JPH08241860A - Photolithography device and exposure method - Google Patents

Photolithography device and exposure method

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JPH08241860A
JPH08241860A JP8024998A JP2499896A JPH08241860A JP H08241860 A JPH08241860 A JP H08241860A JP 8024998 A JP8024998 A JP 8024998A JP 2499896 A JP2499896 A JP 2499896A JP H08241860 A JPH08241860 A JP H08241860A
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一明 鈴木
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敏男 松浦
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恭一 諏訪
Koichi Matsumoto
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Abstract

PURPOSE: To lessen a projected image in distortion errors attendant on the change of a pattern injection region in shape or size by a method wherein a photolithography device is controlled in a projection multiplying factor to a substrate so as to make image high spots, which are located in a pattern projection region adjusted by a blind, small in amount of distortion on an average. CONSTITUTION: Blinds BL1 and BL2 are each equipped with a movable blade to control illuminating light which irradiates masks (reticle) R1 and R2 in an illuminating range conforming to pattern regions PA1 and PA2 on the masks (reticle) R1 and R2. Multiplying factor controlling means BC1 and BC2 control a photolithography device in a projection multiplying factor to a substrate so as to make image high spots, which are located in the effective pattern projection regions of projection optical systems PL1 and PL2 corresponding to illuminating ranges adjusted by the blinds BL1 and BL2, small in amount of distortion on an average. By this setup, a projected image can be lessened in distortion error attendant on the change of a pattern projection region in shape or size.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィ用の基板(半導体ウェハ等の感光基板)上にマスクの
パターンをステップ・アンド・リピート方式等で転写す
るフォトリソグラフィ装置と、そのような装置を用いて
基板を露光する方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography apparatus for transferring a mask pattern onto a substrate for photolithography (a photosensitive substrate such as a semiconductor wafer) by a step-and-repeat method, and such an apparatus. And a method of exposing a substrate using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超LSIの製造に縮小投影型露光
装置が使われ、生産性の向上に多大な功績を収めてい
る。この種の投影露光装置は、投影露光すべきレチクル
上のパターンの線幅の微細化や、パターン自体の高集積
化に伴ない、半導体ウェハ上の異なる層間での重ね合わ
せ露光時の重ね合わせ精度を向上させることが要求され
る。このことは特に異なる装置間について顕著である。
2. Description of the Related Art In recent years, a reduction projection type exposure apparatus has been used for manufacturing a VLSI, and has made great achievements in improving productivity. This type of projection exposure apparatus is designed to have a finer line width of a pattern on a reticle to be projected for exposure, and a higher integration of the pattern itself. Is required to be improved. This is particularly remarkable between different devices.

【0003】最近では開口数、倍率、又は露光領域(投
影視野)の異なる多種の投影露光装置が出現し、超LS
Iの製造工場では、要求される解像力、スループットを
考慮して1つの超LSI製造のプロセス中で、異なる層
間の露光を別々の装置で使いわけることが多くなってき
た。異なる投影倍率、投影視野の露光装置同志、あるい
は屈折系又は反射系のように露光方式の異なる装置同志
を、半導体製造のフォトリソグラフィーのプロセス中で
混用すること、所謂ミックス・アンド・マッチ(Mix an
d Match )においては、重ね合わせ精度が特に重要にな
ってくる。重ね合わせ精度を左右するひとつの要因とし
て投影光学系のディストーション(像歪み)があげられ
る。
Recently, various types of projection exposure apparatuses having different numerical apertures, magnifications, or exposure areas (projection fields of view) have appeared, and the super LS
In the manufacturing factory of I, in consideration of the required resolution and throughput, it is becoming more and more common to use different exposures for different layers in one VLSI manufacturing process. Mixing of exposure apparatuses having different projection magnifications and projection fields, or apparatuses having different exposure methods such as a refraction system or a reflection system in the photolithography process of semiconductor manufacturing, so-called mix and match (Mix an
In d Match), overlay accuracy becomes especially important. Distortion (image distortion) of the projection optical system is one of the factors that influence the overlay accuracy.

【0004】一般に、同一構造の投影光学系であって
も、ディストーション特性(収差曲線)は一本ごとに微
妙に異なるのが現状であり、ましてや異なる倍率や視野
サイズの投影光学系同志ではディストーション特性が大
幅に異なることがある。従ってこのような装置同志を用
いてミックス・アンド・マッチを行なったとしても、必
ずしも十分な重ね合わせ精度が得られるとは限らない。
このため重ね合わせ不良による生産性の低下といった重
大な問題が生じ得る。
In general, even in a projection optical system having the same structure, the distortion characteristic (aberration curve) is slightly different for each line, and even if the projection optical systems are different in magnification and field size, the distortion characteristics are different. Can vary significantly. Therefore, even if such devices are used for mix and match, it is not always possible to obtain sufficient overlay accuracy.
Therefore, a serious problem such as a decrease in productivity due to a defective overlay may occur.

【0005】またステップ・アンド・リピート方式の投
影露光装置に使われている1/5縮小や1/2.5縮小
の投影光学系は、開口数によっても異なるが半導体ウェ
ハ上で直径28mm、42mmといった円形の視野領域を有
している。これに対してレチクル上に形成された露光す
べきパターン領域は、一般に20×20mm、30×30
mmといった矩形状になっている。そこでこの種の投影露
光装置では、レチクル上のパターン領域に合わせてレチ
クルを照射する露光用照明光の大きさを矩形状に制限す
る照明視野絞りが設けられている。この視野絞りは、レ
チクル上のパターン領域の大きさの変更に応じて照明領
域の形状や大きさを調整するような可動ブレードを有し
ている。
The 1/5 reduction or 1 / 2.5 reduction projection optical system used in the step-and-repeat type projection exposure apparatus has a diameter of 28 mm or 42 mm on a semiconductor wafer, although it depends on the numerical aperture. Has a circular visual field area. On the other hand, the pattern area to be exposed formed on the reticle is generally 20 × 20 mm, 30 × 30.
It has a rectangular shape such as mm. Therefore, this type of projection exposure apparatus is provided with an illumination field diaphragm that limits the size of the exposure illumination light that illuminates the reticle in a rectangular shape in accordance with the pattern area on the reticle. This field stop has a movable blade that adjusts the shape and size of the illumination area according to the change in the size of the pattern area on the reticle.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、レチクル上
のパターン領域の大きさが変わるということは、投影光
学系の円形視野内に占める実効的なパターン投影領域の
大きさが変化すること、すなわちパターン投影に寄与す
る有効な像高範囲(投影光学系の円形視野の中心からの
距離)も円形視野内で変化することを意味する。投影光
学系の円形視野内での像高点毎のディストーション特性
は初期状態ではある傾向を持ち、有効な像高範囲が変化
するということは、全体のディストーション特性のうち
の一部分にに従った像歪みが生じたまま投影露光が行わ
れることを意味する。
By the way, the change of the size of the pattern area on the reticle means that the size of the effective pattern projection area in the circular visual field of the projection optical system changes, that is, the pattern. It also means that the effective image height range that contributes to the projection (distance from the center of the circular visual field of the projection optical system) also changes within the circular visual field. The distortion characteristic for each image height point in the circular visual field of the projection optical system tends to be in the initial state, and the effective image height range changes means that the image according to a part of the entire distortion characteristic This means that projection exposure is performed with distortion.

【0007】このため投影光学系の円形視野に対して比
較的小さいパターン領域を投影露光する場合、例えば本
来は30×30mmのパターン領域までの投影が可能な投
影光学系を使って、それよりも小さな20×20mmと言
ったパターン領域のマスクを投影露光する場合には、そ
のパターン領域の投影像全体が本来の投影倍率に対して
例えば僅かに小さめに転写されると言った問題点があっ
た。
For this reason, when projecting and exposing a relatively small pattern area with respect to the circular visual field of the projection optical system, for example, a projection optical system which is originally capable of projecting up to a pattern area of 30 × 30 mm is used. When a mask with a small pattern area of 20 × 20 mm is projected and exposed, there is a problem that the entire projected image of the pattern area is transferred to a slightly smaller size than the original projection magnification. .

