JPH09260260A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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Publication number
JPH09260260A
JPH09260260A JP8072026A JP7202696A JPH09260260A JP H09260260 A JPH09260260 A JP H09260260A JP 8072026 A JP8072026 A JP 8072026A JP 7202696 A JP7202696 A JP 7202696A JP H09260260 A JPH09260260 A JP H09260260A
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JP
Japan
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optical system
projection optical
illumination
projection
image
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8072026A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Shiraishi
直正 白石
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP8072026A priority Critical patent/JPH09260260A/en
Publication of JPH09260260A publication Critical patent/JPH09260260A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70308Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To faithfully transfer a plurality of isolating patterns which are very adjacently arranged with each other on a wafer, with large focal depth via a projection optical system. SOLUTION: An illumination light from an ArF excimer laser light source 1 is made to enter a fly's eye lens 3. The illumination light IL passing an illumination aperture iris 4 of an output surface of the fly's eyes lens 3 illuminates a reticle R via a convergence lens system 6, a reticle blind 7, a condenser lens system 8, etc. In the illumination light, the image of a pattern of the reticle R is imaged and projected on the wafer W via a projection optical system PL. A shield type pupil filter PF whose radius is almost 35-45% of a radius corresponding to the numerical aperture of the projection optical system PL is arranged on a pupil surface FTP of the projection optical system PL. Exposure is performed by making an aperture of the illumination aperture iris 4 as a ring belt wherein a coherence factor of the outer periphery is 0.35-0.45 and a coherence factor of an inner periphery is 0.20-0.30.

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、例えば半導体素
子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程
で、マスクパターンを投影光学系を介して感光基板上に
転写するための投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor element, an image pickup element (CCD or the like), a liquid crystal display element, a thin film magnetic head or the like, and a mask pattern is passed through a projection optical system. The present invention relates to a projection exposure apparatus for transferring onto a photosensitive substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体素子を製造する際に、露光
用の照明光(露光光)のもとでマスクとしてのレチクル
のパターンを、投影光学系を介して感光基板としてのフ
ォトレジストが塗布されたウエハ上の各ショット領域に
転写する投影露光装置が使用されている。斯かる投影露
光装置としては、水銀ランプのi線(波長365nm)
よりなる照明光のもとで、レチクルのパターンの投影光
学系を介した像を順次ウエハ上の各ショット領域に投影
露光する所謂i線ステッパが主に使用されている。更
に、評価用、或いは研究用としてKrFエキシマレーザ
光(波長248nm)、又はArFエキシマレーザ光
(波長193nm)のようなエキシマレーザ光を露光用
の照明光とした所謂エキシマステッパも使用されてい
る。
2. Description of the Related Art For example, when manufacturing a semiconductor device, a reticle pattern as a mask is coated with a photoresist as a photosensitive substrate through a projection optical system under exposure illumination light (exposure light). In addition, a projection exposure apparatus that transfers to each shot area on the wafer is used. As such a projection exposure apparatus, i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp is used.
A so-called i-line stepper is mainly used for sequentially projecting and exposing an image of a reticle pattern through a projection optical system on each shot area on a wafer under the illumination light. Further, a so-called excimer stepper, which uses an excimer laser light such as a KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or an ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) as exposure illumination light, is also used for evaluation or research.

【0003】最近は、投影光学系に対する負担を重くす
ることなく、より大面積のレチクルのパターンをウエハ
上に高いスループット(生産性)で転写することも要求
されている。そこで、ウエハの露光対象のショット領域
を走査開始位置にステッピングした後、レチクル及びウ
エハを投影光学系に対して同期走査することによって、
そのショット領域にレチクルのパターン像を逐次露光す
る所謂ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露
光型の投影露光装置も提案されている。
Recently, it has been required to transfer a pattern of a reticle having a larger area onto a wafer with high throughput (productivity) without increasing the burden on the projection optical system. Therefore, after stepping the shot area of the wafer to be exposed to the scanning start position, the reticle and the wafer are synchronously scanned with respect to the projection optical system.
A projection exposure apparatus of a scanning exposure type, such as a so-called step-and-scan method, which sequentially exposes a pattern image of a reticle to the shot area has also been proposed.

【0004】これらの投影型露光装置に使用されている
投影光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立調整を経て装置内に組み込ま
れる。一般に、投影光学系を用いた露光によってレチク
ルの微細なパターンをウエハ上に忠実に転写するために
は、投影光学系の解像力と焦点深度(DOF)とが重要
なファクタとなっている。投影光学系の解像力は露光用
の照明光の波長をλ、開口数をNAとして、λ/NAに
比例する。一方、焦点深度は、λ/NA2 に比例するた
め、開口数NAを大きくして解像力を向上すると、必要
な焦点深度が得られなくなるという問題をはらんでい
る。
The projection optical system used in these projection type exposure apparatuses is incorporated into the apparatus through advanced optical design, careful selection of glass materials, ultra-precision processing of glass materials, and precise assembly and adjustment. Generally, in order to faithfully transfer a fine pattern of a reticle onto a wafer by exposure using a projection optical system, the resolution and depth of focus (DOF) of the projection optical system are important factors. The resolution of the projection optical system is proportional to λ / NA, where λ is the wavelength of the illumination light for exposure and NA is the numerical aperture. On the other hand, since the depth of focus is proportional to λ / NA 2, there is a problem that if the numerical aperture NA is increased to improve the resolution, the required depth of focus cannot be obtained.

【0005】この場合、投影光学系によって得られる焦
点深度は、転写するパターンの種類によっても異なり、
特にコンタクトホールと呼ばれる微小開口パターン(明
パターン)は、大きな焦点深度を得るのが困難なパター
ンである。そこで、特にコンタクトホールに対して見か
け上の焦点深度を拡大させる露光方法として、ウエハ上
の1つのショット領域に対する露光を複数回に分け、各
露光の間にウエハを光軸方向に一定量だけ移動させる方
法が、例えば特開昭63−42122号公報で提案され
た。この露光方法はFLEX(Focus Latitude enhancem
ent EXposure)法と呼ばれ、コンタクトホール等の孤立
的パターンに対しては十分な焦点深度拡大効果を得るこ
とができる。但し、FLEX法は、僅かにデフォーカス
したコンタクトホール像を多重露光することを必須とす
るため、現像後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭度
が低下したものとなる。
In this case, the depth of focus obtained by the projection optical system also differs depending on the type of pattern to be transferred,
In particular, a fine aperture pattern (bright pattern) called a contact hole is a pattern in which it is difficult to obtain a large depth of focus. Therefore, in particular, as an exposure method for increasing the apparent depth of focus for a contact hole, the exposure for one shot area on the wafer is divided into a plurality of times, and the wafer is moved by a certain amount in the optical axis direction between each exposure. A method of doing so has been proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-42122. This exposure method is based on FLEX (Focus Latitude enhancem
ent EXposure) method, which can obtain a sufficient depth of focus expansion effect for isolated patterns such as contact holes. However, since the FLEX method requires multiple exposure of a slightly defocused contact hole image, the sharpness of the resist image obtained after development is inevitably reduced.

