JPH0645217A - Projection exposure device - Google Patents
Projection exposure deviceInfo
- Publication number
- JPH0645217A JPH0645217A JP3260766A JP26076691A JPH0645217A JP H0645217 A JPH0645217 A JP H0645217A JP 3260766 A JP3260766 A JP 3260766A JP 26076691 A JP26076691 A JP 26076691A JP H0645217 A JPH0645217 A JP H0645217A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- illumination
- reticle
- pattern
- fly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レチクルに対する照明条件を変更しても、常
に高精度の結像特性のもとでウエハに対する露光を行
う。
【構成】 レチクルRの種類やそのパターンの微細度に
対応して、レチクルRに対する照明条件(σ値、輪帯照
明、複数傾斜照明等)を変更したときに、投影光学系の
結像特性の変化量が所定の許容値以下となるまでの間、
ウエハWに対する露光動作を停止する。
(57) [Abstract] [Purpose] Even if the illumination conditions for the reticle are changed, the wafer is always exposed under highly accurate imaging characteristics. [Arrangement] When the illumination conditions (σ value, annular illumination, multiple tilt illumination, etc.) for the reticle R are changed according to the type of the reticle R and the fineness of the pattern, the image forming characteristics of the projection optical system are changed. Until the amount of change falls below a predetermined allowable value,
The exposure operation for the wafer W is stopped.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
デバイス製造用の高精度な結像性能が要求される投影露
光装置に関し、特に投影光学系の結像性能の維持に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor integrated circuits and liquid crystal devices, which requires high-precision image forming performance, and more particularly to maintaining the image forming performance of a projection optical system.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の回路パターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、通常レチク
ル(マスク)に形成されたパターンを基板(半導体ウエ
ハやガラスプレート等)上に転写する方法が採用され
る。基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置(例えばステッパー等)で
は、レチクルパターンの像が投影光学系を介してウエハ
上に結像投影される。2. Description of the Related Art In a photolithography process for forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like, a method of transferring a pattern formed on a reticle (mask) onto a substrate (semiconductor wafer, glass plate, etc.) is usually adopted. It A photosensitive photoresist is coated on the substrate, and the circuit pattern is transferred to the photoresist according to the irradiation light image, that is, the pattern shape of the transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper or the like), an image of a reticle pattern is image-projected on a wafer via a projection optical system.
【0003】この種の装置においては、レチクル上のパ
ターンが存在する面のフーリエ変換面となる照明光学系
の面(以後、照明光学系の瞳面と称す)、もしくはその
近傍の面内において、照明光束を照明光学系の光軸を中
心としたほぼ円形(あるいは矩形)に制限してレチクル
を照明する構成を採っていた。このため、照明光束はレ
チクルに対してほぼ垂直に近い角度で入射していた。ま
た、この装置に使用されるレチクル(石英等のガラス基
板)上には、照明光束に対する透過率がほぼ100%で
ある透過部(レチクル裸面部)と、透過率がほぼ0%で
ある遮光部(クロム等)とで構成された回路パターンが
描かれていた。In this type of apparatus, in the plane of the illumination optical system (hereinafter referred to as the pupil plane of the illumination optical system), which is the Fourier transform plane of the plane on which the pattern on the reticle exists, or in the plane in the vicinity thereof, The illumination light flux is limited to a substantially circular shape (or a rectangular shape) about the optical axis of the illumination optical system to illuminate the reticle. Therefore, the illumination light flux is incident on the reticle at an angle that is almost vertical. Further, on a reticle (a glass substrate such as quartz) used in this apparatus, a transmissive portion (reticle bare surface portion) having a transmittance of almost 100% for an illumination light flux and a light shielding portion having a transmittance of almost 0%. A circuit pattern composed of (chrome etc.) was drawn.
【0004】さて、上記のようにレチクルに照射された
照明光束はレチクルパターンにより回折され、パターン
からは0次回折光と±1次回折光とが発生する。これら
の回折光は投影光学系により集光され、ウエハ上に干渉
縞、すなわちレチクルパターンの像が形成される。この
とき、0次回折光と±1次回折光とのなす角θ(レチク
ル側)は、露光光の波長をλ(μm)、投影光学系のレ
チクル側開口数をNAとすると、 sinθ=λ/Pにより
決まる。Now, the illumination light beam irradiated on the reticle as described above is diffracted by the reticle pattern, and 0th order diffracted light and ± 1st order diffracted light are generated from the pattern. These diffracted lights are condensed by the projection optical system and an interference fringe, that is, an image of a reticle pattern is formed on the wafer. At this time, the angle θ (reticle side) formed by the 0th-order diffracted light and the ± 1st-order diffracted light is sin θ = λ / P, where λ (μm) is the wavelength of the exposure light and NA is the reticle-side numerical aperture of the projection optical system. Determined by
【0005】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、さらに sinθが投影光学系のレチ
クル側開口数(NA)よりも大きくなると、±1次回折
光はレチクルパターンのフーリエ変換面となる投影光学
系の面(以後、投影光学系の瞳面と称す)の有効径で制
限され、投影光学系を透過できなくなる。つまり、ウエ
ハ上には0次回折光のみしか到達せず、干渉縞(パター
ンの像)は生じないことになる。従って、上記の如き従
来の露光方法において、前述の透過部と遮光部のみから
なるレチクル(以後、通常レチクルと称す)を使用する
場合、ウエハ上に解像できるレチクルパターンの微細度
(最小パターンピッチ)Pは、 sinθ=NAより、P≒
λ/NAなる関係式で与えられる。By the way, if the pattern pitch becomes finer,
When sin θ becomes larger and sin θ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA) of the projection optical system, the ± 1st-order diffracted light becomes the Fourier transform surface of the reticle pattern. It is limited by the effective diameter of the surface) and cannot pass through the projection optical system. In other words, only the 0th-order diffracted light reaches the wafer, and no interference fringe (pattern image) is generated. Therefore, in the conventional exposure method as described above, when a reticle consisting of only the above-mentioned transmissive portion and light-shielding portion (hereinafter referred to as a normal reticle) is used, the fineness of the reticle pattern that can be resolved on the wafer (minimum pattern pitch ) P is P ≈ P from sin θ = NA
It is given by the relational expression λ / NA.
【0006】これより、最小パターンサイズはピッチP
の半分であるから、最小パターンサイズは0.5×λ/
NA程度となるが、実際のフォトリソグラフィ工程では
ウエハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、
またはフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の
焦点深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パ
ターンサイズは、k×λ/NAとして表される。ここ
で、kはプロセス係数と呼ばれ、通常0.6〜0.8程
度である。Therefore, the minimum pattern size is the pitch P.
Therefore, the minimum pattern size is 0.5 × λ /
Although it is about NA, in the actual photolithography process, the influence of the wafer curvature, the step difference of the wafer due to the process,
Alternatively, some depth of focus is required due to the thickness of the photoresist itself. Therefore, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k × λ / NA. Here, k is called a process coefficient and is usually about 0.6 to 0.8.
【0007】以上のことから、従来の露光方法において
より微細なパターンを露光転写するためには、より短い
波長の露光光源を使用するか、あるいはより開口数の大
きな投影光学系を使用する必要があった。しかしなが
ら、露光光源を現在より短波長化(例えば200nm以
下)することは、透過光学部材として使用可能な適当な
光学材料が存在しないこと、大光量の得られる安定した
光源がないこと等の理由により現時点では困難である。
また、投影光学系の開口数は現状でも既に理論的限界に
近く、これ以上の大開口化はほぼ絶望的である。仮に現
状以上の大開口化が可能であるとしても、±λ/NA 2
で定まる焦点深度は開口数の増加に伴って急激に減少す
るため、実使用に必要な焦点深度がより小さくなり、実
用的な露光装置となり得ないといった問題がある。From the above, in the conventional exposure method
Shorter for exposing and transferring finer patterns
Wavelength exposure light source, or higher numerical aperture
It was necessary to use a fine projection optical system. But Naga
Have a shorter wavelength of the exposure light source (for example, 200 nm or less).
Below) is suitable for use as a transmissive optical member.
Absence of optical material, stable with high light output
It is difficult at this point due to the lack of a light source.
Also, the numerical aperture of the projection optical system is already at the theoretical limit.
It is almost hopeless that a larger aperture will be created soon. Tentative
± λ / NA even if a larger aperture than the shape is possible 2
The depth of focus, which is determined by, decreases sharply as the numerical aperture increases.
Therefore, the depth of focus required for actual use will be smaller,
There is a problem that it cannot be a general purpose exposure apparatus.
