JPH10135118A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH10135118A
JPH10135118A JP8302463A JP30246396A JPH10135118A JP H10135118 A JPH10135118 A JP H10135118A JP 8302463 A JP8302463 A JP 8302463A JP 30246396 A JP30246396 A JP 30246396A JP H10135118 A JPH10135118 A JP H10135118A
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JP
Japan
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light
optics element
binary optics
optical system
light source
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Application number
JP8302463A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Sekine
義之 関根
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH10135118A publication Critical patent/JPH10135118A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid varying the image-forming characteristics of a projection optical system, even for a long operation by controlling the relative amplitude trasmittivities of one region and other regions of a binary optics element; the zero-order light of an optical source forming an image on the one region. SOLUTION: A cycle optical source 6 emits light obliquely, illuminating a pattern 7A to form a reduced image of the pattern 7A on a wafer 11, using a projection optical system 10 having a pupil (aperture) of a radius r(mm), through which this optical source 6 provides an image on a region 4 of a binary optics element 20 having a relative amplitude transmitivity of 0.652. Hence the zero-order diffraction light 8 from an object passes through the region 4, having relative amplitude transmittivity of 0.652 of the binary optics element 20 located on the pupil plane.

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】本発明は投影露光装置に関
し、特に高集積度のLSI 等を製作する際に好適なもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus, and is particularly suitable for manufacturing a highly integrated LSI or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近来、LSI などの作製に際してより微細
なパタンを形成するために、投影露光装置には高い解像
力が求められている。これを達成するために様々な方法
が提案されているが、その中の一つに斜入射照明法があ
る。これは物体を照明する際に円環状の光源(以下、輪
帯光源と呼ぶ)や四隅に独立した光源(以下、四重極光
源と呼ぶ)を用い、物体を光軸に対して角度を持った光
線群により照明する方法である。
2. Description of the Related Art Recently, a projection exposure apparatus is required to have a high resolution in order to form finer patterns when manufacturing LSIs and the like. Various methods have been proposed to achieve this, one of which is the oblique incidence illumination method. This uses an annular light source (hereafter referred to as an annular light source) or independent light sources at four corners (hereinafter called a quadrupole light source) when illuminating an object, and holds the object at an angle to the optical axis. This is a method of illuminating with a group of rays.

【0003】通常用いられる照明光学系の光軸を含む円
光源の場合、物体の0 次回折光は投影光学系の瞳中心付
近に入射し、±1 次回折光は瞳の周辺部に入射して結像
するが、斜入射照明法の場合、光源は通常照明光学系の
光軸から離れて位置しており、0 次回折光が瞳の周辺部
を通過するので、通常の光源での解像限界より細い(空
間周波数が高い)線幅に対しても±1 次回折光のうちの
どちらか一方は瞳内に入射して像面に達することにな
る。結果として、斜入射照明法では通常の照明法に比べ
て解像力が向上することになる。
In the case of a circular light source including the optical axis of a commonly used illumination optical system, the 0th-order diffracted light of the object is incident near the center of the pupil of the projection optical system, and the ± 1st-order diffracted light is incident on the periphery of the pupil. However, in the case of the grazing incidence illumination method, the light source is usually located away from the optical axis of the illumination optical system, and the 0th-order diffracted light passes through the periphery of the pupil. Either of the ± 1st-order diffracted lights enters the pupil and reaches the image plane even for a thin (high spatial frequency) line width. As a result, the resolving power of the oblique incidence illumination method is improved as compared with the ordinary illumination method.

【0004】しかし、以上の斜入射照明法では課題が残
されていた。即ち、解像限界に近い線幅では±1 次回折
光の一方のみ(以下、「1 次回折光」と記す)が入射す
ることになるため、0 次回折光に対する「1 次回折光」
の振幅の比は1よりも小さくなる。例えば、光の透過部
と遮蔽部が一対一の周期パターンの物体である場合に
は、 0 次回折光の振幅:1 次回折光の振幅=1:2/π=1:0.636 となる。このため、像のコントラストが低下してしまう
という問題が発生する。これを回避する技術が特開平 5
-41345号公報に開示されている。図13は該公報記載の投
影露光装置の光学系の概略図である。図中、121 はマス
ク、124 は第1のレンズ系、125 は第2 のレンズ系、126
は開口絞り、127 はウエハ、128 は入射瞳である。第1
のレンズ系124 、開口絞り126 、第2 のレンズ系125
等は投影レンズ (投影光学系) の一要素を構成してい
る。又、図14(A) は該光学系のマスク121 を照明する光
源111 の図であるが、該光源は開口絞り126 に像を結ぶ
ので、図では瞳座標で表している。この場合、瞳座標で
表現してR=0.8〜1.0 の円環部分が光源であり、投影光
学系ひいては照明光学系の光軸から離れて位置してい
る。又、図14(B) は開口絞り126 に設置する円環状フィ
ルタ113 の図であり、やはり瞳座標で表している。円環
状フィルタ113 の振幅透過率は開口中央部分114の振幅
透過率を1 とし、R=0.8〜1.0 の開口部分115 の振幅透
過率を0.2〜0.6 、外周部分116 の振幅透過率を0 と設
定している。
[0004] However, the above oblique incidence illumination method has a problem. That is, at a line width close to the resolution limit, only one of the ± 1st-order diffracted lights (hereinafter, referred to as “1st-order diffracted light”) is incident.
Are smaller than one. For example, when the light transmitting part and the shielding part are objects having a one-to-one periodic pattern, the amplitude of the 0th-order diffracted light: the amplitude of the first-order diffracted light = 1: 2 / π = 1: 0.636. For this reason, the problem that the contrast of an image is reduced occurs. The technology to avoid this is disclosed in
-41345. FIG. 13 is a schematic diagram of an optical system of the projection exposure apparatus described in this publication. In the figure, 121 is a mask, 124 is a first lens system, 125 is a second lens system, 126
Is an aperture stop, 127 is a wafer, and 128 is an entrance pupil. First
Lens system 124, aperture stop 126, second lens system 125
Constitute an element of the projection lens (projection optical system). FIG. 14A is a diagram of the light source 111 for illuminating the mask 121 of the optical system. Since the light source forms an image on the aperture stop 126, the light source is represented by pupil coordinates. In this case, an annular portion of R = 0.8 to 1.0 expressed in pupil coordinates is a light source, and is located away from the optical axis of the projection optical system and thus the illumination optical system. FIG. 14B is a diagram of the annular filter 113 installed in the aperture stop 126, which is also represented by pupil coordinates. The amplitude transmittance of the annular filter 113 is set such that the amplitude transmittance of the central portion 114 of the opening 114 is 1, the amplitude transmittance of the opening 115 of R = 0.8 to 1.0 is 0.2 to 0.6, and the amplitude transmittance of the outer peripheral portion 116 is 0. doing.

【0005】この従来例の作用を説明する。光源111 は
不図示の照明光学系を介してマスク121 上の回路パター
ンを斜入射照明によって照明し、投影レンズは該回路パ
ターンの像をウエハ127 上に結像して露光する。この
時、光源111 は開口絞り126 の位置に像を結ぶ。光源の
0 次光による像は図14(A) に示す円環の像となるが、開
口絞り126 の位置に円環状フィルタ113 を設置している
ので、0 次光は開口部分115 を通過し、振幅透過率は0.
2〜0.6 と落ちてしまう。一方、開口中央部分114を通る
高次回折光はそのまま透過する。
The operation of the conventional example will be described. The light source 111 illuminates the circuit pattern on the mask 121 by oblique incidence illumination via an illumination optical system (not shown), and the projection lens forms an image of the circuit pattern on the wafer 127 and exposes it. At this time, the light source 111 forms an image at the position of the aperture stop 126. Light source
The image due to the zero-order light is an annular image shown in FIG. 14 (A) .Since the annular filter 113 is installed at the position of the aperture stop 126, the zero-order light passes through the aperture 115 and the amplitude The transmittance is 0.
It falls from 2 to 0.6. On the other hand, high-order diffracted light passing through the central portion 114 of the opening is transmitted as it is.