【0006】また、FLEX法のように露光動作中にウ
エハを光軸方向に移動させることなく、コンタクトホー
ルの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、1991
年春季応用物理学会の予稿集29a−ZC−8,9で発
表されたSuper−FLEX法も知られている。この
Super−FLEX法は、投影光学系の瞳に透明な位
相板を配置し、この位相板によって結像光に与えられる
複素振幅透過率が光軸から周辺に向かって順次変化する
ような特性を持たせたものである。このようにすると、
投影光学系によって結像される像はベストフォーカス面
(レチクルのパターン面と共役な面)を中心として光軸
方向に一定の従来より広い幅で鮮鋭度を保つことにな
り、焦点深度が増大するのである。
Further, as an attempt to expand the depth of focus when projecting a contact hole without moving the wafer in the optical axis direction during the exposure operation as in the FLEX method, 1991.
The Super-FLEX method presented in the 29th Spring Society of Applied Physics, 29a-ZC-8, 9 is also known. In this Super-FLEX method, a transparent phase plate is arranged in the pupil of the projection optical system, and the complex amplitude transmittance given to the imaging light by this phase plate has a characteristic that it sequentially changes from the optical axis toward the periphery. It is what I had. This way,
The image formed by the projection optical system has a constant sharpness in the optical axis direction with a wider width than before, centered on the best focus surface (the surface that is conjugate with the reticle pattern surface), and the depth of focus increases. Of.

【0007】但し、Super−FLEX法によると、
転写すべきコンタクトホールの像の近傍に、比較的強度
の強いサブピーク(リンギング)が生じ、これがゴース
トパターンとなってしまうため、実用化には問題が多
い。また、瞳フィルタとして、位相変化を付加するもの
ではなく、結像光束のコヒーレンス(可干渉性)を低減
することにより(特開平6−120110号公報、特開
平6−124870号公報参照)、或いは、結像光束の
内、瞳面内で光軸近傍に分布する光束を所謂遮光型瞳フ
ィルタで遮光することにより(特開平4−179958
号公報、特開平7−29807号公報参照)、それぞれ
コンタクトホールの像の焦点深度を増大する方法も、本
出願人により提案されている。これらの瞳フィルタで
は、発生するリンギングは比較的弱く、またFLEX法
との併用時に問題となる鮮鋭度の低下も少ない。特に、
遮光型瞳フィルタは、従来の投影光学系に対して新たな
収差を発生させず、また構成も単純であるため、最も実
用化が期待されている。
However, according to the Super-FLEX method,
Subpeaks (ringing) having a relatively high intensity occur near the image of the contact hole to be transferred, and this causes a ghost pattern, which is problematic for practical use. In addition, as a pupil filter, a phase change is not added, but coherence (coherence) of an image forming light beam is reduced (see JP-A-6-120110 and JP-A-6-124870), or Among the image-forming light fluxes, the light fluxes distributed in the vicinity of the optical axis in the pupil plane are blocked by a so-called light-shielding type pupil filter (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-179598).
The present applicant has also proposed methods for increasing the depth of focus of the image of the contact hole, respectively. With these pupil filters, the ringing that occurs is relatively weak, and the sharpness reduction that is a problem when used in combination with the FLEX method is small. Especially,
The light-shielding pupil filter is expected to be most practically used because it does not generate new aberrations in the conventional projection optical system and has a simple structure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】最近は、VLSI等の
回路パターンの一層の微細化に伴って、パターンサイズ
のみでなく、隣接するパターンの間隔についてもその長
さをより微細化することが求められている。極端な場
合、例えば1辺が解像限界程度の幅の2つのコンタクト
ホールを中心間隔が解像限界の2倍となるように、即ち
エッジからエッジまでの長さが解像限界となるように、
近接して配置する必要も生じてくる。
Recently, with the further miniaturization of circuit patterns of VLSI and the like, it has been required to further miniaturize not only the pattern size but also the interval between adjacent patterns. Has been. In an extreme case, for example, two contact holes each having a width close to the resolution limit may be arranged such that the center distance is twice the resolution limit, that is, the length from edge to edge is the resolution limit. ,
It will be necessary to arrange them in close proximity.

【0009】2つのコンタクトホールの間隔がこのよう
に近接してくると、例えば上記の特開平7−29807
号公報に開示されているような遮光型瞳フィルタを使用
して、更にFLEX法を併用するという光学条件(開口
数NA、コヒーレンスファクタである所謂σ値等)で露
光を行っても、両コンタクトホールの投影像間のレジス
トに所謂膜減りが生じてしまう。更に、両コンタクトホ
ールがつながって形成されてしまったり、同一のレチク
ルパターン内に存在する種々のコンタクトホールパター
ンの内、単独で存在するものと近接したものとで、その
転写像の大きさが大きく異なってしまう等の不都合が生
じてしまう。
When the distance between the two contact holes comes close to each other in this way, for example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 7-29807.
Even if exposure is performed under the optical condition (a numerical aperture NA, a so-called σ value which is a coherence factor, etc.) that also uses the FLEX method together with a light-shielding pupil filter as disclosed in Japanese Patent Publication No. So-called film loss occurs in the resist between the projected images of the holes. Furthermore, the size of the transferred image is large due to both contact holes being formed in a continuous manner, and among the various contact hole patterns existing in the same reticle pattern, those that exist independently and those that are close to each other. Inconvenience such as being different occurs.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、コンタクトホー
ル等の孤立的パターンを投影光学系を介して転写する際
に、焦点深度を拡大できる投影露光装置を提供すること
を目的とする。更に本発明は、非常に近接して配置され
た複数の孤立的パターンを投影光学系を介して忠実にウ
エハ上に転写できると共に、焦点深度拡大効果も得られ
る投影露光装置を提供することをも目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of increasing the depth of focus when transferring an isolated pattern such as a contact hole through a projection optical system. Further, the present invention also provides a projection exposure apparatus that can faithfully transfer a plurality of isolated patterns arranged very close to each other onto a wafer through a projection optical system and also obtain an effect of expanding the depth of focus. To aim.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図1及び図2に示すように、転写用パター
ンの形成されたマスク(R)を露光用の照明光で照明す
る照明光学系(1〜3,5〜8)と、この照明光学系に
よる照明光のもとでマスク(R)のパターンの像を感光
基板(W)上に結像投影する投影光学系(PL)と、を
備えた投影露光装置において、投影光学系(PL)内の
マスク(R)のパターン面に対する光学的フーリエ変換
面(瞳面FTP)、又はその近傍の面上に、投影光学系
(PL)の光軸を中心としてその半径が、投影光学系
(PL)の開口数に相当する半径の25%〜45%の範
囲内である実質的に円形の遮光部材(PF)を配置し、
その照明光学系を、外周のコヒーレンスファクタが0.
35〜0.45の範囲内で、内周のコヒーレンスファク
タが0.20〜0.30の範囲内である輪帯照明系とし
たものである。
The projection exposure apparatus according to the present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, an illumination optical system for illuminating a mask (R) on which a transfer pattern is formed with exposure illumination light. A system (1 to 3, 5 to 8) and a projection optical system (PL) for projecting an image of the pattern of the mask (R) on the photosensitive substrate (W) under the illumination light by the illumination optical system. In the projection exposure apparatus including the projection optical system (PL), the projection optical system (PL) is formed on the optical Fourier transform plane (pupil plane FTP) with respect to the pattern surface of the mask (R) in the projection optical system (PL) or on a surface in the vicinity thereof. A substantially circular light-shielding member (PF) having a radius centered on the optical axis of, within the range of 25% to 45% of the radius corresponding to the numerical aperture of the projection optical system (PL),
The illumination optical system has a coherence factor of 0.
In the range of 35 to 0.45, the inner peripheral coherence factor is in the range of 0.20 to 0.30.