【0008】そこで、レチクルの回路パターンの透過部
分のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過
部からの透過光に対してπ(rad) だけずらす、位相シフ
ター(誘電体薄膜等)を備えた位相シフトレチクルを使
用することも提案されている。位相シフトレチクルにつ
いては、例えば特公昭62−50811号公報に開示さ
れており、この位相シフトレチクルを使用すると、通常
レチクルを使用する場合に比べてより微細なパターンの
転写が可能となる。すなわち、解像力を向上させる効果
がある。この位相シフトレチクルを使用する場合には、
照明光学系の開口数(コヒーレンスファクターσ)の最
適化が必要となる。尚、位相シフトレチクルについては
これまでに種々の方式が提案されているが、代表的なも
のは空間周波数変調型、シフター遮光型、エッジ強調型
である。Therefore, a phase shifter (dielectric thin film) for shifting the phase of the transmitted light from a specific portion of the transmitted portion of the circuit pattern of the reticle by π (rad) with respect to the transmitted light from other transparent portions. It has also been proposed to use a phase shift reticle with The phase shift reticle is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 62-50811, and the use of this phase shift reticle makes it possible to transfer a finer pattern than in the case of using a normal reticle. That is, there is an effect of improving the resolution. When using this phase shift reticle,
The numerical aperture (coherence factor σ) of the illumination optical system needs to be optimized. Various methods have been proposed so far for the phase shift reticle, but typical ones are the spatial frequency modulation type, the shifter shading type, and the edge emphasis type.
【0009】また、最近では照明条件の最適化、あるい
は露光方法の工夫等によって微細パターンの転写を可能
とする試みがなされており、例えば特定線幅のパターン
に対して最適な照明光学系の開口数(σ値)と投影光学
系の開口数(N.A.)との組み合わせをパターン線幅毎に
選択することによって、解像度や焦点深度を向上させる
方法が提案されている。さらに、照明光学系の瞳面、も
しくはその近傍面内における照明光束の光量分布を輪帯
状に規定し、レチクルパターンに照明光束を照射する輪
帯照明法、あるいはレチクルパターンの周期性に対応し
て特定方向から照明光束を所定角度だけ傾斜させて照射
する傾斜照明法等も提案されている。しかしながら、以
上のいずれの方法においても、全てのレチクルパター
ン、すなわちその線幅や形状に対して有効であるのでは
なく、レチクルまたはそのパターン毎に最適な照明方法
や条件を選択する必要があり、投影露光装置としては照
明光学系における照明条件(σ値等)を可変とする構造
が必要となる。[0009] Recently, attempts have been made to enable transfer of a fine pattern by optimizing illumination conditions or devising an exposure method. For example, an aperture of an illumination optical system that is optimal for a pattern having a specific line width. There has been proposed a method of improving resolution and depth of focus by selecting a combination of a numerical value (σ value) and a numerical aperture (NA) of a projection optical system for each pattern line width. Furthermore, the light quantity distribution of the illumination light flux on the pupil plane of the illumination optical system or in the vicinity of the pupil plane is regulated in a ring-shaped manner, and the ring-shaped illumination method that illuminates the reticle pattern with the illumination light flux, or the periodicity of the reticle pattern is supported. There is also proposed an inclined illumination method or the like in which an illumination light beam is inclined from a specific direction and emitted at a predetermined angle. However, in any of the above methods, it is not effective for all reticle patterns, that is, the line width and shape thereof, and it is necessary to select an optimum illumination method or condition for each reticle or its pattern. The projection exposure apparatus requires a structure that allows the illumination conditions (σ value, etc.) in the illumination optical system to be variable.
【0010】ところで投影露光装置においては、近年ま
すます投影光学系の結像特性(投影倍率、フォーカス位
置等)を高精度に一定値に維持することが要求されるよ
うになってきており、このため様々な結像特性の補正方
法が提案され実用化されている。この中でも特に投影光
学系の露光光吸収による結像特性の変動を補正する方法
については、例えば特開昭60−78454号公報に開
示されている。この開示された方法では、投影光学系へ
の露光光(i線、KrFエキシマレーザ等)の入射に伴
って投影光学系に蓄積されるエネルギー量(熱量)を逐
次計算し、この蓄積エネルギー量による結像特性の変化
量を求め、所定の補正機構により結像特性を微調整する
ものが提案されている。この補正機構としては、例えば
投影光学系を構成する複数のレンズエレメントのうち2
つのレンズエレメントに挟まれた空間を密封し、この密
封空間の圧力を調整する方式等がある。By the way, in recent years, projection exposure apparatuses are increasingly required to maintain the imaging characteristics (projection magnification, focus position, etc.) of the projection optical system at a constant value with high accuracy. Therefore, various methods of correcting the imaging characteristics have been proposed and put into practical use. Among them, a method for correcting the fluctuation of the image forming characteristic due to the absorption of the exposure light of the projection optical system is disclosed in, for example, JP-A-60-78454. In the disclosed method, the amount of energy (heat amount) accumulated in the projection optical system with the incidence of exposure light (i-line, KrF excimer laser, etc.) on the projection optical system is sequentially calculated, and the accumulated energy amount is used. It has been proposed to obtain the amount of change in the image forming characteristic and finely adjust the image forming characteristic by a predetermined correction mechanism. As the correction mechanism, for example, two of the plurality of lens elements that form the projection optical system are used.
There is a method of sealing the space sandwiched between two lens elements and adjusting the pressure in this sealed space.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術において、前述の如く照明光学系の照明条
件を変更する場合、あるいは位相シフトレチクルを使用
する場合、投影光学系の瞳面近傍のレンズエレメントで
はその透過光量の分布が変化し得る。瞳面近傍ではもと
もと照明光が集中して通過するため、ここでの光量分布
が変化すると、投影光学系の照明光吸収による結像特性
の変動に大きな影響を及ぼすことになる。そこで、例え
ば特開昭62−229838号公報に開示されているよ
うに、照明光吸収による投影光学系の結像特性の変化量
を計算するのに用いられる演算パラメータを照明条件毎
に修正し、この修正パラメータを用いて照明条件の変更
に伴う結像特性の変化を正確に求めて補正を行うことが
考えられる。However, in the prior art as described above, when the illumination condition of the illumination optical system is changed as described above or when the phase shift reticle is used, the lens near the pupil plane of the projection optical system is used. In the element, the distribution of the amount of transmitted light can change. Since the illumination light originally concentrates and passes in the vicinity of the pupil plane, a change in the light amount distribution here has a great influence on the variation of the imaging characteristics due to the illumination light absorption of the projection optical system. Therefore, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-229838, the calculation parameter used for calculating the amount of change in the image forming characteristic of the projection optical system due to the absorption of illumination light is corrected for each illumination condition. It is conceivable that the correction parameter is used to accurately obtain the change in the imaging characteristic due to the change in the illumination condition and the correction is performed.
【0012】上記の如く結像特性の補正を行う場合、長
期的な立場で見れば何ら問題はない。ところが、投影光
学系の熱蓄積という現象は過去の履歴を持っている。こ
のため、レチクルやそのパターンに対応して照明条件を
変更したとき、直ちに新たな照明条件のもとで修正され
た演算パラメータで結像特性の変化量の算出、補正を行
うと、前の照明条件に応じた履歴が投影光学系に残って
いるため、この履歴が残っている間は結像特性を補正す
る上で不都合が生じる。つまり、照明条件の変更直後
は、投影光学系の瞳面近傍のレンズエレメントにおい
て、前の照明条件のもとでの熱分布状態と新たな照明条
件のもとでの熱分布状態とが重なり合ってどちらの熱分
布でもない状態となっており、いずれの照明条件のもと
での演算パラメータで結像特性の変化量の計算を行って
も、その計算結果は実際の結像特性の変化量と一致しな
い。このような過渡的状態での結像特性(すなわち投影
光学系の熱分布状態)は、単純に両者の和として表すこ
とができず、この過渡的状態における結像特性の変化量
を正確に計算、補正することは非常に困難である。従っ
て、上記の如き過渡的状態のもとでウエハへのパターン
露光を実行しても、所期の特性を満足する回路パターン
を得ることはできない。When correcting the image forming characteristics as described above, there is no problem from a long-term standpoint. However, the phenomenon of heat accumulation in the projection optical system has a past history. Therefore, when the illumination condition is changed in accordance with the reticle or its pattern, if the amount of change in the imaging characteristics is immediately calculated and corrected with the calculation parameter corrected under the new illumination condition, the previous illumination is changed. Since the history corresponding to the condition remains in the projection optical system, inconvenience arises in correcting the imaging characteristics while the history remains. That is, immediately after changing the illumination condition, the heat distribution state under the previous illumination condition and the heat distribution state under the new illumination condition overlap in the lens element near the pupil plane of the projection optical system. It is in a state where there is neither heat distribution, and no matter which illumination condition is used to calculate the change amount of the imaging characteristics with the calculation parameters, the calculation result is the same as the actual change amount of the imaging characteristics. It does not match. The image formation characteristic in such a transient state (that is, the heat distribution state of the projection optical system) cannot be simply expressed as the sum of the two, and the change amount of the image formation characteristic in this transitional state can be calculated accurately. , Very difficult to correct. Therefore, even if pattern exposure is performed on the wafer under the above-mentioned transitional state, it is not possible to obtain a circuit pattern that satisfies the desired characteristics.
