JPH0770471B2 - Projection exposure method and apparatus - Google Patents
Projection exposure method and apparatusInfo
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- JPH0770471B2 JPH0770471B2 JP4046905A JP4690592A JPH0770471B2 JP H0770471 B2 JPH0770471 B2 JP H0770471B2 JP 4046905 A JP4046905 A JP 4046905A JP 4690592 A JP4690592 A JP 4690592A JP H0770471 B2 JPH0770471 B2 JP H0770471B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
デバイス製造用の高精度な結像性能が要求される投影露
光装置に関し、特に投影光学系の結像性能の維持に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor integrated circuits and liquid crystal devices, which requires high-precision image forming performance, and more particularly to maintaining the image forming performance of a projection optical system.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の回路パターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、通常レチク
ル(マスク)に形成されたパターンを基板(半導体ウエ
ハやガラスプレート等)上に転写する方法が採用され
る。基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置(例えばステッパー等)で
は、レチクルパターンの像が投影光学系を介してウエハ
上に結像投影される。2. Description of the Related Art In a photolithography process for forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like, a method of transferring a pattern formed on a reticle (mask) onto a substrate (semiconductor wafer, glass plate, etc.) is usually adopted. It A photosensitive photoresist is coated on the substrate, and the circuit pattern is transferred to the photoresist according to the irradiation light image, that is, the pattern shape of the transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper or the like), an image of a reticle pattern is image-projected on a wafer via a projection optical system.
【0003】この種の装置においては、レチクル上のパ
ターンが存在する面のフーリエ変換面となる照明光学系
の面(以後、照明光学系の瞳面と称す)、もしくはその
近傍の面内において、照明光束を照明光学系の光軸を中
心としたほぼ円形(あるいは矩形)に制限してレチクル
を照明する構成を採っていた。このため、照明光束はレ
チクルに対してほぼ垂直に近い角度で入射していた。ま
た、この装置に使用されるレチクル(石英等のガラス基
板)上には、照明光束に対する透過率がほぼ100%で
ある透過部(レチクル裸面部)と、透過率がほぼ0%で
ある遮光部(クロム等)とで構成された回路パターンが
描かれていた。In this type of apparatus, in the plane of the illumination optical system (hereinafter referred to as the pupil plane of the illumination optical system), which is the Fourier transform plane of the plane on which the pattern on the reticle exists, or in the plane in the vicinity thereof, The illumination light flux is limited to a substantially circular shape (or a rectangular shape) about the optical axis of the illumination optical system to illuminate the reticle. Therefore, the illumination light flux is incident on the reticle at an angle that is almost vertical. Further, on a reticle (a glass substrate such as quartz) used in this apparatus, a transmissive portion (reticle bare surface portion) having a transmittance of almost 100% for an illumination light flux and a light shielding portion having a transmittance of almost 0%. A circuit pattern composed of (chrome etc.) was drawn.
【0004】さて、上記のようにレチクルに照射された
照明光束はレチクルパターンにより回折され、パターン
からは0次回折光と±1次回折光とが発生する。これら
の回折光は投影光学系により集光され、ウエハ上に干渉
縞、すなわちレチクルパターンの像が形成される。この
とき、0次回折光と±1次回折光とのなす角θ(レチク
ル側)は、露光光の波長をλ(μm)、投影光学系のレ
チクル側開口数をNAとすると、 sinθ=λ/Pにより
決まる。Now, the illumination light beam irradiated on the reticle as described above is diffracted by the reticle pattern, and 0th order diffracted light and ± 1st order diffracted light are generated from the pattern. These diffracted lights are condensed by the projection optical system and an interference fringe, that is, an image of a reticle pattern is formed on the wafer. At this time, the angle θ (reticle side) formed by the 0th order diffracted light and the ± 1st order diffracted light is sin θ = λ / P, where λ (μm) is the wavelength of the exposure light and NA is the reticle side numerical aperture of the projection optical system. Determined by
【0005】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、さらに sinθが投影光学系のレチ
クル側開口数(NA)よりも大きくなると、±1次回折
光はレチクルパターンのフーリエ変換面となる投影光学
系の面(以後、投影光学系の瞳面と称す)の有効径で制
限され、投影光学系を透過できなくなる。つまり、ウエ
ハ上には0次回折光のみしか到達せず、干渉縞(パター
ンの像)は生じないことになる。従って、上記の如き従
来の露光方法において、前述の透過部と遮光部のみから
なるレチクル(以後、通常レチクルと称す)を使用する
場合、ウエハ上に解像できるレチクルパターンの微細度
(最小パターンピッチ)Pは、 sinθ=NAより、P≒
λ/NAなる関係式で与えられる。By the way, if the pattern pitch becomes finer,
If sin θ becomes larger and sin θ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA) of the projection optical system, the ± 1st-order diffracted light becomes the Fourier transform surface of the reticle pattern. It is limited by the effective diameter of the surface) and cannot pass through the projection optical system. In other words, only the 0th-order diffracted light reaches the wafer, and no interference fringe (pattern image) is generated. Therefore, in the conventional exposure method as described above, when a reticle consisting of only the above-mentioned transmissive portion and light-shielding portion (hereinafter referred to as a normal reticle) is used, the fineness of the reticle pattern that can be resolved on the wafer (minimum pattern pitch ) P is P ≈ P from sin θ = NA
It is given by the relational expression λ / NA.
【0006】これより、最小パターンサイズはピッチP
の半分であるから、最小パターンサイズは0.5×λ/
NA程度となるが、実際のフォトリソグラフィ工程では
ウエハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、
またはフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の
焦点深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パ
ターンサイズは、k×λ/NAとして表される。ここ
で、kはプロセス係数と呼ばれ、通常0.6〜0.8程
度である。Therefore, the minimum pattern size is the pitch P.
Therefore, the minimum pattern size is 0.5 × λ /
Although it is about NA, in the actual photolithography process, the influence of the wafer curvature, the step difference of the wafer due to the process,
Alternatively, some depth of focus is required due to the thickness of the photoresist itself. Therefore, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k × λ / NA. Here, k is called a process coefficient and is usually about 0.6 to 0.8.
【0007】以上のことから、従来の露光方法において
より微細なパターンを露光転写するためには、より短い
波長の露光光源を使用するか、あるいはより開口数の大
きな投影光学系を使用する必要があった。しかしなが
ら、露光光源を現在より短波長化(例えば200nm以
下)することは、透過光学部材として使用可能な適当な
光学材料が存在しないこと、大光量の得られる安定した
光源がないこと等の理由により現時点では困難である。
また、投影光学系の開口数は現状でも既に理論的限界に
近く、これ以上の大開口化はほぼ絶望的である。仮に現
状以上の大開口化が可能であるとしても、±λ/NA 2
で定まる焦点深度は開口数の増加に伴って急激に減少す
るため、実使用に必要な焦点深度がより小さくなり、実
用的な露光装置となり得ないといった問題がある。From the above, in the conventional exposure method
Shorter for exposing and transferring finer patterns
Wavelength exposure light source, or higher numerical aperture
It was necessary to use a fine projection optical system. But Naga
Have a shorter wavelength of the exposure light source (for example, 200 nm or less).
Below) is suitable for use as a transmissive optical member.
Absence of optical material, stable with high light output
It is difficult at this point due to the lack of a light source.
Also, the numerical aperture of the projection optical system is already at the theoretical limit.
It is almost hopeless that a larger aperture will be created soon. Tentative
± λ / NA even if a larger aperture than the shape is possible 2
The depth of focus, which is determined by, decreases sharply as the numerical aperture increases.
Therefore, the depth of focus required for actual use will be smaller,
There is a problem that it cannot be a general purpose exposure apparatus.
【0008】そこで、レチクルの回路パターンの透過部
分のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過
部からの透過光に対してπ(rad) だけずらす、位相シフ
ター(誘電体薄膜等)を備えた位相シフトレチクルを使
用することも提案されている。位相シフトレチクルにつ
いては、例えば特公昭62−50811号公報に開示さ
れており、この位相シフトレチクルを使用すると、通常
レチクルを使用する場合に比べてより微細なパターンの
転写が可能となる。すなわち、解像力を向上させる効果
がある。この位相シフトレチクルを使用する場合には、
照明光学系の開口数(コヒーレンスファクターσ)の最
適化が必要となる。尚、位相シフトレチクルについては
これまでに種々の方式が提案されているが、代表的なも
のは空間周波数変調型、シフター遮光型、エッジ強調型
である。Therefore, a phase shifter (dielectric thin film) for shifting the phase of the transmitted light from a specific portion of the transmitted portion of the circuit pattern of the reticle by π (rad) with respect to the transmitted light from other transparent portions. It has also been proposed to use a phase shift reticle with The phase shift reticle is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 62-50811, and the use of this phase shift reticle makes it possible to transfer a finer pattern than in the case of using a normal reticle. That is, there is an effect of improving the resolution. When using this phase shift reticle,
The numerical aperture (coherence factor σ) of the illumination optical system needs to be optimized. Various types of phase shift reticles have been proposed so far, but typical ones are a spatial frequency modulation type, a shifter light shielding type, and an edge emphasis type.
【0009】また、最近では照明条件の最適化、あるい
は露光方法の工夫等によって微細パターンの転写を可能
とする試みがなされており、例えば特定線幅のパターン
に対して最適な照明光学系の開口数(σ値)と投影光学
系の開口数(N.A.)との組み合わせをパターン線幅毎に
選択することによって、解像度や焦点深度を向上させる
方法が提案されている。さらに、照明光学系の瞳面、も
しくはその近傍面内における照明光束の光量分布を輪帯
状に規定し、レチクルパターンに照明光束を照射する輪
帯照明法、あるいはレチクルパターンの周期性に対応し
て特定方向から照明光束を所定角度だけ傾斜させて照射
する傾斜照明法等も提案されている。しかしながら、以
上のいずれの方法においても、全てのレチクルパター
ン、すなわちその線幅や形状に対して有効であるのでは
なく、レチクルまたはそのパターン毎に最適な照明方法
や条件を選択する必要があり、投影露光装置としては照
明光学系における照明条件(σ値等)を可変とする構造
が必要となる。[0009] Recently, attempts have been made to enable transfer of fine patterns by optimizing the illumination conditions or devising the exposure method. There has been proposed a method of improving resolution and depth of focus by selecting a combination of a numerical value (σ value) and a numerical aperture (NA) of a projection optical system for each pattern line width. Furthermore, the light quantity distribution of the illumination light flux on the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity of the pupil plane is regulated in a ring-shaped manner, and the ring-shaped illumination method that illuminates the reticle pattern with the illumination light flux, or the periodicity of the reticle pattern is supported. There is also proposed an inclined illumination method or the like in which an illumination light beam is inclined from a specific direction and emitted at a predetermined angle. However, in any of the above methods, it is not effective for all reticle patterns, that is, the line width and shape thereof, and it is necessary to select an optimum illumination method or condition for each reticle or its pattern, The projection exposure apparatus requires a structure that allows the illumination conditions (σ value, etc.) in the illumination optical system to be variable.
【0010】ところで投影露光装置においては、近年ま
すます投影光学系の結像特性を高精度に一定値に維持す
ることが要求されるようになってきており、このため様
々な結像特性の補正方法が提案され実用化されている。
この中でも特に投影光学系の露光光吸収による結像特性
の変動を補正する方法については、例えば特開昭60−
78454号公報に開示されている。この開示された方
法では、投影光学系への露光光の入射に伴って投影光学
系に蓄積されるエネルギー量(熱量)を逐次計算し、こ
の蓄積エネルギー量による結像特性の変化量を求め、所
定の補正機構により結像特性を微調整するものが提案さ
れている。この補正機構としては、例えば投影光学系を
構成する複数のレンズエレメントのうち2つのレンズエ
レメントに挟まれた空間を密封し、この密封空間の圧力
を調整する方式等がある。By the way, in the projection exposure apparatus, in recent years, it has become more and more required to maintain the image forming characteristics of the projection optical system at a constant value with high accuracy. Therefore, various image forming characteristics are corrected. A method has been proposed and put to practical use.
Among them, the method for correcting the fluctuation of the image forming characteristic due to the absorption of the exposure light of the projection optical system is disclosed in, for example, JP-A-60-
It is disclosed in Japanese Patent No. 78454. In the disclosed method, the amount of energy (amount of heat) accumulated in the projection optical system along with the incidence of exposure light on the projection optical system is sequentially calculated, and the change amount of the imaging characteristic due to the accumulated energy amount is obtained, It has been proposed to finely adjust the imaging characteristics by a predetermined correction mechanism. As this correction mechanism, for example, there is a method of sealing a space sandwiched by two lens elements of a plurality of lens elements forming a projection optical system and adjusting the pressure of the sealed space.
【0011】以上のように補正される結像特性は、主に
投影倍率、焦点位置、歪曲収差等であるが、より高精度
に結像特性を維持する必要がある投影露光装置では、こ
れら以外の結像特性、例えば補正が困難で、かつ蓄積エ
ネルギー量(熱蓄積量)等に応じた変動量があまり大き
くないので、従来ではその補正が行われていなかった像
面湾曲等にも着目している。すなわち、露光光吸収によ
る投影光学系の熱蓄積量に対応した結像特性の変化量が
所定量を越えないように予め熱蓄積量の制限値(基準
値)を決めておき、ステップアンドリピート方式でレチ
クルパターンをウエハに順次露光していく際は、投影光
学系の熱蓄積量が基準値を越えた時点で露光動作を停止
し、この熱蓄積量が基準値以下となるまで露光動作を禁
止(停止)し続ける方法が提案されている。具体的に
は、上記公報に開示された手法と全く同様に、露光光の
入射に伴って投影光学系に蓄積される熱蓄積量を逐次計
算にて求め、1ショット露光毎、もしくはウエハ交換毎
に計算にて算出された熱蓄積量と予め定められた基準値
とを比較することで、次ショットへの露光を行うか否か
を判定している。The image forming characteristics corrected as described above mainly include the projection magnification, the focus position, the distortion aberration, etc., but in the projection exposure apparatus which needs to maintain the image forming characteristics with higher accuracy, other than these. Since it is difficult to correct the image-forming characteristics, and the fluctuation amount according to the accumulated energy amount (heat accumulated amount) is not so large, attention is paid also to the field curvature etc. which has not been conventionally corrected. ing. That is, a limit value (reference value) of the heat accumulation amount is determined in advance so that the amount of change in the imaging characteristic corresponding to the heat accumulation amount of the projection optical system due to the absorption of exposure light does not exceed a predetermined amount, and the step-and-repeat method is used. When sequentially exposing the reticle pattern on the wafer with, the exposure operation is stopped when the heat accumulation amount of the projection optical system exceeds the reference value, and the exposure operation is prohibited until this heat accumulation amount becomes less than the reference value. A method to continue (stop) has been proposed. Specifically, exactly the same as the method disclosed in the above publication, the heat accumulation amount accumulated in the projection optical system due to the incidence of exposure light is sequentially calculated, and it is calculated for each one-shot exposure or each wafer exchange. By comparing the heat storage amount calculated by the calculation with the predetermined reference value, it is determined whether or not the exposure to the next shot is performed.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の如
き従来技術において、前述の如く照明光学系の照明条件
を変更する場合、あるいは位相シフトレチクルを使用す
る場合、投影光学系の内部、特に瞳面近傍(のレンズエ
レメント)ではその透過光量の分布が変化し得る。瞳面
近傍ではもともと照明光が集中して通過するため、ここ
での光量分布が変化すると、投影光学系の照明光吸収に
よる結像特性の変動に大きな影響を及ぼす、すなわち結
像特性の変化特性(変化率、時定数等)も変化すること
になる。つまり、投影光学系に入射する照明光のエネル
ギー量の総和(すなわち熱蓄積量)が等しくとも、照明
条件毎に結像特性の変化特性が異なり、同一の基準値の
もとでもその収差量が互いに異なり得る。このため、上
述の如く照明条件を変更していく場合、露光動作の実
行、禁止を判定するための基準値が一定値として存在せ
ず、従来の方法をそのまま適用することができないの
で、照明条件によっては結像特性が悪化したり、逆に収
差量が所定量を越えていないのに必要以上に露光動作を
禁止して生産性(スループット)が低下するという問題
点があった。However, in the prior art as described above, when the illumination condition of the illumination optical system is changed as described above, or when the phase shift reticle is used, the inside of the projection optical system, especially the vicinity of the pupil plane, is used. In (lens element), the distribution of the amount of transmitted light can change. Since the illumination light originally concentrates and passes near the pupil plane, a change in the light amount distribution here has a large effect on the fluctuation of the imaging characteristics due to the absorption of the illumination light of the projection optical system. (Rate of change, time constant, etc.) will also change. That is, even if the total amount of energy of the illumination light incident on the projection optical system (that is, the amount of accumulated heat) is the same, the change characteristic of the image formation characteristic is different for each illumination condition, and the aberration amount is the same even under the same reference value. Can be different from each other. For this reason, when the illumination conditions are changed as described above, the reference value for determining the execution or prohibition of the exposure operation does not exist as a constant value, and the conventional method cannot be applied as it is. Depending on the situation, there is a problem that the image forming characteristic is deteriorated, and conversely, the exposure operation is prohibited more than necessary and the productivity (throughput) is lowered even though the aberration amount does not exceed the predetermined amount.
【0013】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、レチクルやレチクルパターン(種類、周期性、
微細度等)に対応して照明条件(照明光学系の開口数、
すなわちσ値、投影光学系の開口数、輪帯照明、傾斜照
明等)を変更しても、必要以上にスループットを低下さ
せることなく、常に高精度の結像特性のもとで感光基板
に対するパターン露光を行うことができる投影露光装置
を得ることを目的としている。The present invention has been made in consideration of the above points. The reticle and the reticle pattern (type, periodicity,
Illumination conditions (numerical aperture of illumination optical system,
That is, even if the σ value, the numerical aperture of the projection optical system, the annular illumination, the tilted illumination, etc.) is changed, the pattern on the photosensitive substrate is always kept under the highly accurate imaging characteristics without lowering the throughput more than necessary. The object is to obtain a projection exposure apparatus that can perform exposure.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、光源(1)からの照明光(I
L)でマスク(R)を照射する照明光学系(1〜12)
と、マスク(R)のパターンの像を感光基板(W)上に
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(R)のパターン像を所定の結像状態で
投影するために、照明光(IL)の入射による投影光学
系(PL)の熱蓄積量、もしくは熱蓄積量又は環境変化
により生じる投影光学系(PL)の光学特性の変化量と
所定の基準値とに基づいて、感光基板に対する露光動作
の開始又は停止を制御する露光制御手段(50)と、照
明光学系の瞳面(フーリエ変換面)における照明光(I
L)の分布状態、感光基板(W)上に投影すべきマスク
上のパターン、及び投影光学系(PL)の開口数の少な
くとも1つを変更することにより、投影光学系(PL)
の瞳面(Ep)における光束の分布状態を変化させる露
光条件変更手段(可変開口絞り8、32、可変ブライン
ド10、ターレット板7及び駆動系54、又はマスクの
交換機構)と、投影光学系(PL)の瞳面(Ep)にお
ける光束の分布状態の変化に応じて基準値を変更する手
段(50)とを設けることとした。In order to solve such a problem, in the present invention, the illumination light (I) from the light source (1) is used.
Illumination optical system (1-12) for irradiating the mask (R) with L)
And a projection optical system (PL) for projecting the image of the pattern of the mask (R) onto the photosensitive substrate (W), the pattern image of the mask (R) is projected in a predetermined image formation state. In order to achieve this, the amount of heat accumulated in the projection optical system (PL) due to the incidence of the illumination light (IL), or the amount of change in the optical characteristics of the projection optical system (PL) caused by the amount of heat accumulation or environmental changes, and a predetermined reference value Exposure control means (50) for controlling the start or stop of the exposure operation on the photosensitive substrate, and the illumination light (I) on the pupil plane (Fourier transform plane) of the illumination optical system.
By changing at least one of the distribution state of L), the pattern on the mask to be projected on the photosensitive substrate (W), and the numerical aperture of the projection optical system (PL), the projection optical system (PL)
Exposure condition changing means (variable aperture diaphragms 8 and 32, variable blind 10, turret plate 7 and drive system 54, or mask exchange mechanism) for changing the distribution state of the light flux on the pupil plane (Ep) of the projection optical system ( A means (50) for changing the reference value according to the change of the distribution state of the light flux on the pupil plane (Ep) of PL) is provided.
【0015】[0015]
【作用】本発明においては、マスクまたはそのパターン
に対応して照明条件を変更したときに、露光動作の開
始、禁止を判定するための投影光学系の熱蓄積量の基準
値を、変更された照明条件のもとでの最適な値に変更す
ることとした。従って、照明条件を変更しても、必要以
上にスループットを低下させることなく、しかも常に投
影光学系の結像特性を良好に維持することが可能とな
る。In the present invention, when the illumination condition is changed in accordance with the mask or its pattern, the reference value of the heat storage amount of the projection optical system for judging the start or prohibition of the exposure operation is changed. It was decided to change to an optimum value under the lighting conditions. Therefore, even if the illumination condition is changed, it is possible to maintain good imaging characteristics of the projection optical system without lowering the throughput more than necessary.