【0008】そこで本発明はそのような問題を解決し、
投影光学系の円形視野内に占めるパターン投影領域の形
状や大きさの変更に伴う投影像のディストーション誤差
を低減し、より高い重ね合わせ精度が得られる露光方法
とフォトリソグラフィ装置を提供することを課題とす
る。
Therefore, the present invention solves such a problem,
An object of the present invention is to provide an exposure method and a photolithography apparatus capable of reducing distortion error of a projected image due to a change in shape and size of a pattern projection area occupied in a circular visual field of a projection optical system and obtaining higher overlay accuracy. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで本願の第1の発明
は、フォトリソグラフィ用の基板(ウェハW等)上にマ
スク(レチクルR1又はR2)のパターン領域(PA1
又はPA2)の像を投影光学系(PL1又はPL2)の
円形視野を介して転写するフォトリソグラフィ装置(投
影型露光装置A又はB)に適用される。そして第1の発
明では、マスク(R1又はR2)上のパターン領域(P
A1又はPA2)に合わせてマスク上に照射される照明
光の照明範囲を調整する可動ブレードを備えたブライン
ド(BL1又はBL2)と、このブラインド(BL1又
はBL2)で調整された照明範囲に対応した投影光学系
(PL1又はPL2)の実効的なパターン投影領域内の
複数の像高点の各々でのディストーション量が平均的に
小さくなるように、基板(ウェハW等)に対する投影倍
率を調整する倍率調整手段(BC1又はBC2)とを設
けるようにした。
Therefore, the first invention of the present application is to provide a pattern area (PA1) of a mask (reticle R1 or R2) on a substrate (wafer W or the like) for photolithography.
Alternatively, it is applied to a photolithography apparatus (projection exposure apparatus A or B) that transfers an image of PA2) through the circular visual field of the projection optical system (PL1 or PL2). In the first invention, the pattern area (P
A blind (BL1 or BL2) provided with a movable blade that adjusts the illumination range of the illumination light irradiated on the mask according to A1 or PA2) and the illumination range adjusted by this blind (BL1 or BL2) Magnification for adjusting the projection magnification with respect to the substrate (wafer W, etc.) so that the amount of distortion at each of the plurality of image height points in the effective pattern projection area of the projection optical system (PL1 or PL2) becomes small on average. The adjusting means (BC1 or BC2) is provided.

【0010】また本願の第2の発明では、マスク(R1
又はR2)のパターン領域(PA1又はPA2)の大き
さに合わせてマスク(R1又はR2)を照射する照明光
の照明範囲を変更する可動ブレードを備えたブラインド
(BL1又はBL2)と、このブラインド(BL1又は
BL2)の変更に応答して投影光学系(PL1又はPL
2)の結像特性を調整する調整手段( BC1又はBC
2)とを設けるようにした。
In the second invention of the present application, the mask (R1
Or a blind (BL1 or BL2) provided with a movable blade that changes the illumination range of the illumination light that illuminates the mask (R1 or R2) according to the size of the pattern area (PA1 or PA2) of R2), and this blind ( In response to a change in BL1 or BL2, the projection optical system (PL1 or PL2
2) Adjusting means for adjusting the imaging characteristics (BC1 or BC
2) and are provided.

【0011】さらに本願の第3の発明は、マスク(R1
又はR2)のパターン領域(PA1又はPA2)を露光
用の照明光で照射し、パターン領域の像を投影光学系
(PL1又はPL2)を介して基板(ウェハW等)上の
被露光領域に重ね合わせ露光する方法に適用される。そ
して第3の発明では、投影光学系(PL1又はPL2)
の結像特性を初期状態にしたときに得られる投影光学系
(PL1又はPL2)の像高位置とディストーション量
との関係を規定した特性データ(主制御装置CNT1又
はCNT2に記憶されるデータDS1又はDS2、或は
ディストーション関数Fa(γ),Fb(γ))を予め
記憶する段階と、マスク(R1又はR2)のパターン領
域(PA1又はPA2)の大きさに応じて照明光の照射
範囲を制限するように照明視野絞り(BL1又はBL
2)の可動ブレードを調整する段階と、その照明視野絞
りで制限される照射範囲の大きさと予め記憶された特性
データ(データDS1又はDS2,或はディストーショ
ン関数Fa,Fb)とに基づいて、投影光学系(PL1
又はPL2)の投影視野内で照射範囲に対応した実効的
なパターン投影領域内の各点で生じるディストーション
量が平均的に小さくなるように投影光学系(PL1又は
PL2)の結像特性を初期状態から調整する段階とを実
行するようにした。
Further, a third invention of the present application is the mask (R1
Or, the pattern area (PA1 or PA2) of R2) is irradiated with the illumination light for exposure, and the image of the pattern area is superimposed on the exposed area on the substrate (wafer W or the like) via the projection optical system (PL1 or PL2). It is applied to the method of performing combined exposure. In the third invention, the projection optical system (PL1 or PL2)
Characteristic data (data DS1 stored in the main controller CNT1 or CNT2) defining the relationship between the image height position of the projection optical system (PL1 or PL2) and the distortion amount obtained when the image forming characteristics of The step of pre-storing DS2 or the distortion functions Fa (γ), Fb (γ) and the irradiation range of the illumination light is restricted according to the size of the pattern area (PA1 or PA2) of the mask (R1 or R2). Illumination field stop (BL1 or BL
2) Adjusting the movable blade, projection based on the size of the irradiation range limited by the illumination field stop and prestored characteristic data (data DS1 or DS2, or distortion function Fa, Fb) Optical system (PL1
Or, the imaging characteristics of the projection optical system (PL1 or PL2) are initialized so that the amount of distortion generated at each point in the effective pattern projection area corresponding to the irradiation range within the projection field of view (PL2) becomes small on average. From the stage to adjust and to execute.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以上のような構成によって、本願
の各発明では投影光学系の円形視野内で露光に寄与する
実効的なパターン露光領域の大きさや形状の変更に伴っ
て変化する露光像のディストーションのばらつきが低減
され、投影されるパターン領域がどのような大きさであ
っても、そのパターン領域の露光像内の各像高点でのデ
ィストーション量を平均して最小にすることが可能とな
り、ウェハ等の基板上に形成された被露光領域との重ね
合わせ精度を平均的に良好にすることができる。
With the above-described structure, in each invention of the present application, an exposure image that changes according to a change in the size and shape of the effective pattern exposure region that contributes to exposure within the circular visual field of the projection optical system. Dispersion variation is reduced, and the amount of distortion at each image height point in the exposure image of the pattern area can be averaged and minimized regardless of the size of the projected pattern area. Therefore, it is possible to improve the overlay accuracy with the exposed region formed on the substrate such as a wafer on average.

【0013】また本願の第3の発明では、投影光学系が
有する固有のディストーション特性を予め記憶しておく
ので、その投影光学系を備えた露光装置に装着されたマ
スクに対して直ちに最良な結像状態を作り出すように指
令することが可能となる。そこで、以下に本発明が適用
される実施の形態による露光方法、装置を図1に基づい
て説明する。図1は投影視野の大きさの異なる2つの投
影型露光装置(以下ステッパーと呼ぶ)A,Bの概略的
な構成を示す斜視図である。本実施例において、ステッ
パーAの投影レンズPL1は縮小倍率1/5でウェハW
上での投影視野が20×20mm角(直径28mmの円
形領域)であり、ステッパーBの投影レンズPL2は縮
小倍率1/2.5でウェハW上での投影視野が30×3
0mm角(直径42mmの円形領域)であるものとす
る。
Further, in the third invention of the present application, since the distortion characteristic peculiar to the projection optical system is stored in advance, the best result is immediately obtained for the mask mounted on the exposure apparatus having the projection optical system. It is possible to command to create an image state. Therefore, an exposure method and apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of two projection type exposure apparatuses (hereinafter referred to as steppers) A and B having different projection visual field sizes. In this embodiment, the projection lens PL1 of the stepper A has the reduction magnification of 1/5 and the wafer W
The projection visual field on the top is 20 × 20 mm square (circular area with a diameter of 28 mm), and the projection lens PL2 of the stepper B has a reduction magnification of 1 / 2.5 and the projection visual field on the wafer W is 30 × 3.
It is assumed to be 0 mm square (circular region having a diameter of 42 mm).

【0014】ステッパーAにはレチクルR1上の露光す
べきパターン領域PA1のみを照明するような視野絞り
としてのブラインドBL1が設けられ、4枚の可動ブレ
ードで開口部の形状や大きさが調整される。レチクルR
1は、パターン領域PA1の中心が、投影レンズPL1
の光軸(視野中心)AX1と一致するように装着され
る。さてステッパーAにローディングされたウェハWは
2次元移動するステージST1上に載置され、投影レン
ズPL1によるパターン領域PA1の投影像はステップ
・アンド・リピート方式によりウェハW上に順次露光さ
れる。
The stepper A is provided with a blind BL1 as a field stop for illuminating only the pattern area PA1 to be exposed on the reticle R1, and the shape and size of the opening are adjusted by four movable blades. . Reticle R
1, the center of the pattern area PA1 is the projection lens PL1.
It is mounted so as to coincide with the optical axis (center of visual field) AX1 of. The wafer W loaded on the stepper A is placed on the stage ST1 that moves two-dimensionally, and the projection image of the pattern area PA1 by the projection lens PL1 is sequentially exposed on the wafer W by the step-and-repeat method.

