JPH0729816A - Projection aligner and fabrication of semiconductor element employing it - Google Patents

Projection aligner and fabrication of semiconductor element employing it

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JPH0729816A
JPH0729816A JP5196908A JP19690893A JPH0729816A JP H0729816 A JPH0729816 A JP H0729816A JP 5196908 A JP5196908 A JP 5196908A JP 19690893 A JP19690893 A JP 19690893A JP H0729816 A JPH0729816 A JP H0729816A
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JP
Japan
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light source
optical system
wafer
projection optical
conjugate
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JP5196908A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Hayata
滋 早田
Kazuhiro Takahashi
和弘 高橋
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70066Size and form of the illuminated area in the mask plane, e.g. reticle masking blades or blinds

Abstract

PURPOSE:To transfer the pattern of a reticle easily with high revolving power onto the surface of a wafer by providing means for measuring the incident angle of a light beam, coming from a position conjugate to a secondary light source, to the surface of a substrate thereby monitoring the inclination angle of wafer main light beam accurately. CONSTITUTION:A light emitting section 1a, a second focal point 4, and the incident plane 6a of an optical integrator 6 are substantially in a conjugate relationship. A masking blade 10, a reticle 12, and a wafer 15 are also in a conjugate relationship. Furthermore, the diaphragm and the pupil plane 14 of a projection optical system 13 are substantially in a conjugate relationship. A pattern on the surface of the reticle 12 is reduction projected onto the surface of the wafer 15. The inclination angle of wafer main light beam is determined from the distance between the centers of effective light source images on and off the optical axis formed on the pupil plane 14 of the projection optical system 13.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、具体的には半導体
素子の製造装置である所謂ステッパーにおいて、レチク
ル面上のパターンを適切に照明し高い解像力が容易に得
られるようにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus and a semiconductor element manufacturing method using the same, and more specifically, a so-called stepper, which is a semiconductor element manufacturing apparatus, appropriately illuminates a pattern on a reticle surface. High resolution can be easily obtained.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は1MDRAM の半導体素子の製造を境にサ
ブミクロンの解像力を有する微細加工の技術まで達して
いる。解像力を向上させる手段として、これまで多くの
場合、露光波長を固定して光学系のNA(開口数)を大
きくしていく方法を用いていた。
2. Description of the Related Art The recent progress in manufacturing technology of semiconductor devices is remarkable, and accompanying it, the progress of fine processing technology is remarkable.
In particular, the optical processing technology has reached the level of microfabrication technology with submicron resolution, with the production of 1M DRAM semiconductor devices as the boundary. In many cases, a method of fixing the exposure wavelength and increasing the NA (numerical aperture) of the optical system has been used as a means for improving the resolution.

【0003】しかし最近では露光波長をg線からi線に
変えて超高圧水銀灯を用いた露光法により解像力を向上
させる試みも種々と行なわれている。又、エキシマレー
ザーに代表される、更に短い波長の光を用いることによ
り解像力の向上を図る方法が種々と提案されている。短
波長の光を用いる効果は一般に波長に反比例する効果を
持っていることが知られており、波長を短くした分だけ
焦点深度は深くなる。
Recently, however, various attempts have been made to improve the resolution by changing the exposure wavelength from g-line to i-line and using an exposure method using an ultra-high pressure mercury lamp. In addition, various methods have been proposed for improving the resolution by using light of a shorter wavelength, which is represented by an excimer laser. It is known that the effect of using light having a short wavelength generally has an effect that is inversely proportional to the wavelength, and the depth of focus becomes deeper as the wavelength becomes shorter.

【0004】この他、本出願人はレチクル面上への照明
方法を変えることにより、即ちそれに応じて投影光学系
の瞳面上に形成される光強度分布(有効光源分布)を種
々と変えることにより、より解像力を高めた露光方法及
びそれを用いた投影露光装置を、例えば特願平3−28
631号(平成3年2月22日出願)で提案している。
In addition to this, the present applicant changes the illumination method on the reticle surface, that is, changes the light intensity distribution (effective light source distribution) formed on the pupil surface of the projection optical system accordingly. Thus, an exposure method with a higher resolution and a projection exposure apparatus using the same are disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 3-28.
No. 631 (filed on February 22, 1991).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】実際の半導体集積回路
の製造工程は、パターンの高い解像性能が必要とされる
工程、それほどパターンの解像性能は必要とされない工
程と種々様々である。又、レチクル面上に形成されてい
るパターン形状も水平方向、垂直方向の他に斜方向と種
々の形状のパターンがある。この為、パターン形状に応
じた種々の照明方法(変形照明法)がとられている。
There are various actual manufacturing processes of a semiconductor integrated circuit, such as a process requiring a high pattern resolution performance and a process not requiring such a pattern resolution performance. Further, the pattern shape formed on the reticle surface includes various horizontal and vertical patterns as well as oblique patterns. For this reason, various illumination methods (deformed illumination methods) are adopted according to the pattern shape.

