設け
る。このとき、レチクルRのパターン面に形成された孤
立パターンPrで回折した結像光束(主光線はLLp)
は投影光学系PLの前群レンズ系GAに入射した後、フ
ーリエ変換面FTPに達する。そしてフーリエ変換面F
TPにおいて、瞳面ep内の中心部の円形状透過部分F
Aと輪帯状の透過部FBとの夫々を透過する光束が互い
に干渉し合わない状態に制御(変換)される。このため
ウェハW上では干渉性低減部材CCMの円形状の透過部
FAを透過した光束LFaと周辺の透過部FBを通過し
た光束LFbは干渉を起こさない。その結果、円形の透
過部FAからの光束LFaと周辺部FBからの光束LF
bはそれぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、それ
ぞれホールパターンの像(強度分布)Pr’を形成す
る。すなわち光束LFaのみの干渉によってウェハW上
に生成される像と、光束LFbのみの干渉によって生成
される像とを、単純に強度的に加算したものが、本発明
によって得られるコンタクトホール等の孤立パターンの
像Pr’となる。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2, a coherence reducing member CCM is provided on the pupil plane (FTP) of the projection optical system. At this time, an imaging light beam (the principal ray is LLp) diffracted by the isolated pattern Pr formed on the pattern surface of the reticle R
Enters the front lens group GA of the projection optical system PL and then reaches the Fourier transform plane FTP. And the Fourier transform plane F
In TP, the circular transparent portion F at the center in the pupil plane ep
The light fluxes transmitted through A and the annular transmission portion FB are controlled (converted) to a state where they do not interfere with each other. Therefore, on the wafer W, the light flux LFa transmitted through the circular transmissive portion FA of the coherence reducing member CCM and the light flux LFb transmitted through the peripheral transmissive portion FB do not interfere with each other. As a result, the luminous flux LFa from the circular transmitting portion FA and the luminous flux LF from the peripheral portion FB are formed.
b independently interfere with each other by themselves to form an image (intensity distribution) Pr ′ of a hole pattern. That is, an image obtained by the interference of only the light beam LFa and an image produced by the interference of only the light beam LFb is simply added in terms of intensity, and an isolated contact hole or the like obtained by the present invention is obtained. It becomes a pattern image Pr '.

【0022】尚、レチクルRへの照明光ILBは従来と
同様に一定の開口数sinψ/2をもつものとする。た
だし投影光学系PLのレチクル側の開口数NArに対し
ては、NAr>sinψ/2の条件に設定される。そこ
で、本発明における結像原理を、さらに図3を参照して
説明する。図3は干渉性低減部材CCMの構造と、コン
タクトホールの像Pr’を生成する結像光束の様子と、
デフォーカス時の各光束の光路差ΔZとの各関係を模式
的に示したものである。
The illumination light ILB to the reticle R has a constant numerical aperture sin ψ / 2 as in the conventional case. However, the numerical aperture NAr on the reticle side of the projection optical system PL is set to the condition NAr> sin ψ / 2. Therefore, the principle of image formation in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a structure of the coherence reducing member CCM and a state of an image-forming light flux that forms an image Pr ′ of the contact hole,
3 schematically shows each relationship with the optical path difference ΔZ of each light flux at the time of defocusing.

【0023】図3(A)の如く中心部を通る光束LFa
内での振幅合成では、光束LFaが垂直入射光線(主光
線LLp)から入射角度θ1 までの角度範囲の光線を含
むから、デフォーカス量がΔFの時の光路差の最大値Δ
1 は ΔZ1 =1/2(ΔF・sin2 θ1 )となる。尚、図
3の最下段のグラフの横軸は入射角の正弦を表し、si
nθ1 =NA1 とする。一方、図3(B)の如く周辺部
を通る光束LFb内での振幅合成では、光束LFbが入
射角度θ1 から開口数NAw(sinθw)までの入射
角度範囲の光線を有するので、デフォーカス量がΔFの
時の最大光路長差ΔZ2 は、 ΔZ2 =1/2(ΔF)(NAw2 −sin2 θ1 )と
なる。
Light flux LFa passing through the central portion as shown in FIG.
In the amplitude combination in the above, since the light flux LFa includes a light ray in the angle range from the vertically incident light ray (main light ray LLp) to the incident angle θ 1 , the maximum value Δ of the optical path difference when the defocus amount is ΔF.
Z 1 is ΔZ 1 = 1/2 (ΔF · sin 2 θ 1 ). The horizontal axis of the graph at the bottom of FIG. 3 represents the sine of the incident angle.
Let nθ 1 = NA 1 . On the other hand, in the amplitude synthesis in the light flux LFb passing through the peripheral portion as shown in FIG. 3B, the light flux LFb has a light ray in the incident angle range from the incident angle θ 1 to the numerical aperture NAw (sin θw). Is ΔF, the maximum optical path length difference ΔZ 2 is ΔZ 2 = 1/2 (ΔF) (NAw 2 −sin 2 θ 1 ).

【0024】第1の光束LFaと第2の光束LFbは互
いには干渉し合わないので、光束LFaのみの干渉によ
る像Pr'1と、光束LFbのみの干渉による像Pr'2
劣化は、各光束内での光路長差ΔZ1 、ΔZ2 のみに起
因する。例えば、sin2 θ1 =1/2(NAw2 )で
あるようにsinθ1 を設定する、すなわちこの関係式
をほぼ満たすように第1の透過部FAの半径を設定する
と、第1の光束LFaによる最大光路差ΔZ1 と、第2
の光束LFbによる最大光路差ΔZ2 はそれぞれ以下の
ようになる。
Since the first light beam LFa and the second light beam LFb do not interfere with each other, the deterioration of the image Pr ' 1 due to the interference of only the light beam LFa and the deterioration of the image Pr' 2 due to the interference of only the light beam LFb are different. This is caused only by the optical path length differences ΔZ 1 and ΔZ 2 in the light flux. For example, if sin θ 1 is set so that sin 2 θ 1 = 1/2 (NAw 2 ), that is, if the radius of the first transmission part FA is set so as to substantially satisfy this relational expression, the first light flux LFa The maximum optical path difference ΔZ 1 due to
The maximum optical path difference ΔZ 2 due to the light flux LFb is as follows.

【0025】ΔZ1 =1/2(ΔF・sin2 θ1 )=
1/4(ΔF・NAw2 ) ΔZ2 =1/2(ΔF)(NAw2−sin2θ1 )=1/4
(ΔF・NAw2) このように、2つのインコヒーレントな光束LFa、L
Fbの夫々は、いずれもΔFのデフォーカス時にほぼ同
一の最大光路差、1/4(ΔF・NAw2 )をもつこと
になり、この値は従来の場合の半分である。換言する
と、従来の2倍のデフォーカス量(2ΔF)でも、従来
の投影方式でのデフォーカス量ΔFのときと同じ最大光
路長差で済むこととなり、その結果、孤立パターンPr
の結像時の焦点深度は約2倍に増大することになる。こ
のように投影光学系PLの瞳面epにおいて、結像光束
を互いに干渉しない複数の光束に交換する手法を、以後
SFINCS(patial ilter for
INCoherent tream)法と呼ぶこと
にする。
ΔZ 1 = 1/2 (ΔF · sin 2 θ 1 ) =
1/4 (ΔF · NAw 2 ) ΔZ 2 = 1/2 (ΔF) (NAw 2 −sin 2 θ 1 ) = 1/4
(ΔF · NAw 2 ) Thus, the two incoherent light beams LFa and L
Each of the Fbs has substantially the same maximum optical path difference, 1/4 (ΔF · NAw 2 ), when defocused by ΔF, and this value is half that in the conventional case. In other words, even if the defocus amount (2ΔF) is twice as large as the conventional one, the same maximum optical path length difference as in the case of the defocus amount ΔF in the conventional projection method will suffice, resulting in the isolated pattern Pr.
The depth of focus at the time of imaging is increased about twice. The pupil plane ep of the projection optical system PL, a method of exchanging a plurality of light beams do not interfere with imaging light beam from each other, thereafter SFINCS (S patial F ilter for
It will be referred to as INC oherent S tream) method.

【0026】[0026]

【実施例】図4は本発明の実施例による投影露光装置の
全体的な構成を示す。図4において、水銀ランプ1から
放射された高輝度光は楕円鏡2によって第2焦点に収斂
した後、発散光となってコリメータレンズ4に入射す
る。その第2焦点の位置にはロータリーシャッター3が
配置され、照明光の通過、遮断を制御する。コリメータ
レンズ4によってほぼ平行光束に変換された照明光は、
干渉フィルター5に入射し、ここで露光に必要とされる
所望のスペクトル、例えばi線のみが抽出される。干渉
フィルター5を射出した照明光(i線)は、オプチカル
インテグレータとしてのフライアイレンズ7に入射す
る。
FIG. 4 shows the overall construction of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, the high-intensity light emitted from the mercury lamp 1 is converged on the second focal point by the elliptical mirror 2 and then becomes divergent light and enters the collimator lens 4. A rotary shutter 3 is arranged at the position of the second focal point, and controls passage and blocking of illumination light. The illumination light converted into a substantially parallel light flux by the collimator lens 4 is
It is incident on the interference filter 5, where only the desired spectrum required for exposure, eg, the i-line, is extracted. The illumination light (i-line) emitted from the interference filter 5 enters a fly-eye lens 7 as an optical integrator.

【0027】さて、フライアイレンズ7に入射した照明
光(ほぼ平行光束)は、フライアイレンズ7の複数のレ
ンズエレメントによって分割され、各レンズエレメント
の夫々の射出側には2次光源像(水銀ランプ1の発光点
の像)が形成される。従ってフライアイレンズ7の射出
側にはレンズエレメントの数と同じ数の点光源像が分布
し、面光源像が作られる。フライアイレンズ7の射出側
には、面光源像の大きさを調整するための可変絞り8が
設けられる。この絞り8を通った照明光(発散光)はミ
ラー9で反射され、集光レンズ系10に入射した後、レ
チクルブラインド11の矩形の開口部を均一な照度分布
で照射する。図4では、フライアイレンズ7の射出側に
形成される複数の2次光源像(点光源)のうち、光軸A
X上に位置する1つの2次光源像からの照明光のみを代
表的に図示してある。また集光レンズ系10によって、
フライアイレンズ7の射出側(2次光源像が形成される
面)はレチクルブラインド11の矩形開口面に対するフ
ーリエ変換面になっている。従ってフライアイレンズ7
の複数の2次光源像の夫々から発散して集光レンズ系1
0に入射した各照明光は、レチクルブラインド11上で
互いにわずかずつ入射角が異なる平行光束となって重畳
される。
The illumination light (substantially parallel luminous flux) incident on the fly-eye lens 7 is divided by a plurality of lens elements of the fly-eye lens 7, and a secondary light source image (mercury) is provided on the exit side of each lens element. An image of the light emitting point of the lamp 1) is formed. Therefore, the same number of point light source images as the number of lens elements are distributed on the exit side of the fly-eye lens 7 to form a surface light source image. A variable diaphragm 8 for adjusting the size of the surface light source image is provided on the exit side of the fly-eye lens 7. Illumination light (divergent light) that has passed through the diaphragm 8 is reflected by a mirror 9 and enters a condenser lens system 10, and then illuminates the rectangular opening of the reticle blind 11 with a uniform illuminance distribution. In FIG. 4, of the plurality of secondary light source images (point light sources) formed on the exit side of the fly-eye lens 7, the optical axis A
Only illumination light from one secondary light source image located on X is representatively shown. Moreover, by the condenser lens system 10,
The exit side of the fly-eye lens 7 (the surface on which the secondary light source image is formed) is a Fourier transform surface for the rectangular aperture surface of the reticle blind 11. Therefore, fly eye lens 7
From each of the plurality of secondary light source images of the condenser lens system 1
The respective illumination lights that have entered 0 are superimposed on the reticle blind 11 as parallel light beams having slightly different incident angles.

【0028】レチクルブラインド11の矩形開口を通過
した照明光はレンズ系12、ミラー13を介してコンデ
ンサーレンズ14に入射し、コンデンサーレンズ14を
射出する光が照明光ILBとなってレチクルRに達す
る。ここでレチクルブラインド11の矩形開口面とレチ
クルRのパターン面とは、レンズ系12とコンデンサー
レンズ14との合成系によって互いに共役に配置され、
レチクルブラインド11の矩形開口の像が、レチクルR
のパターン面内に形成された矩形のパターン形成領域を
含むように結像される。図4に示すように、フライアイ
レンズ7の2次光源像のうち光軸AX上に位置する1つ
の2次光源像からの照明光ILBは、レチクルR上では
光軸AXに対して傾きのない平行光束になっているが、
これは投影光学系PLのレチクル側がテレセントリック
だからである。もちろん、フライアイレンズ7の射出側
には光軸AX上からずれて位置する多数の2次光源像
(軸外の点光源)が形成されるから、それらからの照明
光はいずれもレチクルR上では光軸AXに対して傾いた
平行光束となってパターン形成領域内で重畳される。
尚、レチクルRのパターン面とフライアイレンズ7の射
出側面とが、集光レンズ系10、レンズ系12、コンデ
ンサーレンズ14の合成系によって光学的にフーリエ変
換の関係になっていることは言うまでもない。またレチ
クルRへの照明光ILBの入射角度範囲ψ(図2参照)
は絞り8の開口径によって変化し、絞り8の開口径を小
さくして面光源の実質的な面積を小さくすると、入射角
度範囲ψも小さくなる。そのため絞り8は、照明光の空
間的コヒーレンシィを調整することになる。その空間的
コヒーレンシィの度合いを表すファクタとして、照明光
ILBの最大入射角ψ/2の正弦と投影光学系PLのレ
チクル側の開口数NArとの比(σ値)が用いられてい
る。このσ値は通常、σ=sin(ψ/2)/NArで
定義され、現在稼働中のステッパーの多くは、σ=0.
5〜0.7程度の範囲で使われている。本発明では、そ
のσ値がどのような値であってもよく、極端な場合σ=
0.1〜0.3程度であってもよい。
The illumination light passing through the rectangular opening of the reticle blind 11 enters the condenser lens 14 via the lens system 12 and the mirror 13, and the light emitted from the condenser lens 14 reaches the reticle R as the illumination light ILB. Here, the rectangular opening surface of the reticle blind 11 and the pattern surface of the reticle R are arranged conjugate with each other by a composite system of the lens system 12 and the condenser lens 14,
The image of the rectangular opening of the reticle blind 11 is the reticle R
The image is formed so as to include a rectangular pattern formation region formed in the pattern surface of the. As shown in FIG. 4, the illumination light ILB from one secondary light source image located on the optical axis AX of the secondary light source image of the fly-eye lens 7 has an inclination with respect to the optical axis AX on the reticle R. There is no parallel light flux, but
This is because the reticle side of the projection optical system PL is telecentric. Of course, a large number of secondary light source images (off-axis point light sources) that are displaced from the optical axis AX are formed on the exit side of the fly-eye lens 7, so that any illumination light from them is on the reticle R. Then, it becomes a parallel light beam inclined with respect to the optical axis AX and is superimposed in the pattern formation region.
It goes without saying that the pattern surface of the reticle R and the exit side surface of the fly-eye lens 7 are optically Fourier-transformed by the combined system of the condenser lens system 10, the lens system 12, and the condenser lens 14. . Further, the incident angle range ψ of the illumination light ILB on the reticle R (see FIG. 2)
Varies depending on the aperture diameter of the diaphragm 8. When the aperture diameter of the diaphragm 8 is reduced to reduce the substantial area of the surface light source, the incident angle range ψ also decreases. Therefore, the diaphragm 8 adjusts the spatial coherency of the illumination light. As a factor representing the degree of spatial coherency, a ratio (σ value) between the sine of the maximum incident angle ψ / 2 of the illumination light ILB and the numerical aperture NAr of the projection optical system PL on the reticle side is used. This σ value is usually defined by σ = sin (ψ / 2) / NAr, and most steppers currently in operation have σ = 0.
It is used in the range of 5 to 0.7. In the present invention, the σ value may be any value, and in an extreme case σ =
It may be about 0.1 to 0.3.

【0029】さて、レチクルRのパターン面にはクロム
層によって所定のレチクルパターンが形成されている
が、ここではクロム層が全面に蒸着され、その内に微小
な矩形開口部(クロム層のない透明部)で形成された複
数のコンタクトホールパターンが存在するものとする。
コンタクトホールパターンはウェハW上に投影したと
き、0.5μm角(又は径)以下の寸法になるように設
計されていることもあり、投影光学系PLの投影倍率M
を考慮してレチクルR上での寸法が決められている。ま
た互いに隣接するコンタクトホールパターン間の寸法
は、通常1つのコンタクトホールパターンの開口部寸法
に対してかなり大きくなっているため、孤立的な微小パ
ターンとして存在する。すなわち、隣接する2つのコン
タクトホールパターンは、それぞれから発生した光(回
折、散乱光)が、回折格子のように互いに強く影響し合
うことがない程度に離れていることが多い。ところが後
で詳しく述べるが、かなり接近した配置でコンタクトホ
ールパターンを形成したレチクルも存在する。
A predetermined reticle pattern is formed by a chrome layer on the pattern surface of the reticle R. Here, the chrome layer is vapor-deposited on the entire surface and a minute rectangular opening (transparent without the chrome layer is formed therein). It is assumed that there are a plurality of contact hole patterns formed in part).
The contact hole pattern may be designed to have a size of 0.5 μm square (or diameter) or less when projected onto the wafer W, and the projection magnification M of the projection optical system PL may be designed.
The dimensions on the reticle R are determined in consideration of the above. Further, since the dimension between adjacent contact hole patterns is usually considerably larger than the dimension of the opening of one contact hole pattern, it exists as an isolated minute pattern. That is, the two adjacent contact hole patterns are often separated to the extent that the light (diffracted and scattered light) generated from each of them does not strongly influence each other like a diffraction grating. However, as will be described later in detail, there is also a reticle in which contact hole patterns are formed in close proximity to each other.