【0015】本実施例における投影レンズPL1には、
投影レンズを構成する複数のレンズ間の空気間隔部の圧
力(気圧)を制御して、投影レンズPL1の倍率を微調
するための圧力調整器BC1が設けられ、主制御装置C
NT1からの設定情報に応じて所望の投影倍率が得られ
るように作動する。この圧力調整器BC1や主制御装置
CNT1の具体的な構成、作用及び使用方法等について
は、特開昭60−28613号公報、又は特開昭60−
78454号公報に詳しく開示されているので、ここで
は説明を省略する。
The projection lens PL1 in this embodiment includes
A pressure controller BC1 for controlling the pressure (atmospheric pressure) in an air gap between a plurality of lenses forming the projection lens to finely adjust the magnification of the projection lens PL1 is provided, and the main controller C
It operates so as to obtain a desired projection magnification according to the setting information from NT1. Regarding the specific configuration, operation and usage of the pressure regulator BC1 and the main controller CNT1, JP-A-60-28613 or JP-A-60-
The detailed description is omitted here because it is disclosed in Japanese Patent No. 78454.

【0016】一方、ステッパーBについても投影レンズ
PL2の投影視野の大きさが異なるだけで、その他の基
本構成であるブラインドBL2、ステージST2、圧力
調整器BC2、主制御装置CNT2は、ステッパーAの
ものと同じである。またステッパーBに装着されたレチ
クルR2のパターン領域PA2は、レチクルR1のパタ
ーン領域PA1と同一寸法である。すなわち、パターン
領域PA1の大きさが投影レンズPL1で投影可能な最
大の視野(20×20mm)に対応した100×100
mm角であるとすると、投影レンズPL2は最大の投影
視野(30×30mm)のうち、20×20mm角の領
域に絞って使われることになる。本実施例では、このよ
うなステッパーAとBを、ウェハW上に形成する異なる
層間での重ね合わせ露光に混用するものとする。
On the other hand, with respect to the stepper B, only the size of the projection visual field of the projection lens PL2 is different, and the blind BL2, the stage ST2, the pressure regulator BC2, and the main controller CNT2, which are other basic configurations, are the same as those of the stepper A. Is the same as. The pattern area PA2 of the reticle R2 mounted on the stepper B has the same size as the pattern area PA1 of the reticle R1. That is, the size of the pattern area PA1 corresponds to the maximum field of view (20 × 20 mm) that can be projected by the projection lens PL1 and is 100 × 100.
If it is mm square, the projection lens PL2 will be used after being narrowed down to a region of 20 × 20 mm square in the maximum projection visual field (30 × 30 mm). In this embodiment, such steppers A and B are used together for overlay exposure between different layers formed on the wafer W.

【0017】さて、ここでは説明を簡単にするため、ウ
ェハWへの第1層の露光をステッパーAで行なった後、
第1層形成のための所定のプロセスEを行ない、そのウ
ェハWへの第2層への重ね合わせ露光をステッパーBで
行なうものとする。このためステッパーBの主制御装置
CNT2は、ステッパーAの主制御装置CNT1から投
影レンズPL1のディストーションに関するデータDS
1を入力する。データDS1はステッパーAの製造時の
検査データとして予め主制御装置CNT1に記憶されて
いるものである。
In order to simplify the description here, after the exposure of the first layer on the wafer W is performed by the stepper A,
It is assumed that the predetermined process E for forming the first layer is performed, and the stepper B performs overlay exposure on the second layer of the wafer W. Therefore, the main controller CNT2 of the stepper B receives the data DS regarding the distortion of the projection lens PL1 from the main controller CNT1 of the stepper A.
Enter 1. The data DS1 is stored in the main controller CNT1 in advance as inspection data when the stepper A is manufactured.

【0018】あるいは特開昭60−18738号公報に
開示されているように、ステージST1上にスリット付
の光電センサーを設け、ディストーション検査用のレチ
クルの複数位置に形成された十字形マークを投影し、投
影画面内でスリットを走査し、各マークの投影位置を求
めることによって、投影視野内の複数点のディストーシ
ョン量を検出し、これをデータDS1として記憶してお
けばよい。このようにステージ上のスリットを使うよう
にすると、ステッパーの稼働中の任意の時に、その時点
のディストーションが正確に計測でき、ディストーショ
ン特性の経時変化に対処できる。同様にステッパーBの
投影レンズPL2のディストーションに関するデータD
S2は、主制御装置CNT2に記憶され、ステッパーA
の倍率を調整する場合のデータとして主制御装置CNT
1に送られる。
Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-18738, a photoelectric sensor with a slit is provided on the stage ST1 to project cross marks formed at a plurality of positions on a reticle for distortion inspection. By scanning the slit in the projection screen and obtaining the projection position of each mark, the distortion amounts at a plurality of points in the projection field may be detected and stored as data DS1. By using the slits on the stage in this way, the distortion at that time can be accurately measured at any time during the operation of the stepper, and it is possible to cope with the temporal change of the distortion characteristics. Similarly, the data D regarding the distortion of the projection lens PL2 of the stepper B
S2 is stored in the main controller CNT2, and the stepper A
Main controller CNT as data when adjusting the magnification of
Sent to 1.

【0019】また主制御装置CNT1,CNT2がさら
に上位の主制御装置(大型コンピュータ)によって統括
的に制御されているような場合は、投影レンズPL1の
ディストーション・データDS1と、投影レンズPL2
のディストーション・データDS2の両データを、上位
制御装置に送り、そこで集中管理するようにしても同様
である。
Further, when the main control devices CNT1 and CNT2 are comprehensively controlled by a higher-order main control device (large computer), the distortion data DS1 of the projection lens PL1 and the projection lens PL2.
Even if both data of the distortion data DS2 of (1) are sent to the host control device and are centrally managed there, the same is true.

【0020】さて、図2は2つのステッパーA,Bの倍
率補正を行わずに重ね合わせ露光した場合の重ね合わせ
精度(以下、マッチング精度と呼ぶ)の一例を誇張して
示すチャート図である。同図において、実線はステッパ
ーAの理想格子点からのずれを表わすチャートであり、
破線はステッパーBの理想格子点からのずれを表わすチ
ャートである。
FIG. 2 is an exaggerated chart showing an example of overlay accuracy (hereinafter referred to as matching accuracy) when overlay exposure is performed without performing magnification correction on the two steppers A and B. In the figure, the solid line is a chart showing the deviation from the ideal grid point of the stepper A,
The broken line is a chart showing the deviation of the stepper B from the ideal grid point.

【0021】ステッパーAの投影視野の中心と、ステッ
パーBの投影視野の中心とを直交座標系xyの原点P0
に一致させるものとすると、座標系xyの第1象限にお
いて、ステッパーAによる理想格子点の投影点はP1a,
P2a,P3a……となり、ステッパーBによる理想格子点
の投影点はP1b,P2b,P3b……となる。この一例から
も明らかなように、2つのステッパーを中心(光軸)合
わせでミックス・アンド・マッチすると、中心P0付近
のマッチング精度は十分得られるものの、中心P0から
離れた点、例えば点P2aとP2b、又は点P3aとP3bにお
いては、相対的なずれ量が無視できない程度に大きくな
ることがある。このずれ量は2つの投影レンズ間のディ
ストーション特性に依存し、かならずしも周辺の各点で
大きくなるとは限らない。
The center of the projected field of view of the stepper A and the center of the projected field of view of the stepper B are the origin P0 of the orthogonal coordinate system xy.
In the first quadrant of the coordinate system xy, the projection point of the ideal lattice point by the stepper A is P1a,
P2a, P3a ... And the projection points of the ideal lattice points by the stepper B are P1b, P2b, P3b. As is clear from this example, when two steppers are mixed and matched with their centers (optical axes) aligned, a matching accuracy near the center P0 is sufficiently obtained, but a point distant from the center P0, for example, a point P2a. At P2b, or at points P3a and P3b, the relative shift amount may become too large to be ignored. This amount of deviation depends on the distortion characteristics between the two projection lenses, and does not always increase at each peripheral point.

【0022】図3(a)は投影レンズPL1のディスト
ーション特性の一例であり、主制御CNT1にデータD
S1として記憶されており、図3(b)は投影レンズP
L2のディストーション特性の一例であり、主制御装置
CNT2にデータDS2として記憶されている。図3
(a),(b)において縦軸はディストーション量を表
わし、横軸は像高(光軸、すなわち中心P0から放射方
向の距離)を表わす。ディストーション量の正負は、理
想格子点の投影点が中心P0に近づく方向にずれた場合
を負、逆の場合を正としてある。
FIG. 3A shows an example of the distortion characteristic of the projection lens PL1. Data D is added to the main control CNT1.
It is stored as S1, and FIG.
This is an example of the distortion characteristic of L2, and is stored as data DS2 in main controller CNT2. FIG.
In (a) and (b), the vertical axis represents the distortion amount, and the horizontal axis represents the image height (optical axis, that is, the distance from the center P0 in the radial direction). The positive / negative of the distortion amount is negative when the projection point of the ideal lattice point is shifted toward the center P0, and positive when the projection point is opposite.