【0006】一方、投影露光装置で用いている投影光学
系は両テレセントリック光学系、又は片側テレセントリ
ック光学系より成り、ウエハの側において主光線(2次
光源の中心、オプティカルインテグレーターの中心又は
絞りの中心を通る光線)が垂直に入射する(この時の主
光線の入射角度を以下“ウエハ主光線傾き角”と呼
ぶ)。このとき主光線がウエハに垂直に入射しないとデ
ィストーション等の諸収差の影響により投影パターン像
の画質が低下してくる。
On the other hand, the projection optical system used in the projection exposure apparatus comprises a bi-telecentric optical system or a single-sided telecentric optical system, and the principal ray (the center of the secondary light source, the center of the optical integrator, or the center of the diaphragm) on the wafer side. (Light ray passing through) is vertically incident (the incident angle of the principal ray at this time is hereinafter referred to as “wafer principal ray inclination angle”). At this time, unless the chief ray is incident vertically on the wafer, the image quality of the projected pattern image is deteriorated due to the influence of various aberrations such as distortion.

【0007】パターン形状により、照明方法を種々と切
り換えて照明する変形照明法を用いた場合、被照射面上
で生じる照度ムラをとる方法として、例えば照明系のズ
ーム機能を作動させる方法がある。この時ウエハ主光線
傾き角が垂直とならずに種々と変化してくる場合があ
る。
When a modified illumination method is used in which the illumination method is switched between various illumination methods depending on the pattern shape, as a method for eliminating the illuminance unevenness that occurs on the illuminated surface, for example, there is a method of operating the zoom function of the illumination system. At this time, the inclination angle of the chief ray of the wafer may not be vertical but may change variously.

【0008】しかしながら、簡易な構成により像性能に
大きく影響するウエハ主光線傾き角を精度良く測定し、
モニターすることは大変難しいという問題点があった。
However, the inclination angle of the chief ray of the wafer, which greatly affects the image performance, is accurately measured with a simple structure,
There was a problem that it was very difficult to monitor.

【0009】本発明はウエハ主光線傾き角を簡易な構成
により精度良くモニターすることにより、レチクル面上
のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写
することができる投影露光装置及びそれを用いた半導体
素子の製造方法の提供を目的とする。
The present invention is a projection exposure apparatus and a projection exposure apparatus capable of easily exposing and transferring a pattern on a reticle surface onto a wafer surface with a high resolution by accurately monitoring a tilt angle of a chief ray of a wafer with a simple structure. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 (1−1)光源からの光束を照明系により被照射面上の
パターンを照明し、該パターンを投影光学系により基板
面上に投影し露光する際、該照明系は該光源からの光束
を集光して2次光源を形成し、該2次光源を該投影光学
系の瞳面近傍に結像する光学系と、該投影光学系の瞳面
と共役な面内において、該2次光源と共役な位置から射
出する光線の該基板面への入射角度を測定する検出手段
とを有していることを特徴としている。
The projection exposure apparatus of the present invention is (1-1) illuminating a light beam from a light source with a lighting system to a pattern on a surface to be illuminated, and projecting the pattern onto a substrate surface with a projection optical system. The optical system that condenses the light flux from the light source to form a secondary light source when the image is projected and exposed on the optical system, and forms an image of the secondary light source in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system; It is characterized in that it has a detecting means for measuring an incident angle of a light ray emitted from a position conjugate with the secondary light source on the substrate surface in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system.

【0011】特に、前記検出手段は、前記被照射面の近
傍又は該被照射面と共役な面付近に設けたピンホールと
該ピンホールを介した光を検出する為に、前記投影光学
系の瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有しているこ
とや、前記検出手段は、前記基板面の近傍に設けたピン
ホールと該ピンホールを介した光を検出する為に、前記
投影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有し
ていること等を特徴としている。
In particular, the detecting means detects a pinhole provided in the vicinity of the surface to be illuminated or a surface conjugate with the surface to be illuminated, and the light passing through the pinhole in order to detect light from the projection optical system. Having a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane, and the detection means, in order to detect the light through the pinhole and the pinhole provided in the vicinity of the substrate surface, It is characterized in that it has a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system.