【0030】図4において、レチクルRはレチクルステ
ージRSTに保持され、レチクルRのコンタクトホール
パターンの光学像(光強度分布)は投影光学系PLを介
してウェハWの表面のフォトレジスト層に結像される。
ここで、図4中のレチクルRからウェハWまでの光路
は、結像光束の主光線のみで示す。そして投影光学系P
L内のフーリエ変換面FTPには、先の図2、図3で説
明した干渉性低減部材CCMが設けられる。この干渉性
低減部材CCMは、瞳epの最大径をカバーする直径を
有し、スライダー機構20によって光路外へ退出した
り、光路内に進入したりすることができる。仮りにその
ステッパーが専らコンタクトホールパターンを露光する
ために使われるのであれば、干渉性低減部材CCMは投
影光学系PL内に固定しておいてもよい。しかしなが
ら、複数台のステッパーによってリソグラフィ工程の露
光作業を行う場合、各ステッパーのもっとも効率的な運
用を考えると、特定の一台のステッパーをコンタクトホ
ールパターン専用の露光に割り当てることは躊躇され
る。そのため、干渉性低減部材CCMは投影光学系PL
の瞳epに対して挿脱可能に設け、コンタクトホールパ
ターン以外のレチクルパターンの露光時にも、そのステ
ッパーが使えるようにしておくことが望ましい。尚、投
影光学系によっては、その瞳位置(フーリエ変換面FT
P)に実効的な瞳径を変えるための円形開口絞り(NA
可変絞り)を設けることもある。この場合、その開口絞
りと干渉性低減部材CCMは機械的に干渉しないよう
に、かつできるだけ接近して配置される。
In FIG. 4, the reticle R is held on the reticle stage RST, and the optical image (light intensity distribution) of the contact hole pattern of the reticle R is imaged on the photoresist layer on the surface of the wafer W via the projection optical system PL. To be done.
Here, the optical path from the reticle R to the wafer W in FIG. 4 is shown only by the chief ray of the imaging light flux. And the projection optical system P
The Fourier transform plane FTP in L is provided with the coherence reducing member CCM described in FIGS. 2 and 3 above. The coherence reducing member CCM has a diameter that covers the maximum diameter of the pupil ep, and can be moved out of the optical path or into the optical path by the slider mechanism 20. If the stepper is used exclusively for exposing the contact hole pattern, the coherence reducing member CCM may be fixed in the projection optical system PL. However, when performing exposure work in a lithography process by a plurality of steppers, in consideration of the most efficient operation of each stepper, it is hesitant to assign one specific stepper to the exposure dedicated to the contact hole pattern. Therefore, the coherence reducing member CCM is the projection optical system PL.
It is desirable that the stepper be provided so that it can be inserted into and removed from the pupil ep so that the stepper can be used even when exposing a reticle pattern other than the contact hole pattern. Depending on the projection optical system, its pupil position (Fourier transform plane FT
A circular aperture stop (NA) for changing the effective pupil diameter
A variable diaphragm may be provided. In this case, the aperture stop and the coherence reducing member CCM are arranged as close as possible without mechanical interference.

【0031】さて、ウェハWは、光軸AXと垂直な面内
で2次元移動(以下、XY移動とする)するとともに、
光軸AXと平行な方向に微動(以下、Z移動とする)す
るウェハステージWST上に保持される。ウェハステー
ジWSTのXY移動、Z移動は、ステージ駆動ユニット
22によって行われ、XY移動に関してはレーザ干渉計
23による座標計測値に従って制御され、Z移動に関し
てはオートフォーカス用のフォーカスセンサー24の検
出値に基づいて制御される。ステージ駆動ユニット2
2、スライダー機構20等は、主制御ユニット25から
の指令で動作する。この主制御ユニット25は、さらに
シャッタ駆動ユニット26へ指令を送り、シャッター3
の開閉を制御するとともに、開口制御ユニット27へ指
令を送り、絞り8、又はレチクルブラインド11の各開
口の大きさを制御する。また主制御ユニット25は、レ
チクルステージRSTへのレチクルの搬送路中に設けら
れたバーコードリーダー28が読み取ったレチクル名を
入力できるようになっている。従って主制御ユニット2
5は、入力したレチクル名に応じてスライダー機構20
の動作、開口駆動ユニット27の動作等を統括的に制御
し、絞り8、レチクルブラインド11の各開口寸法、及
び干渉性低減部材CCMの要、不要を、そのレチクルに
合わせて自動的に調整することができる。
The wafer W moves two-dimensionally (hereinafter referred to as XY movement) in a plane perpendicular to the optical axis AX, and
The wafer is held on a wafer stage WST that is slightly moved (hereinafter, referred to as Z movement) in a direction parallel to the optical axis AX. The XY movement and the Z movement of the wafer stage WST are performed by the stage drive unit 22, the XY movement is controlled according to the coordinate measurement value by the laser interferometer 23, and the Z movement is set to the detection value of the focus sensor 24 for autofocus. It is controlled based on. Stage drive unit 2
2. The slider mechanism 20 and the like operate according to a command from the main control unit 25. This main control unit 25 further sends a command to the shutter drive unit 26, and the shutter 3
In addition to controlling the opening and closing of the aperture, a command is sent to the aperture control unit 27 to control the size of each aperture of the diaphragm 8 or the reticle blind 11. Further, the main control unit 25 can input the reticle name read by a bar code reader 28 provided in the reticle transport path to the reticle stage RST. Therefore, the main control unit 2
5 is a slider mechanism 20 according to the input reticle name.
And the operation of the aperture drive unit 27 are comprehensively controlled to automatically adjust the size of each aperture of the diaphragm 8 and the reticle blind 11 and the necessity / non-necessity of the interference reducing member CCM according to the reticle. be able to.

【0032】ここで図4中の投影光学系PLの一部分の
構造を、図5を参照して説明する。図5は全て屈折性硝
材で作られた投影光学系PLの部分的な断面を示し、前
群のレンズ系GAの最下部のレンズGA1 と後群のレン
ズ系GBの最上部のレンズGB1 との間の空間中にフー
リエ変換面FTPが存在する。投影光学系PLは複数枚
のレンズを鏡筒で保持しているが、干渉性低減部材CC
Mの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。また
干渉性低減部材CCM、及びスライダー機構20の全
部、又は一部を、外気に直接露出させないようなカバー
20Bを、鏡筒の開口部から延設する。このカバー20
Bは外気に浮遊する微小なダストが投影光学系PLの瞳
空間内に進入するのを防ぐ。スライダー機構20には、
回転モータ、ペンシリンダー、ソレノイド等のアクチュ
エータ20Aが結合されている。さらに、鏡筒の一部に
瞳空間に連通する流路Afを設け、パイプ29を介して
温度制御されたクリーンエアを瞳空間へ供給すること
で、干渉性低減部材CCMの露光光の一部吸収による温
度上昇、及び瞳空間全体の温度上昇を押さえるようにす
る。尚、瞳空間へ強制的に供給されたクリーンエアを、
スライダー機構20、アクチュエータ20Aを介して強
制的に排出するようにすれば、スライダー機構20等で
発生した埃塵が瞳空間内に進入することを防止すること
ができる。図6は干渉性低減部材CCMの第1の実施例
による構造を示し、図6(A)は光軸AXを通る点での
断面図、図6(B)は平面図である。先に図3とともに
説明した通り、瞳の中心に位置する円形透過部FAの半
径r1 は瞳epの実効的な最大半径r2 に対して、r2
2 =2r1 2 の関係に設定されるが、実際はそれよりも
数%程度大きい方がよい。この式から明らかなように、
円形透過部FAの面積πr1 2は実効的な瞳開口の面積π
2 2に対して約半分になっている。
Here, the structure of a part of the projection optical system PL in FIG. 4 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a partial cross section of the projection optical system PL, which is made entirely of a refractive glass material. The lowermost lens GA 1 of the front lens group GA and the uppermost lens GB 1 of the rear lens system GB are shown. The Fourier transform plane FTP exists in the space between and. Although the projection optical system PL holds a plurality of lenses by a lens barrel, the coherence reducing member CC
An opening is provided in a part of the lens barrel for inserting and removing M. In addition, a cover 20B that does not directly expose the coherence reducing member CCM and the slider mechanism 20 in whole or in part is extended from the opening of the lens barrel. This cover 20
B prevents minute dust floating in the outside air from entering the pupil space of the projection optical system PL. The slider mechanism 20 has
An actuator 20A such as a rotary motor, a pen cylinder, and a solenoid is connected. Further, a channel Af communicating with the pupil space is provided in a part of the lens barrel, and clean air whose temperature is controlled is supplied to the pupil space through the pipe 29, so that a part of the exposure light of the coherence reducing member CCM is supplied. The temperature rise due to absorption and the temperature rise of the entire pupil space are suppressed. In addition, the clean air forcibly supplied to the pupil space,
By forcibly discharging it through the slider mechanism 20 and the actuator 20A, it is possible to prevent dust generated in the slider mechanism 20 and the like from entering the pupil space. 6A and 6B show the structure of the coherence reducing member CCM according to the first embodiment. FIG. 6A is a sectional view taken along a point passing through the optical axis AX, and FIG. 6B is a plan view. As described previously in conjunction with FIG. 3, the maximum radius r 2 circular transmitting portion radius r 1 of the FA is a effective pupil ep in the center of the pupil, r 2
The relationship is set to 2 = 2r 1 2 , but in reality it is better to be several percent larger than that. As is clear from this equation,
The area πr 1 2 of the circular transmission part FA is the effective area π of the pupil aperture.
It is about half of r 2 2 .

【0033】さて、図4中の光源(水銀ランプ1)から
の光はランダムな偏光状態(種々の偏光状態の光の合成
された光であり、かつその偏光状態が時間と共に変化す
る)であるとともに、そのコヒーレント長ΔLcは極め
て短い。今、照明光をi線として、中心波長λ0 =36
5nm、波長幅Δλ=5nmであると、コヒーレント長
ΔLcは以下のように求まる。
The light from the light source (mercury lamp 1) in FIG. 4 is in a random polarization state (light is a composite light of various polarization states, and the polarization state changes with time). At the same time, its coherent length ΔLc is extremely short. Now, with the illumination light as the i-line, the central wavelength λ 0 = 36
When the wavelength width is 5 nm and the wavelength width is Δλ = 5 nm, the coherent length ΔLc is obtained as follows.

【0034】ΔLc=λ0 2 /Δλ≒26μm 図6に示す干渉性低減部材CCMは中心点CCから半径
1 の円形透過部FA内を、屈折率がn1 で厚みtの平
行平板ガラス、又は平行平板状の結晶素子で構成し、中
心点CCと同軸の輪帯状の周辺透過部FBを、屈折率が
2 で厚みがtの平行平板ガラス、又は結晶素子で構成
する。このような構成で、円形透過部FAを透過した結
像光束LFaと、周辺の輪帯透過部FBを透過した結像
光束LFbとの間の光路差が、その光のコヒーレント長
ΔLc以上であれば、2つの光束LFa、LFbは時間
的にインコヒーレントな光束となる。すなわち、|(n
2−n1 )t|≧ΔLcの関係を満たすように、2つの
硝材(屈折率n1 、n2 )と厚みtを決めればよい。こ
こで、円形透過部FAを屈折率n1 =1.50のガラス
とし、輪帯透過部FBを屈折率n2 =1.60のガラス
とすると、水銀ランプのi線(Δλ=5nm)の場合、
|(1.60−1.50)t|≧26μmより、厚みt
は260μm以上となる。尚、この厚みtの上限は特に
存在せず、数mmの厚みのガラス板でよいことになる。
ただし、光源からの照明光が極紫外光(例えばキセノン
水銀ランプによる240nm〜250nmの波長帯)で
ある場合、一般の光学ガラスでは吸収が大きくなるた
め、必要以上に厚みtを大きくすることは得策ではな
い。いずれにしろ、円形透過部FAと輪帯透過部FBと
の夫々を通過した結像光束は、互いに干渉し合わない光
束(LFa、LFb)となる。これら互いに干渉し合わ
ない中心部と周辺部の両光束がウェハWに達し、それぞ
れが自分自身とのみ振幅合成し、別々に像(強度分布)
Pr1 ’、Pr2 ’を作ることで、その合成像(合成強
度分布)の焦点深度が増大する原理は作用の項で述べた
通りである。
ΔLc = λ 0 2 / Δλ≈26 μm A coherence reducing member CCM shown in FIG. 6 is a parallel flat plate glass having a refractive index of n 1 and a thickness of t in a circular transmission part FA having a radius r 1 from a center point CC. Alternatively, a parallel plate-shaped crystal element is used, and the ring-shaped peripheral transmission part FB coaxial with the center point CC is formed of a parallel plate glass having a refractive index of n 2 and a thickness of t, or a crystal element. With such a configuration, the optical path difference between the imaging light beam LFa that has passed through the circular transmissive portion FA and the imaging light beam LFb that has passed through the peripheral annular zone transmissive portion FB must be at least the coherent length ΔLc of the light. For example, the two light beams LFa and LFb are temporally incoherent light beams. That is, | (n
The two glass materials (refractive indexes n 1 and n 2 ) and the thickness t may be determined so as to satisfy the relationship of 2 −n 1 ) t | ≧ ΔLc. Here, assuming that the circular transmission part FA is a glass having a refractive index n 1 = 1.50 and the ring-shaped transmission part FB is a glass having a refractive index n 2 = 1.60, the i-line (Δλ = 5 nm) of the mercury lamp is If
| (1.60-1.50) t | ≧ 26 μm, the thickness t
Is 260 μm or more. There is no particular upper limit for the thickness t, and a glass plate having a thickness of several mm is sufficient.
However, when the illumination light from the light source is extreme ultraviolet light (for example, a wavelength band of 240 nm to 250 nm by a xenon mercury lamp), absorption is large in general optical glass, so it is a good idea to increase the thickness t more than necessary. is not. In any case, the imaging light fluxes that have passed through the circular transmissive portion FA and the annular transmissive portion FB become luminous fluxes (LFa, LFb) that do not interfere with each other. Both central and peripheral light fluxes that do not interfere with each other reach the wafer W, and each of them amplitude-synthesizes only with itself, and separates images (intensity distribution).
The principle of increasing the depth of focus of the composite image (composite intensity distribution) by forming Pr 1 'and Pr 2 ' is as described in the section of action.

【0035】図7は干渉性低減部材CCMの第2の実施
例による構造を示す。本実施例では、図6と同様に、中
心の円形透過部FAと周辺の輪帯状透過部FBとは厚み
tでそれぞれ屈折率n1 、n2 の光学ガラスとなってい
る点は全く同じであるが、その射出側(入射側でもよ
い)の全面にさらに均一な厚みの透明板FCを設けた点
が異なる。この透明板FCの材質は、極紫外光を透過す
る石英ガラスやホタル石を用い、図7(A)に示すよう
に透過部FA、FBを構成する光学ガラスと貼り合わせ
た状態、又は一定のギャップを保った状態で配置され
る。本実施例でも、円形透過部FAと透明板FCを透過
した光束と、輪帯透過部FBと透明帯FCを通過した光
束とは、時間的にインコヒーレントな関係になってい
る。
FIG. 7 shows the structure of the interference reducing member CCM according to the second embodiment. In this embodiment, as in the case of FIG. 6, the central circular transmissive portion FA and the peripheral annular transmissive portion FB are the same in that they are optical glasses having a thickness t and refractive indices n 1 and n 2 , respectively. However, the difference is that a transparent plate FC having a more uniform thickness is provided on the entire surface of the exit side (or the entrance side). As the material of the transparent plate FC, quartz glass or fluorspar that transmits extreme ultraviolet light is used, and as shown in FIG. Placed with a gap maintained. Also in this embodiment, the light flux that has passed through the circular transmissive portion FA and the transparent plate FC and the light flux that has passed through the annular transmissive portion FB and the transparent zone FC have a temporal incoherent relationship.