【0013】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、レチクルやレチクルパターン(の種類、周期
性、微細度等)に対応して照明条件(照明光学系の開口
数(σ値)、投影光学系の開口数、輪帯照明、傾斜照明
等)を変更しても、常に高精度の結像特性のもとで感光
基板に対するパターン露光を行うことができる投影露光
装置を得ることを目的としている。The present invention has been made in consideration of the above points, and the illumination conditions (numerical aperture (σ value of the illumination optical system) of the reticle and the reticle pattern (type, periodicity, fineness, etc.) are taken into consideration. ), The numerical aperture of the projection optical system, annular illumination, tilted illumination, etc.) can be changed to obtain a projection exposure apparatus that can always perform pattern exposure on a photosensitive substrate under highly accurate imaging characteristics. It is an object.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、光源1からの照明光ILをほぼ
均一な強度分布に成形するとともに、該均一な照明光I
Lを微細パターンを有するレチクルRに照射する照明光
学系(1〜12)と、レチクルRのパターンの像をウエ
ハWに結像投影する投影光学系PLと、投影光学系PL
の結像特性を制御する手段(駆動素子25、27、2
9、駆動素子制御部53)とを備えた投影露光装置にお
いて、レチクルの種類(通常レチクル、位相シフトレチ
クル)またはそのパターンの微細度(周期性、ピッチ、
方向等)に対応してレチクルRに対する照明条件を変更
する照明条件変更手段(可変開口絞り8、32、可変ブ
ラインド10、あるいはターレット板7及び駆動系5
4)と;照明条件を変更したときに、所定時間(すなわ
ち結像特性の変化量ΔMが所定のレベルMS1になるまで
の時間)だけウエハWに対する露光動作を停止する露光
制御手段(主制御装置50)とを設けることとした。In order to solve such a problem, in the present invention, the illumination light IL from the light source 1 is shaped into a substantially uniform intensity distribution, and the uniform illumination light I
An illumination optical system (1 to 12) for irradiating a reticle R having a fine pattern with L, a projection optical system PL for projecting an image of the pattern of the reticle R on a wafer W, and a projection optical system PL.
Means for controlling the image forming characteristics of the (driving elements 25, 27, 2
9. In the projection exposure apparatus including the drive element control unit 53), the type of reticle (normal reticle, phase shift reticle) or the fineness of the pattern (periodicity, pitch,
Illumination condition changing means (variable aperture diaphragms 8, 32, variable blind 10, or turret plate 7 and drive system 5) for changing the illumination condition for the reticle R in accordance with the direction, etc.
4) and; exposure control means (main control) that stops the exposure operation on the wafer W for a predetermined time (that is, the time until the amount of change ΔM of the imaging characteristics reaches a predetermined level M S1 ) when the illumination condition is changed. And the device 50).
【0015】[0015]
【作用】本発明においては、マスクまたはそのパターン
に対応して照明条件を変更したときに、変更前の照明条
件のもとでの投影光学系の照明光吸収による結像特性の
変化量が所定の許容値以内となるまで感光基板に対する
露光動作を停止した後、新たな照明条件のもとで投影光
学系の結像特性を制御しながら露光動作を行うこととし
た。従って、照明条件変更時の過渡的状態のもとでは露
光動作が行われないため、投影光学系の結像特性を照明
条件毎に厳密に制御することが可能となる。According to the present invention, when the illumination condition is changed in accordance with the mask or the pattern thereof, the change amount of the image formation characteristic due to the illumination light absorption of the projection optical system under the illumination condition before the change is predetermined. After the exposure operation on the photosensitive substrate is stopped until it becomes within the allowable value of, the exposure operation is performed under the new illumination condition while controlling the image forming characteristic of the projection optical system. Therefore, since the exposure operation is not performed under the transitional state when the illumination condition is changed, it is possible to strictly control the image forming characteristic of the projection optical system for each illumination condition.
【0016】[0016]
【実施例】図1は本発明の実施例による投影露光装置の
概略的な構成を示す平面図である。図1において、超高
圧水銀ランプ1はレジスト層を感光するような波長域の
照明光(i線等)ILを発生する。露光用照明光源1と
しては、水銀ランプ等の輝線の他、KrF、ArFエキ
シマレーザ等のレーザ光源、あるいは金属蒸気レーザや
YAGレーザ等の高調波等を用いても構わない。照明光
ILは楕円鏡2で反射してその第2焦点f0 に集光した
後、コールドミラー5、及びコリメータレンズ等を含む
集光光学系6を介してオプチカルインテグレータ(フラ
イアイレンズ群)7Aに入射する。フライアイレンズ群
7Aの射出面(レチクル側焦点面)近傍には、照明光学
系の開口数NAILを可変とするための可変開口絞り8が
配置されている。ここで、フライアイレンズ群7Aは、
そのレチクル側焦点面がレチクルパターンのフーリエ変
換面(瞳共役面)とほぼ一致するように、光軸AXと垂
直な面内方向に配置されている。また、第2焦点f0 の
近傍には、モータ4によって照明光ILの光路の閉鎖、
開放を行うシャッター(例えば4枚羽根のロータリーシ
ャッター)3が配置される。1 is a plan view showing a schematic structure of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the ultra-high pressure mercury lamp 1 generates illumination light (i-line or the like) IL in a wavelength range that exposes the resist layer. As the exposure illumination light source 1, a bright line such as a mercury lamp, a laser light source such as a KrF or ArF excimer laser, or a harmonic such as a metal vapor laser or a YAG laser may be used. The illumination light IL is reflected by the elliptical mirror 2 and condensed at the second focal point f 0 thereof, and then is passed through a cold mirror 5 and a condensing optical system 6 including a collimator lens and the like to an optical integrator (fly-eye lens group) 7A. Incident on. A variable aperture stop 8 for varying the numerical aperture NA IL of the illumination optical system is arranged near the exit surface (reticle side focal plane) of the fly-eye lens group 7A. Here, the fly-eye lens group 7A is
The focal plane on the reticle side is arranged in the in-plane direction perpendicular to the optical axis AX so that the focal plane on the reticle substantially coincides with the Fourier transform plane (pupil conjugate plane) of the reticle pattern. In the vicinity of the second focal point f 0 , the motor 4 closes the optical path of the illumination light IL,
A shutter (for example, a four-blade rotary shutter) 3 for opening is arranged.
【0017】尚、本実施例においてはフライアイレンズ
群7Aを含む複数のフライアイレンズ群(図2)が保持
部材(回転ターレット板)7に設けられており、駆動系
54によって任意のフライアイレンズ群が交換可能に照
明光路中に配置されるように構成されている。従って、
可変開口絞り8とともに、複数のフライアイレンズ群を
交換可能に構成することによって、レチクルの種類やパ
ターンの周期性等に応じて照明条件を変更することが可
能となっている(詳細後述)。In the present embodiment, a plurality of fly-eye lens groups (FIG. 2) including a fly-eye lens group 7A are provided on the holding member (rotary turret plate) 7, and a drive system 54 allows an arbitrary fly-eye lens group. The lens group is configured to be replaceably arranged in the illumination optical path. Therefore,
By configuring the plurality of fly-eye lens groups to be replaceable together with the variable aperture stop 8, it is possible to change the illumination condition according to the type of reticle, the periodicity of the pattern, etc. (details will be described later).
【0018】フライアイレンズ群7Aを射出した照明光
ILは、リレーレンズ9、11、可変ブラインド10、
及びメインコンデンサーレンズ12を通過してミラー1
3に至り、ここでほぼ垂直に下方に反射された後、レチ
クルRのパターン領域PAをほぼ均一な照度で照明す
る。可変ブラインド10の面はレチクルRと共役関係に
あるので、モータ(不図示)により可変ブラインド10
を構成する複数の可動ブレードを開閉させて開口部の大
きさ、形状を変えることによって、レチクルRの照明視
野を任意に設定することができる。レチクルRはレチク
ルホルダ14に保持され、ホルダ14は伸縮可能な複数
(図1では2つのみ図示)の駆動素子29によって、水
平面内で2次元移動可能なレチクルステージRS上に載
置されている。従って、駆動素子制御部53によって駆
動素子29の各伸縮量を制御することによって、レチク
ルRを光軸方向に平行移動させるとともに、光軸と垂直
な面に対して任意方向に傾斜させることが可能となって
いる。詳しくは後で述べるが、上記構成によって投影光
学系の結像特性、特に糸巻型や樽型のディストーション
を補正することができる。尚、レチクルRはパターン領
域PAの中心点が光軸AXと一致するように位置決めさ
れる。The illumination light IL emitted from the fly-eye lens group 7A is relay lenses 9 and 11, a variable blind 10,
And the mirror 1 passing through the main condenser lens 12.
3, the pattern area PA of the reticle R is illuminated with a substantially uniform illuminance after being reflected almost vertically downward. Since the surface of the variable blind 10 has a conjugate relationship with the reticle R, the variable blind 10 can be moved by a motor (not shown).