【0016】[0016]
【実施例】図1は本発明の実施例による投影露光装置の
概略的な構成を示す平面図である。図1において、超高
圧水銀ランプ1はレジスト層を感光するような波長域の
照明光(i線等)ILを発生する。露光用照明光源1と
しては、水銀ランプ等の輝線の他、KrF、ArFエキ
シマレーザ等のレーザ光源、あるいは金属蒸気レーザや
YAGレーザの高調波等を用いても構わない。照明光I
Lは楕円鏡2で反射してその第2焦点f0 に集光した
後、コールドミラー5、及びコリメータレンズ等を含む
集光光学系6を介してオプチカルインテグレータ(フラ
イアイレンズ群)7Aに入射する。フライアイレンズ群
7Aの射出面(レチクル側焦点面)近傍には、照明光学
系の開口数NAILを可変とするための可変開口絞り8が
配置されている。ここで、フライアイレンズ群7Aは、
そのレチクル側焦点面がレチクルパターンのフーリエ変
換面(瞳共役面)とほぼ一致するように、光軸AXと垂
直な面内方向に配置されている。また、第2焦点f0 の
近傍には、モータ4によって照明光ILの光路の閉鎖、
開放を行うシャッター(例えば4枚羽根のロータリーシ
ャッター)3が配置される。1 is a plan view showing a schematic structure of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the ultra-high pressure mercury lamp 1 generates illumination light (i-line or the like) IL in a wavelength range that exposes the resist layer. As the exposure illumination light source 1, a bright line such as a mercury lamp, a laser light source such as a KrF or ArF excimer laser, or a harmonic wave of a metal vapor laser or a YAG laser may be used. Illumination light I
L is reflected by the elliptical mirror 2 and condensed at its second focal point f 0 , and then enters the optical integrator (fly-eye lens group) 7A via the cold mirror 5 and the condensing optical system 6 including a collimator lens and the like. To do. A variable aperture stop 8 for varying the numerical aperture NA IL of the illumination optical system is arranged near the exit surface (reticle side focal plane) of the fly-eye lens group 7A. Here, the fly-eye lens group 7A is
The focal plane on the reticle side is arranged in the in-plane direction perpendicular to the optical axis AX so that the focal plane on the reticle substantially coincides with the Fourier transform plane (pupil conjugate plane) of the reticle pattern. In the vicinity of the second focal point f 0 , the motor 4 closes the optical path of the illumination light IL,
A shutter (for example, a four-blade rotary shutter) 3 for opening is arranged.
【0017】尚、本実施例においてはフライアイレンズ
群7Aを含む複数のフライアイレンズ群(図2)が保持
部材(回転ターレット板)7に設けられており、駆動系
54によって任意のフライアイレンズ群が交換可能に照
明光路中に配置されるように構成されている。従って、
可変開口絞り8とともに、複数のフライアイレンズ群を
交換可能に構成することによって、レチクルの種類やパ
ターンの周期性等に応じて照明条件を変更することが可
能となっている(詳細後述)。In the present embodiment, a plurality of fly-eye lens groups (FIG. 2) including a fly-eye lens group 7A are provided on the holding member (rotary turret plate) 7, and a drive system 54 allows an arbitrary fly-eye lens group. The lens group is configured to be replaceably arranged in the illumination optical path. Therefore,
By configuring the plurality of fly-eye lens groups to be replaceable together with the variable aperture stop 8, it is possible to change the illumination condition according to the type of reticle, the periodicity of the pattern, etc. (details will be described later).
【0018】フライアイレンズ群7Aを射出した照明光
ILは、リレーレンズ9、11、可変ブラインド10、
及びメインコンデンサーレンズ12を通過してミラー1
3に至り、ここでほぼ垂直に下方に反射された後、レチ
クルRのパターン領域PAをほぼ均一な照度で照明す
る。可変ブラインド10の面はレチクルRと共役関係に
あるので、モータ(不図示)により可変ブラインド10
を構成する複数枚の可動ブレードを開閉させて開口部の
大きさ、形状を変えることによって、レチクルRの照明
視野を任意に設定することができる。レチクルRはレチ
クルホルダ14に保持され、レチクルホルダ14は伸縮
可能な複数(図1では2つのみ図示)の駆動素子29に
よって、水平面内で2次元移動可能なレチクルステージ
RS上に載置されている。従って、駆動素子制御部53
によって駆動素子29の各伸縮量を制御することによっ
て、レチクルRを光軸方向に平行移動させるとともに、
光軸と垂直な面に対して任意方向に傾斜させることが可
能となっている。詳しくは後で述べるが、上記構成によ
って投影光学系の結像特性、特に糸巻型や樽型のディス
トーションを補正することができる。尚、レチクルRは
パターン領域PAの中心点が光軸AXと一致するように
位置決めされる。The illumination light IL emitted from the fly-eye lens group 7A is relay lenses 9 and 11, a variable blind 10,
And the mirror 1 passing through the main condenser lens 12.
3, the pattern area PA of the reticle R is illuminated with a substantially uniform illuminance after being reflected almost vertically downward. Since the surface of the variable blind 10 has a conjugate relationship with the reticle R, the variable blind 10 can be moved by a motor (not shown).
By changing the size and shape of the opening by opening and closing the plurality of movable blades constituting the reticle, the illumination visual field of the reticle R can be arbitrarily set. The reticle R is held by the reticle holder 14, and the reticle holder 14 is mounted on the reticle stage RS which can be two-dimensionally moved in a horizontal plane by a plurality of expandable and contractible drive elements 29 (only two of which are shown in FIG. 1). There is. Therefore, the drive element controller 53
The reticle R is translated in the optical axis direction by controlling the amount of expansion and contraction of the drive element 29 by.
It can be tilted in any direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis. As will be described in detail later, the above-described configuration can correct the image forming characteristics of the projection optical system, in particular, the pincushion type and barrel type distortions. The reticle R is positioned so that the center point of the pattern area PA coincides with the optical axis AX.
【0019】さて、パターン領域PAを通過した照明光
ILは、両側テレセントリックな投影光学系PLに入射
し、投影光学系PLはレチクルRの回路パターンの投影
像を、表面にレジスト層が形成され、その表面が最良結
像面とほぼ一致するように保持されたウエハW上の1つ
のショット領域に重ね合わせて投影(結像)する。尚、
本実施例では投影光学系PLを構成する一部のレンズエ
レメント、すなわち図1中では20と21、22との各
々を、駆動部53により独立に駆動することが可能とな
っており、投影光学系PLの結像特性、例えば投影倍
率、ディストーション等を補正することができる(詳細
後述)。また、投影光学系PLの瞳面Ep、もしくはそ
の近傍面内には可変開口絞り32が設けられており、こ
れによって投影光学系PLの開口数NAを変更できるよ
うに構成されている。The illumination light IL that has passed through the pattern area PA enters the projection optical system PL that is telecentric on both sides, and the projection optical system PL forms a projected image of the circuit pattern of the reticle R on which a resist layer is formed. Projection (imaging) is performed by superimposing it on one shot area on the wafer W held so that its surface is substantially coincident with the best imaging plane. still,
In this embodiment, some of the lens elements constituting the projection optical system PL, that is, each of 20, 21 and 22 in FIG. It is possible to correct the imaging characteristics of the system PL, such as projection magnification and distortion (details will be described later). Further, a variable aperture stop 32 is provided in the pupil plane Ep of the projection optical system PL, or in a plane in the vicinity thereof, so that the numerical aperture NA of the projection optical system PL can be changed.
【0020】ウエハWはウエハホルダ(θテーブル)1
6に真空吸着され、このホルダ16を介してウエハステ
ージWS上に保持されている。ウエハステージWSは、
モータ17により投影光学系PLの最良結像面に対して
任意方向に傾斜可能で、かつ光軸方向(Z方向)に微動
可能であるとともに、ステップ・アンド・リピート方式
で2次元移動可能に構成されており、ウエハW上の1つ
のショット領域に対するレチクルRの転写露光が終了す
ると、次のショット位置までステッピングされる。尚、
ウエハステージWSの構成等については、例えば特開昭
62−274201号公報に開示されている。ウエハス
テージWSの端部には干渉計18からのレーザビームを
反射する移動鏡19が固定されており、ウエハステージ
WSの2次元的な位置は干渉計18によって、例えば
0.01μm程度の分解能で常時検出される。The wafer W is a wafer holder (θ table) 1
6 is vacuum-sucked and held on the wafer stage WS via the holder 16. The wafer stage WS is
The motor 17 can be tilted in any direction with respect to the best image plane of the projection optical system PL, can be finely moved in the optical axis direction (Z direction), and can be two-dimensionally moved by a step-and-repeat method. When the transfer exposure of the reticle R onto one shot area on the wafer W is completed, the stepping is performed to the next shot position. still,
The structure of the wafer stage WS is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-274201. A movable mirror 19 that reflects the laser beam from the interferometer 18 is fixed to the end of the wafer stage WS, and the two-dimensional position of the wafer stage WS is determined by the interferometer 18 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. Always detected.
【0021】また、ウエハステージWS上には照射量モ
ニタ(光電センサ)33がウエハWの表面位置とほぼ一
致するように設けられている。光電センサ33は、例え
ば投影光学系PLのイメージフィールド、またはレチク
ルパターンの投影領域とほぼ同じ面積の受光面を備えた
光検出器で構成され、この照射量に関する光情報を主制
御装置50に出力する。この光情報は、照明光の入射に
伴って投影光学系PLに蓄積されるエネルギー量に対応
した結像特性の変化量(収差量)を求めるための基礎デ
ータとなる。Further, an irradiation amount monitor (photoelectric sensor) 33 is provided on the wafer stage WS so as to substantially coincide with the surface position of the wafer W. The photoelectric sensor 33 is composed of, for example, a photodetector having a light-receiving surface having substantially the same area as the image field of the projection optical system PL or the projection area of the reticle pattern, and outputs optical information regarding this irradiation amount to the main controller 50. To do. This light information serves as basic data for obtaining the amount of change (aberration amount) in the imaging characteristics corresponding to the amount of energy accumulated in the projection optical system PL with the incidence of illumination light.
【0022】さらに、図1中には投影光学系PLの最良
結像面に向けてピンホール、あるいはスリットの像を形
成するための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向よ
り供給する照射光学系30と、その結像光束のウエハW
の表面での反射光束をビームを介して受光する受光光学
系31から成る斜入射方式の焦点検出系が設けられてい
る。この焦点検出系の構成等については、例えば特開昭
60−168112号公報に開示されており、ウエハ表
面の結像面に対する上下方向(Z方向)の位置を検出
し、ウエハWと投影光学系PLとの合焦状態を検出する
ものである。Further, in FIG. 1, an image forming light beam for forming an image of a pinhole or a slit toward the best image forming surface of the projection optical system PL is supplied obliquely with respect to the optical axis AX. Irradiation optical system 30 and wafer W of its image forming light beam
An oblique-incidence type focus detection system including a light-receiving optical system 31 that receives a light beam reflected by the surface of the light via the beam is provided. The configuration of this focus detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-168112, and the position of the wafer surface in the vertical direction (Z direction) with respect to the image plane is detected to detect the wafer W and the projection optical system. The in-focus state with PL is detected.
【0023】尚、本実施例では結像面が零点基準となる
ように、予め受光光学系31の内部に設けられた不図示
の平行平板ガラス(プレーンパラレル)の角度が調整さ
れ、焦点検出系のキャリブレーションが行われるものと
する。また、例えば特開昭58−113706号公報に
開示されているような水平位置検出系を用いる、あるい
は投影光学系PLのイメージフィールド内の任意の複数
の位置での焦点位置を検出可能できるように焦点検出系
を構成する(例えば複数のスリット像をイメージフィー
ルド内に形成する)ことによって、ウエハW上の所定領
域の結像面に対する傾きを検出可能に構成しているもの
とする。In this embodiment, the angle of the parallel flat glass (plane parallel) (not shown) provided inside the light receiving optical system 31 is adjusted in advance so that the image plane becomes the zero point reference, and the focus detection system. Shall be calibrated. Further, for example, a horizontal position detecting system as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706 is used, or the focal position can be detected at arbitrary plural positions in the image field of the projection optical system PL. It is assumed that the focus detection system is configured (for example, a plurality of slit images are formed in the image field) so that the inclination of a predetermined region on the wafer W with respect to the image plane can be detected.
【0024】ところで、図1には装置全体を統括制御す
る主制御装置50と、レチクルRが投影光学系PLの直
上に搬送される途中でレチクルパターンの脇に形成され
た名称を表すバーコードBCを読み取るバーコードリー
ダ52と、オペレータからのコマンドやデータを入力す
るキーボード51と、フライアイレンズ群7Aを含む複
数のフライアイレンズ群が固定された保持部材(回転タ
ーレット板)7を駆動するための駆動系(モータ、ギャ
トレン等)54とが設けられている。主制御装置50内
には、この投影露光装置(例えばステッパー)で扱うべ
き複数枚のレチクルの名称と、各名称に対応したステッ
パーの動作パラメータとが予め登録されている。そし
て、主制御装置50はバーコードリーダ52がレチクル
バーコードBCを読み取ると、その名称に対応した動作
パラメータの1つとして、予め登録されている照明条件
(レチクルの種類やレチクルパターンの周期性等に対
応)に最も見合ったフライアイレンズ群を保持部材7の
中から1つ選択して、所定の駆動指令を駆動系54に出
力する。さらに、上記名称に対応した動作パラメータと
して、先に選択されたフライアイレンズ群のもとでの可
変開口絞り8、32及び可変ブラインド10の最適な設
定条件、及び投影光学系PLの結像特性を後述の補正機
構によって補正するために用いられる演算パラメータ
(詳細後述)も登録されており、これらの条件設定もフ
ライアイレンズ群の設定と同時に行われる。これによっ
て、レチクルステージRS上に載置されたレチクルRに
対して最適な照明条件が設定されることになる。以上の
動作は、キーボード51からオペレータがコマンドとデ
ータを主制御装置50へ直接入力することによっても実
行できる。By the way, in FIG. 1, a main controller 50 for integrally controlling the entire apparatus and a bar code BC representing a name formed on the side of the reticle pattern while the reticle R is being conveyed right above the projection optical system PL. To drive a bar code reader 52 for reading, a keyboard 51 for inputting commands and data from an operator, and a holding member (rotary turret plate) 7 to which a plurality of fly-eye lens groups including a fly-eye lens group 7A are fixed. Drive system (motor, gatoren, etc.) 54 of FIG. In the main controller 50, the names of a plurality of reticles to be handled by this projection exposure apparatus (eg stepper) and the stepper operation parameters corresponding to each name are registered in advance. When the bar code reader 52 reads the reticle bar code BC, the main control unit 50 pre-registers the illumination condition (type of reticle, periodicity of the reticle pattern, etc.) as one of the operation parameters corresponding to the name. (Corresponding to (1)), one fly-eye lens group most suitable for (1) is selected from the holding members 7, and a predetermined drive command is output to the drive system 54. Further, as operating parameters corresponding to the above names, optimum setting conditions of the variable aperture diaphragms 8 and 32 and the variable blind 10 under the fly-eye lens group selected previously, and the image forming characteristics of the projection optical system PL. A calculation parameter (details will be described later) used for correcting by the correction mechanism described later is also registered, and these condition settings are also performed at the same time when the fly-eye lens group is set. As a result, the optimum illumination condition is set for the reticle R placed on the reticle stage RS. The above operation can also be executed by the operator directly inputting commands and data to the main controller 50 from the keyboard 51.
【0025】次に、投影光学系PLの結像特性の補正機
構について説明する。図1に示すように、本実施例では
駆動素子制御部53によってレチクルRとレンズエレメ
ント20、(21、22)の各々を独立に駆動すること
により、投影光学系PLの結像特性を補正することが可
能となっている。投影光学系PLの結像特性としては、
焦点位置、投影倍率、ディストーション、像面湾曲、非
点収差等があり、これらの値を個々に補正することは可
能であるが、本実施例では説明を簡単にするため、特に
両側テレセントリックな投影光学系における焦点位置、
投影倍率、ディストーション、及び像面湾曲の補正を行
う場合について説明する。尚、本実施例ではレチクルR
の移動により樽型または糸巻型のディストーションを補
正する。Next, a mechanism for correcting the image forming characteristic of the projection optical system PL will be described. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the driving element controller 53 drives each of the reticle R and the lens elements 20, (21, 22) independently to correct the imaging characteristics of the projection optical system PL. It is possible. As the image forming characteristics of the projection optical system PL,
There are focal position, projection magnification, distortion, field curvature, astigmatism, etc., and these values can be corrected individually. Focus position in optical system,
A case of correcting the projection magnification, distortion, and field curvature will be described. In this embodiment, the reticle R
To correct barrel or pincushion distortion.
【0026】さて、レチクルRに最も近い第1群のレン
ズエレメント20は支持部材24に固定され、第2群の
レンズエレメント(21、22)は支持部材26に固定
されている。レンズエレメント23より下部のレンズエ
レメントは、投影光学系PLの鏡筒部28に固定されて
いる。尚、本実施例において投影光学系PLの光軸AX
とは、鏡筒部28に固定されているレンズエレメントの
光軸を指すものとする。The lens element 20 of the first group closest to the reticle R is fixed to the support member 24, and the lens element (21, 22) of the second group is fixed to the support member 26. Lens elements below the lens element 23 are fixed to the lens barrel portion 28 of the projection optical system PL. In the present embodiment, the optical axis AX of the projection optical system PL
Is the optical axis of the lens element fixed to the lens barrel portion 28.
【0027】支持部材24は伸縮可能な複数(例えば3
つで、図中では2つの図示)の駆動素子25によって支
持部材26に連結され、支持部材26は伸縮可能な複数
の駆動素子27によって鏡筒部28に連結されている。
駆動素子25、27、29としては、例えば電歪素子、
磁歪素子が用いられ、駆動素子に与える電圧または磁界
に応じた駆動素子の変位量を予め求めておく。ここでは
図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を考慮
し、容量型変位センサ、差動トランス等の位置検出器を
駆動素子に設け、駆動素子に与える電圧または磁界に対
応した駆動素子の位置をモニタして高精度な駆動を可能
としている。A plurality of support members 24 (for example, 3
Then, two driving elements 25 (shown in the drawing) are connected to the supporting member 26, and the supporting member 26 is connected to the lens barrel portion 28 by a plurality of expandable and contractable driving elements 27.
The drive elements 25, 27, 29 are, for example, electrostrictive elements,
A magnetostrictive element is used, and the displacement amount of the drive element according to the voltage or magnetic field applied to the drive element is obtained in advance. Although not shown here, in consideration of the hysteresis of the drive element, a position detector such as a capacitive displacement sensor or a differential transformer is provided in the drive element, and the position of the drive element corresponding to the voltage or the magnetic field applied to the drive element is provided. Is monitored to enable high-precision driving.
【0028】ここで、レンズエレメント20、(21、
22)の各々を光軸方向に平行移動した場合、その移動
量に対応した変化率で投影倍率M、像面湾曲C、及び焦
点位置Fの各々が変化する。レンズエレメント20の駆
動量をx1 、レンズエレメント(21、22)の駆動量
をx2 とすると、投影倍率M、像面湾曲C、及び焦点位
置Fの変化量ΔM、ΔC、ΔFの各々は、次式で表され
る。Here, the lens elements 20, (21,
When each of 22) is translated in the optical axis direction, each of the projection magnification M, the field curvature C, and the focus position F changes at a rate of change corresponding to the amount of movement. Assuming that the driving amount of the lens element 20 is x 1 and the driving amount of the lens element (21, 22) is x 2 , the projection magnification M, the field curvature C, and the change amounts ΔM, ΔC, and ΔF of the focus position F are , Is expressed by the following equation.
【0029】 ΔM=CM1×x1 +CM2×x2 (1) ΔC=CC1×x1 +CC2×x2 (2) ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 (3) 尚、CM1、CM2、CC1、CC2、CF1、CF2は各変化量の
レンズエレメントの駆動量に対する変化率を表す定数で
ある。ΔM = C M1 × x 1 + C M2 × x 2 (1) ΔC = C C1 × x 1 + C C2 × x 2 (2) ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 (3) C M1 , C M2 , C C1 , C C2 , C F1 , and C F2 are constants that represent the rate of change of each change amount with respect to the drive amount of the lens element.