【0036】さて、図8は本発明の各実施例に使われる
干渉性低減部材(光路長差制御部材)CCMの他の変形
例のいくつかの断面構造をまとめて示したものである。
図8(A)は、瞳epの実効的な最大半径r2 よりも若
干大きな径を有する均一な厚みの透明円形基板(ガラ
ス、石英など)OP1 に、微小な厚みtaでガラス、又
は樹脂の薄板OP2 を載置、あるいは貼り合わせたもの
である。この薄板OP2は半径r1 の円形透過部FAを
構成し、その屈折率をn1 とすると、薄板OP2と基板
OP1 の両方を通った光束と基板OP1 のみを通った光
束(輪帯透過部FBの透過光)との間の光路長差は(n
1 −1)taで与えられる。従って光束(照明光)のコ
ヒーレント長ΔLcとの関係から、(n1 −1)ta≧
ΔLcを満たすように薄板OP2 の厚みtaを決定すれ
ばよい。
FIG. 8 collectively shows some sectional structures of other modified examples of the coherence reducing member (optical path length difference controlling member) CCM used in each embodiment of the present invention.
FIG. 8A shows a transparent circular substrate (glass, quartz, etc.) OP 1 of uniform thickness having a diameter slightly larger than the effective maximum radius r 2 of the pupil ep, and glass or resin with a minute thickness ta. The thin plate OP 2 is placed or attached. This thin plate OP 2 constitutes a circular transmission part FA having a radius r 1 , and when its refractive index is n 1 , a light beam passing through both the thin plate OP 2 and the substrate OP 1 and a light beam passing through only the substrate OP 1 (ring The difference in the optical path length between the transmitted light of the band transmission portion FB) is (n
1 -1) given by ta. Therefore, from the relationship with the coherent length ΔLc of the luminous flux (illumination light), (n 1 −1) ta ≧
The thickness ta of the thin plate OP 2 may be determined so as to satisfy ΔLc.

【0037】この薄板OP2 の材質としては、ガラス、
結晶、あるいは紫外光(露光光)に対して透過率が高い
樹脂、例えば旭硝子株式会社で製造、販売されているC
YTOP(商品名)等が利用できる。また図8(A)の
干渉性低減部材CCMの製造方法としては、基板OP1
上に薄板OP2 を貼り付けた後、薄板OP2 の表面を研
磨して平面性や部材CCMの全厚みの一様性等を所望の
ものに仕上げてもよい。あるいは基板OP1 上にスパッ
タ法、蒸着法、又はCVD法により、薄板OP 2 を成膜
してもよい。さらに薄板OP2 を樹脂にするときは、そ
の樹脂を液状にしてスピンコート法(基板OP1 を回転
させてその中心に液状樹脂を滴下し、遠心力で所望の厚
みまで引き延ばす方法)によって形成してもよい。
This thin plate OP2As the material of the glass,
High transmittance for crystals or ultraviolet light (exposure light)
Resins such as C manufactured and sold by Asahi Glass Co., Ltd.
YTOP (trade name) etc. can be used. In addition, in FIG.
As a method of manufacturing the interference reducing member CCM, a substrate OP is used.1
Thin OP on top2After pasting, the thin plate OP2The surface of
It is desired to polish to obtain flatness and uniformity of the total thickness of the member CCM.
You may finish it. Or substrate OP1Spat on top
Thin plate OP by a vacuum deposition method, a vapor deposition method, or a CVD method 2Film formation
You may. Further thin plate OP2When using as a resin,
Liquid of the resin of spin coating method (substrate OP1Rotate
Then, drop the liquid resin at the center and apply centrifugal force to the desired thickness.
It may be formed by a method of stretching to the maximum).

【0038】図8(B)は、単一の円形透明平行基板
(石英等)の少なくとも一方の表面の中心部を半径r1
の円形透過部FAとするように、周辺の輪帯部分を段差
tb分だけエッチングしたものを示す。この円形透明基
板の屈折率をn2 とすると、ここでも(n2 −1)tb
≧ΔLcの関係を満たすように段差tbが決定される。
一般に、溶解石英の屈折率は紫外域で1.5程度あるた
め、水銀ランプのi線のコヒーレント長ΔLcを26μ
mとすると、段差tbは52μm以上であればよい。ま
たホタル石を用いる場合は、その屈折率が1.46程度
であるため、段差tbは57μm以上であればよい。
In FIG. 8B, the radius of the center of at least one surface of a single circular transparent parallel substrate (quartz or the like) is r 1
A circular transmission part FA is shown by etching the peripheral ring zone by the step tb. If the refractive index of this circular transparent substrate is n 2 , then (n 2 −1) tb
The step tb is determined so as to satisfy the relationship of ≧ ΔLc.
In general, fused silica has a refractive index of about 1.5 in the ultraviolet region, so the i-line coherent length ΔLc of a mercury lamp is 26 μm.
When m, the step tb may be 52 μm or more. When fluorspar is used, its refractive index is about 1.46, so the step tb may be 57 μm or more.

【0039】さて、図8(C)は、円形透明平行基板
(石英等)OP1 の中心部に半径r1で深さtcの円形
凹部を形成し、そこにガラス、又は樹脂による薄板OP
2 を載置、又は貼り合わせたものを示す。この図8
(C)の構成は、図8(A)のものと相補的な関係にな
っているだけである。ここでは薄板OP2 の屈折率をn
1 、基板OP1 の屈折率をn2 としたとき、(n1 −n
2 )tc≧ΔLcを満たすように深さtcが決定され
る。尚、薄板OP2 の表面は基板OP1 の表面と同一に
なるように示されているが、これは必ずしも必要なこと
ではない。
8C, a circular transparent parallel substrate (quartz or the like) OP 1 is formed with a circular concave portion having a radius r 1 and a depth tc at the central portion, and a thin plate OP made of glass or resin is formed therein.
2 is placed or pasted together. This Figure 8
The configuration of (C) is only complementary to that of FIG. Here, let the refractive index of the thin plate OP 2 be n.
1 and the refractive index of the substrate OP 1 is n 2 , (n 1 −n
2 ) The depth tc is determined so as to satisfy tc ≧ ΔLc. Although the surface of the thin plate OP 2 is shown to be the same as the surface of the substrate OP 1 , this is not always necessary.

【0040】図8(D)は円形透明基板OP1 の中心部
の半径r1 の円形領域内に、イオン打ち込み、あるいは
不純物イオンの熱拡散等の手法により、屈折率が異なる
領域OP3 を形成したものを示す。この場合、基板OP
1 の屈折率をn2 、領域OP 3 の屈折率をn3 、そして
領域OP3 の厚みをtdとすると、|(n3 −n2 )t
d|≧ΔLcを満たすように屈折率の変化量(n3 −n
2 )、あるいは厚みtdを制御する。
FIG. 8D shows a circular transparent substrate OP.1Heart of
Radius r1Ion implantation, or
Refractive index differs due to thermal diffusion of impurity ions
Area OP3It shows what formed. In this case, the substrate OP
1The refractive index of n2, Region OP 3The refractive index of n3, And
Area OP3Is defined as td, | (n3-N2) T
The amount of change in the refractive index (n3-N
2), Or the thickness td is controlled.

【0041】図8(E)は、図8(B)と同様に屈折率
は同一であるが、厚みが異なる円形透明基板OP4 と輪
帯透明基板OP5 とを別々に製作し、後で組み合わせた
ものである。円形透明基板OP4 は半径r1 であり、円
形透過部FAを構成する。また、円形基板OP4 の厚み
をte、輪帯基板OP5 の厚みをtfとし、両基板の屈
折率をn2 とすると、|(te−tf)(n2 −1)|
≧ΔLcを満たすように各厚みの関係が決定される。さ
らに円形基板OP4 の屈折率をne、輪帯基板OP5
屈折率をnfとして異ならせる場合は、|(ne−1)
te−(nf−1)tf|≧ΔLcの関係を満たすよう
にすればよい。従って2つの基板OP4、OP5 の各屈
折率ne、nfが異なれば、2つの基板OP4 、OP5
の各厚みte、tfを同一にすることもでき、その場合
は先の図6の干渉性低減部材CCMの構造と同じにな
る。さらに、図8(E)の構造の場合、te、ne、t
f、nfの関係をte(1−1/ne)=tf(1−1
/nf)程度にすると、投影系の光学収差に与える影響
を最も小さく押さえることができる。
Similar to FIG. 8B, in FIG. 8E, a circular transparent substrate OP 4 and a ring-shaped transparent substrate OP 5 which have the same refractive index but different thicknesses are manufactured separately, and later. It is a combination. The circular transparent substrate OP 4 has a radius r 1 and constitutes a circular transparent portion FA. Further, assuming that the thickness of the circular substrate OP 4 is te, the thickness of the annular substrate OP 5 is tf, and the refractive indices of both substrates are n 2 , | (te-tf) (n 2 −1) |
The relationship between the thicknesses is determined so as to satisfy ≧ ΔLc. Further, if the refractive index of the circular substrate OP 4 is ne and the refractive index of the annular substrate OP 5 is nf, then | (ne-1)
The relationship of te- (nf-1) tf | ≧ ΔLc may be satisfied. Therefore the two substrates OP 4, OP each refractive index of the 5 ne, Different nf, two substrates OP 4, OP 5
It is also possible to make the respective thicknesses te and tf the same, and in that case, the structure is the same as the structure of the coherence reducing member CCM in FIG. Further, in the case of the structure of FIG. 8E, te, ne, t
The relationship between f and nf is te (1-1 / ne) = tf (1-1
/ Nf), the effect on the optical aberration of the projection system can be minimized.

【0042】図8(F)は、周辺の輪帯透過部FBに相
当する部分のみに厚みtgの輪帯状薄板(石英等)を設
ける場合を示す。このとき厚みtgは先の図8(A)の
薄板OP2 の厚みtaと同じ条件で考えてよい。さて、
図9は干渉性低減部材CCMの第3の実施例による構成
を示し、図9(A)は光軸AXを通る点での断面を示
し、図9(B)は平面を示す。本実施例では、光軸AX
が通る瞳epの中心点CCを中心として半径r1 の円形
透過部FA 1 と、その外側の外径r3 の第1の輪帯状透
過部FB2 と、さらにその外側の外径r2 (瞳の実効的
な最大径)の第2の輪帯状透過部FB3 との3つの領域
に分割し、各透過部FA1 、FB2 、FB3 を通る結像
光束の夫々に、時間的コヒーレント長ΔLc以上の光路
長差を与える。その具体的な構造としては、先の図6、
図8に示したものが適宜応用できる。本実施例の場合、
3つの透過部FA1 、FB2 、FB3 の夫々を通った後
の結像光束同士が互いに干渉しないようにする必要があ
る。ただし、先の第1、第2実施例でもそうであるが、
干渉性を完全に零にする必要はなく、十分に低減できて
いればよい。また図9では中心の円形透過部FA1 に物
質が存在するように示したが、先の図8(F)の手法を
適用する場合、円形透過部FA1 を半径r1 の開口部
(空間)とすることができる。
FIG. 8 (F) shows the surrounding annular zone FB.
An annular thin plate (quartz, etc.) with a thickness of tg is installed only on the contacting part.
The case of kicking is shown. At this time, the thickness tg is as shown in FIG.
Thin plate OP2It may be considered under the same conditions as the thickness ta. Now,
FIG. 9 shows the structure of the interference reducing member CCM according to the third embodiment.
FIG. 9A shows a cross section at a point passing through the optical axis AX.
However, FIG. 9B shows a plane. In this embodiment, the optical axis AX
Centered on the center point CC of the pupil ep through which the radius r passes1Round
Transmission part FA 1And its outer diameter r3First ring-shaped transparent
FB2And the outer diameter r of the outer side2(Effective of the pupil
Second zonal transparent part FB with various maximum diameters3And three areas
Divided into each transparent part FA1, FB2, FB3Imaging through
An optical path with a temporal coherence length ΔLc or more for each light flux
Give a length difference. The concrete structure is as shown in FIG.
The thing shown in FIG. 8 can be applied suitably. In the case of this embodiment,
Three transparent parts FA1, FB2, FB3After passing through each of
It is necessary to prevent the image forming light beams of
It However, as is the case with the first and second embodiments,
It is not necessary to completely reduce the coherence to zero,
Just go. Further, in FIG. 9, the central circular transmission part FA1Something
Although it is shown that the quality exists, the method of FIG.
When applied, circular transmission part FA1The radius r1The opening of
It can be (space).

【0043】さらに図9に示した干渉性低減部材CCM
の変形例として、中心の円形透過部FA1 と最外の輪帯
透過部FB3 とのいずれか一方の領域に透明薄膜(位相
シフター)を設け、円形透過部FA1 の透過光束と輪帯
透過部FB3 の透過光束との間にλ/2の位相差(すな
わち逆位相)を与えてもよい。ただしこの場合でも、中
間の輪帯透過部FB2 の透過光束に対して、他の2つの
透過部FA1 、FB3の夫々の透過光束にはコヒーレン
ト長ΔLc以上の光路長差が与えられている。
Further, the interference reducing member CCM shown in FIG.
As a modified example, a transparent thin film (phase shifter) is provided in either one of the central circular transmissive portion FA 1 and the outermost annular transmissive portion FB 3, and the transmitted light flux of the circular transmissive portion FA 1 and the annular zone A phase difference of λ / 2 (that is, an opposite phase) may be given to the transmitted light flux of the transmission part FB 3 . However, even in this case, an optical path length difference of coherent length ΔLc or more is given to the respective transmitted light fluxes of the other two transmissive portions FA 1 and FB 3 with respect to the transmitted light flux of the intermediate annular zone transmissive portion FB 2. There is.

【0044】従って透過部FA1 、FB3 の厚みや材質
を等しいものとしたときは、透過部FA1 、FB3 の各
透過光束同士は干渉を起こすことになるが、それら2つ
の光束は互いに逆位相の関係になっているため、ある種
の2焦点フィルターとして作用し、焦点深度拡大効果が
得られる。このようなフーリエ変換面(瞳)で結像光束
をいくつかの部分に分割し、それら分割された光束の夫
々に所定の位相差を与える多重焦点フィルタの手法は、
昭和36年1月23日付で発行された。機械試験所報告
第40号の「光学系における結像性能とその改良方法に
関する研究」と題する論文中の第41頁〜第55頁に詳
しく述べられている。
Therefore, when the thicknesses and materials of the transmissive portions FA 1 and FB 3 are made equal, the transmissive luminous fluxes of the transmissive portions FA 1 and FB 3 interfere with each other, but these two luminous fluxes are mutually caused. Since they are in the opposite phase relationship, they act as a sort of bifocal filter, and the effect of expanding the depth of focus is obtained. Such a Fourier transform plane (pupil) divides the image-forming light beam into several parts, and the method of the multi-focus filter that gives a predetermined phase difference to each of these divided light beams is
Published on January 23, 1964. Mechanical Testing Laboratory Report No. 40, "Study on Imaging Performance in Optical Systems and Methods for Improving It", pp. 41-55.

【0045】ところで、図9の実施例の場合、ウェハW
上に達する結像光束(点像)は、図11(A)に示すよ
うに円形透過部FA1 を通った主光線LLpを含む光束
LFaと輪帯透過部FB2 、FB3 の夫々を通った光束
LFb2 、LFb3 との3つに分割される。先に述べた
ような位相シフターを設けない構成では、これら3つの
光束LFa、LFb2 、LFb3 は互いに極めて干渉性
が低いものとなっている。
By the way, in the case of the embodiment of FIG.
The image-forming light flux (point image) reaching the upper portion passes through the light flux LFa including the chief ray LLp that has passed through the circular transmissive portion FA 1 and the annular zone transmissive portions FB 2 and FB 3 , respectively, as shown in FIG. The light beams LFb 2 and LFb 3 are divided into three. In the configuration described above in which the phase shifter is not provided, these three light beams LFa, LFb 2 and LFb 3 have extremely low coherence with each other.

【0046】この図11(A)において、瞳epの実効
的な最外径(半径r2 )の位置を通る光線の入射角θw
が、その投影光学系PLのウェハW側の開口数NAwに
対応している。さて、光束LFaは垂直入射光線(主光
線)LLpから入射角θ1 までの角度範囲に分布し、光
束LFb2 は入射角θ1 からθ3 までの角度範囲に分布
し、光束LFb3 は入射角θ3 からθwまでの角度範囲
に分布する。投影光学系PLの後側のレンズ群GBの焦
点距離をfとすると、瞳ep上での各透過部FA1 、F
2 の半径r1 、r3 は、r1 =fsinθ1 、r3
fsinθ3 の関係にある。
In FIG. 11 (A), the incident angle θw of the light ray passing through the position of the effective outermost diameter (radius r 2 ) of the pupil ep.
Corresponds to the numerical aperture NAw of the projection optical system PL on the wafer W side. Now, the light beam LFa is distributed in the angle range from the vertically incident light beam (main light beam) LLp to the incident angle θ 1 , the light beam LFb 2 is distributed in the angle range from the incident angle θ 1 to θ 3 , and the light beam LFb 3 is incident. It is distributed in the angle range from the angles θ 3 to θw. Assuming that the focal length of the lens group GB on the rear side of the projection optical system PL is f, the transmission parts FA 1 and F 1 on the pupil ep are
The radii r 1 and r 3 of B 2 are r 1 = f sin θ 1 and r 3 =
There is a relationship of fsin θ 3 .

【0047】図11(B)は図11(A)のときに生じ
る光路長差ΔZのグラフを表したもので、デフォーカス
量をΔFとし、縦軸と横軸は図3と同じである。そこで
デフォーカス量ΔFに対して、光束LFaにおいて生じ
る最大の光路長差をΔZ1 、光束LFb2 において生じ
る最大の光路長差をΔZ2 、そして光束LFb3 におい
て生じる最大の光路長差をΔZ3 とすると、それぞれ以
下のように表わされる。
FIG. 11B shows a graph of the optical path length difference ΔZ that occurs in FIG. 11A. The defocus amount is ΔF, and the vertical and horizontal axes are the same as in FIG. Therefore, with respect to the defocus amount ΔF, the maximum optical path length difference generated in the light beam LFa is ΔZ 1 , the maximum optical path length difference generated in the light beam LFb 2 is ΔZ 2 , and the maximum optical path length difference generated in the light beam LFb 3 is ΔZ 3. Then, they are respectively expressed as follows.