The illumination field of the reticle R can be arbitrarily set by opening and closing the plurality of movable blades constituting the above to change the size and shape of the opening. The reticle R is held by the reticle holder 14, and the holder 14 is placed on the reticle stage RS which can be two-dimensionally moved in the horizontal plane by a plurality of expandable and contractible drive elements 29 (only two are shown in FIG. 1). . Therefore, by controlling each expansion / contraction amount of the drive element 29 by the drive element control unit 53, the reticle R can be translated in the optical axis direction and can be tilted in an arbitrary direction with respect to a plane perpendicular to the optical axis. Has become. As will be described in detail later, the above-described configuration can correct the image forming characteristics of the projection optical system, in particular, the pincushion type and barrel type distortions. The reticle R is positioned so that the center point of the pattern area PA coincides with the optical axis AX.
【0019】さて、パターン領域PAを通過した照明光
ILは、両側テレセントリックな投影光学系PLに入射
し、投影光学系PLはレチクルRの回路パターンの投影
像を、表面にレジスト層が形成され、その表面が最良結
像面とほぼ一致するように保持されたウエハW上の1つ
のショット領域に重ね合わせて投影(結像)する。尚、
本実施例では投影光学系PLを構成する一部のレンズエ
レメント(図中では20と21、22)の各々を独立に
駆動することが可能となっており、投影光学系PLの結
像特性、例えば投影倍率、ディストーション、像面湾
曲、非点収差等を補正することができる(詳細後述)。
また、投影光学系PLの瞳面Ep、もしくはその近傍面
内には可変開口絞り32が設けられており、これによっ
て投影光学系PLの開口数NAを変更できるように構成
されている。The illumination light IL that has passed through the pattern area PA enters the projection optical system PL that is telecentric on both sides, and the projection optical system PL forms a projected image of the circuit pattern of the reticle R on which a resist layer is formed. Projection (imaging) is performed by superimposing it on one shot area on the wafer W held so that its surface is substantially coincident with the best imaging plane. still,
In this embodiment, it is possible to independently drive some of the lens elements (20, 21, and 22 in the figure) that form the projection optical system PL, and the imaging characteristics of the projection optical system PL, For example, projection magnification, distortion, field curvature, astigmatism, etc. can be corrected (details will be described later).
Further, a variable aperture stop 32 is provided in the pupil plane Ep of the projection optical system PL or in a plane in the vicinity thereof, and the numerical aperture NA of the projection optical system PL can be changed by this.
【0020】ウエハWはウエハホルダ(θテーブル)1
6に真空吸着され、このホルダ16を介してウエハステ
ージWS上に保持されている。ウエハステージWSは、
モータ17により投影光学系PLの最良結像面に対して
任意方向に傾斜可能で、かつ光軸方向(Z方向)に微動
可能であるとともに、ステップ・アンド・リピート方式
で2次元移動可能に構成されており、ウエハW上の1つ
のショット領域に対するレチクルRの転写露光が終了す
ると、次のショット位置までステッピングされる。尚、
ウエハステージWSの構成等については、例えば特開昭
62−274201号公報に開示されている。ウエハス
テージWSの端部には干渉計18からのレーザビームを
反射する移動鏡19が固定されており、ウエハステージ
WSの2次元的な位置は干渉計18によって、例えば
0.01μm程度の分解能で常時検出される。The wafer W is a wafer holder (θ table) 1
6 is vacuum-sucked and held on the wafer stage WS via the holder 16. The wafer stage WS is
The motor 17 can be tilted in any direction with respect to the best image plane of the projection optical system PL, can be finely moved in the optical axis direction (Z direction), and can be two-dimensionally moved by a step-and-repeat method. When the transfer exposure of the reticle R onto one shot area on the wafer W is completed, the stepping is performed to the next shot position. still,
The structure of the wafer stage WS is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-274201. A movable mirror 19 that reflects the laser beam from the interferometer 18 is fixed to the end of the wafer stage WS, and the two-dimensional position of the wafer stage WS is determined by the interferometer 18 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. Always detected.
【0021】また、ウエハステージWS上には基準部材
15と照射量モニタ(光電センサ)33とがともにウエ
ハWの表面位置とほぼ一致するように設けられている。
基準部材15の表面には、投影光学系PLのイメージフ
ィールド内の任意の位置での焦点位置を検出するために
用いられる格子パターンが形成されている。この格子パ
ターンの構成、検出動作等については後で詳しく述べ
る。光電センサ33は、例えば投影光学系PLのイメー
ジフィールド、またはレチクルパターンの投影領域とほ
ぼ同じ面積の受光面を備えた光検出器で構成され、この
照射量に関する光情報を主制御装置50に出力する。こ
の光情報は、投影光学系PLの結像特性の変化量を求め
るための基礎データとなる。Further, both the reference member 15 and the irradiation amount monitor (photoelectric sensor) 33 are provided on the wafer stage WS so as to substantially coincide with the surface position of the wafer W.
On the surface of the reference member 15, a grid pattern used to detect a focal position at an arbitrary position within the image field of the projection optical system PL is formed. The structure of the lattice pattern, the detection operation, etc. will be described in detail later. The photoelectric sensor 33 is composed of, for example, a photodetector having a light-receiving surface having substantially the same area as the image field of the projection optical system PL or the projection area of the reticle pattern, and outputs optical information regarding this irradiation amount to the main controller 50. To do. This light information serves as basic data for obtaining the amount of change in the image forming characteristics of the projection optical system PL.
【0022】さらに、図1中には投影光学系PLの最良
結像面に向けてピンホール、あるいはスリットの像を形
成するための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向よ
り供給する照射光学系30と、その結像光束のウエハW
の表面での反射光束をビームを介して受光する受光光学
系31から成る斜入射方式の焦点検出系が設けられてい
る。この焦点検出系の構成等については、例えば特開昭
60−168112号公報に開示されており、ウエハ表
面の結像面に対する上下方向(Z方向)の位置を検出
し、ウエハWと投影光学系PLとの合焦状態を検出する
ものである。尚、本実施例では結像面が零点基準となる
ように、予め受光光学系31の内部に設けられた不図示
の平行平板ガラス(プレーンパラレル)の角度が調整さ
れ、焦点検出系のキャリブレーションが行われるものと
する。また、例えば特開昭58−113706号公報に
開示されているような水平位置検出系を用いる、あるい
は投影光学系PLのイメージフィールド内の任意の複数
の位置での焦点位置を検出可能できるように焦点検出系
を構成する(例えば複数のスリット像をイメージフィー
ルド内に形成する)ことによって、ウエハW上の所定領
域の結像面に対する傾きを検出可能に構成しているもの
とする。Further, in FIG. 1, an image forming light beam for forming an image of a pinhole or a slit toward the best image forming surface of the projection optical system PL is supplied obliquely with respect to the optical axis AX. Irradiation optical system 30 and wafer W of the image forming light beam
An oblique-incidence type focus detection system including a light-receiving optical system 31 that receives a light beam reflected by the surface of the light via the beam is provided. The configuration of this focus detection system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-168112, and the position of the wafer surface in the vertical direction (Z direction) with respect to the image plane is detected to detect the wafer W and the projection optical system. The in-focus state with PL is detected. In this embodiment, the angle of the parallel flat glass (plane parallel) (not shown) provided inside the light receiving optical system 31 is adjusted in advance so that the image plane becomes the zero reference, and the focus detection system is calibrated. Shall be performed. Further, for example, a horizontal position detecting system as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-113706 is used, or the focal position can be detected at arbitrary plural positions in the image field of the projection optical system PL. It is assumed that the focus detection system is configured (for example, a plurality of slit images are formed in the image field) so that the inclination of a predetermined region on the wafer W with respect to the image plane can be detected.