【0023】さて、両投影レンズのディストーション特
性の曲線は、全体的な傾向は似ているものの、同一像高
位置でのディストーション量は、像高に応じて大きく異
なったものとなる。この種の投影レンズでは、ディスト
ーションの正方向の最大値と、負方向の最大値とがほぼ
等しくなるようにディストーション補正が行なわれてい
る。これは露光領域全面において、平均的にディストー
ションをよくする(振り分ける)ためである。
Although the curves of the distortion characteristics of both projection lenses are similar in overall tendency, the amount of distortion at the same image height position is greatly different depending on the image height. In this type of projection lens, distortion correction is performed so that the maximum value in the positive direction of distortion and the maximum value in the negative direction are substantially equal. This is to improve (distribute) the distortion on average over the entire exposure area.

【0024】図4は上記のような2つのディストーショ
ン特性を中心合わせで重ねたものであり、ステッパーA
の投影視野(20×20mm)内についてのみ考えれば
よい。図4において、ステッパーA,Bともに投影倍率
は標準値(初期値)にあるものとする。この図からも明
らかなように、像高が約9mmの点から周辺にかけて、
ディストーション特性DS1とDS2の偏差の絶対値が
極端に大きくなり、像高位置Pxで偏差ΔDの絶対値|
ΔD|が最大になっている。
FIG. 4 shows the two distortion characteristics as described above, which are centered and overlapped.
It is only necessary to consider within the projected field of view (20 × 20 mm). In FIG. 4, the projection magnifications of both steppers A and B are assumed to be standard values (initial values). As is clear from this figure, from the point where the image height is about 9 mm to the periphery,
The absolute value of the deviation between the distortion characteristics DS1 and DS2 becomes extremely large, and the absolute value of the deviation ΔD at the image height position Px |
ΔD | is maximized.

【0025】この偏差|ΔD|の量はディストーション
特性DS1又はDS2のいずれかの特性上のディストー
ション量の最大値よりも大きくなることもある。従って
像高位置約9mm以上のところにあるパターンは、十分
なマッチング精度がほとんど得られないことになる。こ
の図4のような場合が、図2に示したチャートに相当す
る訳である。
The amount of the deviation | ΔD | may be larger than the maximum value of the distortion amount on either the distortion characteristic DS1 or DS2. Therefore, a pattern located at the image height position of about 9 mm or more can hardly obtain sufficient matching accuracy. The case shown in FIG. 4 corresponds to the chart shown in FIG.

【0026】そこで本実施形態では、ステッパーAのデ
ィストーション特性DS1はそのままにして、ステッパ
ーBのディストーション特性DS2を倍率を微調するこ
とによって変化させ、2つのディストーション特性を重
ね合わせたときに、投影視野内で生じる偏差ΔDの絶対
値の最大値が最小になるようにする。そこで2つのディ
ストーション特性を重ね合わせて、マッチング精度を最
良にするための数学的な解析を以下に述べる。
Therefore, in the present embodiment, the distortion characteristic DS1 of the stepper A is left as it is, and the distortion characteristic DS2 of the stepper B is changed by finely adjusting the magnification to change the two distortion characteristics in the projection visual field. The maximum value of the absolute value of the deviation ΔD caused by is minimized. Therefore, the mathematical analysis for superimposing the two distortion characteristics and optimizing the matching accuracy will be described below.

【0027】以下の解析はステッパーBの主制御装置C
NT2、又は上位制御装置等のコンピュータによって容
易に実行できる。ここで像高をγ、ディストーション曲
線をf(γ)、倍率調整の係数をCとすると、倍率を調
整したことによって得られる理想格子点からのずれ量Δ
(γ)は、(1)式のように表わされる。 Δ(γ)=f(γ)+C・γ ……(1) この(1)式に対応して、ステッパーA,Bの夫々につ
いて、理想格子点からのずれをベクトル(ΔXa,ΔY
a),(ΔXb,ΔYb)の夫々で表現すると、ステッ
パーAについては(2)式、ステッパーBについては
(3)式のようになる。
The following analysis is based on the main controller C of the stepper B.
It can be easily executed by a computer such as NT2 or a host controller. Assuming that the image height is γ, the distortion curve is f (γ), and the magnification adjustment coefficient is C, the deviation amount Δ from the ideal grid point obtained by adjusting the magnification is Δ.
(Γ) is expressed as in equation (1). Δ (γ) = f (γ) + C · γ (1) Corresponding to this equation (1), the deviation from the ideal grid point is calculated by the vector (ΔXa, ΔY) for each of the steppers A and B.
When expressed by a) and (ΔXb, ΔYb) respectively, the equation for equation (2) for stepper A and the equation (3) for stepper B are obtained.

【0028】[0028]

【数1】 [Equation 1]

【0029】[0029]

【数2】 [Equation 2]

【0030】ただし、添字a,bは夫々ステッパーA,
Bに対応している。よってステッパーA,Bを中心合わ
せで重ね合わせ露光したときの最終的なディストーショ
ンの偏差ベクトル(ΔX,ΔY)は、(2),(3)式
より(4)式のように表わされる。 (ΔX,ΔY)=(ΔXa,ΔYa)−(ΔXb,ΔYb)……(4) (4)式より、重ね合わせ露光領域(投影視野)におけ
る偏差ΔXの絶対値、偏差ΔYの絶対値、そしてベクト
ル(ΔX,ΔY)のスカラ量の各最大値を夫々Dx,D
y,Dkとすると、以下の(5)、(6)、(7)式の
ように表わされる。
However, the subscripts a and b are steppers A and B, respectively.
Corresponds to B. Therefore, the final deviation vector (ΔX, ΔY) of the distortion when the steppers A and B are superimposed and exposed by centering is expressed by the equation (4) from the equations (2) and (3). (ΔX, ΔY) = (ΔXa, ΔYa) − (ΔXb, ΔYb) (4) From equation (4), the absolute value of the deviation ΔX, the absolute value of the deviation ΔY in the overlay exposure area (projection field of view), and The maximum values of the scalar quantity of the vector (ΔX, ΔY) are Dx and D, respectively.
Assuming y and Dk, they are expressed by the following equations (5), (6) and (7).

【0031】Dx=MAX(|ΔX|) ……(5) Dy=MAX(|ΔY|) ……(6)Dx = MAX (| ΔX |) (5) Dy = MAX (| ΔY |) (6)

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】従って、これらDx,Dy,Dkのいずれ
か1つを最小にするか、又はDx,Dyの両方をともに
最小にするように倍率調整係数Ca,Cbを定めてやれ
ば最適条件が得られることになる。尚、本実施例のよう
にステッパーBのみで倍率補正を行なう場合、係数Ca
は零としてよい。従って上記(2)、(3)、(4)式
から、偏差ベクトル(ΔX,ΔY)は、(8)式のよう
に表わされる。
Therefore, if the magnification adjustment coefficients Ca and Cb are set so that either one of Dx, Dy and Dk is minimized or both Dx and Dy are both minimized, the optimum condition can be obtained. Will be done. When the magnification correction is performed only by the stepper B as in this embodiment, the coefficient Ca
May be zero. Therefore, from the equations (2), (3), and (4), the deviation vector (ΔX, ΔY) is expressed as in equation (8).

【0034】[0034]

【数4】 [Equation 4]

【0035】(但し、ここではCa=0とする。) よって主制御装置CNT2は、投影露光領域内の多数点
の夫々について、予め記憶されているディストーション
特性DS1(関数fa)とDS2(関数fb)とを用い
て、調整係数Cbを変えつつベクトル(ΔX,ΔY)、
及び最大値Dx,Dy,Dkを算出し、重ね合わせ露光
する層に要求される精度からDx,Dy,Dkのいずれ
か1つ、又はDx,Dyがともに最小となるような係数
Cbを見つけ出す。そして、主制御装置CNT2はその
係数Cbに応じた値だけ投影レンズPL2の倍率を補正
するような指令値を圧力調整器BC2に出力する。圧力
調整器BC2は投影レンズPL2の照射履歴や大気圧変
動による倍率変動の補正と共にその指令値を加味して圧
力をコントロールする。
(However, here, Ca = 0.) Therefore, the main controller CNT2, for each of a large number of points in the projection exposure region, the distortion characteristics DS1 (function fa) and DS2 (function fb) stored in advance. ) And, while changing the adjustment coefficient Cb, the vector (ΔX, ΔY),
And the maximum values Dx, Dy, Dk are calculated, and one of Dx, Dy, Dk or a coefficient Cb that minimizes both Dx, Dy is found from the accuracy required for the layer to be subjected to overlay exposure. Then, main controller CNT2 outputs a command value for correcting the magnification of projection lens PL2 by a value corresponding to coefficient Cb to pressure adjuster BC2. The pressure adjuster BC2 controls the pressure by taking into account the irradiation history of the projection lens PL2 and the magnification variation due to the atmospheric pressure variation, as well as the command value thereof.