【0006】以上の作用によって 0 次回折光の振幅:1 次回折光の振幅 の比が1近くになり、斜入射照明法の課題を解決して高
解像力・高コントラストの投影露光装置を達成してい
る。
[0006] By the above action, the ratio of the amplitude of the 0th-order diffracted light to the amplitude of the 1st-order diffracted light becomes close to 1, and the problem of the oblique incidence illumination method is solved to achieve a high-resolution and high-contrast projection exposure apparatus. .

【0007】投影露光装置に高い解像力を与える別の方
法として、露光光の短波長化がある。64MDRAM 世代の主
流は水銀ランプのi 線(波長λ=365nm)であるが、256M
DRAM世代以降では KrFエキシマレーザ (λ=248nm)を用
いる方法に移行し始めており、1GDRAM世代では ArFエキ
シマレーザ(λ=193nm)の使用なども検討されている。
As another method for giving a high resolution to a projection exposure apparatus, there is a method of shortening the wavelength of exposure light. The mainstream of the 64MDRAM generation is the i-line of mercury lamp (wavelength λ = 365nm),
The DRAM generation has begun to use a KrF excimer laser (λ = 248 nm), and the 1GDRAM generation is considering the use of an ArF excimer laser (λ = 193 nm).

【0008】しかし、これらのレーザでは波長の狭帯域
化が難しいためにレンズの良好な色消しが必要となる
が、このような紫外域において光を透過する硝材は限ら
れており、凹レンズと凸レンズを用いるレンズの色消し
は困難である。
However, in these lasers, it is difficult to narrow the wavelength band, so that good achromatization of the lens is required. However, glass materials that transmit light in the ultraviolet region are limited, and concave and convex lenses are used. It is difficult to achromatize a lens using.

【0009】同時に、この波長域では透過率が低いので
レンズの全硝材厚さを小さく抑える必要があり、これも
レンズ設計の足枷ともなっている。
At the same time, since the transmittance is low in this wavelength range, it is necessary to keep the total glass material thickness of the lens small, which is also a hindrance to lens design.

【0010】回折光学素子を利用して上記の二つの問題
を解決する技術が特開平 6-324262号公報で開示されて
いる。該公報においては回折光学素子が屈折光学素子
(通常のレンズ)と逆の波長分散性を持ち、レンズの色
消しに効果的に作用することに加えて、その厚さを薄く
できることに着目して投影レンズの色消しと全硝材厚さ
の低減の両方の課題に対処している。
A technique for solving the above two problems by using a diffractive optical element is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-324262. In this publication, it is noted that a diffractive optical element has a wavelength dispersion opposite to that of a refractive optical element (ordinary lens), effectively acts on the achromatism of the lens, and can reduce the thickness thereof. It addresses the challenges of both achromatizing projection lenses and reducing total glass thickness.

【0011】このような目的に用いられる回折光学素子
としては、位相分布関数を階段状に近似したバイナリオ
プティクス素子がある。
As a diffractive optical element used for such a purpose, there is a binary optics element in which a phase distribution function is approximated stepwise.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】特開平 5-41345号公報
に開示されている振幅透過率を調整する円環状フィルタ
を用いて像コントラストを向上させる場合、円環状フィ
ルタとして光吸収型のフィルタを用いれば、斜入射照明
法の欠点は改善されるものの、光の吸収によりフィルタ
自体に熱膨張が生じ、0 次回折光の振幅透過率が変化し
て振幅の調整がうまくいかなくなるという問題や、該フ
ィルタの変形や屈折率変化により波面収差が増大して結
像特性自体が悪化するという問題を引き起こす。
When the image contrast is improved by using an annular filter for adjusting the amplitude transmittance disclosed in JP-A-5-41345, a light absorption type filter is used as the annular filter. If used, the disadvantage of the oblique incidence illumination method is improved, but the absorption of light causes thermal expansion of the filter itself, and the amplitude transmittance of the 0th-order diffracted light changes, making it difficult to adjust the amplitude. The wavefront aberration increases due to the deformation of the filter and the change in the refractive index, causing a problem that the imaging characteristics themselves deteriorate.

【0013】本発明は、斜入射照明法の課題を解決する
際に、光の吸収によらずに物体からの0 次光と高次回折
光の振幅透過率を夫々調整して、長時間動作させても投
影光学系の結像特性が変動せず、安定で高解像力・高コ
ントラストの、特に、エキシマレーザを光源とする際に
高性能を発揮する投影露光装置の提供を目的とする。
According to the present invention, when solving the problem of the oblique incidence illumination method, the amplitude transmittances of the zero-order light and the high-order diffracted light from the object are adjusted independently of the light absorption, and the operation is performed for a long time. It is another object of the present invention to provide a projection exposure apparatus which does not change the imaging characteristics of a projection optical system, and which is stable, has high resolution and high contrast, and particularly exhibits high performance when an excimer laser is used as a light source.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 (1−1) 光源からの光を照明光学系を介して所定の
照明光束に変換して第1物体を照明し、該第1 物体を投
影光学系により第2 物体上に投影して露光する投影露光
装置において、該投影光学系の開口絞りの位置に所定の
位相分布関数をN 段(N≧2)の階段構造で近似したバイナ
リオプティクス素子を配置し、該光源を該バイナリオプ
ティクス素子の上に結像させ、該バイナリオプティクス
素子上の該光源の0 次光による像の領域の振幅透過率と
その他の領域の振幅透過率を該領域の該階段の段数を変
える、又は該階段の形状を該所定の位相分布関数からず
らすことにより、制御していること等を特徴としてい
る。
According to the present invention, there is provided a projection exposure apparatus comprising: (1-1) converting a light from a light source into a predetermined illumination light beam through an illumination optical system to illuminate a first object; (1) In a projection exposure apparatus that projects and exposes an object onto a second object by a projection optical system, a predetermined phase distribution function is approximated to the position of an aperture stop of the projection optical system by an N-stage (N ≧ 2) step structure. A binary optics element, the light source is imaged on the binary optics element, and the amplitude transmittance of the image area of the light source on the binary optics element by the zero-order light and the amplitude transmittance of other areas Is controlled by changing the number of steps of the step in the region, or by shifting the shape of the step from the predetermined phase distribution function.

【0015】特に、 (1−1−1) 前記バイナリオプティクス素子上の前
記光源の0 次光による像の領域は前記投影光学系の光軸
から離れたところに位置している。 (1−1−2) 前記バイナリオプティクス素子上の前
記光源の0 次光による像の領域の振幅透過率を前記その
他の領域の振幅透過率よりも低くしている。 (1−1−3) 前記光源は前記照明光学系の光軸より
離れて位置している。こと等を特徴としている。
In particular, (1-1-1) an image area of the binary optics element due to the zero-order light of the light source is located away from the optical axis of the projection optical system. (1-1-2) The amplitude transmittance of the image region of the light source on the binary optics element due to the zero-order light is lower than the amplitude transmittance of the other regions. (1-1-3) The light source is located apart from the optical axis of the illumination optical system. It is characterized by

【0016】又、本発明のデバイスの製造方法は、 (1−2) (1-1)〜(1-1-3) 項のいずれか1項に記載
の投影露光装置を用いてデバイスを製造すること等を特
徴としている。
Further, a method of manufacturing a device according to the present invention includes the steps of: (1-2) manufacturing a device using the projection exposure apparatus according to any one of (1-1) to (1-1-3); And the like.