【0012】斯かる本発明によれば、マスク(R)のパ
ターン面に対して光学的にフーリエ変換の関係となる投
影光学系(PL)内の面(FTP)に設けた遮光部材
(PF)が、従来の遮光型瞳フィルタと同様に作用し
て、コンタクトホール等の孤立的パターンの像の鮮鋭度
及び焦点深度を向上させる。また、非常に近接して配置
された複数の孤立的パターンとして2つの近接したコン
タクトホールを転写するものとすると、本発明では、マ
スクパターンへの照明を輪帯照明とし、且つ、その輪帯
照明用の開口絞り(4)の外径、内径を最適化して、コ
ヒーレンスファクタを最適化することで、マスク(R)
上で近接して配置された2つのコンタクトホールパター
ンを通過した照明光間のコヒーレンス(複素コヒーレン
ス度)が最適化されている。従って、両コンタクトホー
ルの像を良好に分離(解像)しつつ、両コンタクトホー
ルの光学像の強度を、それらコンタクトホールが単独で
存在する場合の像強度とほぼ等しくすることができる。
即ち、両コンタクトホールの転写像のサイズ(感光材料
上での像サイズ)を、単独で存在するコンタクトホール
の転写像のサイズとほぼ等しくすることができる。
According to the present invention, the light shielding member (PF) provided on the surface (FTP) in the projection optical system (PL) having an optical Fourier transform relationship with the pattern surface of the mask (R). However, it acts in the same manner as a conventional light-shielding pupil filter to improve the sharpness and depth of focus of an image of an isolated pattern such as a contact hole. Further, assuming that two adjacent contact holes are transferred as a plurality of isolated patterns arranged very close to each other, in the present invention, the illumination for the mask pattern is an annular illumination, and the annular illumination is the annular illumination. (R) by optimizing the coherence factor by optimizing the outer diameter and the inner diameter of the aperture stop (4) for
The coherence (the degree of complex coherence) between the illumination lights that have passed through the two contact hole patterns arranged close to each other is optimized. Therefore, while satisfactorily separating (resolving) the images of both contact holes, the intensity of the optical image of both contact holes can be made substantially equal to the image intensity when the contact holes exist alone.
That is, the size of the transferred image of both contact holes (image size on the photosensitive material) can be made substantially equal to the size of the transferred image of the contact holes that exist independently.

【0013】この場合、その遮光部材(PF)の半径
が、投影光学系(PL)の開口数に相当する半径の35
%〜45%の範囲内であることが望ましい。これによっ
て、遮光部材(PF)の半径がより最適化されている。
また、投影光学系(PL)の像面と感光基板(W)の露
光面とを投影光学系(PL)の光軸方向に相対的に変位
させる相対変位手段(10,11,12A〜12C)を
設け、感光基板(W)の露光中にその相対変位手段を介
して、投影光学系(PL)の像面と感光基板(W)の露
光面とを相対的に移動、又は振動させるようにしてもよ
い。これは上述の本発明に対して、更にFLEX法を併
用して露光を行うことを意味し、FLEX法の併用によ
って焦点深度がより深くなる。
In this case, the radius of the light shielding member (PF) is 35, which corresponds to the numerical aperture of the projection optical system (PL).
% To 45% is desirable. Thereby, the radius of the light blocking member (PF) is further optimized.
Relative displacement means (10, 11, 12A to 12C) for relatively displacing the image surface of the projection optical system (PL) and the exposure surface of the photosensitive substrate (W) in the optical axis direction of the projection optical system (PL). Is provided, and the image plane of the projection optical system (PL) and the exposed surface of the photosensitive substrate (W) are relatively moved or vibrated via the relative displacement means during the exposure of the photosensitive substrate (W). May be. This means that exposure is performed by further using the FLEX method in combination with the above-described present invention, and the depth of focus becomes deeper by using the FLEX method in combination.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本
例はステッパ型の投影露光装置に本発明を適用したもの
である。図1は本例の投影露光装置の全体的な構成を示
し、この図1において、露光用光源としてArFエキシ
マレーザ光源(発振波長は193nm)1が使用されて
いる。但し、露光用光源として、KrFエキシマレーザ
光源、金属蒸気レーザ光源、又はYAGレーザの高調波
発生装置等を使用してもよく、更には露光用光源として
水銀ランプ等の輝線ランプを使用する場合にも本発明は
適用される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to a stepper type projection exposure apparatus. FIG. 1 shows the entire configuration of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength 193 nm) 1 is used as an exposure light source. However, a KrF excimer laser light source, a metal vapor laser light source, a harmonic generator of a YAG laser, or the like may be used as the exposure light source. Furthermore, when a bright line lamp such as a mercury lamp is used as the exposure light source. The present invention also applies.

【0015】ArFエキシマレーザ光源1から放射され
たレーザビームよりなる照明光は、ビーム整形光学系2
によって断面形状が整形された後、オプティカル・イン
テグレータとしてのフライアイレンズ3に入射する。フ
ライアイレンズ3に入射したほぼ平行光束よりなる照明
光は、フライアイレンズ3の複数のレンズエレメントに
よって分割され、各レンズエレメントのそれぞれの射出
側には2次光源像(レーザビームの集光点)が形成され
る。フライアイレンズ3の射出側には、照明光学系内で
の面光源像全体の大きさ及び形状を調整するための照明
開口絞り(σ絞り)4が設けられている。本例では照明
開口絞り4は輪帯状の絞りとなっている(詳細後述)。
このσ絞り4を通過した照明光IL(発散光)は、ミラ
ー5で反射され、集光レンズ系6を経てレチクルブライ
ンド(照明視野絞り)7に至り、レチクルブラインド7
の開口を通過した照明光ILは、コンデンサレンズ系8
を経て、レチクルRのパターン面(下面)の照明領域9
を均一な照度分布で照明する。
The illumination light composed of the laser beam emitted from the ArF excimer laser light source 1 is used as the beam shaping optical system 2.
After the cross-sectional shape is shaped by, the light enters the fly-eye lens 3 as an optical integrator. Illumination light that is incident on the fly-eye lens 3 and is composed of substantially parallel light beams is divided by a plurality of lens elements of the fly-eye lens 3, and a secondary light source image (a converging point of a laser beam is formed on each exit side of each lens element). ) Is formed. An illumination aperture stop (σ stop) 4 for adjusting the size and shape of the entire surface light source image in the illumination optical system is provided on the exit side of the fly-eye lens 3. In this example, the illumination aperture stop 4 is a ring-shaped stop (details will be described later).
The illumination light IL (divergent light) that has passed through the σ stop 4 is reflected by the mirror 5, reaches the reticle blind (illumination field stop) 7 via the condenser lens system 6, and reaches the reticle blind 7.
The illumination light IL that has passed through the aperture of the condenser lens system 8
Through the illumination area 9 on the pattern surface (lower surface) of the reticle R.
Illuminate with a uniform illuminance distribution.

【0016】このとき、レチクルRのパターン面とフラ
イアイレンズ3の射出側の面とが、集光レンズ系6、及
びコンデンサレンズ系8よりなる合成系によって光学的
にフーリエ変換の関係になっている。そして、フライア
イレンズ3の射出側の面での各2次光源像の位置に応じ
て、その2次光源像を発した光束のレチクルRへの入射
角及び方向が決定される。
At this time, the pattern surface of the reticle R and the exit side surface of the fly-eye lens 3 are optically Fourier-transformed by a synthetic system including the condenser lens system 6 and the condenser lens system 8. There is. Then, according to the position of each secondary light source image on the exit side surface of the fly-eye lens 3, the incident angle and the direction of the light flux emitted from the secondary light source image on the reticle R are determined.