【0036】以上の解析は、露光領域全面におけるマッ
チング精度の向上を計る関係上、数学的な解析によって
厳密な解を得るようにしたが、ディストーション曲線の
みを使うようにしても、それ程大きな誤差なく解を得る
ことができる。そこでディストーション曲線を使った解
析を図5を参照して説明する。図5はディストーション
特性DS1とDS2とを、投影レンズPL2倍率を変化
させた状態で重ね合わせた様子を示し、倍率調整後の投
影レンズPL2のディストーション特性はDS2’で表
わされている。まず主制御装置CNT2は、倍率調整前
の特性DS1とDS2とのディストーション量の差を、
中心P0から例えば像高15mmまでの間の多数点(例
えば0.5mm毎)について算出する。これによって図
4のように、偏差ΔDの絶対値の最大値が求まる。
In the above analysis, an exact solution is obtained by mathematical analysis in order to improve the matching accuracy over the entire exposure area. However, even if only the distortion curve is used, there will be no significant error. You can get a solution. Therefore, an analysis using the distortion curve will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a state in which the distortion characteristics DS1 and DS2 are overlapped with each other with the magnification of the projection lens PL2 being changed, and the distortion characteristic of the projection lens PL2 after the magnification adjustment is represented by DS2 ′. First, the main controller CNT2 calculates the difference in distortion amount between the characteristics DS1 and DS2 before magnification adjustment as follows.
Calculation is performed for a large number of points (for example, every 0.5 mm) between the center P0 and the image height of 15 mm, for example. As a result, the maximum absolute value of the deviation ΔD is obtained as shown in FIG.

【0037】この偏差ΔDの絶対値を小さくするために
は、図5のように投影レンズPL2の倍率を補正して、
特性DS2を所定像高点で正方向に持ち上げて(傾け
て)やればよい。図5中で中心P0を通る直線Lは特性
DS2のもともとの像高軸に対応しており、直線Lの傾
きCbは、先の(1)式中の倍率調整係数Cに相当する
ものである。
In order to reduce the absolute value of the deviation ΔD, the magnification of the projection lens PL2 is corrected as shown in FIG.
The characteristic DS2 may be lifted (tilted) in the positive direction at a predetermined image height point. In FIG. 5, the straight line L passing through the center P0 corresponds to the original image height axis of the characteristic DS2, and the slope Cb of the straight line L corresponds to the magnification adjustment coefficient C in the above equation (1). .

【0038】主制御装置CNT2は、傾きCbを零から
一定量だけ増加させた状態で、(1)式に基づいて倍率
調整後の特性DS2’を算出する。そして再びこの補正
された特性DS2’と特性DS1との偏差の絶対値を各
像高位置毎に算出し、そのうちで絶対値が最大となった
偏差を求める。以上の演算を傾きCbを一定量だけ増加
させては、繰り返し行なう。やがて、図5に示すよう
に、位置Px付近での偏差|ΔD1|は図4中の|ΔD
|よりも小さくなり、逆に別の像高位置での偏差|ΔD
2|が大きくなってくる。
The main controller CNT2 calculates the characteristic DS2 'after the magnification adjustment based on the equation (1) in a state where the inclination Cb is increased from zero by a certain amount. Then, the absolute value of the deviation between the corrected characteristic DS2 'and the characteristic DS1 is calculated again for each image height position, and the deviation having the maximum absolute value is obtained. The above calculation is repeated after increasing the gradient Cb by a certain amount. Eventually, as shown in FIG. 5, the deviation | ΔD1 | near the position Px becomes | ΔD in FIG.
Is smaller than |, and conversely the deviation at another image height position | ΔD
2 | becomes larger.

【0039】図5に示したような特性同志の場合、特性
DS2’を図の状態からもう少し持ち上げてやると、|
ΔD2|>|ΔD2|となり、逆にもう少しさげてやる
と|ΔD2|<|ΔD1|になってしまう。従って、こ
こに示した例では|ΔD1|=|ΔD2|になるように
傾きCbを定めてやればよい。そしてその傾きCbのと
きに、例えば像高15mmの位置で得られる直線Lの像
高軸からのずれ量ΔMが、実際の投影像面上での倍率補
正によって生じるずれ量となる。
In the case of the characteristics as shown in FIG. 5, if the characteristics DS2 'is lifted a little further from the state shown in the figure, |
ΔD2 |> | ΔD2 |, and conversely, if it is further lowered, | ΔD2 | <| ΔD1 |. Therefore, in the example shown here, the inclination Cb may be set so that | ΔD1 | = | ΔD2 |. Then, when the inclination is Cb, the deviation amount ΔM of the straight line L obtained from the position of the image height of 15 mm from the image height axis is the deviation amount caused by the magnification correction on the actual projected image plane.

【0040】このように2つのディストーション特性を
相対的な倍率を変えつつ比較し、各倍率において、ディ
ストーション量の偏差(絶対値)の最大値を求め、その
最大値を最小にするような倍率を決定することによっ
て、像高15mm内の露光領域全面に渡って最良なマッ
チング精度が得られる。図6は、以上のようにして倍率
を調整して、ステッパーBによる重ね合わせ露光を行な
った場合のマッチング状態の一例を表わすチャート図で
ある。図中実線はステッパーAによるもので、破線はス
テッパーBによるものである。図2に示したチャートと
比較して理想格子点の投影点同志(P1aとP1b、P2aと
P2b、P3aとP3b)の各ずれ量は平均的に小さくなり、
マッチング精度が向上することがわかる。
In this way, the two distortion characteristics are compared while changing the relative magnification, the maximum value of the deviation (absolute value) of the distortion amount is obtained at each magnification, and the magnification that minimizes the maximum value is obtained. By determining, the best matching accuracy can be obtained over the entire exposure area within the image height of 15 mm. FIG. 6 is a chart showing an example of a matching state when the stepper B is used to perform overlay exposure with the magnification adjusted as described above. In the figure, the solid line is due to stepper A, and the broken line is due to stepper B. Compared to the chart shown in FIG. 2, the deviation amounts of the projected points of the ideal lattice points (P1a and P1b, P2a and P2b, P3a and P3b) become smaller on average,
It can be seen that the matching accuracy is improved.

【0041】尚、図1に示したように、ステッパーAで
の露光後にプロセスEを受けたウェハWには、熱又は化
学処理による線形変形(伸縮)が生じることがある。従
ってステッパーBによる重ね合わせ露光の際は、その変
形も考慮して倍率補正を行なうことが望ましい。そのた
めには、例えばステッパーBに設けられたアライメント
装置によって、ウェハW上の複数点に形成されたアライ
メントマークの位置を計測し、その各位置を設計値と比
較すれば変形量が求められる。
As shown in FIG. 1, the wafer W that has undergone the process E after exposure by the stepper A may undergo linear deformation (expansion / contraction) due to heat or chemical treatment. Therefore, when overlay exposure is performed by the stepper B, it is desirable to perform magnification correction in consideration of its deformation. For that purpose, the amount of deformation can be obtained by measuring the positions of alignment marks formed at a plurality of points on the wafer W by an alignment device provided in the stepper B and comparing each position with a design value.

【0042】次に本発明の他の実施形態について説明す
る。図1に示したステッパーAが20mm角の投影視野
全面を露光領域として使わない場合、あるいはウェハW
上の露光領域の絶対倍率をも正確に合わせたい場合は、
ステッパーBによる重ね合わせ露光を考慮して、ステッ
パーAも予め倍率調整を行なっておくとよい。現実的な
使用方法ではないが、例えばステッパーAによる第1層
の露光領域が像高11mmの大きさに絞られて行なわれ
るものとすると、先の実施例のようにステッパーBのみ
の倍率を調整すると、ディストーション特性上のマッチ
ング度は、図7に示すように、全体的に負方向に片寄っ
てしまう。このことはウェハW上で絶対倍率を管理しよ
うとすると、大きな問題となる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. When the stepper A shown in FIG. 1 does not use the entire projection field of 20 mm square as an exposure area, or the wafer W
If you want to match the absolute magnification of the above exposure area accurately,
In consideration of the overlay exposure by the stepper B, the stepper A may be adjusted in magnification in advance. Although it is not a practical use, if the exposure area of the first layer by the stepper A is narrowed down to an image height of 11 mm, the magnification of only the stepper B is adjusted as in the previous embodiment. Then, as shown in FIG. 7, the matching degree on the distortion characteristic is generally biased in the negative direction. This becomes a big problem when trying to control the absolute magnification on the wafer W.

【0043】図7において、特性DS2’とDS1のデ
ィストーション量の差の絶対値が最大となり得る像高位
置は約8mm付近の点と約11mmの点であり、この付
近での偏差ΔD4とΔD3の両絶対値を等しくすれば、
最大となる偏差量の絶対値を最小にしたことになる。と
ころが、像高約11mmまでの露光領域内で重ね合わせ
時のディストーションは負方向に片寄っているので、特
性DS1とDS2をある像高点で同じ値だけ正方向に持
ち上げてやると、その露光領域内でディストーションを
正負に振り分けることが可能となる。
In FIG. 7, the image height position where the absolute value of the difference between the distortion amounts of the characteristics DS2 'and DS1 can be the maximum is at a point of about 8 mm and a point of about 11 mm, and the deviations ΔD4 and ΔD3 near this point. If both absolute values are equal,
This means that the absolute value of the maximum deviation is minimized. However, in the exposure area up to an image height of about 11 mm, the distortion at the time of superposition is biased in the negative direction, so if the characteristics DS1 and DS2 are raised in the positive direction by the same value at a certain image height point, the exposure area It becomes possible to divide the distortion into positive and negative.