【0030】ところで、上述した如く焦点検出系30、
31は投影光学系の最適焦点位置を零点基準として、最
適焦点位置に対するウエハ表面のずれ量を検出するもの
である。従って、焦点検出系30、31に対して電気
的、または光学的に適当なオフセット量x3 を与える
と、この焦点検出系30、31を用いてウエハ表面の位
置決めを行うことによって、レンズエレメント20、
(21、22)の駆動に伴う焦点位置ずれを補正するこ
とが可能となる。このとき、上記数式3は次式のように
表される。By the way, as described above, the focus detection system 30,
Reference numeral 31 is for detecting the amount of deviation of the wafer surface from the optimum focus position with the optimum focus position of the projection optical system as a zero point reference. Therefore, when an appropriate electrical or optical offset amount x 3 is applied to the focus detection systems 30 and 31, the wafer surface is positioned by using the focus detection systems 30 and 31, and the lens element 20 is thus positioned. ,
It is possible to correct the focus position shift due to the driving of (21, 22). At this time, the above expression 3 is expressed as the following expression.
【0031】 ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 +x3 (4) 同様に、レチクルRを光軸方向に平行移動した場合、そ
の移動量に対応した変化率でディストーションD、及び
焦点位置Fの各々が変化する。レチクルRの駆動量をx
4 とすると、ディストーションD、及び焦点位置Fの変
化量ΔD、ΔFの各々は、次式で表される。ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 + x 3 (4) Similarly, when the reticle R is translated in the optical axis direction, the distortion D and the focus position are changed at a rate corresponding to the amount of movement. Each of F changes. Drive amount of reticle R is x
If 4 , the distortion D and the change amounts ΔD and ΔF of the focus position F are expressed by the following equations.
【0032】 ΔD=CD4×x4 (5) ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 +x3 +CF4×x4
(6) 尚、CD4、CF4は各変化量のレチクルRの駆動量に対す
る変化率を表す定数である。以上のことから、数式1、
2、5、6において駆動量x1 〜x4 を設定することに
よって、変化量ΔM、ΔC、ΔD、ΔFを任意に補正す
ることができる。尚、ここでは4種類の結像特性を同時
に補正する場合について述べたが、投影光学系の結像特
性のうち照明光吸収による結像特性の変化量が無視し得
る程度のものであれば、上記補正を行う必要がなく、ま
た本実施例で述べた4種類以外の結像特性が大きく変化
する場合には、その結像特性についての補正を行う必要
がある。また、像面湾曲の変化量を零ないしは許容値以
下に補正すると、これに伴って非点収差の変化量も零な
いしは許容値以下に補正されるので、本実施例では特別
に非点収差の補正を行わないものとする。尚、本実施例
では焦点位置の変化量ΔF(数式6)については、例え
ば焦点検出系30、31に対して変化量ΔFを電気的、
または光学的にオフセットとして与え、この焦点検出系
30、31を用いてウエハWをZ方向に移動すること
で、投影光学系PLの最良結像面(ベストフォーカス位
置)にウエハ表面を設定するものとする。また、本実施
例では結像特性補正機構としてレチクルR及びレンズエ
レメントの移動により補正する例を示したが、本実施例
で好適な補正機構は他のいかなる方式であっても良く、
例えば2つのレンズエレメントに挟まれた空間を密封
し、この密封空間の圧力を調整する方式を採用しても構
わない。ΔD = C D4 × x 4 (5) ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 + x 3 + C F4 × x 4
(6) Note that C D4 and C F4 are constants representing the rate of change of each amount of change with respect to the drive amount of the reticle R. From the above, Equation 1,
By setting the drive amounts x 1 to x 4 in 2, 5, and 6, the change amounts ΔM, ΔC, ΔD, and ΔF can be arbitrarily corrected. Although the case where four types of image forming characteristics are simultaneously corrected is described here, if the change amount of the image forming characteristics of the projection optical system due to the absorption of the illumination light is negligible, It is not necessary to perform the above correction, and when the image forming characteristics other than the four types described in the present embodiment change significantly, it is necessary to correct the image forming characteristics. Further, when the amount of change in field curvature is corrected to zero or less than the allowable value, the amount of change in astigmatism is also corrected to zero or less than the allowable value. No correction shall be made. In the present embodiment, as for the change amount ΔF (formula 6) of the focus position, for example, the change amount ΔF to the focus detection systems 30 and 31 is electrically calculated.
Alternatively, it is optically provided as an offset, and the wafer W is moved in the Z direction using the focus detection systems 30 and 31 to set the wafer surface at the best image plane (best focus position) of the projection optical system PL. And Further, in the present embodiment, an example in which the image forming characteristic is corrected by the movement of the reticle R and the lens element has been shown, but a suitable correcting mechanism in this embodiment may be any other system.
For example, a method of sealing a space sandwiched between two lens elements and adjusting the pressure in this sealed space may be adopted.
【0033】ここで、本実施例では駆動素子制御部53
によって、レチクルR、及びレンズエレメント20、
(21、22)を移動可能としているが、特にレンズエ
レメント20、(21、22)は投影倍率、ディストー
ション、及び像面湾曲(非点収差)等の各特性に与える
影響が他のレンズエレメントに比べて大きく制御し易く
なっている。また、本実施例では移動可能なレンズエレ
メントを2群構成としたが、3群以上としても良く、こ
の場合には他の諸収差の変動を抑えつつレンズエレメン
トの移動範囲を大きくでき、しかも種々の形状歪み(台
形、菱形等のディストーション)、及び像面湾曲(非点
収差)に対応可能となる。上記構成の補正機構を採用す
ることによって、露光光吸収による投影光学系PLの結
像特性の変動に対しても十分対応できる。Here, in the present embodiment, the drive element controller 53
The reticle R and the lens element 20,
Although (21, 22) can be moved, in particular, the lens elements 20, (21, 22) have influences on other characteristics such as projection magnification, distortion, and field curvature (astigmatism) on other lens elements. Compared to this, it is easier to control. In this embodiment, the movable lens element is composed of two groups, but it may be composed of three or more groups. In this case, the range of movement of the lens element can be increased while suppressing the fluctuation of other aberrations, and various lens elements can be used. It is possible to cope with the shape distortion (distortion such as trapezoid and rhombus) and the field curvature (astigmatism). By adopting the correction mechanism having the above-mentioned configuration, it is possible to sufficiently cope with a change in the image forming characteristic of the projection optical system PL due to absorption of exposure light.
【0034】以上の構成によって、駆動素子制御部53
は主制御装置50から与えられる駆動指令に対応した量
だけ2群のレンズエレメント20、(21、22)及び
レチクルRの周縁3点乃至4点を独立して光軸方向に移
動できる。この結果、2群のレンズエレメント20、
(21、22)及びレチクルRの各々を光軸方向に平行
移動させるとともに、光軸AXと垂直な面に対して任意
方向に傾斜させることが可能となっている。With the above configuration, the drive element control section 53
Can independently move the lens elements 20, (21, 22) of the second group and the peripheral points 3 to 4 of the reticle R in the optical axis direction by an amount corresponding to the drive command given from the main controller 50. As a result, the second group of lens elements 20,
Each of (21, 22) and the reticle R can be translated in the optical axis direction and can be tilted in any direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX.
【0035】次に、図3を参照して本実施例による投影
露光装置に採用される照明方法について簡単に説明す
る。本実施例で採用する照明方法の一例としては、照明
光学系の瞳面、またはその共役面、もしくはその近傍の
面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸AXから所定
量だけ偏心した位置に中心を有する少なくとも2つの局
所領域に規定することによって、レチクルRに照射され
る複数の照明光束を所定の方向にレチクルパターンの微
細度に応じた角度だけ光軸AXに対して対称的に傾けた
ものである(以下、簡単に複数傾斜照明法と呼ぶ)。The illumination method adopted in the projection exposure apparatus according to this embodiment will be briefly described with reference to FIG. As an example of the illumination method adopted in this embodiment, the illumination light flux passing through the pupil plane of the illumination optical system, its conjugate plane, or the plane in the vicinity thereof is decentered by a predetermined amount from the optical axis AX of the illumination optical system. By defining at least two local areas having the center at the position, a plurality of illumination light beams irradiated on the reticle R are symmetrically formed with respect to the optical axis AX in a predetermined direction by an angle corresponding to the fineness of the reticle pattern. It is tilted (hereinafter, simply referred to as a multi-tilt illumination method).
【0036】図3は、複数傾斜照明法を用いてレチクル
の照明を行ったときの回路パターンからの回折光の発
生、及び結像の様子を示す図である。レチクルRの下面
(投影光学系PL側)には、回路パターンとして透過部
Raと遮光部Rbから成る1次元のラインアンドスペー
スパターンが描画されている。本実施例で使用する投影
露光装置(図1)では、後述するように照明光束の通過
する局所領域は、照明光学系の瞳面内において光軸から
偏心した位置に中心を有する構成となっている。従っ
て、レチクルRを照明する照明光束L0は、レチクルR
の回路パターンが描画されている方向(周期方向)に対
してほぼ垂直な方向(X方向)から、レチクルRに対し
て所定の入射角ψを以て入射する。尚、入射角ψ、及び
入射方向は、レチクル上のパターンで生じる回折光の投
影光学系の瞳面内での位置によって一義的に決まるもの
である。FIG. 3 is a diagram showing how diffracted light is generated from a circuit pattern and an image is formed when a reticle is illuminated by using the multiple tilt illumination method. On the lower surface of the reticle R (on the side of the projection optical system PL), a one-dimensional line-and-space pattern including a transmissive portion Ra and a light shielding portion Rb is drawn as a circuit pattern. In the projection exposure apparatus (FIG. 1) used in this embodiment, the local region through which the illumination light flux passes has a center at a position decentered from the optical axis in the pupil plane of the illumination optical system, as will be described later. There is. Therefore, the illumination light flux L0 that illuminates the reticle R is
The light is incident on the reticle R at a predetermined incident angle ψ from a direction (X direction) substantially perpendicular to the direction in which the circuit pattern of (1) is drawn (period direction). The incident angle ψ and the incident direction are uniquely determined by the position of the diffracted light generated by the pattern on the reticle in the pupil plane of the projection optical system.
【0037】レチクル上のパターンからはパターンの微
細度(幅、ピッチ)に応じた回折角の方向に0次回折光
Do 、+1次回折光Dp 、−1次回折光Dm が発生す
る。図3では、投影光学系PLを透過してウエハWに到
達するものは、上記3光束のうち0次回折光Do と+1
次回折光Dp の2光束として示しており、これら2光束
はウエハW上で干渉縞、すなわち回路パターンの像を形
成する。尚、従来の照明方法によるパターンの解像限界
は、±1次回折光が投影光学系を透過することが可能か
否かで決定される。すなわち、従来ではパターンピッチ
をPとしたときにP>λ/NA程度で与えられるパター
ンサイズが解像限界となっていた。これに対して、本実
施例における複数傾斜照明法では、ほぼP>λ/2NA
が解像限界となる。From the pattern on the reticle, 0th-order diffracted light Do , + 1st-order diffracted light Dp , and -1st-order diffracted light Dm are generated in the direction of the diffraction angle according to the fineness (width, pitch) of the pattern. In FIG. 3, what reaches the wafer W after passing through the projection optical system PL is the 0th-order diffracted light D o and +1 of the above three light fluxes.
It is shown as two light beams of the next diffracted light D p , and these two light beams form an interference fringe, that is, an image of a circuit pattern on the wafer W. The resolution limit of the pattern by the conventional illumination method is determined by whether or not ± 1st order diffracted light can pass through the projection optical system. That is, conventionally, when the pattern pitch is P, the pattern size given by P> λ / NA is the resolution limit. On the other hand, in the multi-tilt illumination method of this embodiment, P> λ / 2NA is almost satisfied.
Is the resolution limit.
【0038】また、図3中において0次回折光Do と+
1次回折光Dp は光軸AXに対してほぼ対称な光路を通
るものとした。これは、照明光束Loの入射角ψを sin
ψ=sinθ/2=λ/2Pとすることにより実現でき
る。このとき、ウエハWのデフォーカス時において、0
次回折光Do と+1次回折光Dp とはほぼ同量の波面収
差(デフォーカスによる)を生じる。これはデフォーカ
ス量ΔFに対する波面収差は1/2×ΔF sin2 t(但
し、tは各回折光のウエハへの入射角)であり、ここで
は0次回折光と+1次回折光とでウエハへの入射角tが
ほぼ等しいためである。ところで、ウエハ上でのパター
ン像を崩す(ボケさせる)原因は、各光束間の波面収差
の差である。しかしながら、本実施例で使用する装置
(例えば図5)では、ウエハ上に照射される0次回折光
Do と+1次回折光Dp の波面収差がほぼ等しくなるた
め、同等のデフォーカス量ΔFであっても、従来の露光
装置に比べてボケの程度が少ない。すなわち焦点深度が
深いことになる。Further, in FIG. 3, 0th-order diffracted light D o and +
The first-order diffracted light D p passes through an optical path that is substantially symmetrical with respect to the optical axis AX. This is because the incident angle ψ of the illumination light flux Lo is sin
It can be realized by setting ψ = sin θ / 2 = λ / 2P. At this time, when defocusing the wafer W, 0
The order diffracted light D o and the + 1st order diffracted light D p generate almost the same amount of wavefront aberration (due to defocus). This is because the wavefront aberration with respect to the defocus amount ΔF is ½ × ΔF sin 2 t (where t is the incident angle of each diffracted light on the wafer), and here the 0th-order diffracted light and the + 1st-order diffracted light This is because the incident angles t are almost equal. By the way, the cause of collapsing (defocusing) the pattern image on the wafer is the difference in wavefront aberration between the respective light beams. However, in the apparatus used in this embodiment (for example, FIG. 5), the 0th-order diffracted light D o and the + 1st-order diffracted light D p irradiated on the wafer have almost the same wavefront aberration, and therefore the defocus amount ΔF is the same. However, the degree of blurring is less than that of the conventional exposure apparatus. That is, the depth of focus is deep.
【0039】また、図3においては0次回折光Do と+
1次回折光Dp とが光軸AXに対してほぼ対称となるも
のとしたが、焦点深度を増大させるためには、瞳面Ep
内でこの2つの回折光が光軸AXに関して対称となって
いる必要はなく、光軸AXからほぼ等距離となる位置を
通過すれば良い。ここで、露光装置で使用するレチクル
のパターンの微細度(線幅、ピッチ)や方向性は一種類
に特定されるものではないため、本実施例で使用する投
影露光装置の照明光学系の瞳面において照明光束が通過
する局所領域の中心位置、例えば図2に示す2つのフラ
イアイレンズ群7B1 、7B2 の照明光学系の瞳面内で
の位置は、パターンの種類に応じて可変であることが望
ましい。つまり、これはレチクルへの照明光束の入射方
向や入射角の各々がパターンの描かれた方向や幅、ピッ
チによって決定されるからである。例えば、図3に示す
ようなX方向に配列された1次元のラインアンドスペー
スパターンの場合、照明光束L0はパターンに対して、
図に示すような方向から入射すれば良い。すなわち照明
光束L0は、紙面に平行にレチクルRに入射するもので
ある。また、パターンから発生する0次回折光D0 と+
1次回折光Dp とが、瞳面Epにおいて光軸AXからほ
ぼ等距離となる位置を通るように照明光束L0の入射角
を決定すると、ウエハW上での像の焦点深度を大きくす
ることができる。Further, in FIG. 3, 0th-order diffracted light D o and +
The first-order diffracted light D p is assumed to be substantially symmetrical with respect to the optical axis AX, but in order to increase the depth of focus, the pupil plane Ep
It is not necessary that these two diffracted lights are symmetrical with respect to the optical axis AX, and may pass through the positions that are substantially equidistant from the optical axis AX. Here, since the fineness (line width, pitch) and directionality of the pattern of the reticle used in the exposure apparatus are not specified to one type, the pupil of the illumination optical system of the projection exposure apparatus used in this embodiment is not limited. The center position of the local area where the illumination light flux passes on the surface, for example, the positions of the two fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 shown in FIG. 2 in the pupil plane of the illumination optical system are variable according to the type of pattern. Is desirable. That is, this is because each of the incident direction and the incident angle of the illumination light flux on the reticle is determined by the direction in which the pattern is drawn, the width, and the pitch. For example, in the case of a one-dimensional line-and-space pattern arranged in the X direction as shown in FIG. 3, the illumination light flux L0 is
It may be incident from the direction shown in the figure. That is, the illumination light flux L0 is incident on the reticle R parallel to the paper surface. In addition, 0th-order diffracted light D 0 and + generated from the pattern
If the incident angle of the illumination light flux L0 is determined so that the first-order diffracted light D p passes through the position on the pupil plane Ep that is substantially equidistant from the optical axis AX, the depth of focus of the image on the wafer W can be increased. it can.
【0040】このようにして決定された入射方向に応じ
て照明光学系の瞳内での照明光束の通過する局所領域の
中心位置の光軸AXからの偏心方向を決定し、またパタ
ーンの線幅や周期性で決定される入射角に応じて光軸A
Xからの偏心量を決定することになる。照明光学系の瞳
面内での照明光束の通過する局所領域(フライアイレン
ズ群に相当)の中心位置は、以上のように決定される。The eccentric direction from the optical axis AX of the central position of the local area where the illumination light flux passes within the pupil of the illumination optical system is determined according to the incident direction thus determined, and the line width of the pattern is determined. Or the optical axis A according to the incident angle determined by the periodicity
The amount of eccentricity from X will be determined. The center position of the local area (corresponding to the fly-eye lens group) where the illumination light flux passes in the pupil plane of the illumination optical system is determined as described above.
【0041】さらに2次元方向に描かれたパターンを照
明する場合、照明光束の方向も各パターンの方向に合わ
せて2方向から照明すると良い。また、照明光束は2方
向、すなわち2本であるよりも、その2光束に対して夫
々、投影光学系の光軸について対称となる2光束を加え
た計4光束(例えば図2中に示すフライアイレンズ群7
D1 〜7D4 に相当)を用いると良い。その場合、これ
らの光束の光量重心方向は投影光学系の光軸と一致する
ため、ウエハが微小にデフォーカスした際に生じる像の
横方向の位置ずれ(テレセンずれ)を防止することがで
きる。さらに、X、Y方向に対して45°だけ傾いた方
向に配列された周期性パターンに対しては、上記の如き
2次元パターンの照明に利用される4光束を、照明光学
系の瞳面においてその光軸を中心として45°回転され
た状態で照明を行うようにすると良い。また、図3に示
すような1次元のラインアンドスペースパターンを有す
るレチクルを照明する場合も、同様に投影光学系の光軸
についてほぼ対称な2光束で複数傾斜照明を行うと良
い。尚、1次元のパターンを照明する場合、パターンか
ら発生する0次回折光と1次回折光との強度比が正確に
1:1になるのであれば、光軸に対称な方向から2光束
で照明する必要はない。但し、これはパターンのピッチ
が1通りの場合に限定される。Further, when illuminating a pattern drawn in a two-dimensional direction, it is advisable to illuminate the illumination light beam from two directions in accordance with the direction of each pattern. Further, the illumination luminous flux is not in two directions, that is, two luminous fluxes, but two luminous fluxes which are symmetrical with respect to the optical axis of the projection optical system are added to each of the luminous fluxes, so that a total of four luminous fluxes (for example, a fly shown in FIG. 2). Eye lens group 7
D 1 corresponds to ~7D 4) preferably used. In that case, since the light amount centroid direction of these light fluxes coincides with the optical axis of the projection optical system, it is possible to prevent the lateral displacement (telecentric displacement) of the image that occurs when the wafer is slightly defocused. Further, for a periodic pattern arranged in a direction inclined by 45 ° with respect to the X and Y directions, the four light beams used for illuminating the two-dimensional pattern as described above are provided on the pupil plane of the illumination optical system. It is advisable to perform illumination in a state of being rotated by 45 ° about the optical axis. Also, when illuminating a reticle having a one-dimensional line-and-space pattern as shown in FIG. 3, it is also preferable to perform multi-tilt illumination with two light beams that are substantially symmetrical with respect to the optical axis of the projection optical system. When illuminating a one-dimensional pattern, if the intensity ratio of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light generated from the pattern is exactly 1: 1, illumination is performed with two light beams from a direction symmetrical to the optical axis. No need. However, this is limited to the case where there is only one pattern pitch.