【0017】又、本発明のバイナリオプティクス素子
は、 (1−3) 所定の位相分布関数をN 段(N≧2)の階段構
造で近似して形成するバイナリオプティクス素子におい
て、該バイナリオプティクス素子内の領域によって該階
段の形状を該所定の位相分布関数からずらして、該領域
を通る光線の振幅透過率を変えること等を特徴としてい
る。
Further, according to the present invention, there is provided a binary optics element comprising: (1-3) a binary optics element which forms a predetermined phase distribution function by approximating an N-stage (N ≧ 2) staircase structure; The shape of the staircase is shifted from the predetermined phase distribution function depending on the region, and the amplitude transmittance of a light beam passing through the region is changed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】先ず本発明の回折光学素子につい
て説明する。図1 は仮想的なレンズ (素子)の位相分布
関数P1の図である。図1 の横軸は該素子の光軸O を原点
とする半径方向の位置R であり、縦軸はその位置R に入
射する波長λの光が該素子を透過する際に受ける位相変
化量φである。つまり、図1 は光学素子の位置R に入射
した波長λの光の位相がφだけ加えられて (変化して)
出射することを示すR-φの関係を表したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a diffractive optical element according to the present invention will be described. Figure 1 is a diagram of a phase distribution function P 1 of the virtual lens (elements). The horizontal axis in FIG. 1 is a radial position R with respect to the optical axis O of the element as an origin, and the vertical axis is a phase change φ received when light having a wavelength λ incident on the position R passes through the element. It is. In other words, FIG. 1 shows that the phase of the light of wavelength λ incident on the position R of the optical element is added (changed) by φ.
It shows the relationship of R-φ indicating emission.

【0019】この位相分布関数P1と同じ位相変化をもた
らす素子はこの仮想レンズと同じ作用を果たすことがで
きるが、さらに光の伝播において位相項は周期 2πの周
期関数であるため、位相分布関数の任意の値に対して 2
πの整数倍を加えた (或は減じた) 関数でも同じ作用を
果たすことができる。
An element which causes the same phase change as the phase distribution function P 1 can perform the same function as the virtual lens. However, since the phase term is a periodic function having a period of 2π in light propagation, the phase distribution function 2 for any value of
A function that adds (or subtracts) an integer multiple of π can perform the same function.

【0020】図2 中のP2は図1 の位相分布関数P1の光軸
O での位相変化量を 2πとし、位相分布関数が0 となる
位置r1で不連続に再び 2πの位相変化量を与えることと
し、次ぎの位相分布関数が0 となる位置r2で不連続に再
び 2πの位相変化量を与える。・・・として位相分布関
数が0〜 2πに収まるように構成した位相分布関数の図
である。この関数P2はもとの位相分布関数P1に 2πの整
数倍を加えた (或は減じた) 関数となっており、位相分
布関数P1の素子と同じ作用を果たすことが出来る。
[0020] P 2 in Figure 2 the optical axis of the phase distribution functions P 1 in FIG. 1
The phase change at O is 2π, and a phase change of 2π is discontinuously applied at the position r 1 where the phase distribution function becomes 0, and discontinuous at the position r 2 where the next phase distribution function becomes 0. Gives the phase change amount of 2π again. .. Is a diagram of a phase distribution function configured so that the phase distribution function falls within 0 to 2π. The function P 2 has become the basis of the phase distribution plus an integral multiple of 2π the function P 1 (or subtracting a) function can perform the same action as the element of the phase distribution functions P 1.

【0021】この性質を利用して、図2 の位相分布関数
P2を持つ素子を作製して図1 の仮想的なレンズの代わり
とすることができるが、実際にはこの位相分布関数P2
正確に与える素子を製作することは難しい。
Using this property, the phase distribution function shown in FIG.
To prepare a device having a P 2 may be substituted for the virtual lens of Figure 1, in practice it is difficult to produce a device which gives the phase distribution function P 2 accurately.

【0022】そこで、実際には図2 に示す位相分布関数
P2を階段状に近似した位相分布関数P3によって素子を作
製することが多い。このように位相分布関数を階段状に
近似した素子はバイナリオプティクス素子と呼ばれ、リ
ソグラフィ法などで容易に作製できることが知られてい
る。
Therefore, in practice, the phase distribution function shown in FIG.
Often by the phase distribution function P 3 approximating the P 2 stepwise to prepare an element. An element in which the phase distribution function is approximated stepwise is called a binary optics element, and it is known that it can be easily manufactured by a lithography method or the like.

【0023】このバイナリオプティクス素子では元の位
相分布関数を階段状に近似していることから元の位相分
布関数を持つレンズとの差として、元のレンズにより入
射光が偏向される方向に全光量が偏向されず、一部の光
量が異なる方向に偏向されることが生じる。
In this binary optics element, since the original phase distribution function is approximated in a stepwise manner, the difference between the original phase distribution function and the lens having the original phase distribution function is defined as the total amount of light in the direction in which the incident light is deflected by the original lens. Is not deflected, and a part of the light amount is deflected in different directions.

【0024】(望んでいる方向に偏向される光量:全入
射光量)の比は回折効率と呼ばれる。そして、バイナリ
オプティクス素子の回折効率K は位相分布関数を近似す
る際の階段の段数N に関係し、
The ratio of (the amount of light deflected in the desired direction: the total amount of incident light) is called the diffraction efficiency. The diffraction efficiency K of the binary optics element is related to the number N of steps at the time of approximating the phase distribution function,

【0025】[0025]

【数1】 で表される。(Equation 1) It is represented by

【0026】式(1) から例えば、N=2 の場合は K=0.40
5、N=3 の場合は K=0.684、N=4 の場合は K=0.811、N=8
の場合は K=0.950となることがわかる。ただし、これ
らの値は強度の効率であり、振幅としての効率S は回折
効率K の平方根となるので、N=2 の場合は S=(0.405)
1/2=0.636 、N=3 の場合は S=(0.684)1/2=0.827 、N=4
の場合は S=(0.811)1/2=0.901 、N=8 の場合は S=(0.95
0)1/2=0.975となる。これらの値は、バイナリオプティ
クス素子に入射した光束の振幅を1とした際の1 次回折
光の振幅を表している。
From equation (1), for example, when N = 2, K = 0.40
5, K = 0.684 for N = 3, K = 0.811 for N = 4, N = 8
In the case of, it can be seen that K = 0.950. However, these values are the efficiency of the intensity, and the efficiency S as the amplitude is the square root of the diffraction efficiency K. Therefore, when N = 2, S = (0.405)
1/2 = 0.636, if N = 3, S = (0.684) 1/2 = 0.827, N = 4
For S = (0.811) 1/2 = 0.901, For N = 8 S = (0.95
0) 1/2 = 0.975. These values represent the amplitude of the first-order diffracted light when the amplitude of the light beam incident on the binary optics element is set to 1.

【0027】したがって、元は同じ位相分布関数であっ
ても近似する際の段数N が異なれば入射する光束の振幅
が等しくても偏向される光束の振幅は異なることにな
る。さらに、素子内の領域によってこの階段の段数N を
変えれば、一つの素子上の領域ごとに偏向される光束の
振幅が異なる、すなわち振幅透過率が異なる素子になり
うることがわかる。なお、この時残りの振幅は別の方向
に偏向された光束の振幅となり、吸収はほとんど生じな
い。
Therefore, even if the phase distribution function is originally the same, if the number N of steps at the time of approximation is different, the amplitude of the deflected light beam will be different even if the amplitude of the incident light beam is equal. Furthermore, if the number N of the steps is changed depending on the region within the element, it can be seen that the amplitude of the light flux deflected for each region on one element is different, that is, the element can have different amplitude transmittance. At this time, the remaining amplitude becomes the amplitude of the light beam deflected in another direction, and almost no absorption occurs.