【0017】なお、レチクルR上での照明光ILの照度
分布をより均一にするために、フライアイレンズ3を照
明光の進行方向に沿って2段階に分けて設けるようにし
てもよい。その場合には、照明開口絞り4は、2段目の
よりレチクルRに近い側のフライアイレンズの射出側の
面に設けられる。その照明光ILのもとで、レチクルR
上の照明領域9内のパターンの光学像(光強度分布)
は、投影光学系PLを介してウエハWの表面のフォトレ
ジスト層に結像される。投影光学系PLは両側(又はウ
エハW側に片側)テレセントリックであり、レチクルR
からウエハWへの投影倍率Mは例えば1/5、又は1/
4等である。また、投影光学系PL内のレチクルRのパ
ターン面に対する光学的フーリエ変換面(以下、「瞳
面」と呼ぶ)FTPには、投影光学系PLの光軸AXを
中心として、半径rPF以内の光束を遮光する遮光型瞳フ
ィルタPFが設けられている。従って、レチクルR上の
パターンから発生する回折光の内、回折角の小さい成分
の光束はこの遮光型瞳フィルタPFにより遮光され、回
折角の大きい成分の光束のみがウエハWに到達する。
In order to make the illuminance distribution of the illumination light IL on the reticle R more uniform, the fly-eye lens 3 may be provided in two stages along the traveling direction of the illumination light. In that case, the illumination aperture stop 4 is provided on the exit side surface of the fly-eye lens closer to the reticle R than the second stage. Under the illumination light IL, the reticle R
Optical image of pattern in upper illumination area 9 (light intensity distribution)
Is imaged on the photoresist layer on the surface of the wafer W via the projection optical system PL. The projection optical system PL is telecentric on both sides (or one side on the wafer W side), and has a reticle R.
The projection magnification M from the wafer W to the wafer W is, for example, 1/5, or 1 /
It is 4 mag. Further, the optical Fourier transform surface (hereinafter referred to as “pupil surface”) FTP for the pattern surface of the reticle R in the projection optical system PL has a radius r PF within a radius r PF with the optical axis AX of the projection optical system PL as the center. A light blocking pupil filter PF that blocks the light flux is provided. Therefore, of the diffracted light generated from the pattern on the reticle R, the light flux of the component with a small diffraction angle is blocked by the light blocking pupil filter PF, and only the light flux of the component with a large diffraction angle reaches the wafer W.

【0018】なお、投影光学系PLの構成によっては、
瞳面FTPに実効的な瞳径を変えるための円形開口絞り
(NA可変絞り)を設けることもある。この場合、その
円形開口絞りと遮光型瞳フィルタPFとは機械的に干渉
しないように、且つできるだけ光軸AX方向に近接して
配置することが望ましい。以下では、投影光学系PLの
光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図
1の紙面に平行にX軸を、図1の紙面に垂直にY軸を取
って説明する。
Incidentally, depending on the configuration of the projection optical system PL,
A circular aperture diaphragm (NA variable diaphragm) for changing the effective pupil diameter may be provided on the pupil plane FTP. In this case, it is desirable that the circular aperture stop and the light-shielding type pupil filter PF are arranged so as not to mechanically interfere with each other and as close as possible in the optical axis AX direction. In the following, the Z-axis is taken in parallel with the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis is taken in a plane perpendicular to the Z-axis, parallel to the plane of FIG. 1, and the Y-axis is taken perpendicular to the plane of FIG. explain.

【0019】このとき、レチクルRはレチクルステージ
RSTに保持され、レチクルステージRSTは、X方
向、Y方向、及び回転方向にレチクルRの位置決めを行
う。一方、ウエハWは、試料台10上に保持され、試料
台10は、それぞれZ方向に伸縮自在な3個の支点12
A〜12Cを介してZレベリングステージ11上に載置
され、Zレベリングステージ11はXYステージ13上
に載置されている。そして、Zレベリングステージ11
内の駆動部を介して3個の支点12A〜12Cを並行し
て駆動することによって、試料台10(ウエハW)のZ
方向の位置(焦点位置)を調整でき、3個の支点12A
〜12Cを独立に駆動することによって、試料台10の
傾斜角を調整できるようになっている。また、Zレベリ
ングステージ11(ウエハW)は、ステージ駆動ユニッ
ト16によってXYステージ13上でX方向、Y方向に
移動できるように構成されている。
At this time, the reticle R is held by the reticle stage RST, and the reticle stage RST positions the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. On the other hand, the wafer W is held on the sample table 10, and the sample table 10 is provided with three fulcrums 12 which are respectively expandable and contractible in the Z direction.
It is mounted on the Z leveling stage 11 through A to 12C, and the Z leveling stage 11 is mounted on the XY stage 13. And the Z leveling stage 11
By driving the three fulcrums 12A to 12C in parallel via a driving unit inside, the Z of the sample stage 10 (wafer W) is
Directional position (focus position) can be adjusted and 3 fulcrums 12A
It is possible to adjust the tilt angle of the sample table 10 by independently driving .about.12C. Further, the Z leveling stage 11 (wafer W) is configured to be movable in the X direction and the Y direction on the XY stage 13 by the stage drive unit 16.

【0020】そして、試料台10の上端に固定された移
動鏡14mと、外部に固定されたレーザ干渉計14とに
よって、試料台10のX方向、及びY方向の座標が計測
され、計測結果が装置全体を統轄制御する主制御系15
に供給され、主制御系15は供給された計測結果に基づ
いてステージ駆動ユニット16を介して試料台10(ウ
エハW)の位置決めを行う。
Then, the movable mirror 14m fixed to the upper end of the sample table 10 and the laser interferometer 14 fixed to the outside measure the coordinates of the sample table 10 in the X and Y directions. Main control system 15 that controls the entire device
The main control system 15 positions the sample stage 10 (wafer W) via the stage drive unit 16 based on the supplied measurement result.

【0021】更に、投影光学系PLの側面部に、投影光
学系PLの露光フィールド内のウエハWの表面に斜め
に、フォトレジストに対する感光性の弱い照明光を用い
て例えばスリット像を投影する照射光学系18と、その
ウエハWからの反射光を集光してそのスリット像を再結
像し、このスリット像の横ずれ量に対応するフォーカス
信号を生成する集光光学系19とからなる、斜入射方式
のオートフォーカスセンサが配置されている。そのフォ
ーカス信号も主制御系15に供給されている。ウエハW
の表面の焦点位置が変化すると、集光光学系19内で再
結像されるそのスリット像の位置が横ずれして、そのフ
ォーカス信号が変化すると共に、予め投影光学系PLの
結像面(ベストフォーカス面)にウエハWの表面が合致
しているときに、そのフォーカス信号が0レベルとなる
ようにキャリブレーションが行われている。そのため、
主制御系15では、そのフォーカス信号からウエハWの
表面のその結像面からのデフォーカス量を求めることが
できる。
Further, the side surface of the projection optical system PL is obliquely projected onto the surface of the wafer W in the exposure field of the projection optical system PL by using, for example, a slit image by using illumination light having low photosensitivity to the photoresist. An optical system 18 and a condensing optical system 19 that condenses the reflected light from the wafer W to re-image the slit image and generates a focus signal corresponding to the lateral deviation amount of the slit image. An incident type autofocus sensor is arranged. The focus signal is also supplied to the main control system 15. Wafer W
When the focal position of the surface of the optical system changes, the position of the slit image re-imaged in the condensing optical system 19 shifts laterally, the focus signal changes, and at the same time, the imaging plane of the projection optical system PL (best The calibration is performed so that the focus signal becomes 0 level when the surface of the wafer W matches the (focus surface). for that reason,
The main control system 15 can obtain the defocus amount from the image plane of the surface of the wafer W from the focus signal.