【0042】ここではレチクルパターンとして図3に示
した1次元パターンのみについて考えたが、他のパター
ンであってもその周期性(微細度)に着目し、そのパタ
ーンからの+1次回折光成分または−1次回折光成分の
いずれか一方と0次回折光成分との2光束が、投影光学
系PLの瞳面Epにおいて光軸AXからほぼ等距離とな
る位置を通過するように、照明光学系の瞳面における各
局所領域、すなわちフライアイレンズ群(2次光源群)
の中心位置を設定すれば良い。尚、他の回折光、例えば
±2次回折光のうちのいずれか一方と0次回折光との位
置関係が、投影光学系の瞳面において光源AXからほぼ
等距離となるようにしても良い。また、2次元パターン
としてレチクル上の同一箇所に2次元の方向性を有する
パターンが存在する場合、あるいは同一レチクルパター
ン中の異なる位置に異なる方向性を有する複数のパター
ンが存在する場合のいずれにも上記の方法を適用するこ
とができる。さらにレチクル上のパターンが複数の方向
性、または微細度を有している場合、各フライアイレン
ズ群の最適位置はパターンの各方向性及び微細度に対応
したものとなるが、あるいは各最適位置の平均位置に各
フライアイレンズ群を配置するようにしても良い。ま
た、この平均位置は、パターンの微細度や重要度に応じ
た重みを加味した荷重平均としても良い。Here, only the one-dimensional pattern shown in FIG. 3 was considered as the reticle pattern, but other patterns are also focused on their periodicity (fineness), and the + 1st order diffracted light component or − from that pattern is obtained. The pupil plane of the illumination optical system is so arranged that two light fluxes, one of the first-order diffracted light component and the zero-order diffracted light component, pass through the pupil plane Ep of the projection optical system PL at a position substantially equidistant from the optical axis AX. Each local area in, ie, fly-eye lens group (secondary light source group)
Set the center position of. The other diffracted light, for example, one of ± 2nd-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light may have a positional relationship substantially equal to the light source AX on the pupil plane of the projection optical system. In addition, when a pattern having a two-dimensional directivity exists at the same position on the reticle as a two-dimensional pattern, or when a plurality of patterns having different directivities exist at different positions in the same reticle pattern. The above method can be applied. Furthermore, if the pattern on the reticle has multiple directions or fineness, the optimum position of each fly-eye lens group corresponds to each directionality and fineness of the pattern, or Each fly-eye lens group may be arranged at the average position of. Further, this average position may be a weighted average in which a weight corresponding to the fineness or importance of the pattern is added.
【0043】次に、図2を参照して照明条件の変更、特
に通常照明と複数傾斜照明とを切り替えるために用いら
れるフライアイレンズ群の交換機構について説明する。
図2に示すように、本実施例ではレチクルパターンの周
期性の違いに応じて光軸AXに対する偏心状態を互いに
異ならせて固定された4種類のフライアイレンズ群7A
〜7Dが保持部材7に一体に設けられており、駆動系5
4により保持部材7を駆動(回転)させることによっ
て、複数のフライアイレンズ群7A〜7Dの各々を交換
可能に照明光学系の光路中に配置できるようになってい
る。ここではフライアイレンズ群7B〜7Dの各々が照
明光路中に配置されたときに、各フライアイレンズ群が
光軸AXに関してほぼ対称に配置されている。尚、図1
では通常照明時に用いられるフライアイレンズ群7Aが
照明光路中に配置されている様子を示している。図2に
おいて、例えばフライアイレンズ群7B1 、7B2 を照
明光路中に配置したとき、その各中心(換言すれば、フ
ライアイレンズ群7B1 、7B2 の各々における2次光
源像が作る各光量分布の重心)がレチクルパターンの周
期性に応じて決まる量だけ、光軸AXに対して偏心した
離散的な位置に設定されるように、フライアイレンズ群
7B1 、7B2 は一体に保持部材(回転ターレット板)
7に保持されている。尚、フライアイレンズ群7B〜7
Dの各々において、各フライアイレンズ群はその位置が
レチクルパターンの周期性に対応して移動できるように
なっていることが望ましい。Next, with reference to FIG. 2, a change mechanism of the fly-eye lens group used for changing the illumination condition, particularly for switching between the normal illumination and the plurality of inclined illuminations will be described.
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, four types of fly-eye lens groups 7A are fixed with different eccentricity states with respect to the optical axis AX depending on the periodicity of the reticle pattern.
7D are integrally provided on the holding member 7, and the drive system 5
By driving (rotating) the holding member 7 by 4, each of the plurality of fly-eye lens groups 7A to 7D can be exchangeably arranged in the optical path of the illumination optical system. Here, when each of the fly-eye lens groups 7B to 7D is arranged in the illumination optical path, the fly-eye lens groups are arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis AX. Incidentally, FIG.
Shows that the fly-eye lens group 7A used during normal illumination is arranged in the illumination optical path. In FIG. 2, for example, when the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 are arranged in the illumination optical path, the respective centers thereof (in other words, the secondary light source images in the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 respectively) are formed. The fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 are integrally held so that the center of gravity of the light amount distribution is set at a discrete position decentered with respect to the optical axis AX by an amount determined according to the periodicity of the reticle pattern. Material (rotating turret plate)
It is held at 7. The fly-eye lens groups 7B to 7
In each of D, it is desirable that the position of each fly-eye lens group can be moved according to the periodicity of the reticle pattern.
【0044】さて、図2は保持部材の具体的な構成を示
す図であって、ここでは4種類のフライアイレンズ群7
A〜7Dが約90°間隔で、回転軸7aを中心として回
転可能な保持部材(ターレット板)7上に配置されてい
る。4種類のフライアイレンズ群7A〜7Dの各々は、
レチクルパターンの周期性の違いに応じて各フライアイ
レンズ群が、光軸AX(保持部材の中心)に対する偏心
状態(すなわち光軸AXとほぼ垂直な面内での位置)を
互いに異ならせて保持されている。フライアイレンズ群
7B、7Cはともに、2つのフライアイレンズ群(7B
1 、7B2 )、(7C1 、7C2 )を有しており、これ
らフライアイレンズ群は照明光学系中に配置されたとき
に、その配列方向が互いにほぼ直交するように固定され
ている。フライアイレンズ群7Dは、4つのフライアイ
レンズ群7D1 〜7D4 をその中心7d(光軸AX)か
らほぼ等距離に配置、固定する。フライアイレンズ群7
Aは照明光学系中に配置されたときにその中心が光軸A
Xとほぼ一致するように固定され、従来方式の露光を行
う場合に用いられる。図2から明らかなように、前述の
如きレチクルバーコードBCの情報に従って、モータ及
びギア等から成る駆動素子55によりターレット板7を
回転させることによって、4種類のフライアイレンズ群
7A〜7Dの各々を交換でき、レチクルパターンの周期
性(ピッチ、配列方向等)に応じた所望の保持部材を照
明光学系中に配置することが可能となる。このとき、駆
動素子55は位置決め用としても使用されるので、例え
ばロータリーエンコーダ等の回転角度計測部材を設けて
おくことが望ましい。FIG. 2 is a diagram showing a specific structure of the holding member, and here, four types of fly-eye lens groups 7 are used.
A to 7D are arranged at intervals of about 90 ° on a holding member (turret plate) 7 that is rotatable around the rotation shaft 7a. Each of the four types of fly-eye lens groups 7A to 7D is
The fly-eye lens groups hold different eccentric states (that is, positions in a plane substantially perpendicular to the optical axis AX) with respect to the optical axis AX (center of the holding member) according to the periodicity of the reticle pattern. Has been done. The fly-eye lens groups 7B and 7C are both two fly-eye lens groups (7B
1 , 7B 2 ), (7C 1 , 7C 2 ), and when these fly-eye lens groups are arranged in the illumination optical system, they are fixed so that their arrangement directions are substantially orthogonal to each other. . Fly-eye lens unit 7D are approximately equidistant to place the four fly's eye lens 7D 1 ~7D 4 from its center 7d (optical axis AX), and fixed. Fly's eye lens group 7
A is the optical axis A when its center is placed in the illumination optical system.
It is fixed so that it almost coincides with X, and is used when the conventional exposure is performed. As is clear from FIG. 2, according to the information of the reticle barcode BC as described above, the turret plate 7 is rotated by the drive element 55 including a motor and a gear, and each of the four types of fly-eye lens groups 7A to 7D. Therefore, it is possible to arrange a desired holding member according to the periodicity (pitch, arrangement direction, etc.) of the reticle pattern in the illumination optical system. At this time, since the drive element 55 is also used for positioning, it is desirable to provide a rotation angle measuring member such as a rotary encoder.
【0045】ここで、図2に示した複数のフライアイレ
ンズ群の各位置(光軸と垂直な面内での位置)、換言す
れば選択すべき保持部材は、転写すべきレチクルパター
ンに応じて決定するのが良い。この場合の決定(選択)
方法は先に述べた通り、各フライアイレンズ群からの照
明光束が転写すべきパターンの微細度(ピッチ)に対し
て最適な解像度、及び焦点深度の向上効果を得られるよ
うにレチクルパターンに入射する位置(入射角ψ)、も
しくはその近傍にフライアイレンズ群を有する保持部材
とすれば良い。また、レチクルパターンへの照明光束の
入射角度等を厳密に設定する必要がある場合には、保持
部材において複数のフライアイレンズ群の各々を、光軸
AXを中心としてその半径方向(放射方向)に微動可能
に、さらに光軸AXを中心として複数のフライアイレン
ズ群の各々を回転可能に構成しても良い。さらに図2に
示した複数のフライアイレンズ群7A〜7Dの各々にお
いて、各フライアイレンズ群の射出端面積は、そのフラ
イアイレンズ群を透過する照明光束のレチクルRに対す
る開口数と投影光学系PLのレチクル側開口数(N
AR )との比、いわゆるσ値が0.1〜0.3程度にな
るように設定することが望ましい。尚、照明条件を変更
する、すなわち照明光学系の瞳面での光量分布を変化さ
せるための構成は図2に限られるものではなく任意で良
い。Here, each position of the plurality of fly-eye lens groups shown in FIG. 2 (position in the plane perpendicular to the optical axis), in other words, the holding member to be selected, depends on the reticle pattern to be transferred. It is good to decide. Decision (selection) in this case
As described above, the illumination light flux from each fly-eye lens group is incident on the reticle pattern so as to obtain the optimum resolution for the fineness (pitch) of the pattern to be transferred and the effect of improving the depth of focus. A holding member having a fly-eye lens group at or near the position (incident angle ψ) is used. When it is necessary to strictly set the angle of incidence of the illumination light flux on the reticle pattern, each of the plurality of fly-eye lens groups in the holding member is arranged in the radial direction (radiation direction) about the optical axis AX. It may be configured such that it can be slightly moved, and each of the plurality of fly-eye lens groups can be rotated around the optical axis AX. Further, in each of the plurality of fly-eye lens groups 7A to 7D shown in FIG. 2, the exit end area of each fly-eye lens group is the numerical aperture of the illumination light flux passing through the fly-eye lens group with respect to the reticle R and the projection optical system. PL reticle side numerical aperture (N
It is desirable to set the ratio with A R ), so-called σ value, to be about 0.1 to 0.3. The configuration for changing the illumination condition, that is, for changing the light amount distribution on the pupil plane of the illumination optical system is not limited to that shown in FIG.
【0046】次に、本実施例による装置の主要な動作で
ある照明条件の変更の一例と、各照明条件のもとでの投
影光学系の瞳面近傍における光量分布について説明す
る。ここで、投影光学系PLの露光フィールドの全域に
わたってレチクルR上にパターンがほぼ均一に形成され
ている場合、投影光学系PLを構成する複数のレンズエ
レメントのうち、レチクルR、あるいはウエハWの近く
のレンズエレメントでは、照明条件に関係なく照明光が
その全面にわたってほぼ均一に通過することになる。こ
れに対して、投影光学系PLの瞳面Epの付近では照明
条件に応じてその照度分布が異なる。このため、瞳面近
傍のレンズエレメントで生じる温度分布も照明条件毎に
異なる。特に瞳面近傍では照明光束が集中して通過する
ため、照明条件毎に異なる照度(温度)分布が結像特性
に与える影響も大きいと言える。そこで、図4を参照し
て照明条件として照明光学系のσ値を変更する場合につ
いて説明する。尚、図4では図1と同じ作用、機能の部
材には同一の符号を付してある。Next, an example of changing the illumination conditions, which is the main operation of the apparatus according to this embodiment, and the light amount distribution in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system under each illumination condition will be described. Here, when the pattern is formed substantially uniformly on the reticle R over the entire exposure field of the projection optical system PL, among the plurality of lens elements forming the projection optical system PL, near the reticle R or the wafer W. In the lens element (1), the illumination light passes almost uniformly over the entire surface regardless of the illumination conditions. On the other hand, in the vicinity of the pupil plane Ep of the projection optical system PL, the illuminance distribution differs depending on the illumination condition. Therefore, the temperature distribution generated in the lens element near the pupil plane also differs for each illumination condition. Particularly, in the vicinity of the pupil plane, the illumination light flux passes through in a concentrated manner, so it can be said that the illuminance (temperature) distribution that differs depending on the illumination conditions has a great influence on the imaging characteristics. Therefore, a case of changing the σ value of the illumination optical system as the illumination condition will be described with reference to FIG. In FIG. 4, members having the same functions and functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【0047】さて、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ー、いわゆるσ値は、照明光学系の開口数NAILと投影
光学系の開口数NAR (レチクル側)との比、すなわち
σ=NAIL/NAR = sinθ1 / sinθ2 で表される。
ここで、図4(A)に示すようにθ1 はレチクルRを照
射する照明光の角度、θ2 は投影光学系PLの開口絞り
32を通過できる照明光の角度である。図4では投影光
学系の開口数NAR を一定として照明光学系の開口数N
AILを変えた場合を示しており、図4(A)はσ値が大
きいとき、図4(B)はσ値が小さいときを示してい
る。図4から明らかなように、本実施例ではフライアイ
レンズ群7Aの射出面(すなわち照明光学系の瞳面)近
傍に配置された可変開口絞り8によってσ値を任意に設
定することができる。尚、本実施例(図1、図4)では
σ値を変更する手段として可変開口絞りを用いた例を示
したが、例えば集光光学系6(図1)をズームレンズ系
としても、あるいは照明光学系(フライアイレンズ群
等)を交換可能に構成しても、上記と同様にσ値を可変
とすることができる。The coherence factor of the illumination optical system, the so-called σ value, is the ratio of the numerical aperture NA IL of the illumination optical system and the numerical aperture NA R of the projection optical system (reticle side), that is, σ = NA IL / NA R. = Sin θ 1 / sin θ 2
Here, as shown in FIG. 4A, θ 1 is the angle of the illumination light that illuminates the reticle R, and θ 2 is the angle of the illumination light that can pass through the aperture stop 32 of the projection optical system PL. In FIG. 4, the numerical aperture N R of the projection optical system is constant and the numerical aperture N of the illumination optical system is N.
4A shows the case where A IL is changed, and FIG. 4A shows the case where the σ value is large, and FIG. 4B shows the case where the σ value is small. As is clear from FIG. 4, in the present embodiment, the σ value can be arbitrarily set by the variable aperture stop 8 arranged near the exit surface of the fly-eye lens group 7A (that is, the pupil plane of the illumination optical system). In the present embodiment (FIGS. 1 and 4), the variable aperture stop is used as a means for changing the σ value. However, for example, the condensing optical system 6 (FIG. 1) may be used as a zoom lens system, or Even if the illumination optical system (fly-eye lens group or the like) is configured to be replaceable, the σ value can be made variable in the same manner as above.
【0048】図4(A)、(B)に示すようにレチクル
Rを通過した照明光束のうち0次回折光は、照明光の入
射角と同じ角度θ1 で投影光学系PLに入射し、図中に
実線で示すように進んでウエハW上に達する。図示して
いないが、1次以上の回折光は0次回折光の外側を進ん
でウエハW上に到達する。投影光学系PLの瞳面Epに
は可変開口絞り32が設けられており、投影光学系PL
の開口数NAW (ウエハ側)はNAW = sinθ3 で表さ
れる。ここで、投影光学系PLの瞳面での光量分布をみ
てみると、開口絞り32で規定された面内で0次回折光
は瞳面のほぼ中央(斜線部)を通過し、1次以上の回折
光はその外側を通過することになる。一般に、1次以上
の回折光に比べて0次回折光の強度は強いため、特に瞳
面近傍のレンズエレメントは、σ値が小さい(図4
(B))ときより大きい(図4(A))ときの方が照明
光束が瞳中心に集中して温度が上昇するものと考えられ
る。実際にパターン露光を行うときは、レチクルの種類
(例えば通常レチクルや位相シフトレチクル)やパター
ン線幅、形状、及び周期性等に対応して、これらに見合
った最適な照明条件、すなわちσ値や開口数NAW (さ
らにはフライアイレンズ群)を、可変開口絞り8、32
(ターレット板7)を駆動することにより設定すること
になる。As shown in FIGS. 4A and 4B, the 0th-order diffracted light of the illumination light flux that has passed through the reticle R is incident on the projection optical system PL at the same angle θ 1 as the incident angle of the illumination light. The wafer W reaches the wafer W by advancing as shown by a solid line. Although not shown, the first-order and higher-order diffracted light travels outside the 0th-order diffracted light and reaches the wafer W. A variable aperture stop 32 is provided on the pupil plane Ep of the projection optical system PL.
Numerical aperture NA W (on the wafer side) is represented by NA W = sin θ 3 . Here, looking at the light quantity distribution on the pupil plane of the projection optical system PL, the 0th-order diffracted light passes through almost the center (hatched portion) of the pupil plane within the plane defined by the aperture stop 32, and the first-order or higher order The diffracted light will pass through the outside. Generally, the intensity of the 0th-order diffracted light is higher than that of the 1st-order or higher-order diffracted light, so that the lens element particularly near the pupil plane has a small σ value (see FIG. 4).
It is considered that the illumination light flux is concentrated on the center of the pupil and the temperature rises when it is larger than in (B)) (FIG. 4A). When pattern exposure is actually performed, the optimum illumination conditions corresponding to these types of reticle (for example, normal reticle or phase shift reticle), pattern line width, shape, periodicity, etc. Numerical aperture NA W (further, fly-eye lens group) is set to variable aperture diaphragms 8 and 32.
It is set by driving the (turret plate 7).
【0049】次に、投影光学系PLの結像特性の変化量
の計算方法について簡単に説明する。尚、本実施例では
4種類の結像特性、すわなち投影倍率、像面湾曲、ディ
ストーション、及び焦点位置を扱うものとしたが、これ
らの結像特性は発生メカニズムが異なり、その変動特性
が互いに異なる可能性があるため、個々の結像特性を独
立に計算する必要がある。しかしながら、これらの結像
特性の計算方法は同一であるため、ここでは投影倍率を
例に挙げて説明を行うものとする。また、本実施例では
照明条件として照明光学系のσ値を変更する場合につい
て説明するものとする。Next, a method of calculating the amount of change in the image forming characteristic of the projection optical system PL will be briefly described. In the present embodiment, four types of image forming characteristics, that is, the projection magnification, the field curvature, the distortion, and the focus position are dealt with, but these image forming characteristics have different generation mechanisms and their variation characteristics are Each imaging characteristic needs to be calculated independently as they may differ from each other. However, since the calculation methods of these imaging characteristics are the same, the projection magnification will be described as an example here. In addition, in the present embodiment, the case where the σ value of the illumination optical system is changed as the illumination condition will be described.
【0050】一般に、物体に熱が吸収されるときの物体
温度は、物体に吸収される熱量と物体から放出される熱
量とのつりあいで求められる。これは、一般に1次遅れ
系と呼ばれるもので、投影倍率の変化特性も同様の振る
舞いをすると考えられる。1次遅れ系の変動特性を図5
に示す。図5は一定時間に一定量の照明光が投影光学系
PLに照射されるときの投影倍率の変化特性を表してい
る。図5に示す変化特性は、照射エネルギーに対する最
終的な投影倍率の変化量ΔMの割合ΔM/E、及び時間
的な変化を表す時定数Tの2つの値で決定できる。図5
において、時定数Tは最終的な変化量ΔMに対してΔM
×(1−e-1)だけ変化する時間で表せる。つまり、時
定数Tが小さい程、速い変化となる。割合ΔM/E及び
時定数Tは、実際に投影光学系PLに照明光を照射しつ
つ投影倍率を測定することによって、図5のような変化
特性を求めれば良い。実際には、投影光学系PLの構造
が複雑であるため、図5に示すような単純な変化特性を
示すことはなく、いくつかの1次遅れ系の和として表さ
れる場合もあるが、本実施例では説明を簡単にするた
め、単純な変化特性を示す場合について説明する。Generally, the temperature of an object when heat is absorbed by the object is determined by the balance between the amount of heat absorbed by the object and the amount of heat released from the object. This is generally called a first-order lag system, and it is considered that the change characteristic of the projection magnification has the same behavior. Fig. 5 shows the fluctuation characteristics of the first-order lag system.
Shown in. FIG. 5 shows the change characteristic of the projection magnification when the projection optical system PL is irradiated with a certain amount of illumination light for a certain period of time. The change characteristic shown in FIG. 5 can be determined by two values, that is, the ratio ΔM / E of the final amount ΔM of change of the projection magnification with respect to the irradiation energy, and the time constant T representing the change over time. Figure 5
, The time constant T is ΔM with respect to the final change amount ΔM.