【0028】図3 は本発明のバイナリオプティクス素子
の実施形態1 の断面図である。本実施形態は直径2r(mm)
の透過型レンズをバイナリオプティクス素子として作製
したものである。バイナリオプティクス素子20は半径が
0.8r〜1.0r(mm)の領域4 と半径が0.0r〜0.8r(mm)の領域
5 の2 つの領域をもっており、領域4 の階段の段数Nは2
段、領域5 の段数N は8 段である。
FIG. 3 is a sectional view of Embodiment 1 of the binary optics element of the present invention. This embodiment has a diameter of 2r (mm)
Is manufactured as a binary optics element. The binary optics element 20 has a radius
Region 4 of 0.8r to 1.0r (mm) and region of radius 0.0r to 0.8r (mm)
5 and the number of steps N in the area 4 is 2
The number of steps N in the step and the area 5 is eight.

【0029】この場合、領域4 での振幅の透過率S は0.
636 、領域5 ではS=0.975 であることから、領域4 の相
対的な振幅透過率は、0.636/0.975=0.652 となる。した
がって、このバイナリオプティクス素子20は領域4 のみ
が振幅透過率0.652 である素子と考えることができる。
In this case, the transmittance S of the amplitude in the region 4 is equal to 0.
Since S = 0.975 in region 5 and S = 0.975 in region 5, the relative amplitude transmittance in region 4 is 0.636 / 0.975 = 0.652. Therefore, this binary optics element 20 can be considered as an element in which only region 4 has an amplitude transmittance of 0.652.

【0030】上記の構成によれば、位相分布関数の近似
の精度を低くした領域では回折効率も低く、逆に近似の
精度を高くした領域では回折効率が高くなるため、領域
で回折効率が異なり、結果として透過率の異なる領域を
持つバイナリオプティクス素子を得ることができる。
According to the above configuration, the diffraction efficiency is low in the region where the approximation accuracy of the phase distribution function is low, and the diffraction efficiency is high in the region where the approximation accuracy is high. As a result, a binary optics element having regions with different transmittances can be obtained.

【0031】図4 は本発明の投影露光装置の実施形態1
の要部概略図である。本実施形態は光源として輪帯光源
を用い、投影光学系の瞳面に図3 のバイナリオプティク
ス素子20を挿入した投影露光装置である。
FIG. 4 shows a first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
FIG. This embodiment is a projection exposure apparatus in which an annular light source is used as a light source, and a binary optics element 20 shown in FIG. 3 is inserted into a pupil plane of a projection optical system.

【0032】図中、6 はリング状の輪帯光源である。7
はマスクであり、その上には投影光学系でウエハの上に
縮小投影すべきパターン (第1 の物体) 7Aを形成してい
る。10A は第1 のレンズ群、10B は第2 のレンズ群であ
る。20は図3 のバイナリオプティクス素子 (回折光学素
子) である。第1 のレンズ群10A 、バイナリオプティク
ス素子20及び第2 のレンズ群10B 等は投影光学系10の一
要素を構成している。なお、バイナリオプティクス素子
20は投影光学系10の開口絞り近傍に配置している。11は
ウエハ (第2 の物体) である。
In the drawing, reference numeral 6 denotes a ring-shaped annular light source. 7
Denotes a mask on which a pattern (first object) 7A to be reduced and projected onto the wafer by a projection optical system is formed. 10A is a first lens group, and 10B is a second lens group. Reference numeral 20 denotes the binary optics element (diffractive optical element) in FIG. The first lens group 10A, the binary optics element 20, the second lens group 10B, and the like constitute one element of the projection optical system 10. The binary optics element
Numeral 20 is arranged near the aperture stop of the projection optical system 10. Reference numeral 11 denotes a wafer (a second object).

【0033】図5 は輪帯光源6 の平面図である。輪帯光
源6 は投影光学系の瞳面に入射する領域の最大半径を1
として、半径が0.8 〜1.0 の輪帯領域のみ発光する。従
って輪帯光源6 は不図示の照明光学系の光軸より離れて
位置している。
FIG. 5 is a plan view of the annular light source 6. The annular zone light source 6 has a maximum radius of 1
Emits light only in the annular zone having a radius of 0.8 to 1.0. Therefore, the annular light source 6 is located away from the optical axis of the illumination optical system (not shown).

【0034】本実施形態の作用を説明する。輪帯光源6
から射出する光は不図示の照明光学系によってパターン
7Aを所定の角度をもって斜入射照明する照明光束とな
り、パターン7Aを斜入射照明する。パターン7Aから射出
する光束は投影光学系10を介してウエハ11上に結像して
パターン7Aの縮小像をウエハ11上に形成する。
The operation of this embodiment will be described. Annular light source 6
The light emitted from is patterned by an illumination optical system (not shown)
The pattern 7A is illuminated obliquely with a predetermined angle, and the pattern 7A is illuminated obliquely. The light beam emitted from the pattern 7A forms an image on the wafer 11 via the projection optical system 10 to form a reduced image of the pattern 7A on the wafer 11.

【0035】この時、投影光学系10の瞳 (開口絞りの開
口) 半径がr(mm) である場合には輪帯光源6 はバイナリ
オプティクス素子20上で相対的な振幅透過率が0.652 と
なる領域4 の上に結像する。したがって、物体からの0
次回折光8 は瞳面にあるバイナリオプティクス素子20を
通過する際に相対的な振幅透過率が 0.652の領域4 を通
過して、以後の結像に関わることになる。
At this time, when the radius of the pupil (aperture of the aperture stop) of the projection optical system 10 is r (mm), the relative amplitude transmittance of the annular light source 6 on the binary optics element 20 is 0.652. An image is formed on the area 4. Therefore, 0 from the object
The second-order diffracted light 8 passes through the region 4 where the relative amplitude transmittance is 0.652 when passing through the binary optics element 20 on the pupil plane, and is involved in the subsequent image formation.

【0036】パターン7Aが光透過部と光遮蔽部の幅が等
しい周期パターンであり、バイナリオプティクス素子20
が無い場合には、 0次回折光8 の振幅:1 次回折光9 の振幅=1:2/π=1:0.
636 となるが、本実施形態では0 次回折光8 の振幅がバイナ
リオプティクス素子20の領域4 によって低下させられる
ことにより、その比は (1×0.652):(2/π)=0.652:0.636= 1:0.976 となり、1に近くなる。この結果、ウエハ11上に形成さ
れる像のコントラストは向上する。
The pattern 7A is a periodic pattern in which the widths of the light transmitting portion and the light shielding portion are equal, and the binary optics device 20
If there is no, the amplitude of the 0th-order diffracted light 8: the amplitude of the 1st-order diffracted light 9 = 1: 2 / π = 1: 0.
In the present embodiment, the ratio is (1 × 0.652) :( 2 / π) = 0.652: 0.636 = 1 because the amplitude of the zero-order diffracted light 8 is reduced by the region 4 of the binary optics element 20 in the present embodiment. : 0.976, which is close to 1. As a result, the contrast of the image formed on the wafer 11 is improved.

【0037】前記の特開平 5-41345号公報では光源が瞳
面上で結像する領域の透過率を 0.2〜0.6 とすること
で、細い線幅までコントラストよく結像するが、一般的
には透過率が 0.3〜0.5 の範囲にあると像のコントラス
ト向上に顕著な効果があると述べている。
In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41345, an image is formed with good contrast up to a narrow line width by setting the transmittance of an area where the light source forms an image on the pupil plane to 0.2 to 0.6. It is stated that when the transmittance is in the range of 0.3 to 0.5, the contrast of the image is significantly improved.