【0023】ところで、図1には装置全体を統括制御す
る主制御装置50と、レチクルRが投影光学系PLの直
上に搬送される途中でレチクルパターンの脇に形成され
た名称を表すバーコードBCを読み取るバーコードリー
ダ52と、オペレータからのコマンドやデータを入力す
るキーボード51と、フライアイレンズ群7Aを含む複
数のフライアイレンズ群が固定された保持部材(回転タ
ーレット板)7を駆動するための駆動系(モータ、ギャ
トレン等)54とが設けられている。主制御装置50内
には、この投影露光装置(例えばステッパー)で扱うべ
き複数枚のレチクルの名称と、各名称に対応したステッ
パーの動作パラメータとが予め登録されている。そし
て、主制御装置50はバーコードリーダ52がレチクル
バーコードBCを読み取ると、その名称に対応した動作
パラメータの1つとして、予め登録されている照明条件
(レチクルの種類やレチクルパターンの周期性等に対
応)に最も見合ったフライアイレンズ群を保持部材7の
中から1つ選択して、所定の駆動指令を駆動系54に出
力する。さらに、上記名称に対応した動作パラメータと
して、先に選択されたフライアイレンズ群のもとでの可
変開口絞り8、32及び可変ブラインド10の最適な設
定条件、及び投影光学系PLの結像特性を後述の補正機
構によって補正するために用いられる演算パラメータ
(詳細後述)も登録されており、これらの条件設定もフ
ライアイレンズ群の設定と同時に行われる。これによっ
て、レチクルステージRS上に載置されたレチクルRに
対して最適な照明条件が設定されることになる。以上の
動作は、キーボード51からオペレータがコマンドとデ
ータを主制御装置50へ直接入力することによっても実
行できる。By the way, in FIG. 1, a main controller 50 for integrally controlling the entire apparatus and a bar code BC representing a name formed on the side of the reticle pattern while the reticle R is being conveyed right above the projection optical system PL. To drive a bar code reader 52 for reading, a keyboard 51 for inputting commands and data from an operator, and a holding member (rotary turret plate) 7 to which a plurality of fly-eye lens groups including a fly-eye lens group 7A are fixed. Drive system (motor, gatoren, etc.) 54 of FIG. In the main controller 50, the names of a plurality of reticles to be handled by this projection exposure apparatus (eg stepper) and the stepper operation parameters corresponding to each name are registered in advance. When the bar code reader 52 reads the reticle bar code BC, the main control unit 50 pre-registers the illumination condition (type of reticle, periodicity of the reticle pattern, etc.) as one of the operation parameters corresponding to the name. (Corresponding to (1)), one fly-eye lens group most suitable for (1) is selected from the holding members 7, and a predetermined drive command is output to the drive system 54. Further, as operating parameters corresponding to the above names, optimum setting conditions of the variable aperture diaphragms 8 and 32 and the variable blind 10 under the fly-eye lens group selected previously, and the image forming characteristics of the projection optical system PL. A calculation parameter (details will be described later) used for correcting by the correction mechanism described later is also registered, and these condition settings are also performed at the same time when the fly-eye lens group is set. As a result, the optimum illumination condition is set for the reticle R placed on the reticle stage RS. The above operation can also be executed by the operator directly inputting commands and data to the main controller 50 from the keyboard 51.
【0024】次に、投影光学系PLの結像特性の補正機
構について説明する。図1に示すように、本実施例では
駆動素子制御部53によってレチクルRとレンズエレメ
ント20、(21、22)の各々を独立に駆動すること
により、投影光学系PLの結像特性を補正することが可
能となっている。投影光学系PLの結像特性としては、
焦点位置、投影倍率、ディストーション、像面湾曲、球
面収差、非点収差等があり、これらの値を個々に補正す
ることは可能であるが、本実施例では説明を簡単にする
ため、特に両側テレセントリックな投影光学系における
焦点位置、投影倍率、ディストーション、及び像面湾曲
の補正を行う場合について説明する。尚、本実施例では
レチクルRの移動により樽型または糸巻型のディストー
ションを補正する。Next, a mechanism for correcting the image forming characteristic of the projection optical system PL will be described. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the driving element controller 53 drives each of the reticle R and the lens elements 20, (21, 22) independently to correct the imaging characteristics of the projection optical system PL. It is possible. As the image forming characteristics of the projection optical system PL,
There are focal position, projection magnification, distortion, field curvature, spherical aberration, astigmatism, etc., and these values can be individually corrected, but in this embodiment, in order to simplify the description, in particular, both sides A case of correcting the focal position, the projection magnification, the distortion, and the curvature of field in the telecentric projection optical system will be described. In this embodiment, the barrel-type or pincushion-type distortion is corrected by moving the reticle R.
【0025】さて、レチクルRに最も近い第1群のレン
ズエレメント20は支持部材24に固定され、第2群の
レンズエレメント(21、22)は支持部材26に固定
されている。レンズエレメント23より下部のレンズエ
レメントは、投影光学系PLの鏡筒部28に固定されて
いる。尚、本実施例において投影光学系PLの光軸AX
とは、鏡筒部28に固定されているレンズエレメントの
光軸を指すものとする。The first group of lens elements 20 closest to the reticle R is fixed to the supporting member 24, and the second group of lens elements (21, 22) is fixed to the supporting member 26. Lens elements below the lens element 23 are fixed to the lens barrel portion 28 of the projection optical system PL. In the present embodiment, the optical axis AX of the projection optical system PL
Is the optical axis of the lens element fixed to the lens barrel portion 28.
【0026】支持部材24は伸縮可能な複数(例えば3
つで、図中では2つの図示)の駆動素子25によって支
持部材26に連結され、支持部材26は伸縮可能な複数
の駆動素子27によって鏡筒部28に連結されている。
駆動素子25、27、29としては、例えば電歪素子、
磁歪素子が用いられ、駆動素子に与える電圧または磁界
に応じた駆動素子の変位量を予め求めておく。ここでは
図示していないが、駆動素子のヒステリシス性を考慮
し、容量型変位センサ、差動トランス等の位置検出器を
駆動素子に設け、駆動素子に与える電圧または磁界に対
応した駆動素子の位置をモニタして高精度な駆動を可能
としている。A plurality of support members 24 (for example, 3
Then, two driving elements 25 (shown in the drawing) are connected to the supporting member 26, and the supporting member 26 is connected to the lens barrel portion 28 by a plurality of expandable and contractable driving elements 27.
The drive elements 25, 27, 29 are, for example, electrostrictive elements,
A magnetostrictive element is used, and the displacement amount of the drive element according to the voltage or magnetic field applied to the drive element is obtained in advance. Although not shown here, in consideration of the hysteresis of the drive element, a position detector such as a capacitive displacement sensor or a differential transformer is provided in the drive element, and the position of the drive element corresponding to the voltage or the magnetic field applied to the drive element is provided. Is monitored to enable high-precision driving.
【0027】ここで、レンズエレメント20、(21、
22)の各々を光軸方向に平行移動した場合、その移動
量に対応した変化率で投影倍率M、像面湾曲C、及び焦
点位置Fの各々が変化する。レンズエレメント20の駆
動量をx1 、レンズエレメント(21、22)の駆動量
をx2 とすると、投影倍率M、像面湾曲C、及び焦点位
置Fの変化量ΔM、ΔC、ΔFの各々は、次式で表され
る。Here, the lens elements 20, (21,
When each of 22) is translated in the optical axis direction, each of the projection magnification M, the field curvature C, and the focus position F changes at a change rate corresponding to the amount of movement. Assuming that the driving amount of the lens element 20 is x 1 and the driving amount of the lens element (21, 22) is x 2 , the projection magnification M, the field curvature C, and the change amounts ΔM, ΔC, and ΔF of the focus position F are , Is expressed by the following equation.
【0028】 ΔM=CM1×x1 +CM2×x2 (1) ΔC=CC1×x1 +CC2×x2 (2) ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 (3) 尚、CM1、CM2、CC1、CC2、CF1、CF2は各変化量の
レンズエレメントの駆動量に対する変化率を表す定数で
ある。ΔM = C M1 × x 1 + C M2 × x 2 (1) ΔC = C C1 × x 1 + C C2 × x 2 (2) ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 (3) C M1 , C M2 , C C1 , C C2 , C F1 , and C F2 are constants that represent the rate of change of each change amount with respect to the drive amount of the lens element.
【0029】ところで、上述した如く焦点検出系30、
31は投影光学系の最適焦点位置を零点基準として、最
適焦点位置に対するウエハ表面のずれ量を検出するもの
である。従って、焦点検出系30、31に対して電気
的、または光学的に適当なオフセット量x3 を与える
と、この焦点検出系30、31を用いてウエハ表面の位
置決めを行うことによって、レンズエレメント20、
(21、22)の駆動に伴う焦点位置ずれを補正するこ
とが可能となる。このとき、上記数式3は次式のように
表される。By the way, as described above, the focus detection system 30,
Reference numeral 31 is for detecting the amount of deviation of the wafer surface from the optimum focus position with the optimum focus position of the projection optical system as a zero point reference. Therefore, when an appropriate electrical or optical offset amount x 3 is applied to the focus detection systems 30 and 31, the wafer surface is positioned by using the focus detection systems 30 and 31, and the lens element 20 is thus positioned. ,
It is possible to correct the focus position shift due to the driving of (21, 22). At this time, the above expression 3 is expressed as the following expression.
【0030】 ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 +x3 (4) 同様に、レチクルRを光軸方向に平行移動した場合、そ
の移動量に対応した変化率でディストーションD、及び
焦点位置Fの各々が変化する。レチクルRの駆動量をx
4 とすると、ディストーションD、及び焦点位置Fの変
化量ΔD、ΔFの各々は、次式で表される。ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 + x 3 (4) Similarly, when the reticle R is translated in the optical axis direction, the distortion D and the focus position are changed at a rate corresponding to the amount of movement. Each of F changes. Drive amount of reticle R is x
If 4 , the distortion D and the change amounts ΔD and ΔF of the focus position F are expressed by the following equations.