It can be expressed as a time that changes by x (1-e -1 ). That is, the smaller the time constant T, the faster the change. The ratio ΔM / E and the time constant T may be obtained by measuring the projection magnification while actually illuminating the projection optical system PL with the illumination light to obtain the change characteristic as shown in FIG. In reality, since the structure of the projection optical system PL is complicated, it may not be shown as a simple change characteristic as shown in FIG. 5, but may be expressed as the sum of several first-order delay systems. In this embodiment, in order to simplify the description, a case where a simple change characteristic is shown will be described.
【0051】さて、図1においてレチクルRの交換時に
ウエハステージWSを駆動して光電センサ33を投影光
学系PLの光軸位置まで移動し、投影光学系PLに入射
する照明光の光量を測定する。次に、主制御装置50は
予め求めておいた割合ΔM/E、時定数T、光電センサ
33にて検出される照射エネルギー、及びシャッター3
の開閉時間に基づいて、逐次投影倍率の変化量を演算に
て算出する。Now, in FIG. 1, when the reticle R is exchanged, the wafer stage WS is driven to move the photoelectric sensor 33 to the optical axis position of the projection optical system PL, and the amount of illumination light incident on the projection optical system PL is measured. . Next, main controller 50 determines ratio ΔM / E obtained in advance, time constant T, irradiation energy detected by photoelectric sensor 33, and shutter 3.
The amount of change in the projection magnification is calculated by calculation based on the opening / closing time.
【0052】ここで、上述した如く照明光学系のσ値が
変化すると、投影光学系PLの瞳面Epの近傍のレンズ
エレメントにおける光量分布、すなわち温度分布が変化
する。例えばσ値が小さいとき、照射エネルギーが瞳中
心に集中して中央部の温度が高くなり(図4(B))、
レンズエレメントは中央部付近で大きく熱変形すると考
えられる。一方、σ値が大きいとき(図4(A))は、
全体的にレンズエレメントの温度が上がり、特に大きな
熱変形は生じ得ないと考えられる。このため、総照射エ
ネルギー量が同じであっても、σ値が大きいときと比較
してσ値が小さいときの方が投影倍率の変化が大きい、
すなわち割合ΔM/Eが大きいと考えられる。Here, when the σ value of the illumination optical system changes as described above, the light amount distribution, that is, the temperature distribution, in the lens element near the pupil plane Ep of the projection optical system PL changes. For example, when the σ value is small, the irradiation energy is concentrated on the center of the pupil and the temperature of the central part becomes high (FIG. 4 (B)),
It is considered that the lens element undergoes large thermal deformation near the center. On the other hand, when the σ value is large (FIG. 4 (A)),
It is considered that the temperature of the lens element as a whole rises and a particularly large thermal deformation cannot occur. Therefore, even if the total irradiation energy amount is the same, the change of the projection magnification is larger when the σ value is smaller than when the σ value is large,
That is, the ratio ΔM / E is considered to be large.
【0053】一方、σ値が小さいときは周辺部の温度が
あまり上昇していないため、照明光の照射が中断する
と、レンズ温度は急に下がると考えられる。これに対し
てσ値が大きいときは、全体的にレンズ温度が上昇して
いるため、温度はゆっくり下がる。従って、σ値が小さ
いときは、σ値が大きいときに比べて時間的変化も大き
い、すなわち時定数Tが小さいと考えられる。以上のこ
とから、σ値を変化させることによりΔM/E、Tがと
もに変化することがわかる。On the other hand, when the .sigma. Value is small, the temperature of the peripheral portion does not rise so much, and it is considered that the lens temperature suddenly drops when the irradiation of the illumination light is interrupted. On the other hand, when the σ value is large, the temperature of the lens gradually decreases because the lens temperature is increasing as a whole. Therefore, it is considered that when the σ value is small, the temporal change is larger than when the σ value is large, that is, the time constant T is small. From the above, it can be seen that both ΔM / E and T are changed by changing the σ value.
【0054】以上の説明ではσ値を変更する場合を例に
挙げていたが、他の照明条件(輪帯照明、複数傾斜照明
等)についても全く同様に考えることができる。また、
位相シフトレチクルを用いる場合においても、レチクル
パターンからの回折光が投影光学系に対して入射する角
度が通常のレチクルと異なるため、同様に結像特性が変
化するものと考えることができる。例えば特公昭62−
50811号公報に開示されたような空間周波数変調型
の位相シフトレチクルを用いるときには、複数傾斜照明
法を採用したときと同様な光量分布が投影光学系の瞳面
に生じる。In the above description, the case where the σ value is changed has been taken as an example, but other illumination conditions (annular zone illumination, multiple tilt illumination, etc.) can be considered in exactly the same manner. Also,
Even when the phase shift reticle is used, the angle at which the diffracted light from the reticle pattern is incident on the projection optical system is different from that of a normal reticle, and therefore, it can be considered that the imaging characteristics similarly change. For example, Japanese Patent Publication 62-
When the spatial frequency modulation type phase shift reticle as disclosed in Japanese Patent No. 50811 is used, a light quantity distribution similar to that when the multiple tilt illumination method is adopted is generated on the pupil plane of the projection optical system.
【0055】次に、照明光の入射に伴って投影光学系P
Lに蓄積される熱蓄積量に応じて露光動作を禁止する方
法について説明する。上述の如き結像特性補正機構で
は、補正を行うべき項目(焦点位置、投影倍率、諸収差
等)について説明したが、現実問題として熱蓄積量に応
じて変動し得る全ての結像特性を補正することは不可能
であり、結像パターン(レチクルパターンの投影像)に
対する影響が大きいものの中から1つか2つ程度選択し
て補正することが一般的である。このため、上記補正機
構により補正を行わない項目に関しては、その影響(変
化量)が所定の許容値以内となっているときに露光動作
を実行しなければ、十分に高解像のパターン露光を行う
ことができない。また、上記補正を行っている項目に関
しても、その補正誤差(変化量)を零とすることは現実
問題として不可能であり、この補正誤差についても許容
値以内となっているときに露光動作を実行しなければな
らない。以上のことから、露光光吸収による投影光学系
PLの熱蓄積量に対応した結像特性の変化量が所定量を
越えないように熱蓄積量の基準値を定め、実際の熱蓄積
量が当該基準値以下となっているときに露光動作を実行
する方法が提案されている。Next, as the illumination light enters, the projection optical system P
A method of inhibiting the exposure operation according to the amount of heat accumulated in L will be described. In the image formation characteristic correction mechanism as described above, the items to be corrected (focal position, projection magnification, various aberrations, etc.) have been explained, but as a practical matter, all image formation characteristics that can fluctuate according to the amount of heat accumulation are corrected. It is impossible to do so, and it is general to select one or two from those having a large influence on the image formation pattern (projection image of the reticle pattern) and correct. Therefore, for an item that is not corrected by the correction mechanism, if the exposure operation is not executed when the influence (change amount) is within a predetermined allowable value, a sufficiently high resolution pattern exposure is performed. I can't do it. In addition, regarding the items for which the above correction is performed, it is impossible in reality to set the correction error (change amount) to zero, and the exposure operation is performed when the correction error is also within the allowable value. I have to do it. From the above, the reference value of the heat accumulation amount is set so that the change amount of the image forming characteristic corresponding to the heat accumulation amount of the projection optical system PL due to the exposure light absorption does not exceed the predetermined amount, and the actual heat accumulation amount is There has been proposed a method of performing an exposure operation when the value is below a reference value.
【0056】さて、本実施例では上記説明のように補正
を行っているか否かにかかわらず、実用上最も問題とな
る結像特性に注目する。ここではその結像特性として、
例えばコマ収差を考える。尚、上述の如き結像特性補正
機構によって補正される結像特性の中にコマ収差は含ま
れていない。ところで、照明光吸収による投影光学系P
Lの熱蓄積量に対応したコマ収差の変化特性は、先に述
べた投影倍率と全く同様に1次遅れ系、または1次遅れ
系の和として表されるものである。従って、予め実験ま
たはシミュレーションにて求めたコマ収差の変化特性の
モデルを、主制御装置50(不図示のメモリ)内に格納
しておけば、先の特開昭60−78454号公報に開示
されたように投影光学系の熱蓄積量を逐次計算すること
により、この熱蓄積量によるコマ収差の変化量を求めこ
とができる。これにより、この計算値とコマ収差(変化
量)の許容限界値とを比較することによって、露光動作
を中断すべきか否かを判断することが可能となる。尚、
実際には上記のようにコマ収差の変化量まで求める必要
はなく、予め実験またはシミュレーションにて投影光学
系の熱蓄積量とコマ収差の変化量との関係を求め、コマ
収差の許容限界値に対応した熱蓄積量を基準値として記
憶しておき、上記計算により逐次算出される熱蓄積量と
基準値とを比較し、熱蓄積量が基準値に達した時点で露
光動作を停止するようにしても良い。Now, in this embodiment, regardless of whether or not the correction is performed as described above, attention is paid to the image forming characteristic which is the most problematic in practical use. Here, as the imaging characteristics,
Consider, for example, coma. It should be noted that coma aberration is not included in the image forming characteristics corrected by the image forming characteristic correcting mechanism as described above. By the way, the projection optical system P by absorbing the illumination light
The change characteristic of the coma aberration corresponding to the heat storage amount of L is represented as a first-order lag system or the sum of the first-order lag system, just like the projection magnification described above. Therefore, if a model of the change characteristic of coma aberration obtained in advance by experiments or simulations is stored in the main controller 50 (memory not shown), it is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60-78454. As described above, by sequentially calculating the heat storage amount of the projection optical system, the change amount of the coma aberration due to the heat storage amount can be obtained. Thus, by comparing the calculated value with the allowable limit value of the coma aberration (change amount), it becomes possible to determine whether or not the exposure operation should be interrupted. still,
Actually, it is not necessary to obtain the change amount of coma aberration as described above, and the relationship between the heat accumulation amount of the projection optical system and the change amount of coma aberration is obtained in advance by experiments or simulations and the allowable limit value of coma aberration is set. The corresponding heat accumulation amount is stored as a reference value, the heat accumulation amount sequentially calculated by the above calculation is compared with the reference value, and the exposure operation is stopped when the heat accumulation amount reaches the reference value. May be.
【0057】ところで、上記の如きコマ収差による結像
パターンの劣化を防止するための具体的なシーケンスは
種々考えられるが、ここではウエハ交換毎にコマ収差の
変化量(収差量)と許容限界値(または熱蓄積量と基準
値)とを比較するものとし、図6を参照して説明する。
図6で縦軸はコマ収差の変化量ΔGを表し、横軸は時間
tを表している。ここでは前回の露光動作が終了してか
ら十分に時間が経過して投影光学系PLが冷えている、
すわなち熱蓄積量がほぼ零となっており、この状態から
露光動作を開始するものとする。図6では、露光動作が
時刻t0 で開始される場合を示している。また、時間T
1 は1枚のウエハ上の全てのショット領域に対する露光
処理時間(ステッピング時間を含む)を表し、時間T2
はウエハ交換やウエハアライメント等を始めとする露光
以外の動作を行っている時間を表している。実際にはス
テップアンドリピート方式で露光を行うため、時間T1
内でもシャッター3は照明光路の閉鎖、開放を繰り返し
ている、すなわちウエハステージの移動中(ステッピン
グ中)は照明光が投影光学系PLに入射せずに変化量Δ
Gが減少する。このため、時間T1 内で変化量ΔGを表
す曲線は図6の如く滑らかにならずギザギザな曲線とな
るが、ここでは平均化したものとして表している。図6
に示すようにウエハへの露光処理を続けていくと、変化
量ΔGが徐々に大きくなっていく。図6中のGL1は変化
量ΔGの許容限界値を表しているが、この限界値GL1を
用いてウエハへの露光動作を続行するか否かを判断する
と、あるウエハへの露光動作中に変化量ΔGが限界値G
L1を越えてしまい(図6中の曲線GV2)、当該ウエハの
残りのショット領域に対する露光は結像パターンが劣化
した状態で行われることになる。このため、実際には限
界値GL1よりやや小さい値、例えば1枚のウエハへの露
光処理により増加する変化量ΔGの増加分だけ限界値G
L1より小さい値GL2を限界値として設定し、この限界値
GL2を露光動作の続行、禁止を判断するための基準とし
て用いるようにする。By the way, various concrete sequences for preventing the deterioration of the image formation pattern due to the above-mentioned coma aberration can be considered, but here, the variation amount of the coma aberration (aberration amount) and the permissible limit value are changed every wafer exchange. It is assumed that (or the heat storage amount and the reference value) are compared and will be described with reference to FIG.
In FIG. 6, the vertical axis represents the amount of change in coma ΔG, and the horizontal axis represents the time t. Here, the projection optical system PL has cooled down sufficiently after the end of the previous exposure operation,
That is, the heat accumulation amount is almost zero, and the exposure operation is started from this state. FIG. 6 shows the case where the exposure operation is started at time t 0 . Also, time T
1 represents the exposure processing time (including stepping time) for all shot areas on one wafer, and time T 2
Represents the time during which operations other than exposure such as wafer exchange and wafer alignment are performed. Actually, since exposure is performed by the step-and-repeat method, time T 1
Even in the inside, the shutter 3 repeatedly closes and opens the illumination optical path, that is, the illumination light does not enter the projection optical system PL while the wafer stage is moving (during stepping), and the variation Δ
G decreases. Therefore, the curve representing the amount of change ΔG within the time T 1 does not become smooth as shown in FIG. 6 but becomes a jagged curve, but it is expressed here as an average. Figure 6
As shown in (4), the amount of change ΔG gradually increases as the exposure process on the wafer continues. G L1 in FIG. 6 represents an allowable limit value of the amount of change ΔG, and if it is determined whether or not the exposure operation on the wafer is continued using this limit value G L1 , the exposure operation on a certain wafer is in progress. The change amount ΔG is the limit value G
Since L1 is exceeded (curve G V2 in FIG. 6), the exposure for the remaining shot area of the wafer is performed in a state where the image formation pattern is deteriorated. Therefore, actually, the limit value G L1 is slightly smaller than the limit value G L1 , for example, the change amount ΔG increased by the exposure process on one wafer.
A value G L2 smaller than L1 is set as a limit value, and this limit value G L2 is used as a reference for determining whether or not to continue the exposure operation.
【0058】さて、図6に示すように時刻taにおいて
コマ収差の変化量ΔGは限界値GL2を越えており、この
まま露光動作を続行すると、変化量ΔGは曲線GV2のよ
うに限界値GL1を越えてしまう。そこで、次ウエハへの
露光動作を開始する前(時刻ta)に変化量ΔGと限界
値GL2とを比較し、この比較結果から露光動作を中断し
て変化量ΔGが限界値GL2以下となるまで露光動作を停
止し続ける。そして、変化量ΔGが限界値GL2となった
時点(時刻tb)で露光動作を再開することにより、常
に変化量ΔGが限界値GL1以下に維持される、すなわち
コマ収差による結像パターンの劣化が所定の許容範囲内
に抑えられた状態で露光が行われることになる(図6中
の曲線GV1)。As shown in FIG. 6, the coma aberration change amount ΔG exceeds the limit value G L2 at the time ta, and if the exposure operation is continued in this state, the change amount ΔG changes as the curve G V2. It exceeds L1 . Therefore, before the exposure operation on the next wafer is started (time ta), the change amount ΔG is compared with the limit value G L2, and the exposure operation is interrupted based on the comparison result, and the change amount ΔG is equal to or less than the limit value G L2. The exposure operation continues to be stopped until. Then, by restarting the exposure operation at the time when the change amount ΔG reaches the limit value G L2 (time tb), the change amount ΔG is always maintained at the limit value G L1 or less, that is, the image formation pattern due to coma aberration. The exposure is performed with the deterioration suppressed within a predetermined allowable range (curve G V1 in FIG. 6).
【0059】上記方法によれば、停止時間(tb−t
a)が生じるために単位時間当たりのウエハ処理枚数が
減り、装置の生産性(スループット)が低下し得るが、
結像特性の劣化による不良品の発生を低減でき、歩留り
の低下を防止することができる。ここてはコマ収差を例
に挙げて説明を行ったが、上記方法を適用すべき結像特
性の種類や数、及びその変化量の許容限界値等について
は、結像パターンに与える影響の大小、スループット、
歩留り等を考慮して決定すれば良い。また、上記方法で
は変化量ΔGと限界値GL2との比較をウエハ交換毎に行
う場合について述べたが、これ以外に1ショット毎に行
うようにしても良い。すなわち上記比較は、単位ショッ
ト毎、単位ウエハ毎(またはロット毎)、もしくは単位
時間毎に行うようにしても良い。あるいは上記の如き停
止時間(tb−ta)が生じないように、予めショット
間の露光停止時間(ステッピング時間に相当)内で減少
すべき結像特性の変化量を求めておき、当該量だけ変化
量が減少するのに必要な露光停止時間をもってウエハス
テージWSをステッピングさせるようにしても構わな
い。この方式は、2層目以降のレチクルパターンを重ね
合わせ露光する際、1ショット毎にアライメントしなが
ら露光を行う、いわゆるダイ・バイ・ダイ方式を採用す
る場合に有効である。また、ステッピング速度を遅くし
て装置の振動を少なくすることができ、さらにウエハス
テージWSを目標停止位置(露光位置)に対して時間を
かけてゆっくり追い込むことができ、位置決め精度を向
上させることが可能になる等の効果も得ることができ
る。According to the above method, the stop time (tb-t
Since a) occurs, the number of wafers processed per unit time decreases, and the productivity (throughput) of the apparatus may decrease.
It is possible to reduce the occurrence of defective products due to the deterioration of the imaging characteristics and prevent the yield from decreasing. Although the description has been given here taking coma as an example, the types and number of image forming characteristics to which the above method should be applied, and the allowable limit value of the change amount thereof have a small influence on the image forming pattern. ,throughput,
It may be determined in consideration of yield and the like. Further, in the above method, the case where the variation ΔG and the limit value G L2 are compared every time the wafer is exchanged has been described, but other than this, the comparison may be performed every shot. That is, the comparison may be performed for each unit shot, each unit wafer (or each lot), or each unit time. Alternatively, in order to prevent the above-described stop time (tb-ta) from occurring, the amount of change in the imaging characteristics that should be reduced within the exposure stop time between shots (corresponding to the stepping time) is obtained in advance, and the change is made by that amount. The wafer stage WS may be stepped with the exposure stop time required for reducing the amount. This method is effective when a so-called die-by-die method is adopted in which exposure is performed while aligning each shot when the reticle patterns of the second and subsequent layers are superposed and exposed. Further, the stepping speed can be slowed down to reduce the vibration of the apparatus, and further, the wafer stage WS can be slowly driven into the target stop position (exposure position) over time, thereby improving the positioning accuracy. It is possible to obtain the effect that it becomes possible.
【0060】次に、投影光学系の結像特性の変化量をそ
の許容限界値(または投影光学系の熱蓄積量をその基準
値)以下に抑える動作について簡単に説明する。さて、
上述した如く照明条件毎に結像特性(特に収差)の変化
量及び変化特性(時定数)が変化する。従って、変化量
を許容限界値以下に抑えるように露光動作を中断すべき
結像特性、すなわち「実用上最も問題となる結像特性」
も照明条件毎に異なり得る。例えば、複数傾斜照明法で
はコマ収差、σ値が小さいときは球面収差といったこと
が考えられる。また、上記説明(コマ収差の例)では
「実用上最も問題となる結像特性」を、各結像特性の変
化量の大きさ(結像パターンに与える影響の大小)で決
定していたが、実際には変化特性、すなわち変化の速さ
(変化率)までも考慮して決定することが必要となる。
例えば、所定の照明条件のもとで高い照射エネルギー量
を投影光学系PLに与えたときの結像特性の変化量Δと
時間tとの関係を図7に示す。図7では3つの結像特性
a〜cの変動を示しており、縦軸は変化量Δを許容限界
値ΔL で規格化したものを、横軸は時間tを表してい
る。また、図7では結像特性の許容限界値ΔL が1.0
に定められ、時刻t0 で露光動作が開始されたものとす
る。尚、図7中の3つの曲線CVa〜CVcはいずれも
図6中の曲線GV2のようにギザギザな曲線であるが、こ
こでは平均化して滑らかに示している。Next, the operation of suppressing the amount of change in the image forming characteristic of the projection optical system to the allowable limit value (or the heat storage amount of the projection optical system which is the reference value) or less will be briefly described. Now,
As described above, the change amount and the change characteristic (time constant) of the image forming characteristic (especially aberration) change for each illumination condition. Therefore, the image forming characteristic that should interrupt the exposure operation so as to keep the amount of change below the permissible limit value, that is, "the image forming characteristic that poses the most practical problem"
Can also differ for different lighting conditions. For example, coma aberration can be considered in the multiple tilt illumination method, and spherical aberration can be considered when the σ value is small. Further, in the above description (example of coma aberration), the "imaging characteristic which is the most problematic in practical use" is determined by the magnitude of the change amount of each imaging characteristic (the influence on the imaging pattern). Actually, it is necessary to consider the change characteristics, that is, the speed of change (rate of change).