【0038】本実施形態では、光源が結像する領域での
相対的な振幅透過率が0.652 であり、上記の公報で示さ
れている適正透過率 0.2〜0.6 より若干大きくなってい
るが、この透過率0.652 をさらに低下させ、0.2 〜0.6
の範囲に設定するにはさらに位相分布関数の近似の精度
を下げればよい。
In this embodiment, the relative amplitude transmittance in the region where the light source forms an image is 0.652, which is slightly larger than the appropriate transmittance 0.2 to 0.6 shown in the above-mentioned publication. The transmittance is further reduced from 0.652 to 0.2 to 0.6.
May be further reduced by lowering the approximation accuracy of the phase distribution function.

【0039】上記のバイナリオプティクス素子20では各
領域の階段の段数を制御することにより各領域の振幅透
過率を制御したが、バイナリオプティクス素子の階段の
形状を理想的なものからずらすことにより (近似の精度
を下げることにより) 振幅透過率を制御することができ
る。これについて説明する。
In the above-described binary optics element 20, the amplitude transmittance of each area is controlled by controlling the number of steps in each area. However, by shifting the shape of the step of the binary optics element from an ideal one (approximation). The amplitude transmittance can be controlled (by reducing the precision of the amplitude). This will be described.

【0040】図6 は段数2 で理想の階段形状からずれた
位相分布関数の説明図である。段数が2 の場合は一周期
の間に位相が0 である段とπである段を持つが、ここで
云う理想の階段形状とは、位相0 の段と位相πの段の幅
が夫々T/2 で等しい形状のことを云う。即ち、一周期を
T とし、位相0 の段の幅を(1+a)T/2とした時、a=0 の場
合であり、図6 中では破線で示している。一方、理想の
階段形状からずれた場合とは、一周期の間で位相0 の段
と位相πの段との幅が異なる形状のことを云い、a が0
以外の場合に相当する。図6 では、実線でa>0 の場合の
形状を示している。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a phase distribution function deviated from an ideal step shape with two stages. In the case where the number of stages is 2, there are a stage having a phase of 0 and a stage having a phase of π during one cycle, but the ideal step shape here means that the width of the stage of phase 0 and the width of the phase of phase π are T / 2 means the same shape. That is, one cycle
T, and the width of the phase 0 phase is (1 + a) T / 2, which is the case of a = 0, and is indicated by a broken line in FIG. On the other hand, the case of deviation from the ideal staircase shape refers to a shape in which the width of the stage of phase 0 and the stage of phase π are different during one cycle, and a is 0.
It corresponds to cases other than. In FIG. 6, the solid line shows the shape when a> 0.

【0041】式(1) の回折効率K は、階段が理想的な形
状をしている場合の式であり、段数N=2 のときは、
The diffraction efficiency K in the equation (1) is obtained when the steps are ideally shaped. When the number of steps is N = 2,

【0042】[0042]

【数2】 となる。(Equation 2) Becomes

【0043】一方、階段が理想の形状からずれている場
合の回折効率K は、 K=cos2(πa/2)×( 4/π2) で計算される。この式は、a=0 とした場合、 (4/π2)で
あるから、理想の階段形状の場合を含み、ずれa に応じ
て理想の階段形状の回折効率 K=(4/π2)に cos2(πa/2)
の因数がかかっていると考えられる。
On the other hand, the diffraction efficiency K when the stairs deviate from the ideal shape is calculated by K = cos 2 (πa / 2) × (4 / π 2 ). This equation is (4 / π 2 ) when a = 0, so the diffraction efficiency K = (4 / π 2 ) of the ideal step shape according to the deviation a includes the case of the ideal step shape. To cos 2 (πa / 2)
Is considered to be a factor.

【0044】ここで再び、振幅の透過率は回折効率の平
方根として考えればよいので、振幅の透過率はp(a)=|co
s(πa/2)| の因数がかかることになる。p(a)の値域は
[0,1]あるので、 aの値を0 から1 の間で適宜決めるこ
とにより{0〜理想の階段形状の場合の振幅透過率(0.65
2)}の間で所望の透過率を得ることができる。
Here, the transmittance of the amplitude can be considered again as the square root of the diffraction efficiency, so that the transmittance of the amplitude is p (a) = | co
s (πa / 2) | The range of p (a) is
Since there is [0,1], the value of a is appropriately determined between 0 and 1 so that {0 to the amplitude transmittance (0.65
2)}, a desired transmittance can be obtained.

【0045】例えば、上記の例において段数N=2 で作製
する領域4 において、a=1/2 とすると、p(1/2)=0.707と
なり、領域4 の相対的な透過率は 0.652×0.707=0.461
となる。これはコントラスト向上のために顕著な効果を
示す透過率の範囲に入っている。
For example, in the above example, if a = 1/2 in the region 4 formed with the number of steps N = 2, p (1/2) = 0.707, and the relative transmittance of the region 4 is 0.652 × 0.707. = 0.461
Becomes This is in the range of transmittance showing a remarkable effect for improving the contrast.

【0046】図7 は本発明の投影露光装置の実施形態2
の要部概略図である。本実施形態は光源として四重極光
源を用い、適切なバイナリオプティクス素子を用いて斜
入射照明法により高解像・高コントラストの投影露光装
置を構成するものである。
FIG. 7 shows a second embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention.
FIG. In the present embodiment, a quadrupole light source is used as a light source, and a high-resolution and high-contrast projection exposure apparatus is formed by an oblique incidence illumination method using an appropriate binary optics element.

【0047】本実施形態は投影露光装置の実施形態1 に
対して光源とバイナリオプティクス素子のみが異なって
おり、その他の部分は同じである。
This embodiment differs from the first embodiment of the projection exposure apparatus only in the light source and the binary optics element, and the other parts are the same.

【0048】図8 は本実施形態に用いる四重極光源12の
平面図である。この光源も投影光学系10の瞳 (開口絞
り) の近傍に結像しており、図は瞳座標で示している。
この光源は不図示の照明光学系の光軸から離れた4 個所
の位置に発光部分を持っている。
FIG. 8 is a plan view of the quadrupole light source 12 used in this embodiment. This light source also forms an image near the pupil (aperture stop) of the projection optical system 10, and the figure is represented by pupil coordinates.
This light source has light-emitting portions at four positions away from the optical axis of an illumination optical system (not shown).

【0049】図9 は本実施形態に用いるバイナリオプテ
ィクス素子 (回折光学素子) 21の斜視図である。バイナ
リオプティクス素子21の半径は投影光学系10の瞳 (開口
絞りの開口) 半径に等しく、瞳面上、すなわちバイナリ
オプティクス素子21上で0 次光によって四重極光源12の
像が形成される領域14のみ階段の段数N=2 で作製してい
る。そしてそれ以外の領域13では段数N=8 で作製してい
る。
FIG. 9 is a perspective view of a binary optics element (diffractive optical element) 21 used in this embodiment. The radius of the binary optics element 21 is equal to the radius of the pupil (the aperture of the aperture stop) of the projection optical system 10, and is on the pupil plane, that is, the area where the image of the quadrupole light source 12 is formed by the zero-order light on the binary optics element 21. Only 14 are manufactured with the number of steps N = 2. The other region 13 is manufactured with the number of steps N = 8.

【0050】これらの階段形状が理想的なものであると
すると、段数N=2 の領域14では式 (1)から回折効率K=0.
405 、したがって振幅の透過率S は(0.405)1/2=0.636と
なり、同様に段数N=8 の領域13の振幅の透過率S は(0.9
50)1/2=0.975となるので、物体の0 次回折光8 がバイナ
リオプティクス素子21を透過するときの振幅透過率は0.
636 、1 次回折光9 が透過するときの振幅透過率は 0.9
75 となる。
Assuming that these staircase shapes are ideal, in a region 14 where the number of steps is N = 2, the diffraction efficiency K = 0.
405, the transmittance S of the amplitude is (0.405) 1/2 = 0.636, and similarly, the transmittance S of the amplitude of the region 13 having the number of stages N = 8 is (0.95).
50) 1/2 = 0.975, so that the amplitude transmittance when the 0th-order diffracted light 8 of the object passes through the binary optics element 21 is 0.
636, the amplitude transmittance when the first-order diffracted light 9 is transmitted is 0.9
75.