【0022】主制御系15は、そのフォーカス信号に基
づいて、Zレベリングステージ11内の駆動部を介して
支点12A〜12Cの伸縮量を制御することによって、
通常はウエハWの表面が投影光学系PLの結像面に合致
しているようにオートフォーカス制御を行う。但し、本
例では必要に応じてウエハWへの露光中にFLEX法を
併用する。このようにFLEX法を併用する場合には、
ウエハWにレチクルRのパターン像を露光している途中
で、主制御系15は、そのフォーカス信号に基づいてそ
れら3個の支点12A〜12Cの伸縮量を制御すること
によって、矢印21で示すように、ウエハWの表面をZ
方向に所定の振幅で振動させるか、又はウエハWの表面
をZ方向に所定の幅だけ移動させる。
The main control system 15 controls the amount of expansion and contraction of the fulcrums 12A to 12C via the drive unit in the Z leveling stage 11 based on the focus signal.
Normally, autofocus control is performed so that the surface of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL. However, in this example, the FLEX method is used together during the exposure of the wafer W, if necessary. When the FLEX method is also used in this way,
While exposing the pattern image of the reticle R on the wafer W, the main control system 15 controls the expansion and contraction amounts of the three fulcrums 12A to 12C based on the focus signal thereof, as shown by the arrow 21. The surface of the wafer W to Z
The wafer W is oscillated with a predetermined amplitude in the direction, or the surface of the wafer W is moved in the Z direction by a predetermined width.

【0023】このようにウエハWへの露光中にFLEX
法を併用する場合のウエハWのZ方向への離散的又は連
続的な移動量は、特開平7−29807号公報に開示さ
れている量程度とするのが最適である。更に、主制御系
15は、レーザ電源17を介してArFエキシマレーザ
光源1の発振のオン/オフ制御を行うことができる。
Thus, during the exposure of the wafer W, the FLEX
When the method is used together, the amount of discrete or continuous movement of the wafer W in the Z direction is optimally set to the amount disclosed in JP-A-7-29807. Further, the main control system 15 can perform on / off control of oscillation of the ArF excimer laser light source 1 via the laser power supply 17.

【0024】なお、図1の投影露光装置はステッパ型で
あるが、レチクルステージRSTに対してレチクルRを
所定方向に走査する機能を持たせて、ウエハW上の各シ
ョット領域への露光を行う際に、レチクルステージRS
T及びXYステージ13を駆動して、レチクルRとウエ
ハWとを投影光学系PLに対して相対的に走査するステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置としてもよ
い。このときにFLEX法を適用するためには、例えば
ウエハWをレチクルRのパターンの結像面に対して傾け
て配置した状態で走査を行えばよい。
Although the projection exposure apparatus of FIG. 1 is a stepper type, the reticle stage RST is provided with a function of scanning the reticle R in a predetermined direction, and each shot area on the wafer W is exposed. On the occasion, the reticle stage RS
It may be a step-and-scan projection exposure apparatus that drives the T and XY stages 13 to scan the reticle R and the wafer W relative to the projection optical system PL. To apply the FLEX method at this time, for example, scanning may be performed in a state in which the wafer W is tilted with respect to the image forming surface of the pattern of the reticle R.

【0025】さて、図1において、レチクルRのパター
ン面にはクロム層等の遮光膜によって所定のレチクルパ
ターンが形成されているが、ここではその遮光膜が全面
に蒸着され、その内に微小な矩形開口部(遮光膜の無い
透明部)よりなる複数のコンタクトホールパターンが存
在するものとする。レチクルR上でのコンタクトホール
パターンの寸法は、ウエハW上の転写像が0.15μm
角(又は直径0.15μm)程度となるように、投影光
学系PLの投影倍率Mを考慮して決定されている。
In FIG. 1, a predetermined reticle pattern is formed on the pattern surface of the reticle R by a light-shielding film such as a chrome layer. Here, the light-shielding film is vapor-deposited on the entire surface, and a minute reticle is formed therein. It is assumed that there are a plurality of contact hole patterns each having a rectangular opening (a transparent portion having no light shielding film). The size of the contact hole pattern on the reticle R is 0.15 μm for the transferred image on the wafer W.
The projection magnification M of the projection optical system PL is determined in consideration of the angle (or the diameter of 0.15 μm).

【0026】複数のコンタクトホールパターンの間隔
は、通常は1つのコンタクトホールパターンの開口部の
幅に対してかなり大きくなっているため、それらのコン
タクトホールパターンは、単独の微小パターンとして存
在することが多い。このようなコンタクトホールパター
ンを、高解像力、且つ大焦点深度で転写するには、前述
の特開平7−29807号公報に開示されているような
光学条件の投影露光装置を使用することが望ましい。即
ち、投影光学系PLの実質的瞳半径(投影光学系PLの
開口数に比例する)に対して、0.4倍程度の半径を有
する遮光型瞳フィルタPFを備え、且つ、FLEX法の
併用が可能な露光装置を用いるとよい。
Since the interval between the plurality of contact hole patterns is usually considerably larger than the width of the opening of one contact hole pattern, these contact hole patterns may exist as individual minute patterns. Many. In order to transfer such a contact hole pattern with a high resolution and a large depth of focus, it is desirable to use a projection exposure apparatus under the optical conditions as disclosed in the above-mentioned JP-A-7-29807. That is, a light blocking pupil filter PF having a radius of about 0.4 times the substantial pupil radius of the projection optical system PL (proportional to the numerical aperture of the projection optical system PL) is provided, and the FLEX method is used in combination. It is preferable to use an exposure apparatus capable of

【0027】しかしながら、前述の如く、1つのコンタ
クトホールパターンのエッジから隣接するコンタクトホ
ールパターンのエッジまでの距離が、各コンタクトホー
ルパターンの幅と同程度に近接した配置でコンタクトホ
ールパターンを形成する必要のあることもある。図3
は、そのように図1のレチクルR上で近接して配置され
た2つのコンタクトホールパターンをウエハW上に投影
した状態を示し、この図3において、それぞれX方向の
幅dでY方向の幅dの2つの正方形のコンタクトホール
像20A及び20Bが、X方向の間隔dで投影されてい
る。また、本例では幅(間隔)dは、投影光学系PLの
解像限界に近い0.15μmに設定されている。
However, as described above, it is necessary to form the contact hole patterns such that the distance from the edge of one contact hole pattern to the edge of the adjacent contact hole pattern is as close as the width of each contact hole pattern. There may be FIG.
3 shows a state in which two contact hole patterns arranged in close proximity on the reticle R of FIG. 1 are projected on the wafer W, and in FIG. 3, the width d in the X direction and the width in the Y direction are respectively shown in FIG. Two square contact hole images 20A and 20B of d are projected at an interval d in the X direction. Further, in this example, the width (interval) d is set to 0.15 μm, which is close to the resolution limit of the projection optical system PL.