【0048】ΔZ1 =(ΔF・sin2 θ1 )/2=
(ΔF・NA1 2 )/2 ΔZ2 =(ΔF(sin2θ3 −sin2θ1)/2=(ΔF(NA3 2
NA1 2))/2 ΔZ3 =(ΔF(sin2θw −sin2θ3)/2=(ΔF(NAw 2
NA3 2))/2 そこで次のような入射角θ1 、θ3 の関係になるように
半径r1 ,r3 を定めたとする。
ΔZ 1 = (ΔF · sin 2 θ 1 ) / 2 =
(ΔF ・ NA 1 2 ) / 2 ΔZ 2 = (ΔF (sin 2 θ 3 −sin 2 θ 1 ) / 2 = (ΔF (NA 3 2
NA 1 2 )) / 2 ΔZ 3 = (ΔF (sin 2 θw −sin 2 θ 3 ) / 2 = (ΔF (NAw 2
NA 3 2)) / 2 where the incident angle theta 1, as follows, and defining the radius r 1, r 3 such that theta 3 relationship.

【0049】 sin2 θ1 =NA1 2 = 1/3(NAw2 ) sin2 θ3 =NA3 2 = 2/3(NAw2 ) すると、3つの光束LFa、LFb2 、LFb3 の夫々
での光路長差は以下のように全て等しくなる。 ΔZ1 =ΔZ2 =ΔZ3 =(ΔF・NAw2 /3)/2 この条件は、透過部FA1 の面積πr1 2 、透過部FB
2 の面積π(r3 2 −r 1 2 )、及び透過部FB3 の実
効的な面積π(r2 2 −r3 2 )の3つを全て等しくす
ると言うことに他ならない。
Sin2θ1= NA1 2= 1/3 (NAw2) Sin2θ3= NA3 2= 2/3 (NAw2) Then, the three light beams LFa and LFb2, LFb3Each of
The optical path length differences at are all equal as follows. ΔZ1= ΔZ2= ΔZ3= (ΔF ・ NAw2/ 3) / 2 This condition applies to the transmission part FA1Area πr1 2, Transparent part FB
2Area of π (r3 2-R 1 2), And the transparent portion FB3Fruit
Effective area π (r2 2-R3 2) All three are equal
That is nothing but saying.

【0050】先に述べたように、従来の通常の投影露光
では、デフォーカス量ΔFにおける光路長差ΔZは、Δ
Z=(ΔF・NAw2 )/2で表されていた。ところが
本実施例においては、光路長差の許容値をλ/4とする
と、従来の場合にくらべて3倍のデフォーカス量3ΔF
まで良像として許容されることになる。すなわち、従来
に比べて焦点深度が3倍に増大することになる。
As described above, in the conventional normal projection exposure, the optical path length difference ΔZ in the defocus amount ΔF is Δ.
It was represented by Z = (ΔF · NAw 2 ) / 2. However, in this embodiment, when the allowable value of the optical path length difference is λ / 4, the defocus amount 3ΔF is three times as large as that in the conventional case.
It will be accepted as a good image. That is, the depth of focus is tripled as compared with the conventional one.

【0051】以上、図9の実施例では、結像光束を瞳e
pで3つの光束に分割するように干渉性低減部材CCM
を構成したが、その分割数は4以上のm(自然数)個と
し、そのm個の分割光束が互いに干渉しないように、円
形透過部や輪帯透過部を構成してもよい。この場合、瞳
epの実効的な最大径(NA絞りで制限される場合はそ
の絞りの開口径)で決まる全面積をm等分するように中
心の円形透過部と(m−1)個の輪帯透過部との各面積
(半径)を決定すれば、焦点深度は従来の場合に比べて
m倍に増大させることができる。
As described above, in the embodiment shown in FIG.
Coherence reducing member CCM so as to be divided into three light beams by p
However, the number of divisions may be m (natural number) of 4 or more, and the circular transmission portion or the ring transmission portion may be configured so that the m division light beams do not interfere with each other. In this case, the central circular transmission portion and (m-1) are arranged so as to divide the entire area determined by the effective maximum diameter of the pupil ep (the aperture diameter of the diaphragm when limited by the NA diaphragm) into m equal parts. By determining each area (radius) with the annular transmission part, the depth of focus can be increased by m times as compared with the conventional case.

【0052】すなわち、1つの透過部を通る光束のうち
最大径の位置を通る光線の入射角をθout 、最小径の位
置を通る光線の入射角をθin(主光線LLpについては
θin=0)としたとき、 sin2 θout −sin2 θin=NAw2 /m となるようにすると、分割された各光束内でのデフォー
カスによる光路長差ΔZの夫々が、従来の場合の1/m
になり、最大の焦点深度が得られるのである。
That is, the incident angle of the light ray passing through the position of the maximum diameter in the light flux passing through one transmitting portion is θ out , and the incident angle of the light ray passing through the position of the minimum diameter is θ in (for the principal ray LLp, θ in = 0), if sin 2 θ out −sin 2 θ in = NAw 2 / m, each of the optical path length differences ΔZ due to defocus in each divided light flux is 1 in the conventional case. / M
Therefore, the maximum depth of focus can be obtained.

【0053】次に本発明の第4の実施例による干渉性低
減部材CCMの構造を図10を参照して説明する。本実
施例では図9に示した干渉性低減部材CCMに近接(又
は密着)して中心部に半径r4 の円形遮光部FDを設け
る。図10(A)は本実施例の干渉性低減部材CCMの
断面を示し、図10(B)は平面を示す。本実施例の場
合、瞳epに入射する結像光束は図10(B)に示すよ
うに、半径r4 の中心の円形遮光部FD、内径r4 、外
径r1 の輪帯状透過部FA1 、内径r1 、外径r3 の輪
帯状透過部FB2 、及び内径r3 の輪帯状透過部FB3
の夫々によって4分割されていると考え、そのうち遮光
部FD以外の3分割されている光束のみがウェハWへ達
する。
Next, the structure of the coherence reducing member CCM according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a circular light-shielding portion FD having a radius r 4 is provided in the central portion in the vicinity of (or in close contact with) the coherence reducing member CCM shown in FIG. FIG. 10A shows a cross section of the coherence reducing member CCM of the present embodiment, and FIG. 10B shows a plane. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 10 (B), the imaging light flux incident on the pupil ep has a circular light-shielding portion FD at the center of a radius r 4 , an annular transmission portion FA having an inner diameter r 4 and an outer diameter r 1. 1 , an inner diameter r 1 , an outer diameter r 3, an annular transmission portion FB 2 , and an inner diameter r 3 an annular transmission portion FB 3
It is considered that each of the light beams is divided into four, and only the three light beams other than the light shielding portion FD reach the wafer W among them.

【0054】図12は図10の実施例における結像光束
の分割の様子と光路長差ΔZとの関係を示したものであ
る。ここで中心の円形遮光部FDとその周辺の各輪帯状
透過部FA1 、FB2 、FB3 の半径の関係は、図12
(A)に示すように、r4 <r1 <r3 <r2 に定めら
れているものとする。本実施例では、中心の遮光部FD
のために主光線LLpは実際の光束中には存在しない。
また各透過部を通った光束LFa、LFb2 、LFb3
の夫々の最大入射角は、θ1 、θ3 、θwとし、光束L
Faの最小入射角はθ4 とする。
FIG. 12 shows the relationship between the division of the image forming light beam and the optical path length difference ΔZ in the embodiment of FIG. Here, the relationship between the radius of the circular light-shielding portion FD at the center and the respective ring-shaped transmission portions FA 1 , FB 2 and FB 3 around it is shown in FIG.
As shown in (A), it is assumed that r 4 <r 1 <r 3 <r 2 . In the present embodiment, the central light shielding portion FD
Because of this, the chief ray LLp does not exist in the actual light flux.
Also, the light fluxes LFa, LFb 2 , LFb 3 that have passed through the respective transmission parts
And the maximum incident angle of each is θ 1 , θ 3 , θw, and the luminous flux L
The minimum incident angle of Fa is θ 4 .

【0055】図12(A)のような光束分割によって、
各光束LFa、LFb2 、LFb3の夫々におけるデフ
ォーカス時の光路長差ΔZ1 、ΔZ2 、ΔZ3 は、図1
2(B)のように表される。この場合もΔZ1 =ΔZ2
=ΔZ3 の条件を満たすように、すなわち輪帯透過部F
1 の面積π(r1 2 −r4 2 )、輪帯透過部FB2
面積π(r3 2 −r1 2 )、及び輪帯透過部FB3 の面
積π(r2 2 −r3 2)をほぼ等しくするように各半径
4 、r1 、r3 を決定すれば、焦点深度拡大効果が最
大限に得られる。
By dividing the luminous flux as shown in FIG.
The light beams LFa, LFb 2, the optical path length difference between the defocus in each of LFb 3 ΔZ 1, ΔZ 2, ΔZ 3 is 1
2 (B). Also in this case, ΔZ 1 = ΔZ 2
= ΔZ 3 is satisfied, that is, the annular zone F
The area π (r 1 2 −r 4 2 ) of A 1 , the area π (r 3 2 −r 1 2 ) of the ring zone transmitting portion FB 2 , and the area π (r 2 2 −r of the ring zone transmitting portion FB 3 If the radii r 4 , r 1 , and r 3 are determined so that 3 2 ) is substantially equal to each other, the effect of expanding the depth of focus can be maximized.

【0056】ところで図10のように中心に円形遮光部
FDを設けた場合、デフォーカス量ΔFによる光路長差
ΔZ1 ,ΔZ2 ,ΔZ3 は、円形遮光部FDの面積、す
なわち半径r4 に応じて変化することとなる。そこで図
12(B)のように光路長差ΔZ1 ,ΔZ2 ,ΔZ3
等しくするように3つの透過部FA1 、FB2 、FB 3
の面積を設定することを前提とすると、円形遮光部FD
の半径r4 と瞳epの実効的な半径r2 との比r4 /r
2 をkとして、 ΔZ1 =ΔZ2 =ΔZ3 =(NAw2 −k2 ・NA
2 )/3 の関係にある。この式でk2 ・NAw2 は遮光部FDの
面積に対応するものであり、その値はNA4 2 =sin
2 θ4 に他ならない。従って遮光部FDを所定の面積
(半径r4 )で設けることにより、先の図9の実施例の
場合と比べて、光路長差ΔZ1 ,ΔZ2 ,ΔZ3 の値を
小さくできるため、さらに焦点深度が増大することにな
る。
By the way, as shown in FIG. 10, a circular light-shielding portion is provided at the center.
When FD is provided, the optical path length difference due to the defocus amount ΔF
ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3Is the area of the circular light shield FD,
Nominal radius rFourIt will change according to. So the figure
12 (B), the optical path length difference ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3To
Three transmission parts FA to be equal1, FB2, FB 3
Assuming that the area of
Radius rFourAnd the effective radius r of the pupil ep2Ratio rFour/ R
2Let k be ΔZ1= ΔZ2= ΔZ3= (NAw2-K2・ NA
w2) / 3. K in this formula2・ NAw2Is the light-shielding part FD
It corresponds to the area, and its value is NAFour 2= Sin
2θFourIt is none other than. Therefore, the light-shielding portion FD should have a predetermined area.
(Radius rFour) In the embodiment of FIG.
Compared with the case, the optical path length difference ΔZ1, ΔZ2, ΔZ3The value of
Since it can be made smaller, the depth of focus will increase.
It

【0057】以上、図10の実施例では円形遮光部FD
を光軸AXを中心として設けたが、輪帯状遮光部として
設けても、その面積に応じて焦点深度の増大効果が得ら
れる。その一例として図13のような構成のものが考え
られる。図13(A)は平面図、図13(B)は断面図
であり、本実施例では内径r1 、外形r3 の輪帯状遮光
部FDを設ける。さらに遮光部FDの内側は半径r1
円形透過部FAとし、外側は内径r3 の輪帯透過部FB
とし、透過部FAとFBの夫々を通る光束には、コヒー
レント長ΔLc以上の光路差が与えられている。
As described above, in the embodiment of FIG. 10, the circular light-shielding portion FD
Is provided around the optical axis AX, but even if it is provided as a ring-shaped light-shielding portion, the effect of increasing the depth of focus can be obtained according to the area. As an example, a configuration as shown in FIG. 13 can be considered. 13A is a plan view and FIG. 13B is a sectional view. In this embodiment, a ring-shaped light shielding portion FD having an inner diameter r 1 and an outer diameter r 3 is provided. Further, the inside of the light-shielding portion FD is a circular transmission portion FA having a radius r 1 , and the outside is an annular transmission portion FB having an inner diameter r 3.
Then, the optical path difference of the coherent length ΔLc or more is given to the light flux passing through each of the transmission portions FA and FB.

【0058】本実施例の場合でも、図13(C)に示す
ように、透明部FAを通った光束のデフォーカス時の光
路長差ΔZ1 と、透明部FBを通った光束のデフォーカ
ス時の光路長差ΔZ2 とをほぼ等しくするように、瞳の
実効的な径r2 に対する各透過部FA,FB、遮光部F
Dの半径r1 、r3 を決定すれば、焦点深度の拡大効果
が最も大きくなる。
Also in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 13C, the optical path length difference ΔZ 1 at the time of defocusing of the light flux passing through the transparent portion FA and the defocusing of the light flux passing through the transparent portion FB. So as to make the optical path length difference ΔZ 2 of each of them substantially equal to each other, the transmission portions FA and FB and the light shielding portion F with respect to the effective diameter r 2 of the pupil.
If the radii r 1 and r 3 of D are determined, the effect of increasing the depth of focus is maximized.

【0059】以上、本発明の各実施例による干渉性低減
部材CCMの構成を示したが、それらはレチクルR上の
コンタクトホールパターンからの結像光束が投影光学系
の瞳epで、ほぼ一様に分布することを前提としたから
である。すなわち、瞳epに分布する結像光束が実効的
な最大半径r2 まで存在することを前提として、各透過
部FA、FA1 、FB、FB2 、FB3 や遮光部FDの
径を決めていた。このような条件が成り立つのは、投影
光学系PLのレチクル側開口数NAr、照明光ILBの
波長λ、そしてコンタクトホールパターンPrのサイズ
によっておおむね決まってくる。従って、露光装置とし
てはコンタクトホールパターンPrのサイズがある値以
下になったときに、干渉性低減部材CCMを結像光束中
に挿入するようにした方が実用的である。
The structure of the coherence reducing member CCM according to each of the embodiments of the present invention has been described above. In these, the image forming light beam from the contact hole pattern on the reticle R is substantially uniform at the pupil ep of the projection optical system. This is because it is assumed to be distributed in. That is, the diameters of the transmissive portions FA, FA 1 , FB, FB 2 , FB 3 and the light shielding portion FD are determined on the assumption that the image forming light flux distributed to the pupil ep exists up to the effective maximum radius r 2. It was Such conditions are generally determined by the reticle-side numerical aperture NAr of the projection optical system PL, the wavelength λ of the illumination light ILB, and the size of the contact hole pattern Pr. Therefore, it is more practical for the exposure apparatus to insert the coherence reducing member CCM into the image forming light flux when the size of the contact hole pattern Pr becomes a certain value or less.

【0060】次に本発明の第5の実施例による干渉性低
減部材CCMの構成を図14を参照して説明する。今ま
で説明してきた各実施例では、瞳epで円形、及び輪帯
状に分割した光束の夫々に、時間的コヒーレント長ΔL
c以上の光路長差を与えることとしたが、別の方法によ
り干渉性を低減させることも可能である。例えば反射ミ
ラーのみ、又は反射ミラーと屈折素子(レンズ)の組合
せで構成された投影光学系を備えた露光装置では、その
投影光学系自体の色収差がもともと少ないために、照明
光として波長幅の広い光、あるいは接近した複数の輝線
成分(例えば水銀ランプのg線とh線等)を使用するこ
とがある。
Next, the structure of the coherence reducing member CCM according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In each of the embodiments described so far, the temporal coherent length ΔL is set for each of the circular and annular light fluxes divided by the pupil ep.
Although the optical path length difference of c or more is given, the coherence can be reduced by another method. For example, in an exposure apparatus having a projection optical system configured by only a reflection mirror or a combination of a reflection mirror and a refraction element (lens), since the projection optical system itself has a small chromatic aberration, the illumination light has a wide wavelength range. Light or a plurality of bright line components close to each other (eg, g-line and h-line of mercury lamp) may be used.