【0051】パターン7Aが光透過部と光遮蔽部の幅が等
しい周期的なパターンである場合、バイナリオプティク
ス素子21へ入射する前の0 次回折光8 と1 次回折光9 の
振幅の比は1:2/π=1:0.636であるが、バイナリオプティ
クス素子21を通ることにより0 次回折光8 と1 次回折光
9 との振幅の比は (1×0.636):(2/π×0.975)= 1:0.976 に改善され、バイナリオプティクス素子21を用いない場
合に比べて像のコントラストを向上させることが可能に
なる。
When the pattern 7A is a periodic pattern in which the widths of the light transmitting portion and the light shielding portion are equal, the ratio of the amplitudes of the 0th-order diffracted light 8 and the 1st-order diffracted light 9 before entering the binary optics element 21 is 1: 2 / π = 1: 0.636, but passing through the binary optics element 21, the 0th-order diffracted light 8 and the 1st-order diffracted light
The ratio of the amplitude to 9 is improved to (1 × 0.636) :( 2 / π × 0.975) = 1: 0.976, and the image contrast can be improved compared to the case where the binary optics element 21 is not used. .

【0052】以上の投影露光装置の各実施形態では、投
影光学系の開口絞りの開口部の周辺領域に光源の0 次光
の像を形成し、その他の領域に光源の1 次回折光による
像を形成して投影光学系の解像力を高める際、該開口絞
りの位置にバイナリオプティクス素子を設け、該バイナ
リオプティクス素子内の光源の0 次光、1 次回折光によ
る像の領域によって階段の段数を変える、又は階段の形
状を所定の位相分布関数からずらすことにより位相分布
関数の近似の精度を変え、これにより夫々の領域を通る
光線の振幅透過率を調整し、これによってバイナリオプ
ティクス素子本来の目的である光偏向に加えて、投影光
学系の像のコントラストを向上させている。
In each of the above embodiments of the projection exposure apparatus, an image of the zero-order light of the light source is formed in the area around the aperture of the aperture stop of the projection optical system, and an image of the light source with the first-order diffracted light is formed in other areas. When forming and increasing the resolving power of the projection optical system, a binary optics element is provided at the position of the aperture stop, and the number of steps of the stairs is changed according to the image region of the 0th-order light and the 1st-order diffracted light of the light source in the binary optics element. Alternatively, the accuracy of the approximation of the phase distribution function is changed by shifting the shape of the stairs from the predetermined phase distribution function, thereby adjusting the amplitude transmittance of the light beam passing through each region, thereby achieving the original purpose of the binary optics element. In addition to the light deflection, the contrast of the image of the projection optical system is improved.

【0053】本発明のバイナリオプティクス素子はその
他に高解像力の投影光学系を構成するのに重要な役割を
兼ねさせることが出来る。これについて説明する。
The binary optics element of the present invention can also play an important role in constituting a projection optical system having a high resolution. This will be described.

【0054】投影露光装置に高い解像力を与える別の方
法として、露光光の短波長化がある。64MDRAM 世代の主
流は水銀ランプのi 線(波長λ=365nm)であるが、レン
ズの解像力は波長に比例するので、256DRAM,1GDRAM製作
には光源の波長を例えば KrFエキシマレーザのλ=248n
m、 ArFエキシマレーザのλ=193nmへと短くすることが
効果的である。同じ口径比、同じ投影倍率の光学系で比
較すれば、 KrFエキシマレーザの光学系の解像線幅はi
線の光学系のそれの0.68となり、 ArFエキシマレーザの
光学系の解像線幅はi 線の光学系のそれの0.53となるか
らである。
As another method of giving a high resolution to a projection exposure apparatus, there is a method of shortening the wavelength of exposure light. The mainstream of the 64MDRAM generation is the i-line of a mercury lamp (wavelength λ = 365nm), but the resolution of the lens is proportional to the wavelength.
It is effective to shorten the wavelength of the m, ArF excimer laser to λ = 193 nm. Comparing the optical system with the same aperture ratio and the same projection magnification, the resolution line width of the optical system of the KrF excimer laser is i
This is because it is 0.68 of that of the line optical system, and the resolution line width of the ArF excimer laser optical system is 0.53 that of the i-line optical system.

【0055】しかし、これらのレーザでは波長の狭帯域
化が難しいために投影光学系を良好に色消しすることが
が必要となるが、このような紫外域において光を透過す
る硝材は限られており、凹レンズと凸レンズを用いるレ
ンズの色消しは困難である。
However, since it is difficult to narrow the wavelength band of these lasers, it is necessary to achromatize the projection optical system satisfactorily. However, glass materials that transmit light in the ultraviolet region are limited. Therefore, it is difficult to achromatize a lens using a concave lens and a convex lens.

【0056】同時に、この波長域では透過率が低いので
レンズの全硝材厚さを小さく抑える必要があり、これも
レンズ設計の足枷ともなる。
At the same time, since the transmittance is low in this wavelength range, it is necessary to keep the total thickness of the glass material of the lens small, which also impedes the lens design.

【0057】前記のように回折光学素子を利用すれば上
記の二つの問題を解決できる。即ち、回折光学素子は屈
折光学素子(通常のレンズ)と逆の波長分散性を持ち、
レンズの色消しに効果的に作用することに加えて、その
厚さを薄くできるので投影光学系の色消しと全硝材厚さ
の低減の両方の課題を解決できる。
The above two problems can be solved by using a diffractive optical element as described above. That is, the diffractive optical element has a wavelength dispersion opposite to that of the refractive optical element (normal lens),
In addition to effectively acting on the achromatism of the lens, the thickness can be reduced, so that both the achromatism of the projection optical system and the reduction of the total glass material thickness can be solved.

【0058】本発明のバイナリオプティクス素子を微細
パターンを形成する投影露光装置に適用した場合、光偏
向素子と透過率調整素子の二種類の役割を担わせること
ができ、像コントラスト改良の作用と共に投影光学系の
色消しの作用を持たせることが出来、全硝材厚の低減と
色消しの効果も期待できる。
When the binary optics element of the present invention is applied to a projection exposure apparatus for forming a fine pattern, it can play two roles of a light deflecting element and a transmittance adjusting element. The effect of achromatizing the optical system can be provided, and a reduction in the total glass material thickness and an effect of achromatizing can also be expected.

【0059】図10は投影露光装置の実施形態1 を用いた
半導体デバイス製造システムの要部概略図である。本シ
ステムはレチクルやフォトマスク等の原板に設けた回路
パターンをウエハ上に焼き付けて半導体デバイスを製造
するシステムである。システムは大まかに投影露光装
置、マスクの収納装置、マスクの検査装置、コントロー
ラとを有し、これらはクリーンルームに配置している。
FIG. 10 is a schematic view of a main part of a semiconductor device manufacturing system using the first embodiment of the projection exposure apparatus. This system is a system for manufacturing a semiconductor device by printing a circuit pattern provided on an original plate such as a reticle or a photomask on a wafer. The system roughly includes a projection exposure apparatus, a mask storage apparatus, a mask inspection apparatus, and a controller, which are arranged in a clean room.

【0060】同図において920 は前記の投影露光装置の
実施形態1 である。
Referring to FIG. 9, reference numeral 920 denotes the first embodiment of the projection exposure apparatus.