【0044】図8は、図7のような重ね合わせ状態か
ら、|ΔD3|=|ΔD4|とし、かつディストーショ
ンの振り分けを行なった最適条件のときの特性を示す。
図8において、直線L2は図5、図7中の直線Lと同じ
であり、直線L1はステッパーAの倍率調整により、係
数Caだけ傾いた本来の像高軸を表わし、特性DS1’
は倍率調整後の投影レンズPL1のディストーションを
表わす。
FIG. 8 shows the characteristics under the optimum condition where | ΔD3 | = | ΔD4 | and the distribution of distortion is performed from the superposed state as shown in FIG.
In FIG. 8, the straight line L2 is the same as the straight line L in FIGS. 5 and 7, and the straight line L1 represents the original image height axis inclined by the coefficient Ca by the magnification adjustment of the stepper A, and the characteristic DS1 ′.
Represents the distortion of the projection lens PL1 after the magnification adjustment.

【0045】このような特性を得るためには、まず特性
DS1を固定したまま、特性DS2を持ち上げて、すな
わち先の実施例と同様にして偏差ΔD3、ΔD4の両絶
対値が等しくなるような倍率調整係数Cbを求める。そ
の後さらに、重ね合わせディストーション特性上で正の
ディストーション量の最大値と負のディストーション量
の最大値とが絶対値で等しくなるように、直線L1,L
2の傾きを共に同じ量だけ変化させる。
In order to obtain such a characteristic, first, the characteristic DS1 is fixed and the characteristic DS2 is raised, that is, in the same manner as in the previous embodiment, the magnification is such that both absolute values of the deviations ΔD3 and ΔD4 become equal. The adjustment coefficient Cb is obtained. After that, further, in order to make the maximum value of the positive distortion amount and the maximum value of the negative distortion amount equal in absolute value on the superimposed distortion characteristic, straight lines L1 and L
Both slopes of 2 are changed by the same amount.

【0046】これによって求まった直線L1の傾きCa
が、ステッパーAの倍率調整係数である。よって第1層
の露光の際には、例えば像高10mmの点で+ΔMaだ
けステッパーAに倍率オフセットを加えて使用すればよ
く、又第2層の重ね合わせ露光の際には、像高10mm
の点で+4MbだけステッパーBに倍率オフセットを加
えて使用すればよい。このような倍率補正を行なうと、
異なる層間での相対的なディストーションの差が減少す
るだけでなく、ウェハW上に形成されるパターン領域の
絶対的なディストーション量(倍率誤差)をも減少させ
ることができる。
The slope Ca of the straight line L1 obtained by this
Is a magnification adjustment coefficient of the stepper A. Therefore, at the time of exposure of the first layer, for example, a magnification offset of + ΔMa may be added to the stepper A at an image height of 10 mm, and at the time of overlay exposure of the second layer, an image height of 10 mm.
At this point, the stepper B may be used with a magnification offset of +4 Mb. When such a magnification correction is performed,
Not only the relative difference in distortion between different layers can be reduced, but also the absolute amount of distortion (magnification error) of the pattern region formed on the wafer W can be reduced.

【0047】以上発明の各実施形態では、投影視野の大
きさの異なるステッパー同志のミックス・アンド・マッ
チを考えた。しかしながら投影視野の大きさが同じ投影
レンズ同志でも、そのディストーション特性はレンズ構
成のちがい、あるいは製造誤差やバラつきのために、わ
ずかではあるが異なったものになるのが普通である。そ
こで投影視野の大きさが同一の場合の一例について図9
を参照して説明する。
In each of the embodiments of the present invention described above, the mix-and-match of steppers having different projection visual field sizes was considered. However, even if the projection lenses have the same size of the projection visual field, the distortion characteristics are usually slightly different due to the difference in the lens configuration, the manufacturing error or the variation. Accordingly, FIG. 9 shows an example in which the sizes of the projected visual fields are the same.
Will be described with reference to.

【0048】図9(a)は2つのステッパーのうち一方
のディストーション特性DS2と他方のディストーショ
ン特性DS3とを倍率調整しない状態で重ね合わせた特
性を示す。ここで特性DS2は、同一ステッパー中でも
ディストーションが悪く、特性DS3はディストーショ
ンが良いものとする。このような2つのステッパーを例
えば像高16mmの露光領域に絞って使うものとする
と、ディストーション量の差の絶対値は像高11mm付
近で最大値ΔDとなり、さらにディストーションの振り
分けも多少アンバランスになってくる。
FIG. 9A shows a characteristic in which the distortion characteristic DS2 of one of the two steppers and the distortion characteristic DS3 of the other stepper are overlapped without adjusting the magnification. Here, it is assumed that the characteristic DS2 has poor distortion even in the same stepper, and the characteristic DS3 has good distortion. If these two steppers are used by narrowing down the exposure area with an image height of 16 mm, for example, the absolute value of the difference in distortion amount will be the maximum value ΔD near an image height of 11 mm, and the distribution of distortion will be somewhat unbalanced. Come on.

【0049】そこでこのような場合には、ディストーシ
ョンの振り分けも考慮して、特性DS2,DS3を共に
正方向に持ち上げて、図9(b)に示したDS2’,D
S3’のようにすれば、最良のマッチング精度が得られ
る。特性DS2は直線L2の傾きに対応した倍率調整に
よって特性DS2’のように変化し、特性DS3は直線
L3の傾きに対応した倍率調整によって特性DS3’の
ように変化する。このようにすると、像高16mmの点
と8mm付近の点とが偏差の最大になり得るが、これら
の偏差の絶対値の最大値を最小にしたことによって、両
ステッパー間の相対的なディストーション量の差は、図
9(a)の場合とくらべて格段に小さくなっている。
Therefore, in such a case, the characteristics DS2 and DS3 are both raised in the positive direction in consideration of the distribution of distortion, and DS2 'and D2 shown in FIG.
If S3 'is used, the best matching accuracy can be obtained. The characteristic DS2 changes like the characteristic DS2 'by the magnification adjustment corresponding to the inclination of the straight line L2, and the characteristic DS3 changes like the characteristic DS3' by the magnification adjustment corresponding to the inclination of the straight line L3. By doing so, the maximum deviation can be obtained between the point with an image height of 16 mm and the point near 8 mm. However, by minimizing the maximum absolute value of these deviations, the relative amount of distortion between the steppers is increased. 9 is much smaller than that in the case of FIG. 9 (a).

【0050】以上本発明の各実施形態は、縮小投影レン
ズを備えたステッパーについてのみ説明したが、本発明
はその他、ミラーを使った反射投影型のステッパーとの
混用についても全く同様に実施し得るものである。また
上記各実施例では2台のステッパーについてのマッチン
グのみを考えたが、それ以上の任意のn台のステッパー
についても同様に実施できる。この場合、n台のステッ
パーの各ディストーション特性を使って上位のコンピュ
ータでマッチング精度を計算し、半導体素子製造のフォ
トリソグラフィ工程の全てに渡って最良のマッチング精
度が得られるように、各ステッパーの倍率を調整してお
けばよい。
Although each of the embodiments of the present invention has been described only with respect to a stepper equipped with a reduction projection lens, the present invention can be carried out in the same manner for a mixed use with a reflection projection type stepper using a mirror. It is a thing. Further, in each of the above-described embodiments, only matching of two steppers is considered, but the same can be applied to any n or more steppers. In this case, a matching computer is used to calculate the matching accuracy by using the distortion characteristics of the n steppers, and the magnification of each stepper is adjusted so that the best matching accuracy can be obtained throughout the photolithography process of semiconductor device manufacturing. You just need to adjust.

【0051】また投影レンズの物体(レチクル)側が非
テレセントリックな光学系である場合は、レチクルと投
影レンズとの間隔を微調することによっても倍率を調整
でき、同様の効果が得られる。この場合はレチクルを保
持するレチクルステージを光軸に沿って微小量だけ上下
動させる駆動手段が倍率調整手段として設けられる。ま
た、以上に説明した実施の形態においては、2つのディ
ストーション特性を、例えば像高軸上で0.5mm毎に
比較して、偏差の絶対値の最大値を求めるようにした。
しかしながらこれでは所定の露光範囲内について0.5
mm毎の全ての像高点で偏差を求めてから最大値をさが
し出すことになるので、精度的には低く、真の最大に対
して何らかの誤差を伴ってしまう。
When the object (reticle) side of the projection lens is a non-telecentric optical system, the magnification can be adjusted by finely adjusting the distance between the reticle and the projection lens, and the same effect can be obtained. In this case, a drive unit for moving the reticle stage holding the reticle up and down by a small amount along the optical axis is provided as the magnification adjusting unit. Further, in the embodiment described above, the two distortion characteristics are compared, for example, every 0.5 mm on the image height axis, and the maximum absolute value of the deviation is obtained.
However, this is 0.5 within the predetermined exposure range.
Since the maximum value is searched after obtaining the deviations at all image height points for each mm, the accuracy is low, and some error occurs with respect to the true maximum.