【0031】ΔD=CD4×x4 (5) ΔF=CF1×x1 +CF2×x2 +x3 +CF4×x4 (6) 尚、CD4、CF4は各変化量のレチクルRの駆動量に対す
る変化率を表す定数である。以上のことから、数式1、
2、5、6において駆動量x1 〜x4 を設定することに
よって、変化量ΔM、ΔC、ΔD、ΔFを任意に補正す
ることができる。尚、ここでは4種類の結像特性を同時
に補正する場合について述べたが、投影光学系の結像特
性のうち照明光吸収による結像特性の変化量が無視し得
る程度のものであれば、上記補正を行う必要がなく、ま
た本実施例で述べた4種類以外の結像特性が大きく変化
する場合には、その結像特性についての補正を行う必要
がある。また、本実施例では結像特性補正機構としてレ
チクルR及びレンズエレメントの移動により補正する例
を示したが、本実施例で好適な補正機構は他のいかなる
方式であっても良く、例えば2つのレンズエレメントに
挟まれた空間を密封し、この密封空間の圧力を調整する
方式を採用しても構わない。ΔD = C D4 × x 4 (5) ΔF = C F1 × x 1 + C F2 × x 2 + x 3 + C F4 × x 4 (6) Note that C D4 and C F4 are the reticle R of each variation. It is a constant indicating the rate of change with respect to the drive amount. From the above, Equation 1,
By setting the drive amounts x 1 to x 4 in 2, 5, and 6, the change amounts ΔM, ΔC, ΔD, and ΔF can be arbitrarily corrected. Although the case where four types of image forming characteristics are simultaneously corrected is described here, if the change amount of the image forming characteristics of the projection optical system due to absorption of illumination light is negligible, It is not necessary to perform the above correction, and when the imaging characteristics other than the four types described in the present embodiment change significantly, it is necessary to perform the correction for the imaging characteristics. Further, in the present embodiment, an example in which correction is performed by moving the reticle R and the lens element as the image formation characteristic correction mechanism has been shown, but a suitable correction mechanism in this embodiment may be any other method, for example, two A method of sealing the space sandwiched between the lens elements and adjusting the pressure of this sealed space may be adopted.
【0032】ここで、本実施例では駆動素子制御部53
によって、レチクルR、及びレンズエレメント20、
(21、22)を移動可能としているが、特にレンズエ
レメント20、(21、22)は投影倍率、ディストー
ション、像面湾曲及び非点収差等の各特性に与える影響
が他のレンズエレメントに比べて大きく制御し易くなっ
ている。また、本実施例では移動可能なレンズエレメン
トを2群構成としたが、3群以上としても良く、この場
合には他の諸収差の変動を抑えつつレンズエレメントの
移動範囲を大きくでき、しかも種々の形状歪み(台形、
菱形等のディストーション)、像面湾曲、及び非点収差
に対応可能となる。上記構成の補正機構を採用すること
によって、露光光吸収による投影光学系PLの結像特性
の変動に対しても十分対応できる。Here, in the present embodiment, the drive element control section 53
The reticle R and the lens element 20,
Although (21, 22) is movable, in particular, the lens elements 20, (21, 22) have an influence on the characteristics such as projection magnification, distortion, field curvature, and astigmatism as compared with other lens elements. Greatly easy to control. In this embodiment, the movable lens element is composed of two groups, but it may be composed of three or more groups. In this case, the range of movement of the lens element can be increased while suppressing the fluctuation of other aberrations, and various lens elements can be used. Shape distortion (trapezoid,
It is possible to deal with distortion such as rhombus), field curvature, and astigmatism. By adopting the correction mechanism having the above-mentioned configuration, it is possible to sufficiently cope with a change in the image forming characteristic of the projection optical system PL due to absorption of exposure light.
【0033】以上の構成によって、駆動素子制御部53
は主制御装置50から与えられる駆動指令に対応した量
だけ2群のレンズエレメント20、(21、22)及び
レチクルRの周縁3点乃至4点を独立して光軸方向に移
動できる。この結果、2群のレンズエレメント20、
(21、22)及びレチクルRの各々を光軸方向に平行
移動させるとともに、光軸AXと垂直な面に対して任意
方向に傾斜させることが可能となっている。With the above configuration, the drive element control section 53
Can independently move the lens elements 20, (21, 22) of the second group and the peripheral points 3 to 4 of the reticle R in the optical axis direction by an amount corresponding to the drive command given from the main controller 50. As a result, the second group of lens elements 20,
Each of (21, 22) and the reticle R can be moved in parallel in the optical axis direction and can be tilted in any direction with respect to the plane perpendicular to the optical axis AX.
【0034】次に、図7を参照して投影光学系PLの結
像特性の測定機構について説明する。図7(B)に示す
ように、基準部材15の表面には2組のスリットパター
ンGx、Gyからなる格子パターン15mが形成されて
おり、この格子パターン15mはミラー60、レンズ6
1、光ファイバー62、レンズ63及びミラー64によ
って伝送された照明光によりその下方から照明される。
この照明光は露光用照明光ILとほぼ同一波長域の光で
あることが望ましく、例えばビームスプリッターにより
光源1からの照明光ILの一部を分岐して導くように構
成しても良い。基準部材15を透過した照明光は投影光
学系PLを介してレチクルRに達し、その裏面(パター
ン面)によって反射され、再び投影光学系PLを介して
基準部材15に戻る。さらに格子パターン15mを透過
した反射光は再び光ファイバー62等を通った後、フォ
トマル、もしくはSPD等からなる光検出器65に入射
し、ここで光電変換されてその光強度に応じた光電信号
を出力する。主制御装置50は光検出器65からの光電
信号とともに、例えば焦点検出系(受光光学系31)か
らの検出信号を入力する。そして、ウエハステージWS
をZ方向に移動させ、そのときの光検出器65の光電信
号のレベル変化を求める。この結果を図7(C)に示
す。同図において信号レベルがピークとなっている位置
fが、イメージフィールド内の任意の1点での最適焦点
位置(ベストフォーカス位置)であり、例えば基準部材
15をイメージフィールド内で移動させながら上記計測
を繰り返し行うことによって、投影光学系PLの結像特
性として焦点位置、像面湾曲、非点収差等を求めること
ができる。尚、上記構成では投影倍率やディストーショ
ンを計測することができないので、例えばレチクルRの
複数の位置に形成されたマークを、ウエハステージ上に
設けられた基準マークを介して光電検出するように構成
しておくことが望ましい。Next, the measuring mechanism of the image forming characteristic of the projection optical system PL will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7B, a grid pattern 15m including two sets of slit patterns Gx and Gy is formed on the surface of the reference member 15, and the grid pattern 15m includes the mirror 60 and the lens 6.
1. The illumination light transmitted by the optical fiber 62, the lens 63, and the mirror 64 is illuminated from below.
It is desirable that this illumination light is light in the substantially same wavelength range as the exposure illumination light IL, and for example, a part of the illumination light IL from the light source 1 may be branched and guided by a beam splitter. The illumination light transmitted through the reference member 15 reaches the reticle R via the projection optical system PL, is reflected by the back surface (pattern surface) thereof, and returns to the reference member 15 again via the projection optical system PL. Further, the reflected light transmitted through the grating pattern 15m again passes through the optical fiber 62 and the like, and then enters the photodetector 65 composed of Photomal or SPD, where it is photoelectrically converted and a photoelectric signal corresponding to the light intensity is converted into a photoelectric signal. Output. The main controller 50 inputs, for example, a detection signal from the focus detection system (light receiving optical system 31) together with the photoelectric signal from the photodetector 65. Then, the wafer stage WS
Is moved in the Z direction, and the level change of the photoelectric signal of the photodetector 65 at that time is obtained. The result is shown in FIG. In the figure, the position f at which the signal level has a peak is the optimum focus position (best focus position) at any one point in the image field. For example, the measurement is performed while moving the reference member 15 in the image field. By repeatedly performing, the focus position, field curvature, astigmatism, etc. can be obtained as the imaging characteristics of the projection optical system PL. Since the projection magnification and the distortion cannot be measured with the above configuration, for example, the marks formed at a plurality of positions on the reticle R are photoelectrically detected via the reference marks provided on the wafer stage. It is desirable to keep.
【0035】ここで、図7(A)には示していないが、
本実施例では光ファイバー62の射出面(基準部材側)
近傍に、複数の空間フィルターを交換可能に配置できる
ように構成しているものとする。これによって、照明光
学系の照明条件の変更に対応して、基準部材15に対す
る照明条件(例えば光ファイバー62の開口数(σ
値)、輪帯照明、後述の複数傾斜照明等)も任意に変更
することができる。この際、基準部材15の表面にはレ
チクルパターンに対応して、複数のピッチのスリットパ
ターンを設けておくことが望ましい。Although not shown in FIG. 7A,
In this embodiment, the exit surface of the optical fiber 62 (on the side of the reference member)
It is assumed that a plurality of spatial filters can be exchangeably arranged in the vicinity. Accordingly, the illumination condition for the reference member 15 (for example, the numerical aperture (σ of the optical fiber 62 (σ
Value), orbicular zone illumination, plural-tilt illumination described later, etc.) can be arbitrarily changed. At this time, it is desirable to provide slit patterns with a plurality of pitches on the surface of the reference member 15 in correspondence with the reticle pattern.