【0061】914 は原板 (マスク) の収納装置であり、
内部に複数の原板を収納している。913 はマスク上の異
物の有無を検出する検査装置である。この検査装置913
は選択されたマスク7 が収納装置914 から引き出されて
投影露光装置の露光位置にセットされる前にマスク7 上
の異物検査を行っている。
Reference numeral 914 denotes a storage device for the original plate (mask),
Multiple original plates are stored inside. An inspection device 913 detects the presence or absence of foreign matter on the mask. This inspection device 913
Performs a foreign substance inspection on the mask 7 before the selected mask 7 is pulled out of the storage device 914 and set at the exposure position of the projection exposure apparatus.

【0062】918 はコントローラであり、システム全体
のシーケンスを制御しており、収納装置914 、検査装置
913 の動作指令、並びに投影露光装置920 の各部を制御
して基本動作であるアライメント・露光・ウエハのステ
ップ送り等のシーケンスを制御している。
Reference numeral 918 denotes a controller which controls the sequence of the entire system.
An operation command of 913 and each part of the projection exposure apparatus 920 are controlled to control a sequence of basic operations such as alignment, exposure, and step feed of a wafer.

【0063】900 はアライメント系であり、露光動作に
先立ってマスク7 とウエハ11の相対位置の狂いを検出し
てステージ911 を介して相対位置を合致させる。アライ
メント系900 は少なくとも1 つのマスク観察用顕微鏡系
を有している。902 はユニット化された照明系であり、
円環状の光源12からの光を所定の斜入射照明光束に変え
てマスク7 を照明する。
Reference numeral 900 denotes an alignment system which detects a deviation in the relative position between the mask 7 and the wafer 11 prior to the exposure operation and matches the relative position via the stage 911. The alignment system 900 has at least one microscope system for observing a mask. 902 is a unitized lighting system,
The mask 7 is illuminated by changing the light from the annular light source 12 into a predetermined obliquely incident illumination light beam.

【0064】以下、本システムを用いた半導体デバイス
の製造工程について説明する。
Hereinafter, a manufacturing process of a semiconductor device using the present system will be described.

【0065】図11は半導体デバイス(ICやLSI 等の半導
体チップ、液晶パネルやCCD )の製造工程を示すフロー
チャートである。これについて説明する。ステッフ゜ 1(回路設計):半導体デバイスの回路設計を行
う。ステッフ゜ 2(マスク製作):設計した回路パターンを形成
したマスク7 を製作する。ステッフ゜ 3(ウエハ製造):シ
リコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステッフ゜ 4(ウエハプロセス):この工程は前工程と呼ば
れ、用意したマスク (レチクル)7とウエハ11とを用いて
リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形
成する。ステッフ゜ 5(組み立て):この工程は後工程と呼ばれ、ステッ
フ゜ 4によって作成されたウエハを用いてチップ化する工
程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディン
グ)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含
む。ステッフ゜ 6(検査):ステッフ゜ 5で作成された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。ステッフ゜ 7(出荷):半導体デバイスが完成し、出荷され
る。
FIG. 11 is a flowchart showing the steps of manufacturing semiconductor devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, and CCDs). This will be described. Step 1 (Circuit design): Design circuits for semiconductor devices. Step 2 (mask production): A mask 7 having a designed circuit pattern is produced. Step 3 (wafer manufacturing): A wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process): This step is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask (reticle) 7 and wafer 11. Step 5 (assembly): This step is called a post-process, and is a step of forming chips using the wafer created by step 4, and includes steps such as an assembly step (dicing and bonding) and a packaging step (chip enclosing). including. Step 6 (inspection): An inspection such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in Step 5 is performed. Step 7 (shipment): The semiconductor device is completed and shipped.

【0066】図12は上記のウエハプロセスの詳細なフロ
ー図である。これについて説明する。ステッフ゜ 11(酸化):ウエハの表面を酸化させる。ステッフ゜ 12(CVD ):ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステッフ゜ 13(電極形成):ウエハ上に電極を蒸着によって
形成する。ステッフ゜ 14(イオン打込):ウエハにイオンを打ち込む。ステッフ゜ 15(レジスト処理):ウエハにレジスト(感材)
を塗布して感光基板とする。ステッフ゜ 16(露光):投影露光装置920 によってマスク7
の回路パターンの縮小像をウエハ11上に露光する。ステッフ゜ 17(現像):露光したウエハ11を現像する。ステッフ゜ 18(エッチング):現像したレジスト以外の部分
を削り取る。ステッフ゜ 19(レジスト剥離):エッチングが済んで不要と
なったレジストを取り除く。
FIG. 12 is a detailed flowchart of the above wafer process. This will be described. Step 11 (oxidation): The surface of the wafer is oxidized. Step 12 (CVD): An insulating film is formed on the surface of the wafer. Step 13 (electrode formation): An electrode is formed on the wafer by vapor deposition. Step 14 (ion implantation): Ions are implanted into the wafer. Step 15 (resist processing): resist on wafer (sensitive material)
To form a photosensitive substrate. Step 16 (exposure): mask 7 using projection exposure apparatus 920
The reduced image of the circuit pattern is exposed on the wafer 11. Step 17 (development): The exposed wafer 11 is developed. Step 18 (etching): Strip off the area other than the developed resist. Step 19 (resist removal): Remove unnecessary resist after etching.

【0067】図に示すように、これらのステッフ゜を繰り返
し行うことによってウエハ上に回路パターンが形成され
る。
As shown in the figure, a circuit pattern is formed on the wafer by repeating these steps.

【0068】ステッフ゜16の露光工程についてより詳しく説
明する。図10の投影露光装置において、まず収納装置91
4 から使用するマスク7 を取り出し、検査装置913 にセ
ットする。
The exposure step of step # 16 will be described in more detail. In the projection exposure apparatus of FIG.
The mask 7 to be used is taken out from 4 and set in the inspection device 913.

【0069】次に検査装置913 でマスク7 上の異物検査
を行う。検査の結果、異物がないことが確認されたら、
このマスクを投影露光装置920 の露光位置にセットす
る。
Next, a foreign substance on the mask 7 is inspected by the inspection apparatus 913. If the inspection shows that there are no foreign objects,
This mask is set at the exposure position of the projection exposure apparatus 920.

【0070】次にステージ911 上に被露光体であるウエ
ハ11をセットする。そしてステップ&リピート方式によ
ってステージ911 をステップ送りし、アライメント系90
0 によってマスク (レチクル)7とウエハ11との位置合わ
せ (アライメント) を行ってマスクのパターンを縮小投
影して露光する。この動作を繰り返す。
Next, the wafer 11 as an object to be exposed is set on the stage 911. The stage 911 is stepped by the step & repeat method, and the alignment system 90
With 0, the mask (reticle) 7 and the wafer 11 are aligned (aligned), and the pattern of the mask is reduced, projected and exposed. This operation is repeated.

【0071】1枚のウエハ11の全面に露光が済んだら、
これを収容して新たなウエハを供給し、同様にステップ
&リピート方式でマスク7 のパターンの露光を繰り返
す。
When the entire surface of one wafer 11 has been exposed,
A new wafer is supplied while accommodating this, and the exposure of the pattern of the mask 7 is repeated in the same manner by the step & repeat method.

【0072】以上で露光工程が終わり、露光の済んだ露
光済みウエハ11は次の現像工程に送られる。
The exposure process is completed as described above, and the exposed wafer 11 having been exposed is sent to the next development process.