【0061】このような装置に本発明を適用する別の方
法として、図14に示すように干渉性低減部材CCMの
中心の半径r1 の円形透過部FAと、その周辺の輪帯透
過部FBとの夫々に、透過光の波長域を異ならしめるバ
ンドパスフィルターを形成してもよい。このバンドパス
フィルターは、例えば多層誘電体薄膜で形成し、それを
透明な円形基板上に蒸着することで構成される。本実施
例では、中心の円形透過部FAとしての誘電体薄膜を基
板の一方の面に蒸着し、輪帯透過部FB(内径r1 )と
しての誘電体薄膜を基板の他方の面に蒸着し、円形透過
部FAは例えば波長405nmのh線のみを通すように
し、輪帯透過部FBは波長436nmのg線のみを通す
ようにする。尚、ここでは瞳epを通る光束を中心部と
周辺部とを通る2つの光束LFa、LFbに分割してい
るので、瞳epの実効的な半径r 2 に対して、透過部F
Aの半径r1 はr2 2 =2r1 2 の関係に設定されてい
る。
Another person who applies the present invention to such a device
As a method, as shown in FIG.
Center radius r1Of the circular transparent part FA of
The wavelength band of the transmitted light is different for each of the excess portion FB.
A bandpass filter may be formed. This bandpass
The filter is made of, for example, a multilayer dielectric thin film and
It is formed by vapor deposition on a transparent circular substrate. Implementation
In the example, a dielectric thin film is used as the center circular transmission part FA.
It is vapor-deposited on one surface of the plate, and the ring-shaped transparent portion FB (inner diameter r1)When
A thin dielectric film on the other side of the substrate
Part FA, for example, should pass only h-line of wavelength 405 nm
However, the transmissive part FB of the ring zone passes only the g-line with a wavelength of 436 nm.
To do so. In addition, here, the light flux passing through the pupil ep is defined as the central portion.
It is divided into two light fluxes LFa and LFb that pass through the periphery.
The effective radius r of the pupil ep 2In contrast, the transparent portion F
Radius r of A1Is r2 2= 2r1 2Has been set in a relationship
It

【0062】このように円形透過部FAの透過光LFa
と輪帯透過部FBの透過光LFbとを、バンドパスフィ
ルターによって波長域で分割してやると、それら2つの
光束LFa、LFbは互いに干渉性のない光に変換さ
れ、今までの実施例と同様に焦点深度が拡大される。
尚、バンドパスフィルターは吸収性の色ガラスで構成し
てもよい。
Thus, the transmitted light LFa of the circular transmitting portion FA
When the transmitted light LFb of the ring-shaped transmission portion FB is divided into wavelength bands by a bandpass filter, these two light beams LFa and LFb are converted into light beams which do not interfere with each other, and as in the previous embodiments. The depth of focus is enlarged.
The bandpass filter may be made of absorptive colored glass.

【0063】また別の方法として瞳に分布する光束を偏
光によって分割して干渉性を消失させることも考えられ
る。その場合の方法を第6の実施例として図15により
説明する。本実施例では、2枚の透明円形基板CCM
a、CCMbを1組として干渉性低減部材CCMが構成
され、基板CCMaは光軸AXを中心とする半径r1
円形透過部PCaと、内径がr1 で外径がr2 (実効的
な瞳径)の輪帯透過部PCbとで構成される。そして透
過部PCaとPCbとの両方、又はいずれか一方は、そ
こを通る光束間の偏光状態を互いに干渉しないように変
換する偏光板、1/4波長板、1/2波長板等のいずれ
かで作られる。一方、基板CCMbは光軸AXを中心と
する半径r4 の円形開口部を持つ環状石英板で作られ、
そこに内径をr4 、外径をr3 とした第1の厚みの輪帯
状透過部と、内径をr3 、外径をr 2 以上とした第2の
厚みの輪帯状透過部とが形成される。
As another method, the light beam distributed on the pupil is polarized.
It is also possible to split by light to eliminate coherence.
It The method in that case is shown in FIG. 15 as the sixth embodiment.
explain. In this embodiment, two transparent circular substrates CCM are used.
Coherency reduction member CCM is composed of a and CCMb as one set.
The substrate CCMa has a radius r centered on the optical axis AX.1of
Circular transmission part PCa and inner diameter r1And outer diameter is r2(Effective
And a ring-shaped transparent portion PCb having a different pupil diameter. And transparent
Both or one of the excess PCa and PCb
Change the polarization state between the light beams passing through it so that they do not interfere with each other.
Any of a polarizing plate, a 1/4 wavelength plate, a 1/2 wavelength plate, etc.
Made in. On the other hand, the substrate CCMb is centered on the optical axis AX.
Radius rFourMade of annular quartz plate with circular opening of
Inside diameter rFour, Outer diameter r3The first thickness of the ring
-Shaped transparent part and inner diameter r3, Outer diameter r 2The second and above
An annular transparent portion having a thickness is formed.

【0064】ここで半径r1 〜r4 はr4 <r1 <r3
<r2 に定められ、かつ、r4 2 =(r1 2 −r4 2
=(r3 2 −r1 2 )=(r2 2 −r3 2 )に設定され
ているものとする。また2枚の基板CCMa、CCMb
はフーリエ変換面FTPを挟んで近接して配置してもよ
いし、貼り合わせておいてもよい。このような構成の場
合、半径r4 の円形透過部FAを通った光束LFaと半
径r4 〜r1 の輪帯透過部FB1 を通った光束LFb1
とは、偏光状態は同一であるが光路長差がコヒーレント
長ΔLc以上であるために互いに干渉しない。また半径
1 〜r3 の輪帯透過部FB2 を通った光束LFb2
光束LFb1 、LFaとは、偏光状態が異なるため互い
に干渉することはない。さらに半径r3 〜r2 の輪帯透
過部FB 3 を通った光束LFb3 と光束LFb2 とは光
路長差がコヒーレント長ΔLc以上であるために互いに
干渉せず、同時に光束LFb3 と光束LFb1 、LFa
とは偏光状態が異なるために互いに干渉しない。
Where radius r1~ RFourIs rFour<R1<R3
<R2And rFour 2= (R1 2-RFour 2)
= (R3 2-R1 2) = (R2 2-R3 2) Is set to
It is assumed that In addition, two substrates CCMa and CCMb
May be placed close to each other with the Fourier transform plane FTP in between.
You can stick them together. In the case of such a configuration
Radius rFourLight flux LFa passing through the circular transmission part FA of
Diameter rFour~ R1Ring zone transparent part FB1Luminous flux LFb that passed through1
Means that the polarization states are the same, but the optical path length difference is coherent.
Since the length is ΔLc or more, they do not interfere with each other. Also radius
r1~ R3Ring zone transparent part FB2Luminous flux LFb that passed through2When
Luminous flux LFb1, LFa have different polarization states from each other.
Will not interfere with. Further radius r3~ R2The torus
FB 3Luminous flux LFb that passed through3And luminous flux LFb2Is light
Since the path length difference is more than the coherent length ΔLc,
Light flux LFb at the same time without interference3And luminous flux LFb1, LFa
And do not interfere with each other because they have different polarization states.

【0065】結局、4分割された光束LFa、LF
1 、LFb2 、LFb3 の夫々はいずれも相互に干渉
性のない光に変換され、本実施例の場合、理論上の焦点
深度は従来の4倍に拡大されることになる。ところで、
図10、13中の遮光部FDは、例えば透明基板上に金
属膜等を蒸着した遮光膜でもよく、さらには干渉性低減
部材CCMとは離して設けられた金属板等でもよい。
After all, the luminous fluxes LFa and LF divided into four are
Each of b 1 , LFb 2 and LFb 3 is converted into light having no interference with each other, and in the case of the present embodiment, the theoretical depth of focus is expanded to 4 times the conventional depth. by the way,
The light-shielding portion FD in FIGS. 10 and 13 may be, for example, a light-shielding film obtained by vapor-depositing a metal film or the like on a transparent substrate, or may be a metal plate or the like provided apart from the coherence reducing member CCM.

【0066】また、遮光部FD、あるいはそれと均等の
遮光板は、露光波長についてのみ遮光すればよいので、
誘電体薄膜等による光学的なシャープカットフィルター
等を用いて、露光波長(紫外光)等の短波長域を吸収し
てしまうものでもよい。このようにすると、例えばHe
−Neレーザーを光源としてウェハW上のアライメント
マークを照射し、その反射光等を投影光学系PLを介し
て検出するTTL方式のアライメント系を使う場合、瞳
面に位置する遮光部FD、又は遮光板がマークからの反
射光に対して悪影響(遮光)を与えるなどの問題はなく
なる。あるいはウェハマーク照明用のレーザビームやマ
ークからの反射光が通る上述の金属等の遮光板又は遮光
部FD上の位置だけ透過領域としてもよく、その面積が
小さければ本発明の効果を特に損なうものとはならな
い。
Further, the light-shielding portion FD, or the light-shielding plate equivalent to the light-shielding portion FD, needs to shield only the exposure wavelength.
An optical sharp cut filter made of a dielectric thin film or the like may be used to absorb a short wavelength region such as an exposure wavelength (ultraviolet light). In this way, for example He
-When using a TTL type alignment system that irradiates an alignment mark on the wafer W with a Ne laser as a light source and detects the reflected light or the like via a projection optical system PL, a light-shielding portion FD located on the pupil plane, or light-shielding There is no problem that the plate gives a bad influence (shielding) to the reflected light from the mark. Alternatively, only the position on the light shielding plate or the light shielding portion FD of the above-mentioned metal or the like through which the laser beam for illuminating the wafer mark or the reflected light from the mark passes may be a transmissive region, and if the area is small, the effect of the present invention is particularly impaired. Does not mean

【0067】図16は、第7の実施例としてのTTLア
ライメント系の一例を示し、ウェハW上に格子マークG
Rが形成され、このマークGRの格子ピッチ方向の位置
ずれを検出するものとする。ここで図16(A)は紙面
上の左右方向がピッチ方向となるような方向からアライ
メント系を見たもので、図16(B)は図16(A)の
系を90°回転した方向から見たものである。レチクル
Rの上方に設けられたアライメント光学系の対物レンズ
OBJからはコヒーレントなレーザビーム(He−N
e)ALB1 、ALB2 の2本が、ミラーMRで反射さ
れて面CFで交差した後、レチクルRの周辺の窓RMを
介して投影光学系PLに入射する。まず図16(A)に
示すように、2本のビームALB1 、ALB2 は、瞳に
位置する干渉性低減部材CCMに形成された屈曲性補正
素子PG1 、PG2 の夫々に入射し、ここで投影光学系
PLの軸上色収差分に対応した量で2本のビームALB
1 、ALB2 の進行方向を変える。これによって2本の
ビームALB1 、ALB2 はウェハW上の格子マークG
Rを、そのピッチ方向に関して対称的に傾いた角度で照
射する。このとき、格子マークGRのピッチPg、ビー
ムALB1 、ALB2の波長λa、及びビームAL
1 、ALB2 の入射角θaが、sinθa=λa/P
gを満たしていると、ビームALB1 の照射によって格
子マークGRから発生した+1次回折光と、ビームAL
2 の照射によってマークGRから発生した−1次回折
光とは、図16(A)のように2本のビームALB1
ALB2 の丁度中間の光路を同軸となって干渉ビームA
DLとして逆進する。この干渉ビームADLは干渉性低
減部材CCMに形成された屈曲性補正素子PG3 で進行
方向を変えられ、レチクルRの窓RMを通ってアライメ
ント光学系の方へ戻っていく。このとき、図16(B)
にも示すように、ウェハWのマークGRに達する2本の
ビームALB1 、ALB2 はピッチ方向と直交する方向
(非計測方向)に関して傾斜しているため、干渉ビーム
ADLも傾斜して発生する。また図16(A)に示すよ
うに、2本のビームALB1 、ALB2 は面CFで交差
するとしたが、実際は面CFを窓RMの位置に一致させ
ることができる。すなわち2本のビームALB1 、AL
2 に対して生ずる軸上色収差分をほぼ完全に補償する
ことができる。さらに図16(B)のように2本のビー
ムALB1 、ALB2 を非計測方向に関してテレセント
リックな条件からずらして窓RMに入射させることによ
って、倍率色収差分を補償することができる。尚、対物
レンズOBJの光軸AXaはレチクルRに対して垂直に
設定される。
FIG. 16 shows an example of a TTL alignment system as a seventh embodiment, in which a lattice mark G is formed on the wafer W.
It is assumed that R is formed and the positional deviation of the mark GR in the grating pitch direction is detected. Here, FIG. 16A is a view of the alignment system viewed from a direction in which the left-right direction on the paper is the pitch direction, and FIG. 16B is a view obtained by rotating the system of FIG. 16A by 90 °. I saw it. A coherent laser beam (He-N) is emitted from the objective lens OBJ of the alignment optical system provided above the reticle R.
e) Two of ALB 1 and ALB 2 are reflected by the mirror MR and intersect at the surface CF, and then enter the projection optical system PL through the window RM around the reticle R. First, as shown in FIG. 16 (A), the two beams ALB 1 and ALB 2 are incident on each of the bendability correction elements PG 1 and PG 2 formed on the coherence reducing member CCM located at the pupil, Here, two beams ALB are used in an amount corresponding to the axial chromatic aberration of the projection optical system PL.
1 , change the ALB 2 direction. As a result, the two beams ALB 1 and ALB 2 are separated by the lattice mark G on the wafer W.
Irradiate R at an angle that is symmetrically inclined with respect to the pitch direction. At this time, the pitch Pg of the grating mark GR, the wavelengths λa of the beams ALB 1 and ALB 2 , and the beam AL
The incident angle θa of B 1 and ALB 2 is sin θa = λa / P
When g is satisfied, the + 1st order diffracted light generated from the grating mark GR by the irradiation of the beam ALB 1 and the beam AL
The −1st-order diffracted light generated from the mark GR by the irradiation of B 2 is the two beams ALB 1 ,
Interfering beam A becomes coaxial with the optical path just in the middle of ALB 2.
Go backward as DL. The interference beam ADL is changed in traveling direction by the bendability correction element PG 3 formed on the coherence reducing member CCM, and returns to the alignment optical system through the window RM of the reticle R. At this time, FIG. 16 (B)
As also shown, since the two beams ALB 1 and ALB 2 reaching the mark GR on the wafer W are inclined with respect to the direction (non-measurement direction) orthogonal to the pitch direction, the interference beam ADL is also generated with inclination. . Further, as shown in FIG. 16A, the two beams ALB 1 and ALB 2 intersect with each other on the plane CF, but the plane CF can actually be aligned with the position of the window RM. That is, the two beams ALB 1 and AL
The axial chromatic aberration component generated with respect to B 2 can be almost completely compensated. Further, as shown in FIG. 16B, the two beams ALB 1 and ALB 2 are made to enter the window RM while being displaced from the telecentric condition in the non-measurement direction, so that the chromatic aberration of magnification can be compensated. The optical axis AXa of the objective lens OBJ is set perpendicular to the reticle R.

【0068】マークGRの位置ずれ計測にあたっては、
2つの方法がある。その1つは、2本のビームAL
1 、ALB2 の交差によってマークGR上に形成され
る干渉縞を基準にしてマークGRのピッチ方向の位置ず
れを検出するものである。そのためには、アライメント
光学系内に、戻ってきた干渉ビームADLを光電検出す
る光電センサーを設け、その出力信号レベルを計ればよ
い。もつ1つの方法は、2本のビームALB1 、ALB
2 の間にわずかな周波数差(例えば20〜100KHz
程度)を与え、マークGR上に生成された干渉縞をその
周波数差に応じた速度で走らせるヘテロダイン法であ
る。この場合、2本のビームALB1 、ALB 2 の周波
数差をもつ基準交流信号を作り、光電センサーからの出
力信号(ヘテロダインの場合、干渉ビームADLはビー
ト周波数で強度変化しているため、交流信号となる)と
の間で位相差を求めることで、マークGRの位置ずれが
計測できる。
When measuring the positional deviation of the mark GR,
There are two ways. One of them is two beam AL
B1, ALB2Is formed on the mark GR by the intersection of
Position of the mark GR in the pitch direction based on the interference fringes
This is to detect this. For that, alignment
The returned interference beam ADL is photoelectrically detected in the optical system.
Equipped with a photoelectric sensor and measure the output signal level
Yes. One way to have two beams ALB1, ALB
2A slight frequency difference between the two (eg 20-100 KHz
Degree) to determine the interference fringes generated on the mark GR.
It is a heterodyne method that runs at a speed according to the frequency difference.
It In this case, two beam ALB1, ALB 2Frequency
Create a reference AC signal with a number difference and output from the photoelectric sensor.
Force signal (for heterodyne, the interfering beam ADL is
Since the intensity changes at the frequency, it becomes an AC signal)
By calculating the phase difference between the
Can be measured.

【0069】このように、投影光学系PLの瞳面に、色
収差補償用の屈曲補正素子PG1 、PG2 、PG3 を設
ける場合、それらの配置によっては図10、13で示し
た遮光部FD(又は遮光板)の形状と位置的に干渉して
しまうこともある。しかしながら、この種のアライメン
ト方式のビームALB1 、ALB2 、又は干渉ビームA
DLは極めて小さなスポット径であるため、補正素子P
1 、PG2 、PG3の夫々の寸法も極めて小さくてよ
い。通常、補正素子PG1 〜PG3 は透明な硝材の表面
にエッチング等によって位相格子として作り込まれる。
そのため先にも述べたように、遮光部FDが位置的に干
渉するときは、その位置の遮光部のみを透明部にしてお
けばよい。
As described above, when the bending correction elements PG 1 , PG 2 , and PG 3 for compensating for chromatic aberration are provided on the pupil plane of the projection optical system PL, depending on their arrangement, the light shielding portion FD shown in FIGS. It may also interfere with the shape of (or the light shielding plate) in position. However, this type of alignment type beam ALB 1 , ALB 2 , or interference beam A
Since DL has an extremely small spot diameter, the correction element P
The dimensions of G 1 , PG 2 and PG 3 may also be extremely small. Usually, the correction elements PG 1 to PG 3 are formed as a phase grating on the surface of a transparent glass material by etching or the like.
Therefore, as described above, when the light-shielding portion FD interferes in position, only the light-shielding portion at that position needs to be a transparent portion.