【0028】このように両コンタクトホールの間隔が近
接する場合、特開平7−29807号公報に開示されて
いる構成の装置では、前述の如く両コンタクトホール像
20A,20Bの中間で両コンタクトホール像の「半影
ぼけ」が合成され、フォトレジストが膜減り(感光)し
たり、極端な場合には両コンタクトホールがつながって
形成されてしまう恐れもある。また、それほどの悪影響
が出ないにしても、コンタクトホール像への他のコンタ
クトホール像の半影ぼけの加算により、近接した2つの
コンタクトホール像のサイズが、単独で存在する1つの
コンタクトホール像のサイズに比べ大きくなってしまう
という問題もある。
When the distances between the contact holes are close to each other as described above, in the apparatus having the structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-29807, as described above, the contact hole images 20A and 20B are located in the middle. There is a risk that the "half-shadow blur" will be synthesized, the photoresist will be thinned (photosensitized), and in extreme cases, both contact holes will be connected and formed. In addition, even if such a bad influence does not occur, the size of two adjacent contact hole images is independent by adding the penumbra of other contact hole images to the contact hole image. There is also a problem that it becomes larger than the size of.

【0029】そこで、本例においては図1に示したよう
に、照明開口絞り4を輪帯状の絞りとすることによっ
て、ArFエキシマレーザ光源1〜コンデンサレンズ系
8までの照明光学系を、輪帯照明系とし、且つ、その照
明開口絞り4の開口形状を最適化することによってその
開口数等を最適化する。図2は、図1内の照明開口絞り
4の開口4aの形状を示し、この図2において、照明開
口絞り4は、前述のように図1のレチクルRのパターン
面に対するフーリエ変換面に配置されている。また、投
影光学系PLの瞳面FTPもレチクルRのパターン面に
対してフーリエ変換面となっているため、照明開口絞り
4と瞳面FTPとは結像関係(共役)となっている。図
2において、破線の円22は、仮想的に照明開口絞り4
上に投影した投影光学系PLの瞳面FTPの有効エリア
を示す。即ち、破線の円22の半径r0 は、投影光学系
PLの開口数NAに対応する。また、本例の投影光学系
PLの開口数NAは0.6程度である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the illumination optical system from ArF excimer laser light source 1 to condenser lens system 8 is changed to an annular zone by forming the illumination aperture stop 4 into an annular zone. The numerical aperture and the like are optimized by using the illumination system and optimizing the aperture shape of the illumination aperture stop 4. 2 shows the shape of the aperture 4a of the illumination aperture stop 4 in FIG. 1. In this FIG. 2, the illumination aperture stop 4 is arranged on the Fourier transform plane with respect to the pattern plane of the reticle R of FIG. 1 as described above. ing. Further, since the pupil plane FTP of the projection optical system PL is also a Fourier transform plane with respect to the pattern plane of the reticle R, the illumination aperture stop 4 and the pupil plane FTP have an image forming relationship (conjugate). In FIG. 2, a broken line circle 22 indicates a virtual illumination aperture stop 4
The effective area of the pupil plane FTP of the projection optical system PL projected above is shown. That is, the radius r 0 of the dashed circle 22 corresponds to the numerical aperture NA of the projection optical system PL. The numerical aperture NA of the projection optical system PL of this example is about 0.6.

【0030】そして、本例の投影露光装置では、照明開
口絞り4の開口4aを輪帯状とすると共に、その開口4
aの外半径r2 、及び内半径r1 を、それぞれ投影光学
系PLの開口数NAに対応する半径r0 の0.4倍、及
び0.25倍程度とする。これら外半径r2 、及び内半
径r1 の半径r0 に対する倍率を示す0.4、及び0.
25の値は、通常の照明光学系でのコヒーレンスファク
タである所謂σ値、即ち投影光学系の開口数に対する照
明光学系の開口数の比の値に相当するものである。この
ような照明条件を採用すると、上記の如き近接した2つ
のコンタクトホールパターン間での照明光のコヒーレン
ス(複素コヒーレンス度)が最適化され、近接したコン
タクトホールパターン間の解像度が向上すると共に、近
接して配置された複数のコンタクトホールパターンと、
単独で存在する1つのコンタクトホールパターンとの双
方の転写像のサイズを揃えることができることが分かっ
た。
In the projection exposure apparatus of this example, the aperture 4a of the illumination aperture stop 4 is formed into a ring shape, and the aperture 4 is formed.
The outer radius r 2 and the inner radius r 1 of a are about 0.4 times and 0.25 times the radius r 0 corresponding to the numerical aperture NA of the projection optical system PL, respectively. These outer radius r 2, and 0.4 indicating the ratio to the radius r 0 of the inner radius r 1, and 0.
The value of 25 corresponds to a so-called σ value which is a coherence factor in an ordinary illumination optical system, that is, a value of a ratio of the numerical aperture of the illumination optical system to the numerical aperture of the projection optical system. When such an illumination condition is adopted, the coherence (complex coherence degree) of the illumination light between two adjacent contact hole patterns as described above is optimized, the resolution between adjacent contact hole patterns is improved, and Multiple contact hole patterns arranged in
It was found that it is possible to make the sizes of the transfer images of both one contact hole pattern existing independently and the same.

【0031】なお、上記の如き照明条件を備えた本例に
おいても、図1の投影光学系PLの瞳面FTPに配置さ
れる遮光型瞳フィルタPFの半径rPFは、瞳面FTPの
有効半径rNA(投影光学系PLの開口数NAに相当する
半径)の0.4倍程度がよい。勿論、その値は0.4倍
に限定されるわけではなく、次式を満たす範囲、即ち半
径rNAの0.35倍から0.45倍の範囲内程度であれ
ばよい。
Even in this example provided with the illumination conditions as described above, the radius r PF of the light-shielding pupil filter PF arranged on the pupil plane FTP of the projection optical system PL of FIG. 1 is equal to the effective radius of the pupil plane FTP. About 0.4 times r NA (radius corresponding to numerical aperture NA of projection optical system PL) is preferable. Of course, the value is not limited to 0.4 times, but may be within a range satisfying the following expression, that is, within a range of 0.35 to 0.45 times the radius r NA .

【0032】 0.35rNA≦rPF≦0.45rNA (1) 遮光型瞳フィルタPFの半径rPFが、半径rNAの0.3
5倍より小さくなると瞳フィルタとしての効果が得にく
くなり、像の鮮鋭度が劣化する。一方、半径r PFが、半
径rNAの0.45倍より大きくなると、コンタクトホー
ル像の周辺に生じるリンギングの強度が増加するため、
共に好ましくない。但し、コンタクトホール像の鮮鋭度
があまり問題とならないような用途では、(1)式の下
限を半径rNAの0.25倍程度としてもよい。
0.35rNA≤rPF≤0.45rNA (1) Radius r of the light-shielding pupil filter PFPFBut the radius rNAOf 0.3
If it is less than 5 times, the effect as a pupil filter is difficult to obtain.
And the sharpness of the image deteriorates. On the other hand, the radius r PFBut half
Diameter rNAIf it becomes larger than 0.45 times of
As the intensity of ringing around the image is increased,
Both are not preferable. However, the sharpness of the contact hole image
For applications where is not a problem,
Radius rNAAbout 0.25 times.

【0033】また、照明開口絞り4の開口4aの外半径
2 、及び内半径r1 も、それぞれ上記の値に限定され
るわけでなく、次式のように外半径r2 は、半径r0
0.35倍から0.45倍程度であればよく、内半径r
1 は、半径r0 の0.2倍から0.3倍程度であればよ
い。
The outer radius r 2 and the inner radius r 1 of the aperture 4a of the illumination aperture stop 4 are not limited to the above values, and the outer radius r 2 is the radius r as shown in the following equation. It may be 0.35 to 0.45 times 0 , and the inner radius r
1 may be about 0.2 to 0.3 times the radius r 0 .