For example, FIG. 7 shows the relationship between the change amount Δ of the imaging characteristics and the time t when a high irradiation energy amount is given to the projection optical system PL under a predetermined illumination condition. FIG. 7 shows the fluctuations of the three imaging characteristics a to c, the vertical axis represents the amount of change Δ normalized by the allowable limit value Δ L , and the horizontal axis represents the time t. Further, in FIG. 7, the allowable limit value Δ L of the imaging characteristic is 1.0
The exposure operation is started at time t 0 . It should be noted that all three curves CVa to CVc in FIG. 7 are jagged curves like the curve G V2 in FIG. 6, but here they are averaged and shown smoothly.
【0061】さて、図7において変化量の大きさのみに
注目すれば、「実用上最も問題となる結像特性」は特性
b(曲線CVb)となり、上述の如く変化量Δが限界値
ΔLに達した時点(時刻t2)で露光動作を停止すれば良
いことになる。しかしながら、特性a(曲線CVa)で
は変化量Δが時刻t1 で限界値ΔL を越えるため、実際
には特性aに注目して時刻t1 で露光動作を停止するよ
うにしなければならない。一方、特性aのみに注目して
露光動作を停止しながら露光を行っていく場合、図7の
ように露光動作の停止を行わなかったときに比べて平均
的にみれば、投影光学系PLへ入射するエネルギー量を
1/1.2にすれば、許容限界値ΔL 以下の変化量に抑
えることができる。しかしながら、特性bをΔL 以下と
するためには、エネルギー量を平均的に1/1.5しな
ければならない。つまり、特性aのみに注目している
と、停止時間が十分経過した時点では、特性bは限界値
ΔLを越えてしまうことになる。従って、図7のような
結像特性の場合、特性a、bの各々についてその変化量
を逐次チェックするようにし、常に両者が限界値ΔL以
下となるように、少なくとも一方が限界値ΔL を越えた
時点で露光動作を停止するようなシーケンスを採用する
必要がある。If attention is paid only to the magnitude of the amount of change in FIG. 7, the "imaging characteristic which is the most problematic in practice" is the characteristic b (curve CVb), and the amount of change Δ is the limit value Δ L as described above. It suffices to stop the exposure operation at the time point (time t 2 ) at which the exposure time reaches. However, since the excess of the limit delta L with characteristic a (curve CVa) the change amount delta is the time t 1, must be stopped the exposure operation actually focused on characteristic a at time t 1. On the other hand, when performing the exposure while stopping the exposure operation by paying attention to only the characteristic a, as compared with the case where the exposure operation is not stopped as shown in FIG. if the amount of energy incident on the 1 / 1.2, can be kept below the amount of change tolerance limits delta L. However, in order to make the characteristic b equal to or less than Δ L , the amount of energy must be 1 / 1.5 on average. That is, if attention is paid only to the characteristic a, the characteristic b will exceed the limit value Δ L when the stop time has sufficiently passed. Therefore, if the imaging characteristics as shown in FIG. 7, the characteristics a, so as to sequentially check the amount of change for each b, so as to always both equal to or less than the limit value delta L, at least one of a limit value delta L It is necessary to adopt a sequence in which the exposure operation is stopped when the value exceeds.
【0062】以上のことから、照明条件を変更したと
き、予めこの変更された照明条件のもとで「実用上最も
問題となる結像特性」として変化量を逐次計算する必要
がある結像特性を選択しておき、露光動作中はこの選択
された結像特性についてのみその変化量を逐次計算して
許容限界値との比較を行うようにしなければならない。
図7に示した例では、特性a、bの各々についてその変
化量を計算すれば良く、特性a、bの変化量がともに許
容限界値ΔL 以下となっていれば、特性c(曲線CV
c)は必ず限界値ΔL 以下となるので、特性cについて
は特にその変化量を計算する必要がない。勿論、結像特
性の変化特性(時定数)が各収差でほぼ同じであれば、
変化量のみに注目して上記計算を行うべき結像特性を選
択(決定)すれば良い。また、上記の如く選択した結像
特性が、例えば結像特性補正機構(図1)により変化量
の補正が行われるものであるときは、新たに別の計算を
行って変化量を求める必要はなく、上記補正機構で使用
するために計算された変化量をそのまま上記限界値ΔL
との比較に用いるようにしても構わない。From the above, when the illumination conditions are changed, it is necessary to successively calculate the amount of change under the changed illumination conditions as the "imaging properties most practically problematic" in advance. Must be selected, and during the exposure operation, the amount of change must be sequentially calculated only for the selected image forming characteristic and comparison with the allowable limit value must be performed.
In the example shown in FIG. 7, the characteristics a, may be calculated to the amount of change for each b, the characteristics a, if the amount of change b is sufficient that both smaller than the permissible limit value delta L, characteristic c (curve CV
Since c) is always less than or equal to the limit value Δ L, it is not necessary to calculate the change amount of the characteristic c. Of course, if the change characteristics (time constant) of the imaging characteristics are almost the same for each aberration,
It suffices to select (determine) the imaging characteristics for which the above calculation should be performed, focusing only on the amount of change. Further, when the image forming characteristic selected as described above is such that the image forming characteristic correcting mechanism (FIG. 1) corrects the change amount, it is not necessary to newly perform another calculation to obtain the change amount. without it the limit value of the calculated amount of change for use in the correction mechanism delta L
It may be used for comparison with.
【0063】また、以上の説明では所定の照明条件のも
とで結像特性毎の変化量の許容限界値が一定値であるも
のとしていたが、実際には照明条件が同一であっても、
露光すべきレチクルパターンの微細度(線幅、ピッチ
等)や形状(パターン面内での配置状態等)に応じて限
界値も変化し得る。従って、レチクルパターンに関する
情報が露光装置に入力されないと、最も厳しい条件で許
容限界値を決めなければならず、レチクルパターンによ
っては必要以上にスループットを低下させることになり
得る。このため、例えばレチクルパターンに関する情報
(線幅等)をバーコードとしてレチクルに設ける、ある
いはレチクルの名称(バーコードBC)に対応付けて装
置本体のメモリに記憶させておく。そして、レチクルR
をホルダ14に載置する際、バーコードリーダ52でバ
ーコードを読み取ることで、照明条件を自動設定すると
ともに、当該条件とレチクルパターンとに最も見合った
(最適な)結像特性の変化量の許容限界値(または投影
光学系の熱蓄積量の基準値)を決定すれば良く、これに
より必要以上にスループットを低下させることを防止で
きる。Further, in the above description, the permissible limit value of the amount of change for each imaging characteristic is a constant value under a predetermined illumination condition, but in reality, even if the illumination condition is the same,
The limit value may change depending on the fineness (line width, pitch, etc.) and shape (arrangement state in the pattern surface, etc.) of the reticle pattern to be exposed. Therefore, if information about the reticle pattern is not input to the exposure apparatus, the allowable limit value must be determined under the strictest conditions, and throughput may be unnecessarily reduced depending on the reticle pattern. Therefore, for example, information about the reticle pattern (line width or the like) is provided as a bar code on the reticle, or is stored in the memory of the apparatus main body in association with the reticle name (bar code BC). And Reticle R
When the lens is mounted on the holder 14, the bar code reader 52 reads the bar code to automatically set the illumination condition, and also to change the amount of change in the imaging characteristic most suitable for the condition and the reticle pattern. The permissible limit value (or the reference value of the heat storage amount of the projection optical system) may be determined, and thereby it is possible to prevent the throughput from being lowered more than necessary.
【0064】さらに、以上の説明では照明条件変更後十
分に時間が経過して、変更前の照明条件の影響が既に消
えている(すなわち、履歴として投影光学系に残ってい
る熱蓄積量がほぼ零となっている)ことを前提とし、こ
の状態で露光動作を開始するものとしていた。そこで、
例えば1枚のウエハに対する露光動作中に照明条件を変
更した後、直ちに次の照明条件のもとで露光動作を再開
する場合について考えてみると、投影光学系PLには照
明条件変更前の条件のもとでの履歴が残っているため、
結像特性の変化量を照明条件変更前後の2つの条件のも
とでの各変化量の単純な和として表すことができない。
従って、照明条件変更に伴って変化量の許容限界値(ま
たは熱蓄積量の基準値)を、単純に変更後の照明条件に
最も見合った値に切り換えるだけでは、結像特性の変化
量を所定の許容範囲内に抑えることが難しい。また、結
像特性の変化量を逐次計算で求めるためには、照明条件
変更時の過渡的状態におけるレンズエレメントの温度分
布を計算し、それに対応する変化量を知らなければなら
ないが、上記計算を行うことは理論的には可能である
が、実際には変更前後の照明条件が重なり合っているの
で非常に複雑で実用的ではない。Further, in the above description, after the illumination condition is changed sufficiently long, the influence of the illumination condition before the change has already disappeared (that is, the heat accumulation amount remaining in the projection optical system as a history is almost It is assumed that the value is zero), and the exposure operation is started in this state. Therefore,
Consider, for example, a case where after changing the illumination condition during the exposure operation for one wafer, immediately restarting the exposure operation under the next illumination condition, the projection optical system PL has the condition before the illumination condition is changed. Since the history under
The change amount of the imaging characteristic cannot be expressed as a simple sum of the change amounts under the two conditions before and after the illumination condition change.
Therefore, by simply changing the allowable limit value (or the reference value of the heat accumulation amount) of the change amount due to the change of the illumination condition to a value most suitable for the changed illumination condition, the change amount of the imaging characteristic can be determined. It is difficult to keep within the allowable range of. Further, in order to obtain the amount of change in the imaging characteristics by sequential calculation, it is necessary to calculate the temperature distribution of the lens element in the transient state when the illumination condition is changed and to know the corresponding amount of change. It is theoretically possible to do this, but in reality, the lighting conditions before and after the change overlap, which is very complicated and impractical.
【0065】そこで、照明条件変更のためにシャッター
を閉じて露光動作を停止した後、変更前の照明条件の影
響(履歴)が十分に小さくなるまでの所定時間、例えば
結像特性の変化量Δが一定のレベル(閾値)Msに減少
するまでの間、露光動作を停止し続け、変化量Δが一定
レベルMsとなった時点でシャッターを開き、変更後の
照明条件のもとで露光動作を開始すれば良い。この方法
によれば、上記の如き変更前の照明条件の履歴を排除す
ることができ、結像特性の変化量の許容限界値(または
熱蓄積量の基準値)を、変更後の照明条件に最も見合っ
た値に単純に切り換えるだけで、結像特性の変化量を所
定の許容範囲内に抑えることが可能となる。尚、レベル
Msは変更後の照明条件(演算パラメータ)のもとで逐
次計算される結像特性の変化量と実際の結像特性の変化
量との差(演算誤差)が、所定の許容値(結像特性の制
御精度に応じて一義的に定められる)以内となるように
決定すれば良い。このとき、装置のスループットを低下
させないように、すなわち露光停止時間を短縮するよう
に、レベルMsはできる限り大きな値に設定することが
望ましい。実際には予め実験、もしくはシミュレーショ
ン等によって、予め種々の照明条件の組み合わせに対応
したレベルMsを求めておくと良い。Therefore, after the shutter is closed to change the illumination condition and the exposure operation is stopped, a predetermined time until the influence (history) of the illumination condition before the change becomes sufficiently small, for example, the variation amount Δ of the imaging characteristic. The exposure operation is continuously stopped until is reduced to a constant level (threshold value) Ms, and the shutter is opened when the variation Δ reaches the constant level Ms, and the exposure operation is performed under the changed illumination condition. Just start. According to this method, the history of the illumination conditions before the change as described above can be eliminated, and the allowable limit value of the change amount of the imaging characteristics (or the reference value of the heat accumulation amount) is set as the changed illumination condition. By simply switching to the most suitable value, the amount of change in the imaging characteristics can be suppressed within a predetermined allowable range. It should be noted that the level Ms is a predetermined allowable value when the difference (calculation error) between the amount of change in the image formation characteristic that is sequentially calculated under the changed illumination condition (calculation parameter) and the amount of change in the actual image formation characteristic. It may be determined so as to be within (uniquely determined according to the control accuracy of the imaging characteristic). At this time, it is desirable to set the level Ms to a value as large as possible so as not to reduce the throughput of the apparatus, that is, to shorten the exposure stop time. Actually, it is advisable to previously obtain the level Ms corresponding to various combinations of illumination conditions by experiments or simulations.
【0066】一方、照明条件変更時に露光動作を停止せ
ず、変更後直ちに露光を開始する場合には、例えば照明
条件の組み合わせの各々について、照明条件変更前後の
投影光学系への照射量(熱蓄積量)や照明条件変更時の
露光停止時間等を考慮し、予め実験もしくはシミュレー
ションにより、照明条件変更時の過渡的状態における結
像特性の変化量に対応した許容限界値(または熱蓄積量
の基準値)を演算にて厳密に求めれば良い。実際には照
明条件の組み合わせの数、各照明条件での照射量のバリ
エーション(種類)を考えると、これらの条件毎に変化
量の許容限界値を決定することは余りにも複雑で現実的
とは言えない。さらに許容限界値の決定だけでなく、照
明条件変更直後に連続的に露光動作を開始する場合に
は、上述したように結像特性の変化量の逐次計算が非常
に困難であることも考慮しなければならない。しかしな
がら、照明条件変更に伴う投影光学系の瞳面での光量分
布の変動、あるいは結像特性の変化量や変化特性の変動
が僅かである場合には、上記計算を比較的簡単に行うこ
とができるので、照明条件変更後直ちに露光動作を開始
するようにしても構わない。On the other hand, when the exposure operation is not stopped at the time of changing the illumination condition and the exposure is started immediately after the change, for example, for each combination of the illumination conditions, the irradiation amount (heat amount) to the projection optical system before and after the illumination condition is changed. (Accumulation amount) and exposure stop time when changing the illumination conditions, etc., the allowable limit value (or the heat accumulation amount) corresponding to the change amount of the imaging characteristics in the transient state when changing the illumination condition is preliminarily tested or simulated. It suffices to strictly obtain the reference value) by calculation. Considering the number of combinations of lighting conditions and the variation (type) of the irradiation amount under each lighting condition, it is too complicated and realistic to determine the allowable limit value of the change amount for each of these conditions. I can not say. Furthermore, in addition to determining the allowable limit value, when starting the exposure operation continuously immediately after changing the illumination conditions, considering that it is extremely difficult to successively calculate the amount of change in the imaging characteristics as described above. There must be. However, if the variation of the light amount distribution on the pupil plane of the projection optical system or the variation amount of the imaging characteristic or the variation characteristic due to the change of the illumination condition is small, the above calculation can be performed relatively easily. Therefore, the exposure operation may be started immediately after changing the illumination condition.
【0067】尚、結像特性の変化量が許容限界値(また
は投影光学系の熱蓄積量が基準値)を越える、あるいは
照明条件を変更することにより露光動作を停止させた場
合、結像特性の変化量(または熱蓄積量)が徐々に減少
していくが、先に述べたように結像特性補正機構のため
に逐次計算にて変化量を求めているため、変化量の減衰
計算を特別に行う必要はない。When the amount of change in the image forming characteristic exceeds the allowable limit value (or the amount of heat accumulated in the projection optical system is the reference value) or the exposure operation is stopped by changing the illumination condition, the image forming characteristic is changed. The amount of change (or the amount of heat accumulation) gradually decreases, but since the amount of change is obtained by sequential calculation due to the imaging characteristic correction mechanism as described above, the amount of change attenuation must be calculated. You don't have to do anything special.
【0068】次に、主制御装置50内部での処理の一例
を図8に示すフローチャートを参照して説明する。ここ
では、同一レチクルに対しては照明条件を変更せず、さ
らに同一ウエハを露光している間はレチクル交換を行わ
ない例について述べる。尚、図1中には示していない
が、主制御装置50は照明条件変更や露光動作の開始、
停止を制御する他、装置全体を統括制御するコントロー
ル部と、照明条件やレチクルパターン毎の結像特性の変
化量の許容限界値(または熱蓄積量の基準値)の決定や
結像特性の変化量(または投影光学系の熱蓄積量)の計
算を行う演算部と、複数枚のレチクル毎にその名称に対
応した動作パラメータ、例えば照明条件や投影光学系の
熱蓄積量(またはこれに対応した結像特性の変化量)を
算出するための演算パラメータ等を記憶する記憶部(メ
モリ)とで構成されているものとする。Next, an example of the processing in the main controller 50 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, an example will be described in which the illumination conditions are not changed for the same reticle, and the reticle is not exchanged while the same wafer is exposed. Although not shown in FIG. 1, the main controller 50 changes the illumination conditions and starts the exposure operation.
In addition to controlling the stoppage, the control unit that controls the entire device as a whole, determines the allowable limit value (or the reference value of the heat storage amount) of the change amount of the imaging characteristics for each illumination condition and reticle pattern, and changes the imaging characteristics. Amount (or heat accumulation amount of the projection optical system) and an operation parameter corresponding to the name of each reticle, such as illumination conditions and heat accumulation amount of the projection optical system (or corresponding to this). It is assumed to be configured with a storage unit (memory) that stores calculation parameters and the like for calculating (amount of change in image formation characteristic).
【0069】図8に示すように、まずステップ101に
おいて主制御装置50はホルダ14にレチクルが載置さ
れているか否かを確認し、オペレータによるキーボード
51からの入力情報、あるいは予め入力されているプロ
グラム(露光シーケンス)等に基づき、ホルダ14にレ
チクルが載置されていない場合には直ちにレチクルをロ
ーディングし、レチクルが載置されている場合には新た
なレチクルをホルダ14にローディングするか否か(レ
チクル交換の要否)を判断する。ここではレチクル交換
を行うものとして、次のステップ102に進む。ステッ
プ102において主制御装置50は、露光装置の状態
(設定条件)、すわなち照明条件が通常照明、輪帯照
明、複数傾斜照明のいずれに設定されているか、さらに
照明光学系のσ値、投影光学系PLの開口数、及び可変
ブラインド10の開口形状・位置等を確認する。これ
は、駆動系54、可変開口絞り8、32、あるいは可変
ブラインド10等の設定状態を認識することにより行わ
れる。尚、単にレチクルホルダ14上のレチクルR(バ
ーコードBC)に対応したメモリ内部の各種条件を読み
出すことにより行うようにしても良い。As shown in FIG. 8, first in step 101, main controller 50 confirms whether or not the reticle is placed on holder 14, and the operator inputs information from keyboard 51 or the information is input in advance. Based on a program (exposure sequence) or the like, whether or not the reticle is loaded on the holder 14 immediately, the reticle is immediately loaded, and when the reticle is loaded, a new reticle is loaded on the holder 14 or not. Judge whether or not reticle replacement is required. Here, it is assumed that the reticle is exchanged, and the process proceeds to the next step 102. In step 102, the main controller 50 determines whether the state of the exposure apparatus (setting condition), that is, whether the illumination condition is set to normal illumination, annular illumination, or multiple tilt illumination, and the σ value of the illumination optical system, The numerical aperture of the projection optical system PL and the aperture shape / position of the variable blind 10 are confirmed. This is performed by recognizing the setting states of the drive system 54, the variable aperture diaphragms 8 and 32, the variable blind 10, and the like. It may be performed by simply reading out various conditions inside the memory corresponding to the reticle R (bar code BC) on the reticle holder 14.
【0070】次のステップ103では、新たにホルダ1
4にローディングされるレチクルRのバーコードBCを
読み込む。そして、主制御装置50はバーコードBC
(レチクルの名称)に対応した動作パラメータをメモリ
から読み出す。この結果、レチクルの種類(通常レチク
ル、位相シフトレチクル)やそのパターンの微細度、周
期性等に最も見合った(最適な)照明条件、すなわち通
常照明、輪帯照明、複数傾斜照明のいずれを用いるか、
さらに輪帯照明では内径、外径、及び輪帯比(内径と外
径との比)等の条件、複数傾斜照明ではフライアイレン
ズ群の数、及びその位置等の条件、また照明光学系のσ
値、投影光学系PLの開口数、及び可変ブラインド10
の開口形状・位置等が認識される。At the next step 103, the holder 1 is newly added.
The bar code BC of the reticle R loaded in No. 4 is read. Then, the main controller 50 uses the barcode BC
The operation parameter corresponding to (reticle name) is read from the memory. As a result, the most suitable (optimal) illumination conditions that match the type of reticle (normal reticle, phase shift reticle), the fineness of the pattern, the periodicity, etc., that is, normal illumination, annular illumination, or multiple tilt illumination, are used. Or
Furthermore, conditions such as inner diameter, outer diameter, and annular ratio (ratio of inner diameter to outer diameter) are used for ring illumination, conditions such as the number of fly-eye lens groups and their positions are used for multi-tilt illumination, and the illumination optical system σ
Value, numerical aperture of projection optical system PL, and variable blind 10
The opening shape, position, etc. of are recognized.