【0052】このため、比較する点を0.5mmよりも
さらに細かくしていけば、それなりに精度は上がるもの
の、演算処理時間はそれに比例して増大してしまう。そ
こで、2つのディストーション曲線から、数学的な解析
によって正確な最大値を、早く求める方法を以下に簡単
に述べる。今、2つのステッパーの夫々のディストーシ
ョン特性をfa(γ),fb(γ)とすると、倍率調整
係数Ca,Cbを考慮したディストーション関数Fa
(γ),Fb(γ)は夫々(9),(10)式のように
なる。
For this reason, if the point to be compared is made finer than 0.5 mm, the accuracy will be improved, but the processing time will be increased in proportion to it. Therefore, a method for quickly obtaining an accurate maximum value from two distortion curves by mathematical analysis will be briefly described below. Now, assuming that the distortion characteristics of the two steppers are fa (γ) and fb (γ), respectively, the distortion function Fa considering the magnification adjustment coefficients Ca and Cb will be described.
(Γ) and Fb (γ) are expressed by equations (9) and (10), respectively.

【0053】 Fa(γ)=fa(γ)+Ca・γ ……(9) Fb(γ)=fb(γ)+Cb・γ ……(10) ここで特性fa(γ),fb(γ)はそれぞれNa次曲
線、Nb次曲線で近似された形で、それぞれのステッパ
ーの主制御装置、又は上位のコンピュータに記憶されて
いるものとする。
Fa (γ) = fa (γ) + Ca · γ (9) Fb (γ) = fb (γ) + Cb · γ (10) where the characteristics fa (γ) and fb (γ) are It is assumed that they are stored in the main controller of each stepper or a host computer in a form approximated by the Na-th order curve and the Nb-th order curve, respectively.

【0054】特性fa(γ),fb(γ)は、通常、こ
の種の投影レンズのディストーション特性が光軸に対し
て線対称になるように、γ=0のときfa(γ)=0,
fb(γ)=0とすべく設計されているから、一般式は
(11)式のように表わされ、定数項は存在しない。
The characteristics fa (γ) and fb (γ) are normally fa (γ) = 0, when γ = 0 so that the distortion characteristics of this type of projection lens are line-symmetric with respect to the optical axis.
Since it is designed so that fb (γ) = 0, the general formula is expressed as formula (11), and there is no constant term.

【0055】[0055]

【数5】 (Equation 5)

【0056】ここで、Kn ,Kn-1 ,……K2 ,K1 は
定数である。そこで、2つのディストーション関数Fa
(γ),Fb(γ)の差を関数G(γ)で表わすと、関
数G(γ)は(12)式のように表わされる。 G(γ)=Fb(γ)−Fa(γ) =fb(γ)−fa(γ)+(Cb−Ca)・γ……(12) ここでC=Cb−Caとして、関数G(γ)の極大点、
極小点を求めるため、関数G(γ)を(13)式のよう
に像高γで微分する。
Here, Kn, Kn-1, ... K2, K1 are constants. Therefore, two distortion functions Fa
When the difference between (γ) and Fb (γ) is represented by the function G (γ), the function G (γ) is represented by the equation (12). G (γ) = Fb (γ) −Fa (γ) = fb (γ) −fa (γ) + (Cb−Ca) · γ (12) where C = Cb−Ca and the function G (γ ) Maximum point,
In order to obtain the minimum point, the function G (γ) is differentiated by the image height γ as in the equation (13).

【0057】[0057]

【数6】 (Equation 6)

【0058】ここでKanは特性fa(γ)のn次項の
定数を表わし、Kbnは特性fb(γ)のn次項の定数
を表わす。従ってdG(γ)/(dγ)=0を満足する
像高γを求めれば、関数G(γ)の極大点、極小点がわ
かり、その点のいずれかで、偏差の絶対値が最大になっ
ている。尚、Na,Nbがともに3次以下の場合は、
(13)式が2次方程式となって解析的に解を求めるこ
とができるが、Na,Nbのいずれかが4次以上の場合
は、解析的に解が求まらないので数値計算によって解を
求めることになる。
Here, Kan represents the constant of the n-th term of the characteristic fa (γ), and Kbn represents the constant of the n-th term of the characteristic fb (γ). Therefore, if the image height γ that satisfies dG (γ) / (dγ) = 0 is obtained, the maximum point and the minimum point of the function G (γ) can be found, and the absolute value of the deviation becomes maximum at either of these points. ing. If both Na and Nb are third or lower,
Equation (13) becomes a quadratic equation and the solution can be analytically obtained. However, if either Na or Nb is a quaternary or higher, the solution cannot be analytically obtained, so the numerical solution is used. Will be asked.

【0059】さて、dG(γ)/(dγ)=0を満足す
る像高γの解を、γ1 ,γ2 ……,γn とし、露光領域
内で最大の像高点をγmax とすると、その各値を(1
2)式に代入して、G(γ1),G(γ2),……G(γn),
G(γmax)の各値を算出する。そしてそれら算出された
値のうちで絶対値が最大になるものを選び、これをGma
xとすると、Gmax は(14)式のように表わされる。
When the solution of the image height γ satisfying dG (γ) / (dγ) = 0 is γ1, γ2, ..., γn and the maximum image height point in the exposure area is γmax, The value is (1
Substituting into equation (2), G (γ1), G (γ2), ... G (γn),
Each value of G (γmax) is calculated. Then, of the calculated values, select the one with the maximum absolute value, and set this to Gma
If x is set, Gmax is expressed as in equation (14).

【0060】 Gmax =Max{|G(γ1)|,|G(γ2)|,…… |G(γn)|,|G(γmax)|} ……(14) ただし、γ1 ,γ2 ……γn のうちで、γmax よりも大
きいもの、又は負の値となるもの等は除外して考える。
このようにすると、像高軸上で0.5mm毎に比較して
いかなくとも、一義的に偏差の絶対値の最大値が求ま
る。以上のような計算を、相対的な倍率の差C(Cb−
Ca)を微小量だけ変えては繰り返し演算することによ
って、最適な倍率調整係数Ca,Cbを決定することが
できる。
Gmax = Max {| G (γ1) |, | G (γ2) |, ... | G (γn) |, | G (γmax) |} (14) where γ1, γ2 ... γn Among them, those larger than γmax or those with a negative value are excluded.
By doing so, the maximum absolute value of the deviation can be uniquely obtained without making a comparison every 0.5 mm on the image height axis. Based on the above calculation, the relative magnification difference C (Cb−
The optimum magnification adjustment coefficients Ca and Cb can be determined by changing Ca) only by a small amount and repeating the calculation.

【0061】以上の手法をふまえて、Na,Nbが共に
3次の場合の一例を以下に述べる。そこで特性fa
(γ),fb(γ)を夫々(15),(16)式のよう
に定める。
Based on the above method, an example in which both Na and Nb are cubic is described below. Therefore, the characteristic fa
(Γ) and fb (γ) are defined as in equations (15) and (16), respectively.

【0062】[0062]

【数7】 (Equation 7)

【0063】[0063]

【数8】 (Equation 8)

【0064】よって関数Fa(γ),Fb(γ)の差の
関数G(γ)は、(17)式のように表わされる。
Therefore, the function G (γ) of the difference between the functions Fa (γ) and Fb (γ) is expressed by the equation (17).

【0065】[0065]

【数9】 [Equation 9]

【0066】この(17)式をγで微分すると(18)
式が得られる。
When this equation (17) is differentiated by γ, (18)
The formula is obtained.

【0067】[0067]

【数10】 [Equation 10]

【0068】ここでKb3−Ka3=K3 、Kb2−Ka2
=K2 、Kb1−Ka1=K1 、Cb−Ca=Cとおく
と、G’(γ)=0を満足する解は、以下の(19),
(20)式で表わされるように、γ1 とγ2 の2つであ
る。
Here, Kb3-Ka3 = K3, Kb2-Ka2
= K2, Kb1−Ka1 = K1, Cb−Ca = C, the solution satisfying G ′ (γ) = 0 is as follows (19),
As shown in the equation (20), there are two, γ1 and γ2.