【0034】 0.35r0 ≦r2 ≦0.45r0 (2), 0.2r0 ≦r1 ≦0.3r0 (3) この場合、外半径r2 が半径r0 の0.45倍より大き
いと、近接した2つのコンタクトホールパターンの転写
像(レジストパターン)は、単独で存在する1つのコン
タクトホールパターンの転写像に比べて大きくなる。反
対に外半径r2が半径r0 の0.35倍より小さいと、
近接した2つのコンタクトホールパターンの転写像の方
が小さくなり、且つ両コンタクトホールの転写像の分離
(解像)が十分ではなくなる。
0.35r 0 ≦ r 2 ≦ 0.45r 0 (2), 0.2r 0 ≦ r 1 ≦ 0.3r 0 (3) In this case, the outer radius r 2 is 0.45 times the radius r 0 . When it is larger, the transferred image (resist pattern) of two contact hole patterns adjacent to each other becomes larger than the transferred image of one contact hole pattern existing independently. On the contrary, if the outer radius r 2 is smaller than 0.35 times the radius r 0 ,
The transferred images of the two contact hole patterns adjacent to each other are smaller, and the separated (resolution) transfer images of both contact holes are not sufficient.

【0035】同様に、内半径r1 が半径r0 の0.3倍
より大きい場合にも、近接した2つのコンタクトホール
パターンの転写像は、単独で存在する1つのコンタクト
ホールパターンの転写像に比べて大きくなり、内半径r
1 が半径r0 の0.2倍より小さいと、近接した2つの
コンタクトホールパターンの転写像の方が小さくなり、
且つ両コンタクトホールの転写像の分離(解像)が十分
ではなくなる。
Similarly, when the inner radius r 1 is larger than 0.3 times the radius r 0 , the transferred image of two contact hole patterns adjacent to each other becomes a transferred image of one contact hole pattern existing independently. Compared to the inner radius r
When 1 is smaller than 0.2 times the radius r 0 , the transferred image of two contact hole patterns adjacent to each other becomes smaller,
Moreover, the separation (resolution) of the transferred images of both contact holes becomes insufficient.

【0036】次に、図3のように近接して配置された2
つのコンタクトホールパターンの光学像の光強度分布の
コンピュータによるシミュレーション結果の一例につき
説明する。このシミュレーションでの光学条件は、図1
の照明光ILの波長を193nm、投影光学系PLの開
口数NAを0.60、照明光学系のコヒーレンスファク
タであるσ値(図2の照明開口絞り4の開口4aの外半
径r2 に相当するσ値)を0.4、照明開口絞り4の開
口4aの内半径r1 に相当するσ値を0.2668(=
0.4・0.667)、遮光型瞳フィルタPFの半径r
PFの開口数NAに相当する半径rNAに対する倍率を0.
4とした。更に、FLEX法を適用して、ウエハWの表
面をレチクルRのパターンのベストフォーカス像に対し
てZ方向に±0.5μmずらした2点で2重露光を行っ
た結果、ウエハW上で得られる光学像の光強度分布を計
算した。
Next, as shown in FIG.
An example of the computer simulation result of the light intensity distribution of the optical image of one contact hole pattern will be described. The optical conditions in this simulation are shown in Fig. 1.
Of the illumination light IL of 193 nm, the numerical aperture NA of the projection optical system PL of 0.60, the coherence factor σ value of the illumination optical system (corresponding to the outer radius r 2 of the aperture 4a of the illumination aperture stop 4 of FIG. 2). Is 0.4, and the σ value corresponding to the inner radius r 1 of the aperture 4a of the illumination aperture stop 4 is 0.2668 (=
0.4 / 0.667), the radius r of the light-shielding pupil filter PF
Magnification for radius r NA corresponding to numerical aperture NA of PF is 0.
And 4. Further, the FLEX method was applied, and double exposure was performed at two points by shifting the surface of the wafer W by ± 0.5 μm in the Z direction with respect to the best focus image of the pattern of the reticle R. The light intensity distribution of the resulting optical image was calculated.

【0037】図4(a)は上述の光学条件で、単独に存
在する1つのコンタクトホールパターンの光学像(例え
ば図3の一方のでコンタクトホール像20Aが単独に存
在する場合の光学像)の光強度分布のシミュレーション
結果を示し、図4(b)は図3に示す近接して配置され
た2つのコンタクトホールパターンの光学像の光強度分
布のシミュレーション結果を示す。図4(a)及び
(b)の横軸はコンタクトホール像の中心を通る断面で
のX方向の位置を示し、縦軸は位置Xでの光強度分布I
(X)を示す。また、図4(a)及び(b)の縦軸の倍
率は、それらの光強度分布I(X)を所定の閾値Eth
でスライスした場合に、単独に存在するパターンに対応
する図4(a)の光強度分布のスライス幅d1が、設計
値である0.150μmとなるように設定してある。こ
のときの、近接した2つのパターンに対応する図4
(b)の光強度分布のスライス幅d2は、0.152μ
mとなっている。これは、上述の光学条件、即ち上述の
実施の形態中で説明した光学条件によって、近接して配
置された2つのコンタクトホールパターンを投影する
と、各コンタクトホール像の線幅は、ほぼ単独で存在す
るコンタクトホールパターンを投影した場合に得られる
像の線幅と同程度となって、良好な結像特性が得られる
ことを示している。
FIG. 4A shows an optical image of one contact hole pattern that exists independently (for example, the optical image when the contact hole image 20A exists in one of FIG. 3) under the above-mentioned optical conditions. FIG. 4B shows the simulation result of the intensity distribution, and FIG. 4B shows the simulation result of the light intensity distribution of the optical images of the two contact hole patterns arranged in close proximity shown in FIG. 4A and 4B, the horizontal axis represents the position in the X direction in the cross section passing through the center of the contact hole image, and the vertical axis represents the light intensity distribution I at the position X.
(X) is shown. In addition, the magnification on the vertical axis in FIGS. 4A and 4B is obtained by comparing the light intensity distribution I (X) with a predetermined threshold Eth.
When sliced by, the slice width d1 of the light intensity distribution of FIG. 4A corresponding to the pattern existing independently is set to be the design value of 0.150 μm. FIG. 4 corresponding to the two adjacent patterns at this time.
The slice width d2 of the light intensity distribution in (b) is 0.152 μm.
m. This is because when two contact hole patterns arranged close to each other are projected under the above-mentioned optical conditions, that is, the optical conditions described in the above-described embodiments, the line widths of the respective contact hole images exist almost independently. This shows that the line width of the image obtained by projecting the contact hole pattern is about the same, and that good imaging characteristics can be obtained.