【0012】又、本発明の半導体素子の製造方法として
は、 (1−2)光源からの光束を照明系により集光してレチ
クル面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系
によりウエハ面上に投影し露光した後に、該ウエハを現
像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該照明系
は該光源からの光束を集光して2次光源を形成し、該2
次光源を該投影光学系の瞳面近傍に結像しており、該投
影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出手段により該
2次光源と共役な位置から射出する光線の該基板面への
入射角度を測定していることを特徴としている。
Further, as a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, (1-2) a light flux from a light source is condensed by an illumination system to illuminate a pattern on a reticle surface, and the pattern is projected on a wafer by a projection optical system. After the wafer is projected on the surface and exposed to light, when the wafer is subjected to a developing process to manufacture a semiconductor device, the illumination system collects a light beam from the light source to form a secondary light source,
An image of the secondary light source is formed in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system, and the detection means provided in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system detects the light rays emitted from a position conjugate with the secondary light source. The feature is that the incident angle to the substrate surface is measured.

【0013】特に、前記検出手段は、前記被照射面の近
傍又は該被照射面と共役な面付近に設けたピンホールと
該ピンホールを介した光を検出する為に、前記投影光学
系の瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有しているこ
とや、前記検出手段は、前記基板面の近傍に設けたピン
ホールと該ピンホールを介した光を検出する為に、前記
投影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有し
ていること等を特徴としている。
In particular, the detecting means detects a pinhole provided in the vicinity of the surface to be illuminated or near a surface conjugate with the surface to be illuminated, and the light passing through the pinhole, in order to detect light from the projection optical system. Having a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane, and the detection means, in order to detect the light through the pinhole and the pinhole provided in the vicinity of the substrate surface, It is characterized in that it has a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図であ
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the present invention.

【0015】図中、2は楕円鏡である。1は光源として
の発光管であり、紫外線及び遠紫外線等を放射する高輝
度の発光部1aを有している。発光部1aは楕円鏡2の
第1焦点近傍に配置している。3はコールドミラーであ
り、多層膜より成り、大部分の赤外光を透過すると共に
大部分の紫外光を反射させている。楕円鏡2はコールド
ミラー3を介して第2焦点4近傍に発光部1aの発光部
像(光源像)1bを形成している。
In the figure, 2 is an elliptical mirror. Reference numeral 1 denotes a light emitting tube as a light source, which has a light emitting portion 1a of high brightness that emits ultraviolet rays, far ultraviolet rays, and the like. The light emitting unit 1a is arranged near the first focus of the elliptical mirror 2. Reference numeral 3 denotes a cold mirror, which is composed of a multilayer film and transmits most of infrared light and reflects most of ultraviolet light. The elliptic mirror 2 forms a light emitting portion image (light source image) 1b of the light emitting portion 1a in the vicinity of the second focal point 4 via the cold mirror 3.

【0016】5はレンズ系であり、コンデンサーレンズ
やズームレンズ等から成り、第2焦点4近傍に形成した
発光部像1bをオプティカルインテグレータ6の入射面
6aに結像させている。オプティカルインテグレータ6
は複数の微小レンズ(ハエの眼レンズ)6−i(i=1
〜N)を2次元的に所定のピッチで配列して構成してお
り、その射出面6b近傍に2次光源を形成している。
Reference numeral 5 denotes a lens system, which is composed of a condenser lens, a zoom lens, and the like, and forms a light emitting portion image 1b formed in the vicinity of the second focal point 4 on the incident surface 6a of the optical integrator 6. Optical integrator 6
Is a plurality of minute lenses (fly's eye lens) 6-i (i = 1
To N) are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch, and a secondary light source is formed near the exit surface 6b.

【0017】7は絞りであり、通常の絞りや、図2
(A),(B)に示すような投影レンズ13の瞳面14
上の光強度分布を変化させる輪帯照明用絞り7aや4重
極照明用絞り7b等から成っている。7pはアクチエー
ターであり、絞り7を切り替えている。本実施例では、
絞り7を交換することにより照明方法を種々と切り替え
ている。
Reference numeral 7 denotes an aperture, which is a normal aperture and FIG.
The pupil plane 14 of the projection lens 13 as shown in (A) and (B)
It is composed of an aperture stop for annular illumination 7a for changing the above light intensity distribution, an aperture stop for quadrupole illumination 7b, and the like. Reference numeral 7p is an actuator, which switches the diaphragm 7. In this embodiment,
By changing the diaphragm 7, various illumination methods are switched.