【0070】また図16では、補正素子PG1 〜PG3
を干渉性低減部材CCM上に直接形成するように示した
が、補正素子PG1 〜PG3 を形成した通常の石英板を
瞳面に固定的に配置し、干渉性低減部材CCMはその石
英板の極近傍に挿脱可能に配置するようにしてもよい。
尚、投影光学系PLの瞳面内の中心部に小さな径の補正
レンズ(凸レンズ)を設け、それによってアライメント
ビームの色収差分を補償する方式が、例えばUSP.
5,100,237に提案されている。この場合、その
補正レンズの部分に露光波長に対する透過率が小さく、
アライメントビームの波長に対する透過率が極めて高い
ダイクロイック膜を蒸着しておくと、図10に示した干
渉性低減部材CCMの中心遮光部FDと実質等価なもの
が容易に構成できる。ただし、上記USP.5,10
0,237には、図10のような透過部FA1 、F
2 、FB3 も同時に設けておくことについては全く示
唆されていない。
Further, in FIG. 16, the correction elements PG 1 to PG 3 are
Is shown to be formed directly on the coherence reducing member CCM, a normal quartz plate on which the correction elements PG 1 to PG 3 are formed is fixedly arranged on the pupil plane, and the coherence reducing member CCM is the quartz plate. It may be arranged so that it can be inserted and removed in the immediate vicinity of.
Incidentally, a method of providing a correction lens (convex lens) having a small diameter in the center of the pupil plane of the projection optical system PL and compensating for the chromatic aberration component of the alignment beam by such a correction lens is disclosed in USP.
5,100,237. In this case, the correction lens portion has a small transmittance for the exposure wavelength,
By depositing a dichroic film having a very high transmittance for the wavelength of the alignment beam, a component substantially equivalent to the central light shielding part FD of the coherence reducing member CCM shown in FIG. 10 can be easily constructed. However, the above USP. 5, 10
0 and 237 have transmission parts FA 1 and F 1 as shown in FIG.
There is no suggestion of providing B 2 and FB 3 at the same time.

【0071】また図4に示したウェハステージWSTの
駆動ユニット22のうち、ウェハWを光軸方向に微動さ
せる制御の中に、従来のFLEX法の機能を持たせても
よい。FLEX法の併用により本発明による焦点深度の
増大効果を飛躍的に増大させることができる。本発明は
投影型露光装置であればどのタイプのものにも適用でき
る。例えば投影レンズを用いたステッパータイプのもの
でもよく、あるいは反射屈折光学系を用いたステップア
ンドスキャン型のものであっても1:1のミラープロジ
ェクションタイプのものであってもよい。特にスキャン
タイプ(ステップアンドスキャン)やミラープロジェク
ション方式では、レチクルやウェハを投影光学系の光軸
と垂直な面内で走査移動させながら露光するため、従来
のFLEX法の適用が難しいとされていたが、本発明は
そのような走査型の露光方式の装置に極めて簡単に適用
できるといった利点がある。
Further, in the drive unit 22 of wafer stage WST shown in FIG. 4, the function of the conventional FLEX method may be provided in the control for finely moving wafer W in the optical axis direction. The combined use of the FLEX method can dramatically increase the effect of increasing the depth of focus according to the present invention. The present invention can be applied to any type of projection type exposure apparatus. For example, it may be a stepper type using a projection lens, a step-and-scan type using a catadioptric system, or a 1: 1 mirror projection type. In particular, in the scan type (step and scan) and mirror projection methods, it is said that it is difficult to apply the conventional FLEX method because the reticle and the wafer are exposed by scanning while moving in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. However, the present invention has an advantage that it can be applied to such a scanning type exposure apparatus very easily.

【0072】そこで等倍のミラープロジェクション方式
のアライナーに本発明を適用した場合を第8の実施例と
して図17、18を参照して説明する。図17におい
て、水銀ランプ(Xe−Hg)ランプ1からの照明光は
照明光学系ILSを介してレチクル(マスク)R上で円
弧スリット状の照明領域内に投射される。レチクルRは
1次元走査可能なレチクルステージRSTに保持され、
ウェハステージWSTと同期して同一速度で移動する。
投影光学系はレチクル側とウェハ側の夫々に反射面MR
1 、MR4 を有する台形状の光学ブロックと、大きな凹
面ミラーMR2 と小さな凸面ミラーMR3 とで構成さ
れ、凸面ミラーMR3 の曲率半径に対して凹面ミラーM
2 の曲率半径は約2倍に設定されている。この図21
のような系の場合、凸面ミラーMR3 の表面がレチクル
パターン面(又はウェハ面)に対するフーリエ変換面F
TPに一致していることが多い。
Therefore, a case where the present invention is applied to a mirror projection type aligner of equal magnification is explained as an eighth embodiment with reference to FIGS. In FIG. 17, the illumination light from the mercury lamp (Xe-Hg) lamp 1 is projected on the reticle (mask) R into an illumination area having an arc slit shape via the illumination optical system ILS. The reticle R is held on the reticle stage RST capable of one-dimensional scanning,
It moves at the same speed in synchronization with wafer stage WST.
The projection optical system has a reflective surface MR on each of the reticle side and the wafer side.
1 , a trapezoidal optical block having MR 4 , a large concave mirror MR 2 and a small convex mirror MR 3, and a concave mirror M with respect to the radius of curvature of the convex mirror MR 3.
The radius of curvature of R 2 is set to about twice. This FIG.
In the case of such a system, the surface of the convex mirror MR 3 is the Fourier transform surface F with respect to the reticle pattern surface (or wafer surface).
Often matches TP.

【0073】このとき、レチクルR上の点Prから発生
した結像光束は主光線LLPに沿って、反射面MR1
凹面ミラーMR2 の上側、凸面ミラーMR3 の全面、凹
面ミラーMR2 の下側、及び反射面MR4 の順に進み、
ウェハW上の点Pr’に収斂する。このように凸面ミラ
ーMR3 の表面が系の瞳面となっているときでも、今ま
で述べてきた各実施例で使用した干渉性低減部材CCM
がそのまま、あるいは若干の変形によって同様に用いる
ことができる。
At this time, the imaging light beam generated from the point Pr on the reticle R is reflected along the principal ray LLP by the reflecting surface MR 1 ,
Proceed in the order of the upper side of the concave mirror MR 2 , the entire surface of the convex mirror MR 3 , the lower side of the concave mirror MR 2 , and the reflecting surface MR 4 ,
It converges on the point Pr ′ on the wafer W. Thus, even when the surface of the convex mirror MR 3 is the pupil plane of the system, the coherence reducing member CCM used in each of the embodiments described so far.
Can be used as it is or with a slight modification.

【0074】具体的には図18(A)に示すように干渉
性低減部材CCMを凸面ミラーMR 3 の直近に配置し、
凹面ミラーMR2 から凸面ミラーMR3 へ入射してくる
ときと、凸面ミラーMR3 から凹面ミラーMR2 へ射出
していくときとの2回(往復)の光路で、中心の円形
(又は輪帯)透過部FAを通った光束と周辺の輪帯透過
部FBを通った光束とがコヒーレント長ΔLc以上の光
路長差をもつように構成すればよい。
Specifically, as shown in FIG. 18A, the interference
Consistency reduction member CCM is a convex mirror MR 3Placed in the immediate vicinity of
Concave mirror MR2From convex mirror MR3Incident on
Time and the convex mirror MR3From concave mirror MR2Injection to
The optical path is twice (round-trip) with the time of going, and the center circle
(Or annular zone) Light flux passing through the transmission part FA and surrounding annular zone transmission
Light having a coherent length ΔLc or more with the light flux that has passed through the section FB
It may be configured to have a difference in road length.

【0075】あるいは図18(B)に示すように、フー
リエ変換面となっいる凸面ミラーMR3 ’の表面に所定
の半径(面積)で微小な段差を設け、その段差の上面部
と下面部とが反射光束に対してコヒーレント長ΔLc以
上の光路長差(段差量の2倍)を与えるようにしてもよ
い。この場合、その段差はミラーMR3 ’と一体に形成
されることもあるが、いずれにしろその段差部分が干渉
性低減部材CCMに相当する。尚、図18(B)に示し
た凸面ミラーMR'3の表面に形成する段差部は、透過物
体(薄膜)としてもよい。その場合、凸面ミラーMRの
表面とその透過物体(透過部FAに相当)の表面との段
差、すなわち透過物体の厚みdは、屈折率nの透過物体
中を光束が往復することにより生じる光路長差2(n−
1)dがコヒーレント長ΔLcより大きくなるように定
められる。
Alternatively, as shown in FIG. 18 (B), a minute step with a predetermined radius (area) is provided on the surface of the convex mirror MR 3 ′ serving as the Fourier transform surface, and the upper surface and the lower surface of the step are formed. May give an optical path length difference (twice the step difference) of a coherent length ΔLc or more to the reflected light flux. In this case, the step may be formed integrally with the mirror MR 3 ′, but in any case, the step corresponds to the coherence reducing member CCM. The stepped portion formed on the surface of the convex mirror MR ′ 3 shown in FIG. 18B may be a transparent object (thin film). In that case, the step between the surface of the convex mirror MR and the surface of the transmissive object (corresponding to the transmissive part FA), that is, the thickness d of the transmissive object, is the optical path length generated by the reciprocation of the light beam in the transmissive object having the refractive index n. Difference 2 (n-
1) d is set to be larger than the coherent length ΔLc.

【0076】また透過部FA,FBの一部に1/2波長
板や1/4波長板を組み合わせた図15の場合は往復の
光路で2倍の偏光作用を受けることを考慮して1/2波
長板は1/4波長板に、1/4波長板は1/8波長板に
それぞれ変更する必要がある。またエキシマレーザを光
源とする投影露光装置では、投影光学系の瞳面に、フラ
イアイレンズ等の射出側に形成される2次光源面(多数
の点光源)が再結像されるため、その瞳面に光学素子
(レンズ、反射面、開口絞り、CCM等)を配置すると
長期間の使用によって、その光学素子が収斂した光源像
のために劣化する可能性がある。そのため干渉性低減部
材CCM等は瞳面に厳密に配置するのではなく、むしろ
若干ずらして配置した方が好ましい。
Further, in the case of FIG. 15 in which a half-wave plate or a quarter-wave plate is combined with a part of the transmission parts FA and FB, it is considered that the polarization effect is doubled in the round-trip optical path. It is necessary to change the two-wave plate to a quarter-wave plate and the quarter-wave plate to a one-eighth wave plate. Further, in a projection exposure apparatus using an excimer laser as a light source, a secondary light source surface (a large number of point light sources) formed on the exit side of a fly-eye lens or the like is re-imaged on the pupil surface of the projection optical system. When an optical element (lens, reflecting surface, aperture stop, CCM, etc.) is arranged on the pupil surface, there is a possibility that the optical element deteriorates due to a converged light source image after long-term use. Therefore, it is preferable that the coherence reducing member CCM and the like are not strictly arranged on the pupil plane, but rather are slightly displaced.

【0077】以上、本発明の各実施例で説明した干渉性
低減部材CCMによって分割された結像光束間の光路長
差は、その光束(照明光ILB)の時間的なコヒーレン
ト長ΔLc以上になるが、その値は従来のSuper
FLEX法で与えられる光路長差(波長1/2〜数波長
分)と比べて格段に大きなものとなる。さらにSupe
r FLEX法では、投影光学系の瞳面に配置されたフ
ィルター(複素振幅透過率)を通った結像光束の全てが
ウェハW上で干渉(振幅合成)することにより変わりは
なく、本発明とSuper FLEX法とは原理的に全
く異なるものである。その原理的な違いによって、本発
明においてはSuper FLEX法で得られなかった
新たな効果が得られる。このことについては以下で述べ
るシミュレーションを参考にして説明する。
As described above, the optical path length difference between the image-forming light beams divided by the coherence reducing member CCM described in each embodiment of the present invention is equal to or longer than the temporal coherence length ΔLc of the light beam (illumination light ILB). However, its value is the conventional Super
The difference is significantly larger than the optical path length difference (wavelength 1/2 to several wavelengths) given by the FLEX method. Further Supe
In the r FLEX method, there is no change due to interference (amplitude synthesis) of all of the imaging light flux that has passed through the filter (complex amplitude transmissivity) arranged on the pupil plane of the projection optical system on the wafer W. In principle, it is completely different from the Super FLEX method. Due to the difference in principle, a new effect that cannot be obtained by the Super FLEX method in the present invention can be obtained. This will be described with reference to the simulation described below.

【0078】尚、本発明で用いる干渉性低減部材CCM
は、瞳面を通る結像光束(コンタクトホールパターンの
場合、ほぼ一様に分布する)を瞳の径方向で複数部分に
分割し、各部分光束間の干渉性を低減させる目的のため
のみに作用する。従って各実施例で用いた干渉性低減部
材CCMには、各部分光束によって互いに独立に結像し
た複数の像(Pr'1、Pr'2等)の夫々のベストフォー
カス位置(焦点位置)を、投影光学系の光軸AX方向に
相互にずらす効果、すなわちある種の球面収差を与える
効果は全くない。
The coherence reducing member CCM used in the present invention
Is only for the purpose of dividing the imaging light flux passing through the pupil plane (in the case of a contact hole pattern, distributed almost uniformly) into multiple parts in the radial direction of the pupil and reducing the coherence between the partial light fluxes. To work. Therefore, in the coherence reducing member CCM used in each embodiment, the best focus position (focus position) of each of a plurality of images (Pr ′ 1 , Pr ′ 2 etc.) formed independently of each other by partial light fluxes, There is no effect of mutually shifting in the optical axis AX direction of the projection optical system, that is, an effect of giving a certain kind of spherical aberration.

【0079】以上の各実施例において、投影光学系の瞳
面epを円形領域又は輪帯領域とのm個に分割する際、
各分割領域の面積を等しくするとしたが、これは必ずし
も必須の条件ではない。特に1対の円形領域と輪帯領
域、あるいは1対の輪帯領域と輪帯領域との間に、時間
的コヒーレント長ΔLc以上の光路差を与えず、かつ、
1/2波長分の光路差を与える構成(位相シフター等を
用いた例)とする場合には、上記の1対の領域の各面積
は異ならせた方がよい。なぜなら、1/2波長分の光路
長を有する両光束(それぞれが上記両領域の透過光に対
応する)の光量(各面積に対応)がほぼ等しいと、両光
束はウェハ上(像位置)で相殺し、強度が零となってし
まうためである。あるいは、両領域の面積を異ならせる
代わりに、どちらか一方の領域の透過率を下げてもよ
い。もちろん、面積と透過率の両者を変化させてもよ
い。また、以上の各実施例において、干渉性低減部材C
CMを透過部材として使用する場合には、その界面(表
面)に反射防止コートを施しておくとよい。
In each of the above embodiments, when the pupil plane ep of the projection optical system is divided into m areas, which are a circular area or an annular area,
Although it is assumed that the areas of the respective divided regions are equal, this is not necessarily an essential condition. In particular, an optical path difference of not less than the temporal coherence length ΔLc is not given between the pair of circular regions and the annular regions, or between the pair of annular regions and the annular regions, and
In the case of a configuration that gives an optical path difference of ½ wavelength (an example using a phase shifter or the like), it is better to make each area of the pair of regions different. This is because, if the light quantities (corresponding to the respective areas) of both light fluxes (each corresponding to the transmitted light of the above both areas) having an optical path length of ½ wavelength are substantially equal, both light fluxes on the wafer (image position) This is because they cancel out and the strength becomes zero. Alternatively, the transmittance of either one of the regions may be lowered instead of making the areas of the two regions different. Of course, both the area and the transmittance may be changed. In each of the above embodiments, the interference reducing member C
When CM is used as a transmissive member, its interface (surface) may be coated with an antireflection coating.