【0071】次に、主制御装置50はステップ103で
読み出した照明条件に基づいて保持部材7、可変開口絞
り8、32、及び可変ブラインド10等を駆動し、レチ
クルR及びそのパターンに最適な照明条件を設定する
(ステップ104)。ステップ104では、先のステッ
プ102で確認した照明条件と異なる条件のみについて
その変更を行えば良く、照明条件変更が全く不要であっ
たら直ちにステップ105に進む。照明条件変更の一例
として、例えばレチクルパターンが微細な2次元のライ
ンアンドスペースパターンである場合、コントロール部
は保持部材7を回転させてフライアイレンズ群7Dを照
明光路に配置するとともに、そのパターンピッチや周期
方向に応じて照明光学系の瞳面近傍でのフライアイレン
ズ群7D1〜7D4 の各位置を微調整する。さらに必要
に応じて、可変開口絞り8、32や可変ブラインド10
の再調整を行えば良い。Next, main controller 50 drives holding member 7, variable aperture diaphragms 8 and 32, variable blind 10 and the like based on the illumination conditions read out in step 103, and illuminates optimum reticle R and its pattern. The conditions are set (step 104). In step 104, the change may be made only for the condition different from the illumination condition confirmed in the previous step 102, and if the illumination condition need not be changed at all, the process immediately proceeds to step 105. As an example of changing the illumination condition, for example, when the reticle pattern is a fine two-dimensional line-and-space pattern, the control unit rotates the holding member 7 to arrange the fly-eye lens group 7D in the illumination optical path, and the pattern pitch thereof. the positions of the fly-eye lens unit 7D 1 ~7D 4 in a pupil plane near the illumination optical system is finely adjusted in accordance with or periodic direction. Further, if necessary, the variable aperture diaphragms 8 and 32 and the variable blind 10
You can readjust it.
【0072】ここで、上述の如く照明条件の変更を行
う、例えば通常照明(フライアイレンズ群7A)から複
数傾斜照明(フライアイレンズ群7D)へ変更した場
合、投影光学系PLでは照明光束の通過領域が照明条件
変更前後で全く異なる。このため、この変更された照明
条件のもとで投影光学系PLの投影倍率や各種収差(デ
ィストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、球面
収差等)が最適値、または零ないし許容範囲内となるよ
うに、図1中の結像特性補正機構によって投影光学系P
Lの結像特性を調整しておくことが望ましい。尚、予め
投影光学系PLに履歴(熱蓄積)が残っていない、もし
くは履歴による結像特性の変化量がレベルMs、または
それ以下となっているときの照明条件毎の結像特性補正
機構の補正量(レチクルやレンズエレメントの駆動量
等)を求めておき、新たな照明条件のもとで露光動作を
開始する前までに、上記補正量に基づいて結像特性補正
機構を制御して投影光学系PLの結像特性を調整するよ
うにしておけば良い。また、結像特性補正機構によって
補正できない収差(コマ収差、球面収差等)について
は、例えば投影光学系PLを構成するレンズエレメント
のうち、当該収差は大きく変化させることができ、かつ
それ以外の収差はほとんど変化させることがないレンズ
エレメントを微動可能に構成しておき、このエレメント
を駆動してその収差量を調整すれば良い。Here, when the illumination condition is changed as described above, for example, when the normal illumination (fly-eye lens group 7A) is changed to a plurality of inclined illuminations (fly-eye lens group 7D), the projection optical system PL changes the illumination light flux. The passing area is completely different before and after changing the lighting conditions. Therefore, under this changed illumination condition, the projection magnification and various aberrations of the projection optical system PL (distortion, field curvature, astigmatism, coma aberration, spherical aberration, etc.) are optimum values, or zero or an allowable range. Inside the projection optical system P by the imaging characteristic correction mechanism in FIG.
It is desirable to adjust the image forming characteristic of L. It should be noted that when the history (heat accumulation) does not remain in the projection optical system PL in advance, or the amount of change in the imaging characteristics due to the history is at the level Ms or less, the imaging characteristics correction mechanism for each illumination condition is used. The correction amount (the driving amount of the reticle or lens element, etc.) is obtained, and the image formation characteristic correction mechanism is controlled based on the correction amount before the exposure operation is started under the new illumination condition. It suffices to adjust the image forming characteristics of the optical system PL. As for aberrations (coma aberration, spherical aberration, etc.) that cannot be corrected by the imaging characteristic correction mechanism, for example, the aberrations can be largely changed among the lens elements constituting the projection optical system PL, and other aberrations can be changed. The lens element which is hardly changed can be finely moved, and the aberration amount can be adjusted by driving this element.
【0073】次に、主制御装置50はレチクル、及びそ
の照明条件のもとで着目すべき結像特性、すわなち「実
用上最も問題となる結像特性」を決定する。ここで決定
される結像特性は、上述した如き図7中の結像特性a、
bのように複数の結像特性が設定される場合もある。さ
らに、上記の如く変化量の許容限界値を設定すべき計算
対象となる結像特性(以下、着目結像特性と呼ぶ)が決
定されると、新たな照明条件のもとでの着目結像特性の
変化量(または変化率)、及び変化特性(時定数)もメ
モリから読み出し、演算部で当該特性の変化量を逐次計
算できるように設定する(ステップ105)。しかる
後、露光すべきレチクルRのパターン情報(線幅やパタ
ーン面内での密度分布等)までもメモリから読み出し、
先に設定された着目結像特性の変化量の許容限界値(図
6中のGL2に相当)を決定する(ステップ106)。以
上により主制御装置50での各種条件の設定が完了す
る。Next, main controller 50 determines the reticle and the image forming characteristics to be noted under the illumination conditions, that is, "the image forming characteristics that pose the most practical problems". The image forming characteristic determined here is the image forming characteristic a in FIG. 7 as described above,
In some cases, a plurality of imaging characteristics are set as shown in b. Further, when the imaging characteristic (hereinafter referred to as the focused imaging characteristic) to be calculated for which the allowable limit value of the change amount is set as described above is determined, the focused imaging under the new illumination condition is determined. The change amount (or change rate) of the characteristic and the change characteristic (time constant) are also read from the memory, and set so that the calculation unit can successively calculate the change amount of the characteristic (step 105). Then, even pattern information of the reticle R to be exposed (line width, density distribution in the pattern surface, etc.) is read from the memory,
An allowable limit value (corresponding to G L2 in FIG. 6) of the amount of change in the focused image-forming characteristic set previously is determined (step 106). With the above, the setting of various conditions in main controller 50 is completed.
【0074】次に、主制御装置50は照明条件を変更し
たか否かを判断する(ステップ107)。ここでは新た
なレチクルRのもとでメモリから読み出された照明条件
が先のステップ102で確認された条件と異なりその変
更を行ったものとして、次のステップ108に進む。
尚、ステップ107で照明条件が変更されていないと判
断されると、直ちにステップ110に進む。Next, main controller 50 determines whether or not the illumination conditions have been changed (step 107). Here, it is assumed that the illumination condition read from the memory under the new reticle R is different from the condition confirmed in the previous step 102, and the change is made, and the process proceeds to the next step 108.
If it is determined in step 107 that the illumination conditions have not been changed, the process immediately proceeds to step 110.
【0075】さて、ステップ108では変更前の照明条
件の履歴が投影光学系PLに残っているか否か、すなわ
ち上記履歴による投影光学系PLの結像特性の変化量が
レベルMs以下となっているか否かを判断する。ここで
は照明条件変更のため、露光動作が停止されており、こ
れに伴って変化量も徐々に減少しているが、結像特性の
変化量の減衰計算は変更前の照明条件での演算パラメー
タ(時定数等)に基づいて露光動作停止から継続して行
われている。従って、主制御装置50はこの計算値とレ
ベルMsとを比較し、計算値がレベルMs以下となって
いたら、投影光学系PLに履歴は残っていない、すなわ
ち変更後の照明条件のもとでの演算パラメータを用いて
結像特性の変化量を逐次計算できるものと判断して、次
のステップ110に進む。In step 108, whether or not the history of the illumination conditions before the change remains in the projection optical system PL, that is, whether the change amount of the image forming characteristic of the projection optical system PL due to the history is below the level Ms or not. Determine whether or not. Here, the exposure operation is stopped due to the change of the illumination condition, and the change amount is gradually reduced accordingly. However, the attenuation calculation of the change amount of the image formation characteristic is the calculation parameter under the illumination condition before the change. The exposure operation is continuously performed based on (time constant, etc.). Therefore, main controller 50 compares this calculated value with level Ms, and if the calculated value is less than level Ms, no history remains in projection optical system PL, that is, under the changed illumination condition. It is determined that the change amount of the image forming characteristic can be sequentially calculated using the calculation parameter of (1), and the process proceeds to the next step 110.
【0076】一方、投影光学系PLに履歴が残っている
と判断された場合にはステップ109に進み、一定時間
(例えば数秒程度)だけ待った後、ステップ108に戻
って結像特性の変化量がレベルMs以下となっているか
否かを判断する。ここで履歴が残っていると判断された
ら、再度ステップ109に進み、以下ステップ108、
109を繰り返し実行して、結像特性の変化量がレベル
Ms以下となった時点でステップ110に進むようにす
る。ここでは一定時間毎に上記判断を行うようにしてい
たが、例えば演算パラメータによる減衰計算から、結像
特性の変化量がレベルMs以下となるまでの待ち時間を
算出し、ここで算出された時間だけ待った後、直ちにス
テップ110に進むようにしても構わない。On the other hand, when it is determined that the history remains in the projection optical system PL, the process proceeds to step 109, waits for a fixed time (for example, about several seconds), and then returns to step 108 to determine the amount of change in the imaging characteristic. It is determined whether or not the level is below the level Ms. If it is determined that the history remains, the process proceeds to step 109 again, and the following steps 108,
109 is repeatedly executed, and when the amount of change in the imaging characteristic becomes equal to or lower than the level Ms, the process proceeds to step 110. Here, the above determination is made at regular time intervals. However, for example, the waiting time until the change amount of the imaging characteristics becomes equal to or less than the level Ms is calculated from the attenuation calculation by the calculation parameter, and the calculated time is calculated. After waiting for just that, the process may proceed to step 110 immediately.
【0077】尚、変化量がレベルMs以下となっている
か否かを判断すべき結像特性は、投影倍率を含む全ての
収差であっても、先のステップ104で決定された変更
後の照明条件のもとでの着目結像特性のみであっても構
わない。また、照明条件変更前後で着目結像特性が異な
っている場合には、例えば変更前の照明条件のもとでの
着目結像特性の変化量がレベルMs以下となった時点、
または変更後の照明条件のもとでの着目結像特性の変化
量を、新たに変更前の照明条件のもとでの演算パラメー
タを用いて減衰計算し、この計算値がレベルMs以下と
なった時点で、ステップ110に進むようにすれば良
い。It should be noted that the imaging characteristics for which it is necessary to determine whether or not the amount of change is equal to or less than the level Ms are the illuminations after the change determined in the previous step 104 even if all the aberrations including the projection magnification are included. Only the focused image forming characteristic under the condition may be used. Further, when the focused image forming characteristic is different before and after the change of the illumination condition, for example, when the change amount of the focused image forming characteristic under the illumination condition before the change becomes equal to or less than the level Ms,
Alternatively, the amount of change in the focused imaging characteristic under the changed illumination condition is newly calculated using the calculated parameters under the changed illumination condition, and the calculated value becomes equal to or lower than the level Ms. At that point, the process may proceed to step 110.
【0078】次のステップ110において主制御装置5
0は、着目結像特性の変化量が許容限界値以下となって
いるか否かを判断する。これはステップ108と全く同
様に、常に逐次計算されている変化量と許容限界値とを
比較することにより行われ、変化量(計算値)が許容限
界値以下となっていたら、直ちにステップ112に進
み、ウエハに対する露光を開始する。一方、変化量が許
容限界値を越えている場合にはステップ111に進み、
ここで一定時間(例えば1秒程度)だけ待った後、再度
ステップ110に戻って変化量が許容限界値以下となっ
ているか否かを判断する。以下、ステップ110、11
1を繰り返し実行し、変化量が許容限界値以下となった
時点でステップ112に進むようにする。ここでもステ
ップ111と同様に、演算パラメータによる減衰計算か
ら変化量が許容限界値以下となるまでの待ち時間を算出
し、ここで算出された時間だけ待った後、直ちにステッ
プ112に進むようにしても構わない。At the next step 110, the main controller 5
In 0, it is determined whether or not the amount of change in the focused imaging characteristic is equal to or less than the allowable limit value. This is performed in exactly the same way as in step 108 by comparing the amount of change calculated successively and the allowable limit value, and if the amount of change (calculated value) is below the allowable limit value, immediately proceed to step 112. Then, the exposure of the wafer is started. On the other hand, if the change amount exceeds the allowable limit value, the process proceeds to step 111,
Here, after waiting for a fixed time (for example, about 1 second), the process returns to step 110 again, and it is determined whether or not the amount of change is less than or equal to the allowable limit value. Hereafter, steps 110 and 11
1 is repeatedly executed, and the process proceeds to step 112 when the change amount becomes equal to or less than the allowable limit value. Here, similarly to step 111, the waiting time until the amount of change becomes equal to or less than the allowable limit value is calculated from the attenuation calculation using the calculation parameter, and after waiting for the time calculated here, the process may immediately proceed to step 112. .
【0079】さて、ステップ112では新たな照明条件
のもとでレチクルRのパターンをウエハWに順次露光し
ていく。主制御装置50は露光終了後、次のウエハに対
する露光を行うか否かを判断する(ステップ113)。
ここでは1枚目のウエハの露光が終了しただけなので、
次のステップ114に進み、ウエハ交換を実行する。さ
らに主制御装置50は、次(2枚目)のウエハに対して
レチクル交換を行うか否かを判断する(ステップ10
2)。ここでは同一レチクルのパターンを露光するもの
としてステップ110に進む。ステップ110では上記
と全く同様に着目結像特性の変化量と許容限界値とを比
較し、変化量が許容限界値以下となっていたら、ステッ
プ112に進んで2枚目のウエハに対する露光を開始す
る。以下、露光すべき全てのウエハに対する露光が終了
するまで、上記のシーケンスを繰り返し実行することに
なる。この結果、常に高精度の結像特性のもとでウエハ
に対するパターン露光を実行することが可能となる。
尚、レチクル交換を行う場合には再度ステップ102〜
106を実行し、さらに照明条件を変更した場合にはス
テップ108、109を行えば良い。また、レチクル交
換を行っても照明条件を変更しなければ、ステップ10
5、106を実行する必要はない。In step 112, the pattern of the reticle R is sequentially exposed on the wafer W under new illumination conditions. After the exposure is completed, main controller 50 determines whether or not the next wafer is to be exposed (step 113).
Since only the first wafer has been exposed here,
Proceeding to next step 114, wafer exchange is executed. Further, main controller 50 determines whether or not the reticle should be replaced for the next (second) wafer (step 10).
2). Here, it is assumed that the pattern of the same reticle is exposed, and the process proceeds to step 110. In step 110, the change amount of the image forming characteristic of interest is compared with the permissible limit value in exactly the same manner as described above. To do. Hereinafter, the above sequence is repeatedly executed until the exposure of all the wafers to be exposed is completed. As a result, it becomes possible to perform the pattern exposure on the wafer always under the highly accurate imaging characteristics.
When the reticle is replaced, the steps 102-
When step 106 is executed and the illumination condition is changed, steps 108 and 109 may be executed. If the illumination conditions are not changed even after reticle replacement, step 10
It is not necessary to perform steps 5 and 106.
【0080】ここで、露光すべき全てのウエハに対して
レチクル交換を行わないような露光シーケンスであれ
ば、図8に示したフローチャートではステップ114終
了後、直ちにステップ110を実行するようにすれば良
い。このとき、ステップ110での結像特性の変化量と
許容限界値との比較をウエハ交換毎に行うことが前提と
なっている。また、図8では同一レチクルに対しては照
明条件を変更しないシーケンスを示したが、同一レチク
ルであっても単位枚数のウエハ毎(またはショット領域
毎)、もしくはロット毎に照明条件を変更するようなシ
ーケンスを採用しても構わない。さらに同一ウエハに対
してはレチクル交換を行っていなかったが、同一ウエハ
であっても単位ショット毎(例えば1ショット毎)にレ
チクル交換、さらには照明条件変更を行うようなシーケ
ンスを採用しても良い。本発明は、上記の如く照明条件
を変更しながら種々の照明条件のもとでウエハに対する
露光を行う場合に特に有効である。Here, if the exposure sequence is such that the reticle is not exchanged for all the wafers to be exposed, in the flowchart shown in FIG. 8, step 110 is executed immediately after step 114 is completed. good. At this time, it is premised that the amount of change in the imaging characteristic in step 110 is compared with the allowable limit value every time the wafer is exchanged. Although FIG. 8 shows a sequence in which the illumination condition is not changed for the same reticle, the illumination condition may be changed for each unit number of wafers (or each shot area) or each lot even for the same reticle. Any sequence may be adopted. Further, although the reticle was not exchanged for the same wafer, even if the same wafer is used, a reticle exchange may be performed for each unit shot (for example, for each shot), and the illumination condition may be changed. good. The present invention is particularly effective when exposing a wafer under various illumination conditions while changing the illumination conditions as described above.
【0081】また、ステップ102において通常レチク
ルから位相シフトレチクルへレチクル交換を行った場合
(またはその逆)でも、図8ではステップ102から直
ちにステップ110へ進むので、特に照明条件の変更
(保持部材7の駆動やσ値の変更等)が行われない。し
かしながら、投影光学系PLの瞳面では光量分布が変化
することになるので、上記の如きレチクル交換は照明条
件の変更に相当するものとして、ステップ108、10
9を実行するようなシーケンスを採用する。尚、位相シ
フトレチクル以外であっても、投影光学系PLの瞳面で
の光量分布が変化するようなレチクル、例えば通常レチ
クルであってそのパターンを構成する遮光部材(クロム
等)に部分的に光透過率を与える、いわゆるハーフトー
ンレチクルであれば、同様に照明条件の変更と見なして
ステップ108、109を実行することが望ましい。ま
た、同一レチクルに対して照明条件を変更しながら露光
を行う場合にも、本実施例をそのまま適用して同様の効
果を得ることができる。Even when the reticle is changed from the normal reticle to the phase shift reticle in step 102 (or vice versa), the process proceeds from step 102 to step 110 in FIG. 8, so that the illumination condition is particularly changed (holding member 7). Drive or change of σ value) is not performed. However, since the light amount distribution changes on the pupil plane of the projection optical system PL, it is assumed that the reticle exchange as described above corresponds to the change of the illumination condition, and the steps 108 and 10 are performed.
9 is adopted. It should be noted that, other than the phase shift reticle, a reticle that changes the light amount distribution on the pupil plane of the projection optical system PL, for example, a normal reticle and a light blocking member (chrome or the like) that constitutes the pattern thereof is partially In the case of a so-called halftone reticle that gives a light transmittance, it is desirable to execute steps 108 and 109 by regarding it as a change in illumination condition. Further, even when exposure is performed on the same reticle while changing the illumination condition, the same effects can be obtained by directly applying the present embodiment.
【0082】以上のように本実施例では、ステップ10
8、110において結像特性の変化量を逐次計算にて求
め、レベルMsや許容限界値との比較を行うようにして
いたが、予め照明光吸収による投影光学系PLの熱蓄積
量と、それに対応した結像特性の変化量との関係を求
め、結像特性の変化量の許容限界値(あるいはレベルM
s)に対応した熱蓄積量を基準値として記憶しておき、
ステップ108、110では投影光学系PLの熱蓄積量
のみを逐次計算し、この熱蓄積量(計算値)と基準値と
を比較することで露光動作を開始するか否かを判断する
ようにしても良い。As described above, in this embodiment, step 10
8 and 110, the amount of change in the imaging characteristic was sequentially calculated and compared with the level Ms and the allowable limit value. However, the amount of heat accumulated in the projection optical system PL due to absorption of illumination light and The relationship with the corresponding change amount of the image forming characteristic is obtained, and the allowable limit value (or level M) of the change amount of the image forming characteristic is obtained.
The amount of heat accumulation corresponding to s) is stored as a reference value,
In steps 108 and 110, only the heat storage amount of the projection optical system PL is sequentially calculated, and by comparing the heat storage amount (calculated value) with a reference value, it is determined whether or not the exposure operation is started. Is also good.