【0018】8は集光レンズ(コンデンサーレンズ)で
ある。集光レンズ8は照明方法を切り替えた時の、後述
するレチクル面上の照度ムラを補正する為にズーム系よ
り構成している。オプティカルインテグレータ6の射出
面6b近傍の2次光源から射出した複数の光束は集光レ
ンズ8で集光され、ミラー9で反射させてマスキングブ
レード10に指向し、該マスキングブレード10面を均
一に照明している。マスキングブレード10は複数の可
動の遮光板より成り、任意の開口形状が形成されるよう
にしている。
Reference numeral 8 is a condenser lens (condenser lens). The condenser lens 8 is composed of a zoom system in order to correct illuminance unevenness on the reticle surface, which will be described later, when the illumination method is switched. A plurality of light beams emitted from the secondary light source near the emission surface 6b of the optical integrator 6 are condensed by the condenser lens 8, reflected by the mirror 9 and directed to the masking blade 10, and the surface of the masking blade 10 is uniformly illuminated. is doing. The masking blade 10 is composed of a plurality of movable light shielding plates so that an arbitrary opening shape is formed.

【0019】11は結像レンズ(コンデンサーレンズ)
であり、マスキングブレード10の開口形状を被照射面
としてのレチクル12面に転写し、被照射面としてのレ
チクル12面上の必要な領域を均一に照明している。
Reference numeral 11 denotes an imaging lens (condenser lens)
That is, the opening shape of the masking blade 10 is transferred to the surface of the reticle 12 as the irradiation surface, and the necessary area on the surface of the reticle 12 as the irradiation surface is uniformly illuminated.

【0020】13は投影光学系(投影レンズ)であり、
レチクル12面上の回路パターンをウエハチャックに載
置したウエハ(基板)15面上に縮小投影している。1
4は投影光学系13の瞳面である。集光レンズ8と結像
レンズ11は射出面6bを投影光学系13の瞳面14に
結像させる光学系を構成している。
Reference numeral 13 is a projection optical system (projection lens),
The circuit pattern on the surface of the reticle 12 is reduced and projected onto the surface of the wafer (substrate) 15 placed on the wafer chuck. 1
Reference numeral 4 is a pupil plane of the projection optical system 13. The condenser lens 8 and the imaging lens 11 form an optical system that forms an image on the exit surface 6b on the pupil plane 14 of the projection optical system 13.

【0021】本実施例においては、発光部1aと第2焦
点4とオプティカルインテグレータ6の入射面6aが略
共役関係となっている。又、マスキングブレード10と
レチクル12とウエハ15が共役関係となっている。
又、絞り7と投影光学系13の瞳面14とが略共役関係
となっている。
In the present embodiment, the light emitting portion 1a, the second focal point 4 and the incident surface 6a of the optical integrator 6 have a substantially conjugate relationship. Further, the masking blade 10, the reticle 12, and the wafer 15 are in a conjugate relationship.
Further, the diaphragm 7 and the pupil plane 14 of the projection optical system 13 have a substantially conjugate relationship.

【0022】本実施例では以上のような構成により、レ
チクル12面上のパターンをウエハ15面上に縮小投影
露光している。そして所定の現像処理過程を経て半導体
素子を製造している。
In the present embodiment, with the above-described structure, the pattern on the surface of the reticle 12 is reduced and projected onto the surface of the wafer 15 by reduction projection exposure. Then, a semiconductor device is manufactured through a predetermined developing process.

【0023】本実施例では、ウエハ主光線傾き角を投影
光学系13の瞳面14上における光軸上の有効光源像と
軸外の有効光源像の中心間の距離より求めている。
In this embodiment, the inclination angle of the chief ray of the wafer is determined from the distance between the centers of the effective light source image on the optical axis and the off-axis effective light source image on the pupil plane 14 of the projection optical system 13.

【0024】次に、投影光学系13の瞳面14の有効光
源像の測定方法について説明する。
Next, a method of measuring an effective light source image on the pupil plane 14 of the projection optical system 13 will be described.

【0025】本実施例においては、有効光源像を測定す
る時はレチクル12を光路中よりどけるか、又はレチク
ルと同じ厚さのガラスで作られ光を透過する所謂ダミー
レチクルを取付けている。又、ウエハ15も光路中より
どけている。
In this embodiment, when measuring an effective light source image, the reticle 12 is moved away from the optical path, or a so-called dummy reticle made of glass having the same thickness as the reticle and transmitting light is attached. Further, the wafer 15 is also moved out of the optical path.

【0026】図1において、101はウエハ15の位置
付近に置かれた有効光源像測定用のピンホールであり、
ピンホール101はアクチエーター102により有効光
源像を測定したい位置に自由に動かすことができるよう
に構成している。100は有効光源像を検出する為の検
出器であり、アクチエーター103により、ピンホール
101の動きにともない動かすことができるように構成
している。
In FIG. 1, 101 is a pinhole placed near the position of the wafer 15 for measuring an effective light source image,
The pinhole 101 is configured so that the actuator 102 can freely move the effective light source image to a desired position. Reference numeral 100 is a detector for detecting an effective light source image, and is configured so that it can be moved by an actuator 103 as the pinhole 101 moves.