【0036】次に、図2〜図4を参照して本実施例によ
る投影露光装置に採用される照明方法について説明す
る。本実施例で採用する照明方法の一例としては、照明
光学系の瞳面、またはその共役面、もしくはその近傍の
面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸AXから所定
量だけ偏心した位置に中心を有する少なくとも2つの局
所領域に規定することによって、レチクルRに照射され
る照明光束を所定の方向にレチクルパターンの微細度に
応じた角度だけ傾けたものである(以下、簡単に複数傾
斜照明法と呼ぶ)。Next, the illumination method adopted in the projection exposure apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As an example of the illumination method adopted in this embodiment, the illumination light flux passing through the pupil plane of the illumination optical system, its conjugate plane, or the plane in the vicinity thereof is decentered by a predetermined amount from the optical axis AX of the illumination optical system. By defining at least two local areas having the center at the position, the illumination light flux irradiated to the reticle R is tilted in a predetermined direction by an angle according to the fineness of the reticle pattern (hereinafter, simply referred to as a plurality of Called the inclined illumination method).
【0037】図2は、複数傾斜照明法を用いてレチクル
の照明を行ったときの回路パターンからの回折光の発
生、及び結像の様子を示す図である。レチクルRの下面
(投影光学系PL側)には、回路パターンとして透過部
Raと遮光部Rbから成る1次元のラインアンドスペー
スパターンが描画されている。本実施例で使用する投影
露光装置(図1)では、後述するように照明光束の通過
する局所領域は、照明光学系の瞳面内において光軸から
偏心した位置に中心を有する構成となっている。従っ
て、レチクルRを照明する照明光束L0は、レチクルR
の回路パターンが描画されている方向(周期方向)に対
してほぼ垂直な方向(X方向)から、レチクルRに対し
て所定の入射角ψを以て入射する。尚、入射角ψ、及び
入射方向は、レチクル上のパターンで生じる回折光の投
影光学系の瞳面内での位置によって一義的に決まるもの
である。FIG. 2 is a diagram showing how diffracted light is generated from a circuit pattern and an image is formed when a reticle is illuminated by using the multiple tilt illumination method. On the lower surface of the reticle R (on the side of the projection optical system PL), a one-dimensional line-and-space pattern including a transmissive portion Ra and a light shielding portion Rb is drawn as a circuit pattern. In the projection exposure apparatus (FIG. 1) used in this embodiment, the local region through which the illumination light flux passes has a center at a position decentered from the optical axis in the pupil plane of the illumination optical system, as will be described later. There is. Therefore, the illumination light flux L0 that illuminates the reticle R is
The light is incident on the reticle R at a predetermined incident angle ψ from a direction (X direction) substantially perpendicular to the direction in which the circuit pattern of (1) is drawn (period direction). The incident angle ψ and the incident direction are uniquely determined by the position of the diffracted light generated by the pattern on the reticle in the pupil plane of the projection optical system.
【0038】レチクル上のパターンからはパターンの微
細度(幅、ピッチ)に応じた回折角の方向に0次回折光
Do 、+1次回折光Dp 、−1次回折光Dm が発生す
る。図2では、投影光学系PLを透過してウエハWに到
達するものは、上記3光束のうち0次回折光Do と+1
次回折光Dp の2光束として示しており、これら2光束
はウエハW上で干渉縞、すなわち回路パターンの像を形
成する。この場合の投影光学系PLの瞳面Epにおける
0次回折光Do と+1次回折光Dp の位置を図4(B)
に示す(詳細後述)。尚、従来の照明方法によるパター
ンの解像限界は、±1次回折光が投影光学系を透過する
ことが可能か否かで決定される。すなわち、従来ではパ
ターンピッチをPとしたときにP>λ/NA程度で与え
られるパターンサイズが解像限界となっていた。これに
対して、本実施例における複数傾斜照明法では、ほぼP
>λ/2NAが解像限界となる。From the pattern on the reticle, 0th-order diffracted light Do , + 1st-order diffracted light Dp , and -1st-order diffracted light Dm are generated in the direction of the diffraction angle according to the fineness (width, pitch) of the pattern. In FIG. 2, what is transmitted through the projection optical system PL and reaches the wafer W is the 0th-order diffracted light D o and +1 among the above three light fluxes.
It is shown as two light beams of the next diffracted light D p , and these two light beams form an interference fringe, that is, an image of a circuit pattern on the wafer W. The positions of the 0th-order diffracted light D o and the + 1st-order diffracted light D p on the pupil plane Ep of the projection optical system PL in this case are shown in FIG.
(Details will be described later). The resolution limit of the pattern by the conventional illumination method is determined by whether or not ± 1st order diffracted light can pass through the projection optical system. That is, conventionally, when the pattern pitch is P, the pattern size given by P> λ / NA is the resolution limit. On the other hand, in the multi-inclined illumination method in this embodiment, almost P
> Λ / 2NA is the resolution limit.
【0039】また、図2中において0次回折光Do と+
1次回折光Dp は光軸AXに対してほぼ対称な光路を通
るものとした。これは、照明光束Loの入射角ψを sin
ψ=sinθ/2=λ/2Pとすることにより実現でき
る。このとき、ウエハWのデフォーカス時において、0
次回折光Do と+1次回折光Dp とはほぼ同量の波面収
差(デフォーカスによる)を生じる。これはデフォーカ
ス量ΔFに対する波面収差は1/2×ΔF sin2 t(但
し、tは各回折光のウエハへの入射角)であり、ここで
は0次回折光と+1次回折光とでウエハへの入射角tが
ほぼ等しいためである。ところで、ウエハ上でのパター
ン像を崩す(ボケさせる)原因は、各光束間の波面収差
の差である。しかしながら、本実施例で使用する装置
(例えば図5)では、ウエハ上に照射される0次回折光
Do と+1次回折光Dp の波面収差がほぼ等しくなるた
め、同等のデフォーカス量ΔFであっても、従来の露光
装置に比べてボケの程度が少ない。すなわち焦点深度が
深いことになる。Further, in FIG. 2, 0th-order diffracted light D o and +
The first-order diffracted light D p passes through an optical path that is substantially symmetrical with respect to the optical axis AX. This is because the incident angle ψ of the illumination light flux Lo is sin
It can be realized by setting ψ = sin θ / 2 = λ / 2P. At this time, when defocusing the wafer W, 0
The order diffracted light D o and the + 1st order diffracted light D p generate almost the same amount of wavefront aberration (due to defocus). This is because the wavefront aberration with respect to the defocus amount ΔF is ½ × ΔF sin 2 t (where t is the incident angle of each diffracted light on the wafer), and here the 0th-order diffracted light and the + 1st-order diffracted light are incident on the wafer. This is because the incident angles t are almost equal. By the way, the cause of collapsing (defocusing) the pattern image on the wafer is the difference in wavefront aberration between the respective light beams. However, in the apparatus used in this embodiment (for example, FIG. 5), the 0th-order diffracted light D o and the + 1st-order diffracted light D p irradiated on the wafer have almost the same wavefront aberration, and therefore the defocus amount ΔF is the same. However, the degree of blurring is less than that of the conventional exposure apparatus. That is, the depth of focus is deep.
【0040】また、図2においては0次回折光Do と+
1次回折光Dp とが光軸AXに対してほぼ対称となるも
のとしたが、焦点深度を増大させるためには、瞳面Ep
内でこの2つの回折光が光軸AXに関して対称となって
いる必要はなく、光軸AXからほぼ等距離となる位置を
通過すればよい。ここで、露光装置で使用するレチクル
のパターンの微細度(線幅、ピッチ)や方向性は一種類
に特定されるものではないため、本実施例で使用する投
影露光装置の照明光学系の瞳面において照明光束が通過
する局所領域の中心位置、例えば図5に示す2つのフラ
イアイレンズ群7B1 、7B2 の照明光学系の瞳面内で
の位置は、パターンの種類に応じて可変であることが望
ましい。つまり、これはレチクルへの照明光束の入射方
向や入射角の各々がパターンの描かれた方向や幅、ピッ
チによって決定されるからである。例えば、図2に示す
ようなX方向に配列された1次元のラインアンドスペー
スパターンの場合、照明光束L0はパターンに対して、
図に示すような方向から入射すればよい。すなわち照明
光束L0は、紙面に平行にレチクルRに入射するもので
ある。また、パターンから発生する0次回折光D0 と+
1次回折光Dp とが、瞳面Epにおいて光軸AXからほ
ぼ等距離となる位置を通るように照明光束L0の入射角
を決定すると、ウエハW上での像の焦点深度を大きくす
ることができる。Further, in FIG. 2, 0th-order diffracted light D o and +
The first-order diffracted light D p is assumed to be substantially symmetrical with respect to the optical axis AX, but in order to increase the depth of focus, the pupil plane Ep
It is not necessary that these two diffracted lights are symmetrical with respect to the optical axis AX, and may pass through positions that are substantially equidistant from the optical axis AX. Here, since the fineness (line width, pitch) and directionality of the pattern of the reticle used in the exposure apparatus are not specified to one type, the pupil of the illumination optical system of the projection exposure apparatus used in this embodiment is not limited. The center position of the local area through which the illumination light flux passes on the surface, for example, the positions of the two fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 in the pupil plane of the illumination optical system shown in FIG. 5 are variable according to the type of pattern. Is desirable. That is, this is because each of the incident direction and the incident angle of the illumination light flux on the reticle is determined by the direction in which the pattern is drawn, the width, and the pitch. For example, in the case of a one-dimensional line-and-space pattern arranged in the X direction as shown in FIG. 2, the illumination light flux L0 is
It may be incident from the direction shown in the figure. That is, the illumination light flux L0 is incident on the reticle R parallel to the paper surface. In addition, 0th-order diffracted light D 0 and + generated from the pattern
If the incident angle of the illumination light flux L0 is determined so that the first-order diffracted light D p passes through the position on the pupil plane Ep that is substantially equidistant from the optical axis AX, the depth of focus of the image on the wafer W can be increased. it can.