【0083】尚、本実施例では主制御装置50が上記の
如く露光動作の開始、停止までも制御することとしてい
たが、主制御装置50とは別に専用のコントロールユニ
ットを用意し、当該ユニットが照明条件等を入力して露
光動作の制御を行い、主制御装置50は各種条件や演算
結果をユニットに与えるだけでも良い。図1中には示し
ていないが、主制御装置50での演算結果や露光装置の
動作状態等をオペレータに知らせるための表示装置(ブ
ラウン管等)を設け、例えばステップ109、111で
露光動作を停止しているとき、露光停止時間はどの位か
をオペレータに知らせるように構成しても良い。このと
き、露光停止時間は結像特性の変化量の減衰計算から容
易に求めることができる。In this embodiment, the main control device 50 controls the start and stop of the exposure operation as described above, but a dedicated control unit is prepared separately from the main control device 50, and the unit concerned is It is also possible to input the illumination conditions and the like to control the exposure operation, and the main controller 50 only gives various conditions and calculation results to the unit. Although not shown in FIG. 1, a display device (a cathode ray tube or the like) for notifying the operator of the calculation result in the main control device 50 and the operation state of the exposure device is provided, and the exposure operation is stopped in steps 109 and 111, for example. During this time, the operator may be informed of how long the exposure stop time is. At this time, the exposure stop time can be easily obtained from the attenuation calculation of the change amount of the image formation characteristic.
【0084】また、上記実施例では着目結像特性、例え
ばコマ収差や球面収差についてはその変化量に許容限界
値を設定して、変化量が限界値を越えた時点で露光動作
を停止し、その他の結像特性、例えば投影倍率、ディス
トーション、像面湾曲、非点収差等については結像特性
補正機構によってその変化量が常に許容範囲内となって
いるように逐次変化量を補正することとしていた。しか
しながら、着目結像特性として選択すべき結像特性と上
記補正機構によって補正する結像特性との組み合わせは
任意で良く、例えばコマ収差と像面湾曲とを着目結像特
性として選択しても構わない。また、レチクルもしくは
そのパターンの種類や照明条件によっては投影倍率とデ
ィストーションを補正機構で逐次補正するようにし、コ
マ収差のみを着目結像特性として選択しても良い。Further, in the above embodiment, the permissible limit value is set for the variation amount of the focused image forming characteristic such as coma aberration and spherical aberration, and the exposure operation is stopped when the variation amount exceeds the limit value. Regarding other imaging characteristics, such as projection magnification, distortion, field curvature, astigmatism, etc., it is assumed that the imaging characteristic correction mechanism sequentially corrects the variation so that the variation is always within the allowable range. I was there. However, the combination of the image forming characteristic to be selected as the image forming characteristic of interest and the image forming characteristic corrected by the correction mechanism may be arbitrary, and for example, coma aberration and field curvature may be selected as the image forming characteristic of interest. Absent. Depending on the type of the reticle or its pattern and the illumination conditions, the projection magnification and the distortion may be sequentially corrected by the correction mechanism, and only the coma aberration may be selected as the focused image forming characteristic.
【0085】さらに上記実施例では、着目結像特性とし
て選択すべき結像特性と上記補正機構によって補正する
結像特性とを明確に区別していたが、補正機構によって
変化量が逐次補正される結像特性であっても着目結像特
性として選択する、すなわちその変化量の許容限界値を
設定し、上記と全く同様に逐次計算される変化量と許容
限界値とを比較することで露光動作を開始するか否かを
判断するようにしても良い。これは、補正機構によって
変化量が逐次補正される結像特性であっても、その種類
(例えば像面湾曲等)によっては補正機構による変化量
(収差量)の補正に限界が生じるので、変化量が補正し
きれず徐々に増大していき、やがては変化量(残留補正
誤差の総和)が許容限界値を越え得るためである。Further, in the above embodiment, the image forming characteristic to be selected as the focused image forming characteristic and the image forming characteristic to be corrected by the correcting mechanism are clearly distinguished, but the change amount is sequentially corrected by the correcting mechanism. Even if the imaging characteristic is selected as the focused imaging characteristic, that is, the permissible limit value of the change amount is set, and the change amount and the permissible limit value that are successively calculated in the same manner as above are compared to perform the exposure operation. It may be determined whether or not to start. This is because even if the image forming characteristic is such that the amount of change is sequentially corrected by the correction mechanism, there is a limit to correction of the amount of change (aberration amount) by the correction mechanism depending on the type (for example, curvature of field). This is because the amount cannot be completely corrected and gradually increases, and eventually the amount of change (sum of residual correction errors) may exceed the allowable limit value.
【0086】また、ステップ110では着目結像特性の
変化量が許容限界値を越えていた場合、変化量が限界値
以下となるまで露光動作を停止することとしたが、スル
ープットを考慮し、例えば結像特性補正機構を用いる、
もしくは着目結像特性の変化量の補正に有効なレンズエ
レメントを駆動することによって、積極的に変化量を許
容限界値以下にするようにしても良い。このとき、投影
光学系PLの熱蓄積量とそれに対応した結像特性の変化
量との関係が変化し得るので、先の補正量(駆動量)に
基づいて当該関係を更新し、これ以降ではこの更新した
関係に基づいて結像特性の変化量を逐次計算して許容限
界値との比較を行うようにすることが望ましい。Further, in step 110, when the variation amount of the image forming characteristic of interest exceeds the allowable limit value, the exposure operation is stopped until the variation amount becomes equal to or less than the limit value. Using the imaging characteristic correction mechanism,
Alternatively, the amount of change may be positively made equal to or less than the allowable limit value by driving the lens element that is effective for correcting the amount of change in the focused imaging characteristic. At this time, the relationship between the amount of heat accumulated in the projection optical system PL and the amount of change in the imaging characteristics corresponding thereto can change, so the relationship is updated based on the previous correction amount (driving amount), and thereafter It is desirable to successively calculate the amount of change in the imaging characteristic based on this updated relationship and compare it with the allowable limit value.
【0087】さらに上記実施例では、レチクルやそのパ
ターンの種類、及び照明条件に対応した投影光学系PL
の瞳面近傍での光量(照度)分布に注目していたが、例
えばレチクルもしくはそのパターンの密度分布の変化に
よるレチクル近傍の投影光学系PLのレンズエレメント
の照度分布の変動によっても結像特性が変動し得るが、
このような場合でも上記実施例と同様に結像特性の変化
量を許容限界値以下に抑えることが可能である。つま
り、可変ブラインド10による照明視野の変更、または
レチクルパターンの密度分布の変化により、レチクル近
傍のレンズエレメントに対して照明光が不均一に照射さ
れる場合、同一の照射量であっても照明光がほぼ均一に
レンズエレメントに照射される場合と比較して、その結
像特性が変化することが考えられる。そこで、このよう
な場合には投影光学系PLの瞳面近傍だけでなく、レチ
クル近傍のレンズエレメントでの照度分布も考慮し、こ
こでの照度分布を照明条件変更の1つとして変化量を逐
次計算することによって、より厳密な結像特性の管理を
行うことが可能となる。Further, in the above embodiment, the projection optical system PL corresponding to the type of reticle, its pattern, and the illumination conditions.
Of the light intensity (illuminance) in the vicinity of the pupil surface of the lens, the image formation characteristic is also affected by a change in the illuminance distribution of the lens element of the projection optical system PL near the reticle due to a change in the density distribution of the reticle or its pattern. Can fluctuate,
Even in such a case, it is possible to suppress the amount of change in the imaging characteristics to the allowable limit value or less, as in the above embodiment. That is, when the illumination light is unevenly irradiated to the lens elements near the reticle due to the change of the illumination field of view by the variable blind 10 or the change of the density distribution of the reticle pattern, even if the illumination amount is the same, It is conceivable that the imaging characteristics of the lens element will change as compared with the case where the lens element is irradiated almost uniformly. Therefore, in such a case, not only in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL but also in the illuminance distribution in the lens element near the reticle, the illuminance distribution here is considered as one of the illumination condition changes, and the variation amount is sequentially changed. By performing the calculation, it becomes possible to perform more strict control of the imaging characteristics.
【0088】また、上記実施例では照明光吸収による投
影光学系の熱蓄積量に起因した結像特性の変化について
考えたが、照明光吸収に比べて比較的変動が小さいが、
投影光学系PLの周辺の環境(大気圧、温度等)変化に
起因した結像特性の変化までも考慮してその変化量を逐
次計算するようにしても良い。さらに、最近ではウエハ
ステージWSを投影光学系PLの光軸方向に移動させな
がら、光ファイバー等によってウエハステージWSの内
部に伝送された露光光で、ウエハ表面とほぼ同一面内に
設けられた基準パターンを照明するとともに、そのパタ
ーン像のレチクルRの下面(パターン面)での反射光を
基準パターンを介して光電検出することによって、投影
光学系PLの露光フィールド内の任意の点での焦点位置
を検出することが提案されている。この種の焦点位置検
出系では、照明条件毎に焦点位置を正確に検出するた
め、例えば光ファイバーの射出端面近傍に複数枚の空間
フィルターを交換可能に配置し、投影光学系PLの瞳面
に形成される照度分布が、照明光学系の照明条件(位相
シフトレチクル等も含む)毎にその照度分布とほぼ等し
くなるように構成している。従って、上記構成の装置に
よって焦点位置を検出する際にも、投影光学系PLは露
光光を吸収してその結像特性が変動し得るので、この露
光光吸収による投影光学系の熱蓄積量までも考慮して結
像特性の変化量を計算することが望ましい。Further, in the above-mentioned embodiment, the change of the image forming characteristic due to the heat accumulation amount of the projection optical system due to the absorption of the illumination light was considered, but the fluctuation is relatively small as compared with the absorption of the illumination light.
The amount of change may be sequentially calculated in consideration of even changes in the imaging characteristics due to changes in the environment (atmospheric pressure, temperature, etc.) around the projection optical system PL. Further, recently, while the wafer stage WS is moved in the optical axis direction of the projection optical system PL, the exposure light transmitted to the inside of the wafer stage WS by an optical fiber or the like causes a reference pattern provided substantially in the same plane as the wafer surface. And the photoelectrically detecting the reflected light on the lower surface (pattern surface) of the reticle R of the pattern image through the reference pattern, the focus position at an arbitrary point in the exposure field of the projection optical system PL is determined. It is proposed to detect. In this type of focus position detection system, in order to accurately detect the focus position for each illumination condition, for example, a plurality of spatial filters are replaceably arranged near the exit end face of the optical fiber and formed on the pupil plane of the projection optical system PL. The illuminance distribution is set to be substantially equal to the illuminance distribution for each illumination condition (including the phase shift reticle etc.) of the illumination optical system. Therefore, even when the focus position is detected by the apparatus having the above-described configuration, the projection optical system PL can absorb the exposure light and the imaging characteristics thereof can change, so that the amount of heat accumulated in the projection optical system due to the absorption of the exposure light can be increased. It is desirable to calculate the amount of change in the image forming characteristic in consideration of the above.
【0089】また、上記実施例では照明条件として通常
照明から複数傾斜照明に変更する場合について述べた
が、例えば照明光学系のσ値のみを変更する場合、通常
照明から輪帯照明に変更する(または逆)場合、複数傾
斜照明においてもレチクルパターンの周期性に応じてフ
ライアイレンズ群7B〜7Dを相互に交換する、または
同一のフライアイレンズ群であっても個々のフライアイ
レンズ群を微動する場合、可変ブラインド10により照
明視野を変更する場合、あるいは投影光学系PLの開口
数を変更する場合等に対しても本発明は有効である。In the above embodiment, the case where the normal illumination is changed to the multi-inclined illumination as the illumination condition is described. However, for example, when only the σ value of the illumination optical system is changed, the normal illumination is changed to the annular illumination ( In the case of multiple tilt illumination, the fly-eye lens groups 7B to 7D are exchanged with each other according to the periodicity of the reticle pattern, or even if the fly-eye lens groups are the same, the individual fly-eye lens groups are slightly moved. The present invention is also effective when the illumination blind field is changed by the variable blind 10 or when the numerical aperture of the projection optical system PL is changed.
【0090】以上の実施例によれば、投影光学系PLの
結像特性は常に良好に維持されるが、露光動作中断によ
る生産性(スループット)の低下は避けることができな
い。そこで上記欠点を少しでも補うため、図8のステッ
プ109、111での待ち時間を、例えば投影光学系P
Lの焦点位置、投影倍率、または諸収差のチェック(計
測)、アライメントセンサーのベースラインチェック等
を始めとした露光装置の自己キャリブレーション等に有
効に使用することが望ましい。尚、図1中の投影光学系
PLは屈折素子のみから構成されていたが、反射素子、
もしくは屈折素子と反射素子とを組み合わせたものであ
っても構わない。According to the above-mentioned embodiments, the image forming characteristics of the projection optical system PL are always maintained in good condition, but the reduction of productivity (throughput) due to interruption of the exposure operation cannot be avoided. Therefore, in order to make up for the above drawbacks, the waiting time in steps 109 and 111 in FIG.
It is desirable to effectively use it for self-calibration of the exposure apparatus including checking (measurement) of the focus position of L, projection magnification, or various aberrations, baseline check of the alignment sensor, and the like. Although the projection optical system PL in FIG. 1 is composed of only a refracting element, a reflecting element,
Alternatively, a combination of a refraction element and a reflection element may be used.
【0091】[0091]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、照明条件
変更に応じて照明光吸収による投影光学系の結像特性の
変化量(変化特性)が変化しても、照明条件毎に投影光
学系の熱蓄積量に対応した結像特性の変化量に所定の許
容限界値(または熱蓄積量に所定の基準値)を設定し、
当該変化量が許容限界値を越えている間(または熱蓄積
量が基準値を越えている間)は露光動作を停止(中断)
するようにした。このため、照明条件毎にその結像特性
の変動による結像パターンの劣化を常に許容値以内に抑
えることが可能となる。また、照明条件毎に許容限界値
を設定すべき結像特性を決定し、この決定した結像特性
のみに注目してその変化量と許容限界値とを比較するこ
とにより露光動作の開始、停止を制御するため、停止時
間による生産性(スループット)の低下を最小限に抑え
ることが可能となっている。As described above, according to the present invention, even if the change amount (change characteristic) of the image forming characteristic of the projection optical system due to the absorption of the illumination light changes according to the change of the illumination condition, the projection is performed for each illumination condition. Set a predetermined allowable limit value (or a predetermined reference value for the heat storage amount) to the amount of change in the imaging characteristics corresponding to the heat storage amount of the optical system,
The exposure operation is stopped (interrupted) while the amount of change exceeds the allowable limit (or the amount of heat accumulation exceeds the reference value).
I decided to do it. For this reason, it is possible to always suppress the deterioration of the image formation pattern due to the variation of the image formation characteristic for each illumination condition within the allowable value. Further, by determining the image forming characteristic for which the allowable limit value should be set for each illumination condition, and paying attention only to the determined image forming characteristic and comparing the variation amount with the allowable limit value, the exposure operation is started and stopped. Therefore, it is possible to minimize the decrease in productivity (throughput) due to the stop time.
【図1】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な
構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】複数のフライアイレンズ群を照明光束の光路中
に交換可能に配置する交換機構の具体的な構成を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of an exchange mechanism that exchangeably arranges a plurality of fly-eye lens groups in an optical path of an illumination light flux.
【図3】本発明の実施例で採用する複数傾斜照明法の原
理を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of a multi-tilt illumination method used in an embodiment of the present invention.
【図4】照明条件(σ値)変更前後のフライアイレンズ
群からウエハまでの光路と、投影光学系の瞳面近傍での
光量分布とを示す図。FIG. 4 is a diagram showing an optical path from a fly-eye lens group to a wafer before and after changing an illumination condition (σ value) and a light amount distribution near a pupil plane of a projection optical system.
【図5】照明光吸収による投影光学系の結像特性(投影
倍率)の変化特性を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a change characteristic of an image forming characteristic (projection magnification) of a projection optical system due to absorption of illumination light.
【図6】照明光吸収による投影光学系の結像特性の変化
量に設定すべき許容限界値の説明に供する図。FIG. 6 is a diagram for explaining an allowable limit value to be set for the amount of change in the imaging characteristics of the projection optical system due to absorption of illumination light.
【図7】結像特性の変化量の許容限界値の設定方法を説
明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating a method of setting an allowable limit value for the amount of change in image formation characteristics.
【図8】投影光学系の結像特性の制御動作の一例を示す
フローチャート図。FIG. 8 is a flowchart showing an example of a control operation of image forming characteristics of the projection optical system.
3 シャッター 10 可変ブラインド 20〜23 レンズエレメント 25、27、29 駆動素子 33 照射量モニタ(光電センサ) 50 主制御装置 R レチクル PL 投影光学系 Ep 瞳面 W ウエハ WS ウエハステージ 3 Shutter 10 Variable blind 20-23 Lens element 25, 27, 29 Driving element 33 Irradiation amount monitor (photoelectric sensor) 50 Main controller R Reticle PL Projection optical system Ep Pupil surface W Wafer WS Wafer stage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7352−4M 527 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location 7352-4M 527
Claims (6)
パターンの像を投影光学系を介して感光基板上に所定の
結像状態で投影するために、前記照明光の入射による前
記投影光学系の熱蓄積量、もしくは熱蓄積又は環境変化
により生じる前記投影光学系の光学特性の変化量と所定
の基準値とに基づいて、前記感光基板に対する露光動作
の開始又は停止を制御する投影露光方法において、 前記基準値を、前記投影光学系の瞳面における光束の分
布状態の変化に応じて決定する段階と; 前記光束の分布状態が変化した後は、前記決定された基
準値を利用して前記露光動作を実行する段階とを含むこ
とを特徴とする投影露光方法。1. The projection optical system according to the incidence of the illumination light in order to project an image of a pattern of a mask irradiated with illumination light from a light source onto a photosensitive substrate in a predetermined image formation state via a projection optical system. Projection exposure method for controlling start or stop of exposure operation on the photosensitive substrate based on a heat accumulation amount of the system or an amount of change in optical characteristics of the projection optical system caused by heat accumulation or environmental change and a predetermined reference value In the step of determining the reference value according to a change in the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system; and after the change in the distribution state of the light flux, using the determined reference value. And a step of performing the exposure operation.
光学系の瞳面における前記照明光の分布状態、前記感光
基板上に投影すべきマスク上のパターン、及び前記投影
光学系の開口数の少なくとも1つを変更することによ
り、前記投影光学系の瞳面における光束の分布状態を変
化させることを特徴とする請求項1に記載の投影露光方
法。2. A distribution state of the illumination light on a pupil plane of an illumination optical system that illuminates the mask with the illumination light, a pattern on the mask to be projected on the photosensitive substrate, and a numerical aperture of the projection optical system. The projection exposure method according to claim 1, wherein the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system is changed by changing at least one of them.
布状態が変化したとき、前記熱蓄積量、又は前記光学特
性の変化量が所定の許容値以下となるまで前記露光動作
を停止することを特徴とする請求項1、又は請求項2に
記載の投影露光方法。3. When the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system changes, the exposure operation is stopped until the amount of heat accumulation or the amount of change in the optical characteristics becomes a predetermined allowable value or less. 3. The projection exposure method according to claim 1 or 2.
投影光学系の光学特性、又はアライメントセンサーのベ
ースラインを計測することを特徴とする請求項3に記載
の投影露光方法。4. The projection exposure method according to claim 3, wherein the optical characteristic of the projection optical system or the baseline of the alignment sensor is measured while the exposure operation is stopped.
明光学系と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に
投影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、
前記マスクのパターン像を所定の結像状態で投影するた
めに、前記照明光の入射による前記投影光学系の熱蓄積
量、もしくは熱蓄積又は環境変化により生じる前記投影
光学系の光学特性の変化量と所定の基準値とに基づい
て、前記感光基板に対する露光動作の開始又は停止を制
御する露光制御手段と; 前記照明光学系の瞳面における前記照明光の分布状態、
前記感光基板上に投影すべきマスク上のパターン、及び
前記投影光学系の開口数の少なくとも1つを変更するこ
とにより、前記投影光学系の瞳面における光束の分布状
態を変化させる露光条件変更手段と; 前記投影光学系の瞳面における光束の分布状態の変化に
応じて前記基準値を変更する手段とを備えたことを特徴
とする投影露光装置。5. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for irradiating a mask with illumination light from a light source; and a projection optical system for projecting an image of the pattern of the mask onto a photosensitive substrate,
In order to project the pattern image of the mask in a predetermined image formation state, the amount of heat accumulated in the projection optical system due to the incidence of the illumination light, or the amount of change in the optical characteristic of the projection optical system caused by heat accumulation or environmental change And an exposure control means for controlling the start or stop of the exposure operation on the photosensitive substrate based on a predetermined reference value; and a distribution state of the illumination light on the pupil plane of the illumination optical system,
Exposure condition changing means for changing the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system by changing at least one of the pattern on the mask to be projected on the photosensitive substrate and the numerical aperture of the projection optical system. A projection exposure apparatus comprising: means for changing the reference value according to a change in the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system.
瞳面における光束の分布状態が変化したとき、前記熱蓄
積量、又は前記光学特性の変化量が所定の許容値以下と
なるまで前記露光動作を停止することを特徴とする請求
項5に記載の投影露光装置。6. The exposure control means, when the distribution state of the light flux on the pupil plane of the projection optical system changes, the heat accumulation amount or the change amount of the optical characteristic becomes equal to or less than a predetermined allowable value. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the exposure operation is stopped.
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