【0027】ピンホールカメラの原理により、瞳面14
の像が検出器100面上に形成される。このとき検出器
100をウエハ光軸14a方向にずらすことによって、
有効光源像の大きさ(倍率)を変えることができる。こ
のようにして瞳面14と共役な面に設けた検出器100
で有効光源像の分布を測定している。
Due to the principle of the pinhole camera, the pupil plane 14
Image is formed on the surface of the detector 100. At this time, by shifting the detector 100 in the direction of the wafer optical axis 14a,
The size (magnification) of the effective light source image can be changed. In this way, the detector 100 provided on the plane conjugate with the pupil plane 14
To measure the distribution of the effective light source image.

【0028】本実施例では、ピンホール101の位置を
動かすことにより、軸上及び軸外のいろいろな位置での
有効光源像を測定している。このときピンホール101
の移動に合わせて、検出器100も動かしている。検出
器100はピンホール101の下側に置かれ、下側ほど
有効光源像の大きさは大きくなる。
In this embodiment, the position of the pinhole 101 is moved to measure the effective light source image at various positions on the axis and off the axis. Pinhole 101 at this time
The detector 100 is also moved in accordance with the movement of. The detector 100 is placed below the pinhole 101, and the size of the effective light source image increases toward the bottom.

【0029】測定される有効光源の像はオプティカルイ
ンテグレーター6を構成する個々のハエの目レンズの像
から構成している。
The image of the effective light source to be measured is composed of the images of the individual fly's eye lenses constituting the optical integrator 6.

【0030】検出器100として、例えばCCD等の2
次元検出器を用いれば一度に有効光源像分布を測定する
ことができる。又、測定領域の小さな検出器を用いてウ
エハ15面と平行な面内をスキャンして有効光源像分布
を測定しても良い。
As the detector 100, for example, 2 such as CCD
If a dimension detector is used, the effective light source image distribution can be measured at one time. Further, the effective light source image distribution may be measured by scanning the inside of a plane parallel to the wafer 15 surface using a detector having a small measurement area.

【0031】検出器100はウエハ15上のピンホール
101の位置に対応して、ウエハ面に平行な面内で移動
させている。これにより、軸上及び軸外のいろいろな位
置での有効光源像が測定できるようにしている。
The detector 100 is moved in a plane parallel to the wafer surface corresponding to the position of the pinhole 101 on the wafer 15. As a result, effective light source images can be measured at various positions on and off the axis.

【0032】本実施例では、有効光源像を求める際に
は、先ず図1の絞り7を図3(B)に示すような中心マ
ーク入りの絞り7cに交換している。このとき、その中
心マークから来る光が主光線となる。有効光源像の中心
は、その中心マークの位置を検出器100で測定して求
めている。中心マーク入りの絞り7cとしては、ワイヤ
等で十字線を張ったものや、薄いガラスに中心マークを
つけたものを用いている。
In this embodiment, when obtaining an effective light source image, the diaphragm 7 in FIG. 1 is first replaced with a diaphragm 7c having a center mark as shown in FIG. 3B. At this time, the light coming from the center mark becomes the chief ray. The center of the effective light source image is obtained by measuring the position of the center mark with the detector 100. As the diaphragm 7c with a center mark, a cross-shaped wire is drawn with a wire or the like, or a thin glass with a center mark is used.

【0033】又、中心マーク入りの絞りを用いなくて
も、有効光源像の中心を求めることができる。例えば有
効光源像はハエの目レンズを構成する微小レンズによる
像から構成されており、個々の微小レンズの像には楕円
ミラー2の開口部が見えている。ハエの目レンズの中心
と楕円ミラー2の開口部の中心は略一致しており、楕円
ミラー2の開口部の中心は暗くなっているので、これよ
り容易に有効光源像の中心を判定することができる。
Further, the center of the effective light source image can be obtained without using a stop having a center mark. For example, the effective light source image is composed of the images of the minute lenses forming the fly-eye lens, and the opening of the elliptical mirror 2 is visible in the image of each minute lens. Since the center of the fly-eye lens and the center of the opening of the elliptical mirror 2 are substantially coincident with each other and the center of the opening of the elliptical mirror 2 is dark, the center of the effective light source image can be easily determined from this. You can

【0034】ウエハ主光線傾き角は、次のようにして求
めている。
The tilt angle of the chief ray of the wafer is determined as follows.