【0069】[0069]

【数11】 [Equation 11]

【0070】[0070]

【数12】 (Equation 12)

【0071】そこでCの値を微小量だけ変えては、(1
9),(20)式を演算してγ1 ,γ2 を求め、さらに
(17)式よりG(γ1),G(γ2),G(γmax)の各絶対
値を求めることを繰り返し実行する。この際、γ1 ,γ
2 がともにγmax よりも大きい場合、あるいはγ1 ,γ
2 がともに負の値、もしくは複素数になる場合は、|G
(γmax)|がそのときのCの値に対応した最大値(|Gm
ax |)である。こうして、Cの値を変えるたびに算出
した|Gmax |の全ての値を比較して、その中で最小と
なっている|Gmax |に対応したCの値が求めるべき解
である。よって、そのCの値を満足するようにCa,C
bを決定すればよい。
Therefore, if the value of C is changed by a small amount, (1
9) and (20) are calculated to obtain γ1 and γ2, and further, the absolute values of G (γ1), G (γ2) and G (γmax) are obtained from the equation (17), which are repeatedly executed. At this time, γ 1, γ
If both 2 are larger than γ max, or γ 1, γ
If both 2 are negative or complex, | G
(γmax) | is the maximum value (| Gm corresponding to the value of C at that time
ax |). In this way, all values of | Gmax | calculated every time the value of C is changed are compared, and the value of C corresponding to the minimum | Gmax | is the solution to be obtained. Therefore, to satisfy the value of C, Ca, C
It suffices to determine b.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上本発明によれば、投影型露光装置を
用いた重ね合わせ露光の際のディストーション性能が向
上し、様々の大きさのパターン領域を有するマスクを投
影露光に使ったとしてもパターン領域の大きさに関らず
常に最良のディストーション特性のもとで転写できるの
で、より微細な線幅のパターンを備えた半導体素子の生
産性が格段に向上するといった効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the distortion performance at the time of overlay exposure using a projection type exposure apparatus is improved, and even if masks having pattern regions of various sizes are used for projection exposure. Since the transfer can always be performed under the best distortion characteristics regardless of the size of the region, the productivity of the semiconductor device having the finer line width pattern can be remarkably improved.

【0073】また本発明によれば、露光に使われるパタ
ーン投影範囲内においては最良のディストーション性能
が得られるように調整できるので、必ずしも初めから複
数台の露光装置間のマッチングを考慮して作られた露光
装置同志を使うような制限がなくなり、半導体素子の製
造ライン上で複数台の装置を比較的自由に組み合わせら
れるといった効果も得られる。
Further, according to the present invention, the adjustment can be made so that the best distortion performance can be obtained within the pattern projection range used for exposure, so that it is always created from the beginning in consideration of matching between a plurality of exposure apparatuses. Also, there is no limitation that the exposure apparatuses are used together, and an effect that a plurality of apparatuses can be relatively freely combined on the semiconductor element manufacturing line can be obtained.

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

【図1】 本発明の実施例によるミックス・アンド・
マッチの方法に好適な2つの投影型露光装置の概略的な
構成を示す斜視図。
FIG. 1 shows a mix and
The perspective view which shows the schematic structure of two projection type exposure apparatuses suitable for the method of a match.

【図2】 2つの露光装置を倍率補正を行なわずに重
ね合わせ露光した場合の理想格子点の投影点のずれを誇
張して示すチャート図。
FIG. 2 is a chart diagram exaggerating a deviation of projection points of ideal lattice points when two exposure apparatuses perform overlapping exposure without performing magnification correction.

【図3】 夫々2つの露光装置の投影レンズのディス
トーション曲線を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing distortion curves of projection lenses of two exposure apparatuses, respectively.

【図4】 図3(a)、(b)におけるディストーシ
ョン曲線を重ね合わせたときの特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram when the distortion curves in FIGS. 3A and 3B are superimposed.

【図5】 図4に示した特性を倍率調整して重ね合わ
せたときの特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram when the characteristics shown in FIG. 4 are adjusted in magnification and overlapped.

【図6】 倍率調整を行なった後に重ね合わせ露光し
た場合の理想格子点の投影点のずれを誇張して示すチャ
ート図。
FIG. 6 is a chart diagram exaggerating the deviation of projection points of ideal lattice points when overlay exposure is performed after adjusting the magnification.

【図7】 図4に示した特性で像高を変えた場合のマ
ッチングの様子を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a state of matching when the image height is changed with the characteristic shown in FIG.

【図8】 図7の特性から、2つの露光装置の倍率を
ともに調整して最良にした場合を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a case where the magnifications of the two exposure apparatuses are adjusted to the best from the characteristics of FIG.

【図9】 投影視野の大きさが同一の露光装置同志の
場合のマッチング精度向上を説明するための特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining an improvement in matching accuracy in the case where the exposure apparatuses have the same projection visual field size.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…… 第1の投影型露光装置 B…… 第2の投影型露光装置 E…… ウェハプロセス R1,R2…… レチクル PL1,PL2…… 投影レンズ W…… ウェハ BC1,BC2…… 圧力調整器(倍率調整部) CNT1,CNT2…… 主制御装置 DS1,DS2,DS3…… ディストーション特性 DS1’,DS2’,DS3’…… 倍率調整後のディ
ストーション特性
A ... First projection type exposure apparatus B ... Second projection type exposure apparatus E ... Wafer process R1, R2 ... Reticles PL1, PL2 ... Projection lens W ... Wafer BC1, BC2 ... Pressure regulator (Magnification adjustment unit) CNT1, CNT2 ... Main control device DS1, DS2, DS3 ... Distortion characteristics DS1 ', DS2', DS3 '... Distortion characteristics after magnification adjustment

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 宏一 東京都品川区西大井1丁目6番3号 株式 会社ニコン大井製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Matsumoto 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Nikon Oi Manufacturing Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトリソグラフィ用の基板上にマス
クのパターン領域の像を投影光学系の円形視野を介して
転写するフォトリソグラフィ装置において、 前記マスク上のパターン領域に合わせて前記マスク上に
照射される照明光の照明範囲を調整する可動ブレードを
備えたブラインドと;該ブラインドで調整された照明範
囲に対応した前記投影光学系の実効的なパターン投影領
域内の複数の像高点の各々でのディストーション量が平
均的に小さくなるように、前記基板に対する投影倍率を
調整する倍率調整手段とを備えたことを特徴とするフォ
トリソグラフィ装置。
1. A photolithography apparatus for transferring an image of a pattern area of a mask onto a substrate for photolithography through a circular visual field of a projection optical system, wherein the mask is irradiated in accordance with the pattern area on the mask. A blind having a movable blade for adjusting the illumination range of the illumination light; and at each of a plurality of image height points in the effective pattern projection area of the projection optical system corresponding to the illumination range adjusted by the blind. A photolithography apparatus comprising: a magnification adjusting unit that adjusts a projection magnification with respect to the substrate so that the amount of distortion is reduced on average.
【請求項2】 フォトリソグラフィ用の基板上にマス
クのパターン領域の像を投影光学系の円形視野を介して
転写するフォトリソグラフィ装置において、 前記マスクのパターン領域の大きさに合わせて前記マス
クを照射する照明光の照明範囲を変更する可動ブレード
を備えたブラインドと;該ブラインドの変更に応じて前
記投影光学系の結像特性を調整する調整手段とを備えた
ことを特徴とするフォトリソグラフィ装置。
2. A photolithography apparatus which transfers an image of a pattern area of a mask onto a substrate for photolithography through a circular visual field of a projection optical system, and irradiates the mask according to the size of the pattern area of the mask. A photolithography apparatus comprising: a blind provided with a movable blade for changing the illumination range of the illuminating light; and adjusting means for adjusting the imaging characteristic of the projection optical system according to the change of the blind.
【請求項3】 マスクのパターン領域を露光用の照明
光で照射し、前記パターン領域の像を投影光学系を介し
て基板上の被露光領域に重ね合わせ露光する方法におい
て、 前記投影光学系の結像特性を初期状態にしたときに得ら
れる前記投影光学系の像高位置とディストーション量と
の関係を規定した特性データを予め記憶する段階と;前
記マスクのパターン領域の大きさに応じて前記照明光の
照射範囲を制限するように照明視野絞りの可動ブレード
を調整する段階と;前記照明視野絞りで制限される照射
範囲の大きさと前記予め記憶された特性データとに基づ
いて、前記投影光学系の投影視野内で前記照射範囲に対
応した実効的なパターン投影領域内の各点で生じるディ
ストーション量が平均的に小さくなるように前記投影光
学系の結像特性を初期状態から調整する段階とを含むこ
とを特徴とする露光方法。
3. A method of irradiating a pattern area of a mask with illumination light for exposure, and superimposing and exposing an image of the pattern area onto an exposed area on a substrate through a projection optical system. Pre-storing characteristic data defining the relationship between the image height position and the distortion amount of the projection optical system, which is obtained when the image forming characteristic is in the initial state; Adjusting the movable blade of the illumination field stop so as to limit the irradiation range of the illumination light; the projection optics based on the size of the irradiation range limited by the illumination field stop and the characteristic data stored in advance. Imaging characteristics of the projection optical system such that the amount of distortion generated at each point in the effective pattern projection area corresponding to the irradiation range in the projection field of the system becomes small on average. Exposure method characterized by including the step of adjusting the initial state.
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