【0080】次に本発明の各実施例によって得られる作
用、効果について、シミュレーション結果をもとに説明
する。図19(A)は以下のシミュレーションに用いた
1辺がウェハ上で0.3μmに相当する正方形のコンタ
クトホールパターンPAであり、以下のシミュレーショ
ンでは図19(A)中のA−A’断面でのウェハ上での
像強度分布を扱うものとする。図19(B)は先の図6
(又は図7、8)に示した干渉性低減部材CCMを示す
もので、中心の円形透過部FAの半径r1 と瞳epの実
効的な最大半径r2 との比r1 /r2 (NA1 /NA
w)は、原理説明のところで述べたように0.707に
なるように定められている。すなわち、透過部FAを通
った結像光束の最大入射角をθ1 とすると、sin2 θ
1 =1/2(NAw2 )を満たすように決められてい
る。尚、以下のシミュレーションは、全てNAw=0.
57、露光波長はi線(波長0.365μm)という条
件のもとで行った。また照明光束のコヒーレンスファク
ターであるσ値は0.6とした。さて図19(C)、
(D)、(E)はパターンPAのウェハ上での像強度分
布を示し、それぞれベストフォーカス位置での強度分布
1 、1μmのデフォーカス位置での強度分布I2 、2
μmのデフォーカス位置での強度分布I3 である。また
図19(C)、(D)、(E)中のEthはウェハ上の
ポジ型フォトレジストを完全に除去(感光)させるに必
要な強度を示し、Ecはポジレジストが溶解(膜ベリ)
し始める強度を示す。各強度分布の縦方向の倍率(露光
量)はベストフォーカスでのコンタクトホール径(Et
hを横切るスライス部の幅)が0.3μmとなるように
設定した。比較のために図20(A)、(B)、(C)
にそれぞれ通常の露光装置(低減部材CCMを取り除い
たもの)によるベストフォーカス位置での強度分布
7 、1μmのデフォーカス位置での強度分布I8 、2
μmのデフォーカス位置での強度分布I9 を示す。この
ときのシミュレーション条件も同様にNAw=0.5
7、波長λ=0.365μm、σ=0.6である。
Next, the operation and effect obtained by each embodiment of the present invention will be described based on simulation results. FIG. 19A is a square contact hole pattern PA having one side corresponding to 0.3 μm on the wafer used in the following simulation. In the following simulation, the cross section taken along the line AA ′ in FIG. Image intensity distribution on the wafer. FIG. 19B is the same as FIG.
(Or FIGS. 7 and 8) shows the coherence reducing member CCM, which has a ratio r 1 / r 2 (of the radius r 1 of the central circular transmission part FA to the effective maximum radius r 2 of the pupil ep) NA 1 / NA
w) is set to be 0.707 as described in the explanation of the principle. That is, if the maximum incident angle of the image forming light flux passing through the transmitting portion FA is θ 1 , then sin 2 θ
It is determined to satisfy 1 = 1/2 (NAw 2 ). In the following simulations, NAw = 0.
57, the exposure wavelength was i-line (wavelength 0.365 μm). The σ value, which is the coherence factor of the illumination light flux, was set to 0.6. Now, FIG. 19 (C),
(D) and (E) show image intensity distributions on the wafer of the pattern PA, which are intensity distribution I 1 at the best focus position, intensity distribution I 2 at the defocus position of 1 μm, and I 2 and 2, respectively.
It is the intensity distribution I 3 at the defocus position of μm. Further, Eth in FIGS. 19C, 19D, and 19E indicates the strength required to completely remove (photosensitize) the positive photoresist on the wafer, and Ec dissolves the positive resist (film verification).
Indicates the strength at which to start. The vertical magnification (exposure amount) of each intensity distribution is the contact hole diameter (Et
The width of the slice portion that crosses h) was set to 0.3 μm. 20 (A), (B), (C) for comparison
The intensity distribution I 7 at the best focus position and the intensity distribution I 8 at the defocus position of 1 μm by an ordinary exposure apparatus (without the reduction member CCM), respectively.
The intensity distribution I 9 at the defocus position of μm is shown. The simulation condition at this time is also NAw = 0.5.
7, wavelength λ = 0.365 μm, and σ = 0.6.

【0081】この図20(A)〜(C)と先の図19
(D)〜(F)とを比較すると、本発明によるSFIN
CS法ではデフォーカス時の像強度の変化(コントラス
ト低下)が減少し、焦点深度が増大することがわかる。
一方、図21は通常の投影露光装置にFLEX法を組み
合わせたときの像強度分布I10、I11、I12の変化を表
したものである。FLEX法の露光条件はベストフォー
カス位置と、±1.25μmだけデフォーカスした位置
の夫々とで各1回の計3回の分割露光とした。この図2
1のシミュレーション結果と図19(C)〜(E)のシ
ミュレーション結果とを比較すると、本発明での焦点深
度の増大効果はFLEX法と同程度に得られることがわ
かる。図22は本発明の実施例中の図10に示した干渉
性低減部材CCMと同様の考え方で図6の構成に遮光部
FDを持たせた場合のシミュレーション結果を示す。こ
のとき図26(B)に示すように干渉性低減部材CCM
の中心の円形遮光部FDの半径r4 は0.31r2 (す
なわちsinθ4 =0.31NAw)の関係に決定さ
れ、その外側の内径r4 、外径r1 の輪帯状透過部FA
の外径r1 は0.74r2 (すなわちsinθ1 =0.
74NAw)の関係に設定されているものとする。すな
わち(r1 2 −r4 2 )=(r2 2 −r1 2 )を満たす
ように設定されている。もちろん露光条件として、NA
w=0.57、σ=0.6、λ=0.365μmはその
ままである。この図22(B)のような低減部材CCM
でも、図22(C)、(D)、(E)に示す通りベスト
フォーカス位置での強度分布I4 、1μmのデフォーカ
ス位置での強度分布I5 、2μmのデフォーカス位置で
の強度分布I6 の如く、十分な焦点深度増大効果が得ら
れる。
20A to 20C and the above FIG.
Comparing (D) to (F), the SFIN according to the present invention
It can be seen that in the CS method, the change in image intensity (decrease in contrast) during defocus is reduced and the depth of focus is increased.
On the other hand, FIG. 21 shows changes in the image intensity distributions I 10 , I 11 , and I 12 when the FLEX method is combined with a normal projection exposure apparatus. The exposure conditions of the FLEX method were a total of three divided exposures, one for each of the best focus position and the position defocused by ± 1.25 μm. This Figure 2
Comparing the simulation result of No. 1 with the simulation results of FIGS. 19C to 19E, it can be seen that the effect of increasing the depth of focus in the present invention can be obtained to the same extent as the FLEX method. 22 shows a simulation result in the case where the configuration of FIG. 6 is provided with the light shielding part FD based on the same idea as the coherence reducing member CCM shown in FIG. 10 in the embodiment of the present invention. At this time, as shown in FIG. 26B, the interference reducing member CCM
The radius r 4 of the circular light-shielding portion FD at the center of is determined to be 0.31r 2 (that is, sin θ 4 = 0.31NAw), and the ring-shaped transmissive portion FA having an inner diameter r 4 and an outer diameter r 1 on the outer side thereof is determined.
Has an outer diameter r 1 of 0.74r 2 (ie sin θ 1 = 0.
74 NAw). That is, it is set to satisfy (r 1 2 −r 4 2 ) = (r 2 2 −r 1 2 ). Of course, as the exposure condition, NA
w = 0.57, σ = 0.6, and λ = 0.365 μm remain unchanged. A reduction member CCM as shown in FIG. 22 (B)
However, as shown in FIGS. 22 (C), (D), and (E), the intensity distribution I 4 at the best focus position, the intensity distribution I 5 at the defocus position of 1 μm, and the intensity distribution I 5 at the defocus position of 2 μm. As shown in 6 , a sufficient effect of increasing the depth of focus can be obtained.

【0082】図23は比較のために従来のSuper
FLEX法でのシミュレーション結果を示したものであ
る。図23(A)、(B)、(C)は開口数NAwが
0.57で、瞳中心点から0.548NAwの半径内の
部分の複素振幅透過率を−0.3にしたフィルターを瞳
に設けたときに得られるベストフォーカス位置での強度
分布I13、1μmのデフォーカス位置での強度分布
14、2μmのデフォーカス位置での強度分布I15を示
す。Super FLEX法では図23のようにベスト
フォーカス位置での中央強度が高く、プロファイルがシ
ャープであるが、デフォーカス量による中心強度低下
は、ある量から急峻に起こっている。しかしながら焦点
深度の拡大効果としては、図19、図22に示した本発
明による効果と同程度である。ただし、Super F
LEX法では本来の像(中心強度)の周辺に、図23
(A)に示すようなサブピーク(リンギング)が発生す
る。これは、図23でシミュレーションのモデルとなっ
た孤立したコンタクトホールパターンPAでは問題ない
が、後述する近接した複数のコンタクトホールパターン
への適用時に大きな問題となる。
FIG. 23 shows a conventional Super for comparison.
9 shows a result of simulation by the FLEX method. 23 (A), (B), and (C) show a numerical aperture NAw of 0.57 and a filter in which the complex amplitude transmittance of the portion within the radius of 0.548 NAw from the pupil center point is -0.3. The intensity distribution I 13 at the best focus position, the intensity distribution I 14 at the defocus position of 1 μm, and the intensity distribution I 15 at the defocus position of 2 μm, which are obtained when the image is provided in FIG. In the Super FLEX method, the center intensity at the best focus position is high and the profile is sharp as shown in FIG. 23, but the decrease in center intensity due to the defocus amount occurs abruptly from a certain amount. However, the effect of increasing the depth of focus is approximately the same as the effect of the present invention shown in FIGS. However, Super F
In the LEX method, the area around the original image (center intensity) is shown in FIG.
Sub-peaks (ringing) as shown in (A) occur. This is not a problem for the isolated contact hole pattern PA used as the simulation model in FIG. 23, but is a serious problem when applied to a plurality of adjacent contact hole patterns described later.

【0083】図24(A)、(B)、(C)はそのよう
なリンギングを防止するために、図23でシミュレーシ
ョンモデルとしたSuper FLEX法の瞳フィルタ
ーよりも作用を弱めたフィルターを用いた場合のシミュ
レ−ション結果を示す。この場合、投影光学系の開口数
NAwは0.57とし、瞳中心部の半径0.447NA
wに相当する部分内の複素振幅透過率を−0.3とした
フィルターを用いる。図24(A)〜(C)はそれぞれ
ベストフォーカス位置での強度分布I16、1μmのデフ
ォーカス位置での強度分布I17、2μmのデフォーカス
位置での強度分布I18を示し、確かに図23の場合に比
べてリンギングは弱くなるが、同時に焦点深度の増大効
果も低減してしまう。
In order to prevent such ringing, FIGS. 24A, 24B, and 24C use a filter having a weaker action than the pupil filter of the Super FLEX method used as the simulation model in FIG. The simulation result in the case is shown. In this case, the numerical aperture NAw of the projection optical system is 0.57, and the radius of the pupil center is 0.447 NA.
A filter with a complex amplitude transmittance of -0.3 in the portion corresponding to w is used. 24 (A) to (C) show the intensity distribution I 16 at the best focus position, the intensity distribution I 17 at the defocus position of 1 μm, and the intensity distribution I 18 at the defocus position of 2 μm. Although ringing is weaker than in the case of No. 23, the effect of increasing the depth of focus is also reduced at the same time.

【0084】図25(A)〜(D)は、近接した2つの
コンタクトホールパターンPA1 、PA2 が例えば図2
5(E)のように中心間距離0.66μm(ウェハ上換
算)だけ離れて並ぶ場合に、各種露光方法で得られる像
強度分布をシミュレーションした結果を示す。図25
(A)は、図22と同じシミュレーション条件によるS
FINCS法(本発明)によって得られた像強度分布を
示し、図25(B)は従来のFLEX法によって得られ
た像強度分布を示し、図25(C)は図23と同じ条件
でのSuper FLEX法(1)で得られた像強度分
布を示し、そして図25(D)は図24と同じ条件での
Super FLEX法(2)で得られた像強度分布を
示し、いずれの強度分布もベストフォーカス位置でのも
のである。このシミュレーション結果からわかるよう
に、図25(A)、(C)、(D)で得られる像は、2
つのホール像の間の強度が膜ベリ強度Ecより低いた
め、両ホール間のレジスト(ポジ型)は完全に残膜し、
両ホールのレジスト像は分離して良好に形成される。と
ころが、図25(B)に示したFLEX法では、2つの
ホール像の間の強度が十分に低くなく、両ホール間のレ
ジストが膜ベリし、良好なパターンは形成できない。す
なわち、わずかな露光量のちがいによって、2つのコン
タクトホールの像がつながってしまうこともある。この
ように孤立的なコンタクトホールパターンの投影時の焦
点深度は本発明のSFINCS法と従来のFLEX法と
では同程度の拡大効果が得られたが、近接したホールパ
ターンの解像度(忠実度)の点では本発明のSFINC
S法の方がFLEX法より優れていることがわかる。
In FIGS. 25A to 25D, two adjacent contact hole patterns PA 1 and PA 2 are shown in FIG.
5E shows the results of simulating the image intensity distributions obtained by various exposure methods when the lines are spaced apart by a center-to-center distance of 0.66 μm (on the wafer) as in FIG. Figure 25
22A shows S under the same simulation condition as FIG.
FIG. 25 (B) shows an image intensity distribution obtained by the FINCS method (present invention), FIG. 25 (B) shows an image intensity distribution obtained by the conventional FLEX method, and FIG. 25 (C) shows Super under the same conditions as FIG. FIG. 25 (D) shows the image intensity distribution obtained by the FLEX method (1), and FIG. 25 (D) shows the image intensity distribution obtained by the Super FLEX method (2) under the same conditions as in FIG. 24. It is at the best focus position. As can be seen from the results of this simulation, the images obtained in FIGS. 25 (A), (C), and (D) are 2
Since the strength between two hole images is lower than the film-verification strength Ec, the resist (positive type) between both holes is completely left,
The resist images in both holes are separated and formed well. However, in the FLEX method shown in FIG. 25 (B), the intensity between the two hole images is not sufficiently low, the resist between both holes is film-verified, and a good pattern cannot be formed. That is, the images of the two contact holes may be connected to each other due to a slight difference in the exposure amount. As described above, the depth of focus at the time of projecting an isolated contact hole pattern was obtained by the SFINCS method of the present invention and the conventional FLEX method to the same extent, but the resolution (fidelity) of adjacent hole patterns was In terms of points, the SFINC of the present invention
It can be seen that the S method is superior to the FLEX method.

【0085】尚、図25(C)、(D)のシミュレーシ
ョンでは一方のホールパターンによるリンギングのピー
ク部が他方のホールパターンの中心強度部と重なるよう
な条件で2つのホールパターンPA1 、PA2 の中心間
距離を定めたので、2つのホールパターン像の間にはリ
ンギングの影響が現れない。このことは逆に、2つのホ
ールパターンPA1 、PA2 の中心間距離が先の条件
(ウェハ上で0.66μm)と異なってくると、リンギ
ングの影響が現れることを意味する。
In the simulations of FIGS. 25C and 25D, two hole patterns PA 1 and PA 2 are provided under the condition that the peak portion of ringing due to one hole pattern overlaps with the central intensity portion of the other hole pattern. Since the center-to-center distance is determined, the ringing effect does not appear between the two hole pattern images. This means that, conversely, when the distance between the centers of the two hole patterns PA 1 and PA 2 is different from the previous condition (0.66 μm on the wafer), the effect of ringing appears.

【0086】図26は中心間距離が0.96μm(ウェ
ハ上換算)で並んだ2つのコンタクトホール像のベスト
フォーカス位置での強度分布のシミュレーション結果で
ある。図22に示した条件でのSFINCS法(本発
明)による像強度分布I23は、図26(A)のように2
つのホール像の間が十分に暗く、良好なレジストパター
ンが形成できる。ところが、図23に示した条件でのS
uper FLEX法(1)では、図26(B)の強度
分布I24のように、2つのホールパターンの夫々による
リンギングが合成(加算)されてしまい、2つのホール
像の中間に明るいサブピーク(膜ベリ強度Ec以上)が
生じ、この部分のレジストが膜ベリしてしまう。このた
め、良好なレジスト像を得ることができない。一方、図
24に示した条件でのSuper FLEX法(2)に
よって中心間距離が0.96μmの2つのホールパター
ンを投影すると、その像強度分布I25は図26(C)に
示すようになる。このように比較的効果の弱いSupe
r FLEX法(2)の場合は、リンギングが少なく膜
ベリもないため、良好なレジスト像を得ることができ
る。ところが、この条件では図24で説明した通り、本
発明でのSFINCS法に比べて十分な焦点深度拡大効
果を得ることができない。
FIG. 26 is a simulation result of the intensity distribution at the best focus position of two contact hole images arranged with the center-to-center distance of 0.96 μm (converted on the wafer). The image intensity distribution I 23 obtained by the SFINCS method (present invention) under the conditions shown in FIG. 22 is 2 as shown in FIG.
The space between two hole images is sufficiently dark, and a good resist pattern can be formed. However, S under the conditions shown in FIG.
In the upper FLEX method (1), ringing due to each of the two hole patterns is synthesized (added) like the intensity distribution I 24 in FIG. 26B, and a bright sub-peak (film) is formed in the middle of the two hole images. The verifying strength Ec or more) occurs, and the resist in this part is film-verified. Therefore, a good resist image cannot be obtained. On the other hand, when two hole patterns with a center-to-center distance of 0.96 μm are projected by the Super FLEX method (2) under the conditions shown in FIG. 24, the image intensity distribution I 25 becomes as shown in FIG. 26 (C). . In this way, Supe is relatively weak
In the case of the r FLEX method (2), a good resist image can be obtained because the ringing is small and the film is free from the film. However, under this condition, as described with reference to FIG. 24, a sufficient depth of focus expansion effect cannot be obtained as compared with the SFINCS method of the present invention.

【0087】図27は、その他の投影露光法として、投
影光学系の瞳面に瞳の実効的な半径r2 に対して0.7
07倍の半径(NAw×0.707)、すなわち瞳の実
効的な面積の約半分の面積をもつ円形遮光板のみを瞳中
心に配置したときに得られる孤立したホールパターンの
像強度分布I26を示したものである。この場合も、やは
り本来の像の周囲にリンギングが生じることになり、近
接したコンタクトホールパターンの投影露光への適用は
難しい。
FIG. 27 shows another projection exposure method in which 0.7 is used for the effective radius r 2 of the pupil on the pupil plane of the projection optical system.
Image intensity distribution I 26 of an isolated hole pattern obtained when only a circular light-shielding plate having a radius of 07 times (NAw × 0.707), that is, an area approximately half the effective area of the pupil is arranged at the center of the pupil. Is shown. In this case as well, ringing still occurs around the original image, and it is difficult to apply the contact hole patterns adjacent to each other to projection exposure.