【0038】なお、上述の実施の形態において、投影光
学系PLは、全ての光学部材が透過部材(レンズ)から
なる屈折光学系であっても、全ての光学部材が反射部材
(ミラー)からなる反射光学系であってもよく、更にそ
れらの合成系である反射屈折光学系であってもよい。な
お、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿
論である。
In the above-described embodiment, the projection optical system PL is a refractive optical system in which all optical members are transmissive members (lenses), but all optical members are reflective members (mirrors). It may be a catadioptric system, or may be a catadioptric system that is a combination of them. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the spirit of the present invention.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明の投影露光装置によれば、マスク
のパターン面に対する投影光学系内の光学的フーリエ変
換面(瞳面)付近に所定の大きさの遮光部材が配置さ
れ、且つ所定のコヒーレンスファクタを有する輪帯照明
系で照明が行われているため、コンタクトホール等の孤
立的パターンを投影光学系を介して転写する際に、焦点
深度を拡大できる利点がある。特に本発明によって、マ
スク上に投影光学系の解像限界程度の大きさの複数の微
細な孤立的パターン(コンタクトホール等)が、解像限
界程度の微小間隔で近接して配置されているような場合
に、それら複数の孤立的パターンの像を高解像度で忠実
に、且つ大きな焦点深度で感光基板上に転写できる利点
がある。
According to the projection exposure apparatus of the present invention, a light blocking member having a predetermined size is arranged near the optical Fourier transform plane (pupil plane) in the projection optical system with respect to the pattern surface of the mask, and a predetermined light blocking member is provided. Since the illumination is performed by the annular illumination system having the coherence factor, there is an advantage that the depth of focus can be increased when an isolated pattern such as a contact hole is transferred through the projection optical system. In particular, according to the present invention, a plurality of fine isolated patterns (contact holes or the like) having a size close to the resolution limit of the projection optical system are arranged closely on the mask at a minute interval close to the resolution limit. In this case, there is an advantage that the images of the plurality of isolated patterns can be faithfully transferred at a high resolution and with a large depth of focus onto the photosensitive substrate.

【0040】また、その遮光部材の半径が、その投影光
学系の開口数に相当する半径の35%〜45%の範囲内
であるときには、その遮光部材の半径が最適化されて、
孤立的パターンに対する焦点深度が増大する。また、そ
の投影光学系の像面と感光基板の露光面とをその投影光
学系の光軸方向に相対的に変位させる相対変位手段を設
け、その感光基板の露光中にその相対変位手段を介し
て、その投影光学系の像面とその感光基板の露光面とを
相対的に移動、又は振動させることによって、FLEX
法が併用されるため、焦点深度がより深くなる利点があ
る。
When the radius of the light shielding member is within the range of 35% to 45% of the radius corresponding to the numerical aperture of the projection optical system, the radius of the light shielding member is optimized,
The depth of focus is increased for isolated patterns. Further, relative displacement means for relatively displacing the image surface of the projection optical system and the exposure surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system is provided, and the relative displacement means is used during the exposure of the photosensitive substrate. By moving or vibrating the image plane of the projection optical system and the exposure surface of the photosensitive substrate relatively.
Since the method is used together, there is an advantage that the depth of focus becomes deeper.

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

【図1】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図2】図1中の照明開口絞り4の開口の形状を示す拡
大図である。
FIG. 2 is an enlarged view showing a shape of an aperture of an illumination aperture stop 4 in FIG.

【図3】近接して配置された2つのコンタクトホールパ
ターンの投影像を示す拡大平面図である。
FIG. 3 is an enlarged plan view showing a projected image of two contact hole patterns arranged close to each other.

【図4】(a)は単独に存在する1つのコンタクトホー
ルパターンの光学像の光強度分布のシミュレーション結
果を示す図、(b)は近接して配置された2つのコンタ
クトホールパターンの光学像の光強度分布のシミュレー
ション結果を示す図である。
FIG. 4A is a diagram showing a simulation result of a light intensity distribution of an optical image of one contact hole pattern which exists independently, and FIG. 4B is an optical image of two contact hole patterns arranged in close proximity. It is a figure which shows the simulation result of light intensity distribution.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ArFエキシマレーザ光源 3 フライアイレンズ 4 照明開口絞り 7 レチクルブラインド 8 コンデンサレンズ系 R レチクル PL 投影光学系 PF 遮光型瞳フィルタ FTP フーリエ変換面(瞳面) W ウエハ 10 試料台 11 Zレベリングステージ 12A〜12C 支点 13 XYステージ 14 主制御系 18 オートフォーカスセンサの照射光学系 19 オートフォーカスセンサの集光光学系 1 ArF excimer laser light source 3 fly eye lens 4 illumination aperture stop 7 reticle blind 8 condenser lens system R reticle PL projection optical system PF light blocking pupil filter FTP Fourier transform surface (pupil surface) W wafer 10 sample stage 11 Z leveling stage 12A ~ 12C Support point 13 XY stage 14 Main control system 18 Irradiation optical system of autofocus sensor 19 Condensing optical system of autofocus sensor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 転写用パターンの形成されたマスクを露
光用の照明光で照明する照明光学系と、該照明光学系に
よる照明光のもとで前記マスクのパターンの像を感光基
板上に結像投影する投影光学系と、を備えた投影露光装
置において、 前記投影光学系内の前記マスクのパターン面に対する光
学的フーリエ変換面、又はその近傍の面上に、前記投影
光学系の光軸を中心としてその半径が、前記投影光学系
の開口数に相当する半径の25%〜45%の範囲内であ
る実質的に円形の遮光部材を配置し、 前記照明光学系を、外周のコヒーレンスファクタが0.
35〜0.45の範囲内で、内周のコヒーレンスファク
タが0.20〜0.30の範囲内である輪帯照明系とし
たことを特徴とする投影露光装置。
1. An illumination optical system for illuminating a mask having a transfer pattern formed thereon with exposure illumination light, and forming an image of the mask pattern on a photosensitive substrate under the illumination light from the illumination optical system. In a projection exposure apparatus provided with a projection optical system for projecting an image, an optical Fourier transform surface for the pattern surface of the mask in the projection optical system, or a surface in the vicinity thereof, an optical axis of the projection optical system. A substantially circular light-shielding member whose center has a radius within a range of 25% to 45% of a radius corresponding to the numerical aperture of the projection optical system is arranged, and the illumination optical system has a coherence factor of an outer periphery. 0.
A projection exposure apparatus characterized in that an annular illumination system having an inner coherence factor in the range of 35 to 0.45 and in the range of 0.20 to 0.30 is used.
【請求項2】 請求項1記載の投影露光装置であって、 前記遮光部材の半径が、前記投影光学系の開口数に相当
する半径の35%〜45%の範囲内であることを特徴と
する投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein a radius of the light shielding member is within a range of 35% to 45% of a radius corresponding to a numerical aperture of the projection optical system. Projection exposure system.
【請求項3】 請求項1、又は2記載の投影露光装置で
あって、 前記投影光学系の像面と前記感光基板の露光面とを前記
投影光学系の光軸方向に相対的に変位させる相対変位手
段を設け、 前記感光基板の露光中に前記相対変位手段を介して、前
記投影光学系の像面と前記感光基板の露光面とを相対的
に移動、又は振動させることを特徴とする投影露光装
置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the image plane of the projection optical system and the exposure plane of the photosensitive substrate are relatively displaced in the optical axis direction of the projection optical system. Relative displacement means is provided, and during exposure of the photosensitive substrate, the image plane of the projection optical system and the exposed surface of the photosensitive substrate are relatively moved or vibrated via the relative displacement means. Projection exposure device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1297836C (en) * 2002-06-07 2007-01-31 富士胶片株式会社 Exposure head and exposure apparatus
US8174679B2 (en) 2008-02-28 2012-05-08 Canon Kabushiki Kaisha Illumination optical system, exposure apparatus, and device fabrication method

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CN1297836C (en) * 2002-06-07 2007-01-31 富士胶片株式会社 Exposure head and exposure apparatus
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