【0073】本発明の投影露光装置を用いた本システム
によれば、光学系の性能劣化がなく、高解像力を発揮す
るので従来は製造が難しかった非常に微細な回路パター
ンを有する高集積度の半導体デバイスを製造することが
できる。
According to the present system using the projection exposure apparatus of the present invention, the performance of the optical system is not degraded and a high resolution is exhibited. Therefore, a highly integrated circuit having a very fine circuit pattern which has been difficult to manufacture conventionally. Semiconductor devices can be manufactured.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明は以上の構成により、斜入射照明
法の課題を解決する際に、光の吸収によらずに物体から
の0 次光と高次回折光の振幅透過率を夫々調整して、長
時間動作させても投影光学系の結像特性が変動せず、安
定で高解像力・高コントラストの、特に、エキシマレー
ザを光源とする際に高性能を発揮する投影露光装置を達
成する。
According to the present invention, the amplitude transmittances of the zero-order light and the high-order diffracted light from the object are adjusted independently of light absorption when solving the problem of the oblique incidence illumination method. To achieve a projection exposure apparatus that does not change the imaging characteristics of the projection optical system even when operated for a long time, and is stable, has high resolution and high contrast, and exhibits high performance especially when an excimer laser is used as a light source. .

【0075】又、本発明の投影露光装置を用いることに
より、光学系の性能劣化がなく、高解像力が得られ、従
来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造
出来るデバイスの製造方法を達成する。
Further, by using the projection exposure apparatus of the present invention, there is provided a device manufacturing method capable of obtaining a high resolution without deteriorating the performance of an optical system and capable of manufacturing a highly integrated semiconductor device which has conventionally been difficult to manufacture. To achieve.

【0076】更に、本発明によれば領域によって振幅透
過率が異なり、光の吸収が極めて少ないバイナリオプテ
ィクス素子を達成する。
Further, according to the present invention, it is possible to achieve a binary optics device in which the amplitude transmittance differs depending on the region and the light absorption is extremely small.

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

【図1】 仮想的なレンズの位相分布関数P1の図FIG. 1 is a diagram of a phase distribution function P 1 of a virtual lens.

【図2】 位相分布関数の値域を[0,2π] とした位相分
布関数P2及び階段状に近似した位相分布関数P3の図
Figure 2 shows a phase distribution function P 3 approximate to the range of the phase distribution functions [0,2] and the phase distribution function P 2 and stepped

【図3】 本発明の回折光学素子の実施形態の断面図FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of the diffractive optical element of the present invention.

【図4】 本発明の投影露光装置の実施形態1 の要部概
略図
FIG. 4 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図5】 投影露光装置の実施形態1 の輪帯光源の平面
FIG. 5 is a plan view of the annular light source according to the first embodiment of the projection exposure apparatus.

【図6】 段数2 のバイナリオプティクス素子の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of a binary optics element having two stages

【図7】 本発明の投影露光装置の実施形態2 の要部概
略図
FIG. 7 is a schematic view of a main part of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 投影露光装置の実施形態2 の四重極光源の平
面図
FIG. 8 is a plan view of a quadrupole light source according to a second embodiment of the projection exposure apparatus.

【図9】 投影露光装置の実施形態2 の回折光学素子の
斜視図
FIG. 9 is a perspective view of a diffractive optical element according to a second embodiment of the projection exposure apparatus.

【図10】 本発明の投影露光装置の実施形態1 を用い
た半導体デバイス製造システムの要部概略図
FIG. 10 is a schematic diagram of a main part of a semiconductor device manufacturing system using the projection exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図11】 半導体デバイスの製造工程のフローチャー
FIG. 11 is a flowchart of a semiconductor device manufacturing process.

【図12】 ウエハプロセスの詳細なフローチャートFIG. 12 is a detailed flowchart of a wafer process.

【図13】 従来の投影露光装置の光学系の概略図FIG. 13 is a schematic view of an optical system of a conventional projection exposure apparatus.

【図14】 従来の投影露光装置の光源と円環状フィル
タの説明図
FIG. 14 is an explanatory view of a light source and an annular filter of a conventional projection exposure apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P1: 位相分布関数 P2: [0,2π] に畳み込んだ位相分布関数 P3: 階段状に近似した位相分布関数 4 : 領域 5 : 領域 6 : 輪帯光源 7 : マスク 7A:パターン (物体) 8 : 物体からの0 次回折光 9 : 物体からの1 次回折光 10: 投影光学系 10A :第1 のレンズ群 10B :第2 のレンズ群 11: ウェハ 12: 四重極光源 13: 領域 14: 領域 20,21 :バイナリオプティクス素子 (回折光学素子)P 1 : Phase distribution function P 2 : Phase distribution function convolved with [0,2π] P 3 : Phase distribution function approximated stepwise 4: Area 5: Area 6: annular light source 7: Mask 7A: Pattern ( 8) Zero-order diffracted light from the object 9: 1st-order diffracted light from the object 10: Projection optical system 10A: First lens group 10B: Second lens group 11: Wafer 12: Quadrupole light source 13: Area 14 : Region 20,21: Binary optics element (diffractive optical element)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を照明光学系を介して所定
の照明光束に変換して第1 物体を照明し、該第1 物体を
投影光学系により第2 物体上に投影して露光する投影露
光装置において、 該投影光学系の開口絞りの位置に所定の位相分布関数を
N 段(N≧2)の階段構造で近似したバイナリオプティクス
素子を配置し、該光源を該バイナリオプティクス素子の
上に結像させ、該バイナリオプティクス素子上の該光源
の0 次光による像の領域の振幅透過率とその他の領域の
振幅透過率を該領域の該階段の段数を変える、又は該階
段の形状を該所定の位相分布関数からずらすことによ
り、制御していることを特徴とする投影露光装置。
An illumination optical system converts light from a light source into a predetermined illumination light beam to illuminate a first object, and projects and exposes the first object onto a second object by a projection optical system. In a projection exposure apparatus, a predetermined phase distribution function is provided at a position of an aperture stop of the projection optical system.
A binary optics element approximated by an N-stage (N ≧ 2) staircase structure is arranged, the light source is imaged on the binary optics element, and a region of an image of the light source on the binary optics element with zero-order light is arranged. The amplitude transmittance of the other region and the amplitude transmittance of the other region are controlled by changing the number of steps of the step or by shifting the shape of the step from the predetermined phase distribution function. Exposure equipment.
【請求項2】 前記バイナリオプティクス素子上の前記
光源の0 次光による像の領域は前記投影光学系の光軸か
ら離れたところに位置していることを特徴とする請求項
1の投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an area of an image formed by the zero-order light of the light source on the binary optics element is located away from an optical axis of the projection optical system. .
【請求項3】 前記バイナリオプティクス素子上の前記
光源の0 次光による像の領域の振幅透過率を前記その他
の領域の振幅透過率よりも低くしていることを特徴とす
る請求項1又は2の投影露光装置。
3. An amplitude transmittance of an area of an image due to zero-order light of the light source on the binary optics element is lower than an amplitude transmittance of the other areas. Projection exposure equipment.
【請求項4】 前記光源は前記照明光学系の光軸より離
れて位置していることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載の投影露光装置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the light source is located apart from an optical axis of the illumination optical system.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の投
影露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とす
るデバイスの製造方法。
5. A device manufacturing method, comprising manufacturing a device using the projection exposure apparatus according to claim 1. Description:
【請求項6】 所定の位相分布関数をN 段(N≧2)の階段
構造で近似して形成するバイナリオプティクス素子にお
いて、 該バイナリオプティクス素子内の領域によって該階段の
形状を該所定の位相分布関数からずらして、該領域を通
る光線の振幅透過率を変えることを特徴とするバイナリ
オプティクス素子。
6. A binary optics element that forms a predetermined phase distribution function by approximating an N-step (N ≧ 2) staircase structure, wherein the shape of the staircase is determined by an area in the binary optics element. A binary optics element that varies the amplitude transmittance of a light ray passing through the region, deviating from a function.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1001301A2 (en) * 1998-11-09 2000-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Optical element with alignment mark, and optical system having such optical element
WO2020080169A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-23 Agc株式会社 Diffractive optical element and illumination optical system

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