【0035】図3において、ウエハ15面の相当位置に
置かれた軸上と軸外のピンホール101間の距離をa、
ピンホール101と検出器100との距離をbとし、そ
れぞれのピンホールによりできる有効光源像(中心絞り
の像)の中心間の距離Lを測定する。
In FIG. 3, the distance between the on-axis and off-axis pinholes 101 placed on the surface of the wafer 15 is represented by a,
Let b be the distance between the pinhole 101 and the detector 100, and measure the distance L between the centers of the effective light source images (images of the central diaphragm) formed by the respective pinholes.

【0036】このとき、ウエハ主光線傾き角φは φ= tan-1((L−a)/b) で求めている。At this time, the wafer principal ray tilt angle φ is determined by φ = tan −1 ((La−a) / b).

【0037】尚、本実施例では、検出器100によりウ
エハ主光線傾き角φの他に、有効光源分布・形状、ウエ
ハに到達する光量(露光量に対応)等も測定している。
In this embodiment, the detector 100 measures not only the wafer principal ray tilt angle φ, but also the effective light source distribution / shape, the amount of light reaching the wafer (corresponding to the exposure amount), and the like.

【0038】例えば、有効光源像の形状を求める場合
は、図3(B)の有効光源像の長径L1またはL2を測
定して求めている。CCD等の2次元検出器を用いれば
一度にL1,L2を測定することができる。又、測定領
域の小さな検出器を用いて、それを動かすことによりL
1,L2を測定しても有効光源像の形状を測定すること
ができる。
For example, when obtaining the shape of the effective light source image, the major axis L1 or L2 of the effective light source image of FIG. 3B is measured and obtained. If a two-dimensional detector such as CCD is used, L1 and L2 can be measured at one time. Also, by using a detector with a small measurement area and moving it, L
The shape of the effective light source image can be measured even by measuring 1 and L2.

【0039】本実施例では、光源1として水銀ランプ等
の高圧ランプを用いた場合を示したが、例えばエキシマ
レーザ等の紫外線光源を用いても良い。
Although a high pressure lamp such as a mercury lamp is used as the light source 1 in this embodiment, an ultraviolet light source such as an excimer laser may be used.

【0040】図4は本発明の実施例2の一部分の要部概
略図である。図中、図1で示した要素と同一要素には同
符番を付している。
FIG. 4 is a schematic view of a part of a second embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0041】本実施例は、図1の実施例1に比べてピン
ホール100をウエハ面15の代わりにレチクル12面
付近に配置して、有効光源像を検出器100で測定して
いる点が異なっており、その他の構成は同じである。
In this embodiment, the pinhole 100 is arranged near the reticle 12 surface instead of the wafer surface 15 and the effective light source image is measured by the detector 100 as compared with the first embodiment shown in FIG. They are different, and other configurations are the same.

【0042】本実施例では、図1の実施例1と同様にピ
ンホール101をレチクル12面と平行な面内で移動さ
せて、軸上及び軸外のいろいろな位置での有効光源像を
測定し、これよりウエハ主光線傾き角φを求めている。
尚、ピンホール101の移動に対応して検出器100も
移動させている。
In this embodiment, the pinhole 101 is moved in a plane parallel to the surface of the reticle 12 in the same manner as in Embodiment 1 of FIG. 1 to measure the effective light source images at various on-axis and off-axis positions. Then, the wafer principal ray tilt angle φ is obtained from this.
The detector 100 is also moved corresponding to the movement of the pinhole 101.

【0043】図5は本発明の実施例3の一部分の要部概
略図である。図中、図1で示した要素と同一要素には同
符番を付している。
FIG. 5 is a schematic view of a part of a third embodiment of the present invention. In the figure, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0044】本実施例は、図1の実施例1に比べて結像
レンズ11とレチクル12との間にハーフミラー104
を配置し、該ハーフミラー104で反射した光束を利用
してピンホール101と検出器100で有効光源像を測
定し、ウエハ主光線傾き角φを求めている点が異なって
おり、その他の構成は同じである。
This embodiment is different from Embodiment 1 in FIG. 1 in that a half mirror 104 is provided between the imaging lens 11 and the reticle 12.
Is arranged, and the effective light source image is measured by the pinhole 101 and the detector 100 by using the light flux reflected by the half mirror 104, and the inclination angle φ of the principal ray of the wafer is obtained. Are the same.