【0088】図28は近接した複数のコンタクトホール
の例として、DRAM中のメモリーセル部に使われるコ
ンタクトホールパターンPA1 、PA2 、PA3 、PA
4 の2次元的な配列の一例を示すものである。このよう
なホールパターン群に対してSuper FLEX法を
使うと、各ホールの周囲にはリンギング(サブピーク)
Ra、Rb、Rc、Rdが生じ、それらが重なる領域R
oでは4つのリンギングの夫々のピーク強度が重なり合
うことになる。このような場合には2個のホールパター
ン(2つのリンギングが重なる)のみの場合には膜ベリ
の発生しなかった比較的効果の弱いSuper FLE
X法(2)であっても、サブピークの大きさが図26
(C)に示す状態の約2倍となり、やはり膜ベリ強度E
c以上となるため、良好なパターン転写ができなくな
る。すなわち、ウェハ上の領域Roの位置に本来レチク
ル上には存在しないホールの像(ゴースト像)を形成し
てしまうことになる。
FIG. 28 shows contact hole patterns PA 1 , PA 2 , PA 3 , PA used in a memory cell portion in a DRAM as an example of a plurality of contact holes adjacent to each other.
4 shows an example of a two-dimensional array of 4 . When the Super FLEX method is used for such a hole pattern group, ringing (sub-peak) occurs around each hole.
Ra, Rb, Rc, Rd occur, and the region R where they overlap
At o, the peak intensities of the four ringings will overlap. In such a case, in the case of only two hole patterns (two ringings overlap each other), the film VERY did not occur.
Even in the X method (2), the size of the sub-peak is as shown in FIG.
About twice as much as the state shown in (C), and again the film-verification strength E
Since it is c or more, good pattern transfer cannot be performed. That is, an image of a hole (ghost image) that originally does not exist on the reticle is formed at the position of the region Ro on the wafer.

【0089】一方、本発明によるSFINCS法であれ
ば図26(A)に示すように、2つのホールパターンの
中間の光強度分布は膜ベリ強度Ecの1/2以下である
ので、図28に示した領域Ro内では、その加算強度が
図26(A)の状態からさらに2倍となっても膜ベリ強
度Ec以下にすることができる。以上、本発明の各実施
例とその作用について説明したが、レチクルRへの照明
光ILBに特定の偏光方向を持たせるとき、その偏光方
向の適、不適を判断したり、あるいは干渉性低減部材C
CMを通過した後の結像光束の偏光状態の良否を判断す
るために、投影光学系を通った光束の一部を光電検出す
る手段をウェハステージWST上に設けてもよい。ま
た、ラインアンドスペースをもつレチクルを使用すると
きは、干渉性低減部材CCMを投影光学系PL外へ退出
させ、照明系の一部をSHRINC法に適するように交
換可能としてもよい。尚、コンタクトホールパターンの
投影露光時に干渉性低減部材CCMを用いるとともに、
SHRINC法又は輪帯照明光源等の変形照明系を併用
するようにしてもよい。その場合、露光すべきレチクル
をコンタクトホール用からラインアンドスペース用に交
換するときは、干渉性低減部材CCMのみを退出させれ
ばよい。
On the other hand, in the case of the SFINCS method according to the present invention, as shown in FIG. 26A, the light intensity distribution in the middle of the two hole patterns is 1/2 or less of the film-verification intensity Ec. In the region Ro shown, even if the added intensity further doubles from the state of FIG. Although the respective embodiments of the present invention and the operation thereof have been described above, when the illumination light ILB to the reticle R has a specific polarization direction, it is determined whether the polarization direction is appropriate or not, or the coherence reducing member. C
A means for photoelectrically detecting a part of the light flux passing through the projection optical system may be provided on the wafer stage WST in order to judge whether the polarization state of the image-forming light flux after passing through the CM is good or bad. Further, when using a reticle having a line and space, the coherence reducing member CCM may be moved out of the projection optical system PL, and a part of the illumination system may be exchanged so as to be suitable for the SHRINC method. In addition, the coherence reducing member CCM is used during the projection exposure of the contact hole pattern,
A modified illumination system such as the SHRINC method or an annular illumination light source may be used together. In that case, when the reticle to be exposed is exchanged from the contact hole to the line and space, only the coherence reducing member CCM needs to be withdrawn.

【0090】また本発明の各実施例に示した干渉性低減
部材CCMは、円形状、あるいは輪帯状の透過部又は遮
光部で構成したが、これは文字通りの形状に限られるも
のではない。例えば円形状の透過部又は遮光部は矩形を
含む多角形に、輪帯状の透過部又は遮光部はその多角形
を環状に取り囲む形状に、それぞれ変形してもよい。
Further, the coherence reducing member CCM shown in each of the embodiments of the present invention is composed of a circular or annular transmissive portion or a light shielding portion, but it is not limited to the literal shape. For example, the circular transmissive portion or the light shielding portion may be deformed into a polygon including a rectangle, and the annular transmissive portion or the light shielding portion may be deformed into a shape surrounding the polygon in an annular shape.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上、本発明によれば、コンタクトホー
ル等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、F
LEX法、あるいはSuper FLEX法と同程度に
拡大させることができるとともに、FLEX法のように
感光基板を光軸方向に移動、又は振動させることなく、
またSuper FLEX法のように複雑な複素振幅透
過率の関数をもつ空間フィルターを作成する必要もない
と言った利点がある。特に本発明では、投影光学系の瞳
面(フーリエ変換面)での空間的フィルタリングにとも
なって発生しやすいリンギング自体が十分に小さく押さ
えられるため、複数個のコンタクトホールパターンが比
較的接近して配置される場合であっても、Super
FLEX法のようにリンギングのサブピーク部の重畳に
よって生じる悪影響(ゴースト像の発生等)は皆無にな
るといった大きな効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the depth of focus during projection exposure of an isolated pattern such as a contact hole is set to F
It can be expanded to the same extent as the LEX method or the Super FLEX method, and it does not move or vibrate the photosensitive substrate in the optical axis direction unlike the FLEX method.
Further, there is an advantage that it is not necessary to prepare a spatial filter having a complex function of complex amplitude transmittance as in the Super FLEX method. In particular, in the present invention, the ringing itself, which is likely to occur due to spatial filtering on the pupil plane (Fourier transform plane) of the projection optical system, is suppressed sufficiently small, so that a plurality of contact hole patterns are arranged relatively close to each other. Even if it is
It is possible to obtain a great effect that the adverse effect (occurrence of a ghost image) caused by the superposition of the ringing sub-peak portions unlike the FLEX method is eliminated.

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

【図1】従来の投影露光方法を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional projection exposure method.

【図2】本発明の投影露光方法を実施するための原理的
な構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a principle configuration for carrying out the projection exposure method of the present invention.

【図3】本発明の露光方法により焦点深度が増大する原
理を説明する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of increasing the depth of focus by the exposure method of the present invention.

【図4】本発明の実施に好適な投影露光装置の全体的な
構成を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a projection exposure apparatus suitable for implementing the present invention.

【図5】投影光学系の部分的な構造を示す部分断面図。FIG. 5 is a partial sectional view showing a partial structure of a projection optical system.

【図6】本発明の第1の実施例による干渉性低減部材C
CMの構成を示す図。
FIG. 6 is a coherence reduction member C according to the first embodiment of the present invention.
The figure which shows the structure of CM.

【図7】本発明の第2の実施例による干渉性低減部材C
CMの構成を示す図。
FIG. 7 is a coherence reducing member C according to a second embodiment of the present invention.
The figure which shows the structure of CM.

【図8】本発明の第1、第2の実施例による干渉性低減
部材CCMのいくつかの変形例を示す図。
FIG. 8 is a view showing some modifications of the coherence reducing member CCM according to the first and second embodiments of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例による干渉性低減部材C
CMの構成を示す図。
FIG. 9 is a coherence reducing member C according to a third embodiment of the present invention.
The figure which shows the structure of CM.

【図10】本発明の第4の実施例による干渉性低減部材
CCMの構成を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a coherence reducing member CCM according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】図9に示した干渉性低減部材CCMによる結
像作用を説明する図。
FIG. 11 is a diagram for explaining an image forming action by the coherence reducing member CCM shown in FIG. 9.

【図12】図10に示した干渉性低減部材CCMによる
結像作用を説明する図。
12A and 12B are views for explaining an image forming action by the coherence reducing member CCM shown in FIG.

【図13】本発明の第5の実施例による干渉性低減部材
CCMの構成とその結像作用を説明する図。
FIG. 13 is a view for explaining the structure of a coherence reducing member CCM according to the fifth embodiment of the present invention and its imaging action.

【図14】本発明の第6の実施例による干渉性低減部材
CCMの構成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing the configuration of a coherence reducing member CCM according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第7の実施例による干渉性低減部材
CCMの構成を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a coherence reducing member CCM according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第8の実施例による構成を示し、ア
ライメント系を用いたときの投影光学系の構成を示す
図。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration according to an eighth example of the present invention, showing a configuration of a projection optical system when an alignment system is used.

【図17】本発明の第9の実施例によるミラープロジェ
クション方式のアライナーの構成を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing the structure of a mirror projection aligner according to a ninth embodiment of the present invention.

【図18】図17のアライナーに、本発明の各実施例に
よる干渉性低減部材CCMを適用した様子を示す図。
FIG. 18 is a view showing a state where the coherence reducing member CCM according to each embodiment of the present invention is applied to the aligner of FIG.

【図19】単独のホールパターンに対する本発明のSF
INCS法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフ。
FIG. 19: SF of the present invention for a single hole pattern
The graph which simulated the effect by the INCS method as image intensity distribution.

【図20】単独のホールパターンに対する従来の通常露
光法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフ。
FIG. 20 is a graph simulating the effect of the conventional normal exposure method on a single hole pattern as an image intensity distribution.

【図21】単独のホールパターンに対する従来のFLE
X法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフ。
FIG. 21: Conventional FLE for a single hole pattern
The graph which simulated the effect by X method as image intensity distribution.

【図22】単独のホールパターンに対する本発明のSF
INCS法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフ。
FIG. 22: SF of the present invention for a single hole pattern
The graph which simulated the effect by the INCS method as image intensity distribution.

【図23】単独のホールパターンに対する従来のSup
er FLEX法(1)による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフ。
FIG. 23: Conventional Sup for a single hole pattern
er is a graph in which the effect of the FLEX method (1) is simulated as an image intensity distribution.

【図24】単独のホールパターンに対する従来のSup
er FLEX法(2)による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフ。
FIG. 24: Conventional Sup for a single hole pattern
er is a graph simulating the effect of the FLEX method (2) as an image intensity distribution.

【図25】2個の接近したホールパターンに対する各種
露光法による効果を像強度分布としてシュミレーション
したグラフ。
FIG. 25 is a graph simulating the effect of various exposure methods on two close hole patterns as an image intensity distribution.

【図26】接近した2個のホールパターンの間隔を図2
5の場合と変えたときの各種露光法による効果を像強度
分布としてシュミレーションしたグラフ。
FIG. 26 shows the distance between two hole patterns that are close to each other.
The graph which simulated the effect by various exposure methods when changing from the case of 5, and was made as image intensity distribution.

【図27】瞳の中心に円形遮光部のみを設けたときに、
単独のホールパターンの像強度分布にリンギングが生じ
ることを示すグラフ。
[FIG. 27] When only a circular light-shielding portion is provided in the center of the pupil,
6 is a graph showing that ringing occurs in the image intensity distribution of a single hole pattern.

【図28】2次元的に分布したコンタクトホールパター
ンとリンギングの発生位置との関係を示す図。
FIG. 28 is a diagram showing a relationship between two-dimensionally distributed contact hole patterns and ringing generation positions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R・・・レチクル W・・・ウェハ PL・・・投影光学系 AX・・・光軸 PA、PA1 、PA2 ・・・ホールパターン CCM・・・干渉性低減部材 FA・・・円形状透過部 FB・・・輪帯状透過部 ILB・・・照明光R ... Reticle W ... Wafer PL ... Projection optical system AX ... Optical axes PA, PA 1 , PA 2 ... Hole pattern CCM ... Coherence reducing member FA ... Circular transmission Part FB: annular transmissive part ILB: illumination light

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
板上に結像投影する投影光学系とを備えた投影露光装置
において、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする円形領域内に分布する結像光とその外側の領域に
分布する結像光との間の干渉性を低減させる干渉性低減
手段を備えたことを特徴とする投影露光装置。
1. An illuminating means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with an illuminating light for exposure, and an image of the pattern is projected onto a sensitive substrate by injecting light generated from the pattern of the mask. In a projection exposure apparatus including a projection optical system for performing a Fourier transform plane in an image forming optical path between the mask and the sensitive substrate, or a plane near the Fourier transform plane, or a plane near the Fourier transform plane. Coherence reducing means for reducing coherence between the imaging light distributed in a circular area centered on the optical axis of the projection optical system and the imaging light distributed in an area outside thereof are provided. And a projection exposure apparatus.
【請求項2】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感応基
板上に結像投影する投影光学系とを備えた投影露光装置
において、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
エ変換面、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする輪帯状領域内に分布する結像光と該輪帯状領域の
内側、又は外側に分布する結像光との間の干渉性を低減
させる干渉性低減手段を備えたことを特徴とする投影露
光装置。
2. An illuminating means for irradiating a mask on which a fine pattern is formed with an illuminating light for exposure, and a light generated from the pattern of the mask is incident to project an image of the pattern on a sensitive substrate. In a projection exposure apparatus including a projection optical system for performing a Fourier transform plane in an image forming optical path between the mask and the sensitive substrate, or a plane near the Fourier transform plane, a plane on the Fourier transform plane, or a plane near the Fourier transform plane. Coherence for reducing coherence between the imaging light distributed in the annular zone centered on the optical axis of the projection optical system and the imaging light distributed inside or outside the annular zone. A projection exposure apparatus comprising a reducing means.
【請求項3】孤立した微細なホール用パターンの複数個
が形成されたマスクを、所定の入射角度範囲をもつ露光
用の照明光で一様に照射し、前記マスクからの光を投影
光学系を介して感光基板上に結像光束として投射するこ
とにより、前記複数個のホール用パターンの各投影像を
前記感光基板上に露光する方法において、 前記投影光学系内のフーリエ変換面、もしくはその近傍
面に分布する結像光束を、前記投影光学系の光軸を中心
とする円形状領域と、その外側を取り囲む輪帯状領域と
に分割したとき、前記円形状領域と輪帯状領域の夫々を
透過して前記感光基板に達する結像光束の間の光路長
を、前記照明光のコヒーレント長以上に異ならせる干渉
性低減部材を前記投影光学系内に設けるとともに、前記
投影光学系内のフーリエ変換面の実効的な開口面積に対
して前記円形状領域の面積をほぼ半分にした状態で、前
記ホール用パターンの投影像を露光することを特徴とす
る露光方法。
3. A projection optical system in which a mask having a plurality of isolated minute hole patterns is uniformly irradiated with exposure illumination light having a predetermined incident angle range, and the light from the mask is projected. In the method of exposing each projected image of the plurality of hole patterns onto the photosensitive substrate by projecting as an image-forming light beam onto the photosensitive substrate via, a Fourier transform plane in the projection optical system, or When the image-forming light flux distributed on the near surface is divided into a circular area centered on the optical axis of the projection optical system and a ring-shaped area surrounding the outside, each of the circular area and the ring-shaped area is divided. A coherence reducing member that makes the optical path length between the image-forming light fluxes that pass through and reaches the photosensitive substrate more than the coherent length of the illumination light is provided in the projection optical system, and a Fourier transform surface in the projection optical system is provided. of An exposure method, which comprises exposing the projected image of the hole pattern in a state where the area of the circular region is approximately halved with respect to the effective opening area.
【請求項4】孤立した微細なホール用パターンの複数個
が形成されたマスクを、所定の入射角度範囲をもつ露光
用の照明光で一様に照射し、前記マスクからの光を投影
光学系を介して感光基板上に結像光束として投射するこ
とにより、前記複数個のホール用パターンの各投影像を
前記感光基板上に露光する方法において、 前記投影光学系内のフーリエ変換面、もしくはその近傍
面に分布する結像光束を、前記投影光学系の光軸を中心
とする円形状領域とその外側を少なくとも2重に取り囲
むn個の輪帯状領域とに分割したとき、前記円形状領域
とn個の輪帯状領域のうち少なくとも2つの領域の夫々
を透過して前記感光基板に達する結像光束の間の光路長
を、前記照明光のコヒーレント長以上に異ならせる干渉
性低減部材を前記投影光学系内に設けるとともに、前記
少なくとも2つの領域の夫々の面積をほぼ等しくした状
態で、前記ホール用パターンの投影像を露光することを
特徴とする露光方法。
4. A mask having a plurality of isolated fine hole patterns is uniformly irradiated with exposure illumination light having a predetermined incident angle range, and the light from the mask is projected into an optical projection system. In the method of exposing each projected image of the plurality of hole patterns onto the photosensitive substrate by projecting as an image-forming light beam onto the photosensitive substrate via, a Fourier transform plane in the projection optical system, or When the image-forming light flux distributed on the near surface is divided into a circular region centered on the optical axis of the projection optical system and n ring-shaped regions surrounding the outside at least doubly, the circular region The projection optical means includes a coherence reducing member that makes the optical path length between the image-forming light fluxes that reach the photosensitive substrate through at least two regions of the n ring-shaped regions different by at least the coherent length of the illumination light. Within the system And exposing the projected image of the hole pattern in a state where the areas of the at least two regions are made substantially equal to each other.
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