【0045】図5において、ピンホール101はレチク
ル2と略共役な位置に配置している。そして図1の実施
例1と同様にして、ピンホールカメラの原理により、検
出器100で有効光源像を測定している。ピンホール1
01はレチクル12面と光学的に平行な面内において移
動させて軸上及び軸外のいろいろな位置での有効光源像
を測定している。尚、ピンホール101の移動に対応し
て検出器100も移動させている。
In FIG. 5, the pinhole 101 is arranged at a position substantially conjugate with the reticle 2. Then, in the same manner as in Example 1 of FIG. 1, the detector 100 measures an effective light source image by the principle of the pinhole camera. Pinhole 1
01 is moved in a plane optically parallel to the surface of the reticle 12 to measure effective light source images at various positions on and off the axis. The detector 100 is also moved corresponding to the movement of the pinhole 101.

【0046】本実施例では、ウエハ主光線傾き角は直接
測定することができない。そこで、レチクル相当位置で
主光線が傾く角度を測定することにより、ウエハにどの
ような角度で主光線が入射するかを求めている。例えば
図3において、あるウエハ位置において、主光線が垂直
に入射する為には相当するレチクル位置において、ある
角度θで主光線を入射させなければならないとする(こ
れは投影レンズの光線追跡をすれば容易にわかる)。従
って、この角度θからのズレを測定することにより、ウ
エハ主光線傾き角を求めている。
In this embodiment, the tilt angle of the chief ray of the wafer cannot be directly measured. Therefore, by measuring the angle at which the principal ray is tilted at the position corresponding to the reticle, the angle at which the principal ray is incident on the wafer is determined. For example, in FIG. 3, at a certain wafer position, in order for the chief ray to be incident vertically, at a corresponding reticle position, the chief ray must be incident at an angle θ (this is because the ray tracing of the projection lens is skipped). It's easy to see). Therefore, the tilt angle of the chief ray of the wafer is obtained by measuring the deviation from this angle θ.

【0047】尚、本実施例においても、有効光源像の測
定手段によりウエハ主光線傾き角の他に、有効光源分布
・形状、ウエハに到達する光量(露光量に対応)等も測
定している。次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
Also in this embodiment, the effective light source image measuring means measures not only the wafer principal ray tilt angle but also the effective light source distribution / shape, the amount of light reaching the wafer (corresponding to the exposure amount), and the like. . Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the above-described projection exposure apparatus will be described.

【0048】図6は半導体デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやCCD等)の製造の
フローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバ
イスの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)で
は設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
FIG. 6 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (semiconductor chip such as IC or LSI, liquid crystal panel, CCD or the like). In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask manufacturing), a mask having the designed circuit pattern is manufactured.

【0049】一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by a lithography technique using the mask and the wafer prepared above.

【0050】次のステップ5(組立て)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ
5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
The next step 5 (assembly) is called a post-process, which is a process of forming a semiconductor chip using the wafer manufactured in step 4, an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation). Etc. are included. In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0051】図7は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。
FIG. 7 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 13 (electrode formation), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted in the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer.

【0052】ステップ16(露光)では上記説明した露
光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露
光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現
像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジ
スト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト
剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを
取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによ
って、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed and exposed on the wafer by the above-described exposure apparatus. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), parts other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that is no longer needed after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0053】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device, which has been difficult to manufacture in the past.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、ウエハ主光線傾き角を高精度に測定
し、レチクル面上の各種のパターンをウエハ面上に高い
解像力で容易に露光転写することができる投影露光装置
及びそれを用いた半導体素子の製造方法を達成すること
ができる。
According to the present invention, by setting each element as described above, the inclination angle of the chief ray of the wafer can be measured with high accuracy, and various patterns on the reticle surface can be easily formed on the wafer surface with high resolution. It is possible to achieve a projection exposure apparatus capable of performing exposure and transfer onto a substrate and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0055】特に、投影パターン像の像性能に大きく影
響を与えるウエハ主光線傾き角を正確にモニターでき
る。特にズームレンズ機能、プリズム交換機能、絞り交
換機能等を持つ複数の照明モードを持つ照明系において
は、それぞれの照明モードが希望するようなウエハ主光
線傾き角を持つかどうかをモニターできる。
In particular, the inclination angle of the chief ray of the wafer, which greatly affects the image performance of the projected pattern image, can be accurately monitored. Particularly in an illumination system having a plurality of illumination modes having a zoom lens function, a prism exchanging function, an aperture exchanging function, etc., it is possible to monitor whether or not each of the illumination modes has a desired wafer chief ray tilt angle.

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

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

【図2】 図1の絞りの説明図FIG. 2 is an explanatory view of the diaphragm shown in FIG.

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

【図4】 本発明の実施例2の一部分の要部概略図FIG. 4 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例3の一部分の要部概略図FIG. 5 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の半導体素子の製造方法のフローチャ
ート
FIG. 6 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の半導体素子の製造方法のフローチャ
ート
FIG. 7 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 楕円鏡 3 コールドミラー 5 レンズ系 6 オプティカルインテグレータ 7 絞り 7a 虹彩絞り 8 集光レンズ 9 ミラー 9a ハーフミラー 10 マスキングブレード 11 結像レンズ 12 レチクル 13 投影光学系 14 瞳面 15 レチクル 100 検出器 101 ピンホール 1 Light source 2 Elliptical mirror 3 Cold mirror 5 Lens system 6 Optical integrator 7 Aperture 7a Iris diaphragm 8 Condensing lens 9 Mirror 9a Half mirror 10 Masking blade 11 Imaging lens 12 Reticle 13 Projection optical system 14 Pupil surface 15 Reticle 100 Detector 101 Pinhole

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光束を照明系により被照射面
上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系により
基板面上に投影し露光する際、該照明系は該光源からの
光束を集光して2次光源を形成し、該2次光源を該投影
光学系の瞳面近傍に結像する光学系と、該投影光学系の
瞳面と共役な面内において、該2次光源と共役な位置か
ら射出する光線の該基板面への入射角度を測定する検出
手段とを有していることを特徴とする投影露光装置。
1. When a light beam from a light source is illuminated by an illumination system onto a pattern on a surface to be illuminated and the pattern is projected onto a substrate surface by a projection optical system for exposure, the illumination system reflects the light beam from the light source. An optical system that condenses light to form a secondary light source and forms an image of the secondary light source near the pupil plane of the projection optical system, and the secondary light source in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system. And a detection unit that measures an incident angle of a light beam emitted from a conjugate position with the substrate surface.
【請求項2】 前記検出手段は、前記被照射面の近傍又
は該被照射面と共役な面付近に設けたピンホールと該ピ
ンホールを介した光を検出する為に、前記投影光学系の
瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有していることを
特徴とする請求項1の投影露光装置。
2. The projection means of the projection optical system for detecting a pinhole provided in the vicinity of the illuminated surface or near a surface conjugate with the illuminated surface and light passing through the pinhole. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane.
【請求項3】 前記検出手段は、前記基板面の近傍に設
けたピンホールと該ピンホールを介した光を検出する為
に、前記投影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出器
とを有していることを特徴とする請求項1の投影露光装
置。
3. The detection means is provided in a plane conjugate with a pupil plane of the projection optical system for detecting a pinhole provided in the vicinity of the substrate surface and light passing through the pinhole. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 光源からの光束を照明系により集光して
レチクル面上のパターンを照明し、該パターンを投影光
学系によりウエハ面上に投影し露光した後に、該ウエハ
を現像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該照
明系は該光源からの光束を集光して2次光源を形成し、
該2次光源を該投影光学系の瞳面近傍に結像しており、
該投影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出手段によ
り該2次光源と共役な位置から射出する光線の該基板面
への入射角度を測定していることを特徴とする半導体素
子の製造方法。
4. A wafer is subjected to a developing treatment step after a light flux from a light source is condensed by an illumination system to illuminate a pattern on a reticle surface, the pattern is projected onto a wafer surface by a projection optical system and exposed. When manufacturing a semiconductor device via the illumination system, the illumination system collects a light flux from the light source to form a secondary light source,
Forming an image of the secondary light source near the pupil plane of the projection optical system,
A semiconductor element characterized in that an incident angle of a light beam emitted from a position conjugate with the secondary light source on the substrate surface is measured by a detecting means provided in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system. Manufacturing method.
【請求項5】 前記検出手段は、前記被照射面の近傍又
は該被照射面と共役な面付近に設けたピンホールと該ピ
ンホールを介した光を検出する為に、前記投影光学系の
瞳面と共役な面内に設けた検出器とを有していることを
特徴とする請求項4の半導体素子の製造方法。
5. The projection means of the projection optical system for detecting a pinhole provided in the vicinity of the illuminated surface or near a surface conjugate with the illuminated surface and the light passing through the pinhole. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a detector provided in a plane conjugate with the pupil plane.
【請求項6】 前記検出手段は、前記基板面の近傍に設
けたピンホールと該ピンホールを介した光を検出する為
に、前記投影光学系の瞳面と共役な面内に設けた検出器
とを有していることを特徴とする請求項4の半導体素子
の製造方法。
6. The detection means is provided in a plane conjugate with a pupil plane of the projection optical system for detecting a pinhole provided in the vicinity of the substrate surface and light passing through the pinhole. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a container.
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