【0041】このようにして決定された入射方向に応じ
て照明光学系の瞳内での照明光束の通過する局所領域の
中心位置の光軸AXからの偏心方向を決定し、またパタ
ーンの線幅や周期性で決定される入射角に応じて光軸A
Xからの偏心量を決定することになる。照明光学系の瞳
面内での照明光束の通過する局所領域の中心位置は、以
上のように決定される。The eccentric direction from the optical axis AX of the central position of the local area where the illumination light flux passes within the pupil of the illumination optical system is determined according to the incident direction thus determined, and the line width of the pattern is determined. Or the optical axis A according to the incident angle determined by the periodicity
The amount of eccentricity from X will be determined. The center position of the local area through which the illumination light flux passes in the pupil plane of the illumination optical system is determined as described above.
【0042】2次元方向に描かれたパターンを照明する
場合、照明光束の方向も各パターンの方向に合わせて2
方向から照明するとよい。また、照明光束は2方向、す
なわち2本であるよりも、その2光束に対して夫々、投
影光学系の光軸について対称となる2光束を加えた計4
光束を用いると良い。その場合、これらの光束の光量重
心方向は投影光学系の光軸と一致するため、ウエハが微
小にデフォーカスした際に生じる像の横方向の位置ずれ
(テレセンずれ)を防止することができる。また、図2
に示すような1次元のラインアンドスペースパターンを
有するレチクルを照明する場合も、同様に投影光学系の
光軸についてほぼ対称な2光束で複数傾斜照明を行うと
良い。尚、1次元のパターンを照明する場合、パターン
から発生する0次回折光と1次回折光との強度比が正確
に1:1になるのであれば、光軸に対称な方向から2光
束で照明する必要はない。但し、これはパターンのピッ
チが1通りの場合に限定される。以上のことについて、
次に図3及び図4を用いて詳述する。When illuminating a pattern drawn in a two-dimensional direction, the direction of the illuminating light beam is adjusted to 2 in accordance with the direction of each pattern.
Illuminate from the direction. Further, the illuminating luminous fluxes are in two directions, that is, two luminous fluxes are added, and two luminous fluxes which are symmetric with respect to the optical axis of the projection optical system are added to the two luminous fluxes.
Use light flux. In that case, since the light amount centroid direction of these light fluxes coincides with the optical axis of the projection optical system, it is possible to prevent the lateral displacement (telecentric displacement) of the image that occurs when the wafer is slightly defocused. Also, FIG.
In the case of illuminating a reticle having a one-dimensional line-and-space pattern as shown in (1), it is also preferable to perform multi-tilt illumination with two light beams that are substantially symmetrical with respect to the optical axis of the projection optical system. When illuminating a one-dimensional pattern, if the intensity ratio of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light generated from the pattern is exactly 1: 1, illumination is performed with two light beams from a direction symmetrical to the optical axis. No need. However, this is limited to the case where there is only one pattern pitch. Regarding the above
Next, a detailed description will be given with reference to FIGS. 3 and 4.
【0043】図3は、本実施例で使用する装置(図1)
の一部を模式的に示した図であり、ここでは図1中のフ
ライアイレンズ群から投影光学系PLまでを示す。尚、
図3中ではリレーレンズ9、11及び可変ブラインド1
0を省略してある。さて、フライアイレンズ群(ここで
は図5中に示す2つのフライアイレンズ群7B1 、7B
2 が照明光路中に配置されているものとする)の射出端
は、レチクルパターンのフーリエ変換面(照明光学系の
瞳面)70にほぼ一致している。ここで、照明光学系の
瞳面70とレチクルRのパターン面とをフーリエ変換の
関係とならしめるコンデンサーレンズ12の焦点距離を
図3の如くfとする。FIG. 3 shows an apparatus used in this embodiment (FIG. 1).
2 is a diagram schematically showing a part of FIG. 1, in which the components from the fly-eye lens group to the projection optical system PL in FIG. 1 are shown. still,
In FIG. 3, the relay lenses 9 and 11 and the variable blind 1 are shown.
0 is omitted. Now, the fly-eye lens group (here, the two fly-eye lens groups 7B 1 and 7B shown in FIG.
2 is arranged in the illumination optical path), the exit end of the reticle pattern substantially coincides with the Fourier transform plane (pupil plane of the illumination optical system) 70. Here, the focal length of the condenser lens 12 that brings the pupil plane 70 of the illumination optical system and the pattern plane of the reticle R into a Fourier transform relationship is set to f as shown in FIG.
【0044】図4(B)、(D)は、図4(A)、
(C)に示すレチクルパターンRP1 、RP2 の各々に
対して焦点深度を最大とするための照明光束(局所領
域)の照明光学系の瞳面70内での位置(以下、簡単に
2次光源群(面光源)の位置と称す)を表す。また、前
述の如く照明光学系の瞳面70とレチクルパターンRP
1 とはフーリエ変換の関係であるので、照明光学系の瞳
面70内での2次光源群(フライアイレンズ群の射出端
面に相当)の位置は、レチクルRへの照明光L0の入射
角ψ(図2)の sinψと対応する。このとき、図3に示
す如くコンデンサーレンズ12の焦点距離がfであるの
で、照明光学系の瞳面70におけるフライアイレンズ群
7B1 、7B2 の各中心位置の光軸AXからの距離はf
×sin ψとなる。4 (B) and 4 (D) are shown in FIG.
The position of the illumination light flux (local area) for maximizing the depth of focus for each of the reticle patterns RP 1 and RP 2 shown in (C) in the pupil plane 70 of the illumination optical system (hereinafter, simply referred to as a secondary This is referred to as the position of a light source group (surface light source). Further, as described above, the pupil plane 70 of the illumination optical system and the reticle pattern RP
Since 1 has a Fourier transform relationship, the position of the secondary light source group (corresponding to the exit end surface of the fly-eye lens group) in the pupil plane 70 of the illumination optical system is determined by the angle of incidence of the illumination light L0 on the reticle R. Corresponds to sin ψ in ψ (Fig. 2). At this time, since the focal length of the condenser lens 12 is f as shown in FIG. 3, the distance from the optical axis AX of the center positions of the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 on the pupil plane 70 of the illumination optical system is f.
× sin ψ.
【0045】図4(A)は、いわゆる1次元ラインアン
ドスペースパターンであって、透過部Ra及び遮光部R
bがY方向に伸び、かつX方向にピッチPで規則的に並
んでいる。このとき、個々のフライアイレンズ群7
B1 、7B2 (すなわち2次光源群の位置)の最適位置
は、図4(B)に示すように照明光学系の瞳面70内に
仮定したY方向の線分Lα上、及び線分Lβ上の任意の
位置となる。図4(B)はレチクルパターンRP1 に対
応する照明光学系の瞳面70を光軸AX方向から見た図
であって、瞳面70内の規定した座標系XYは、同一方
向からレチクルパターンRP1 を見た図4(A)と同一
にしてある。FIG. 4A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern, in which a transmissive portion Ra and a light-shielding portion R are formed.
b extend in the Y direction and are regularly arranged at a pitch P in the X direction. At this time, the individual fly-eye lens group 7
The optimum positions of B 1 and 7B 2 (that is, the positions of the secondary light source groups) are on the line segment Lα in the Y direction assumed in the pupil plane 70 of the illumination optical system as shown in FIG. It is an arbitrary position on Lβ. FIG. 4B is a view of the pupil plane 70 of the illumination optical system corresponding to the reticle pattern RP 1 seen from the optical axis AX direction, and the coordinate system XY defined in the pupil plane 70 is the reticle pattern from the same direction. It is the same as FIG. 4A in which RP 1 is viewed.
【0046】さて、図4(B)に示すように瞳面70に
おいて、光軸AX(瞳中心)から各線分Lα、Lβまで
の距離α、βはα=βであり、λを露光波長としたと
き、α=β=f・(1/2)・(λ/P)に等しい。前
述の如くこの距離α、βをf×sinψと表せれば、 sin
ψ=λ/2Pであり、これは前述の数値と一致してい
る。従って、フライアイレンズ群7B1 、7B2 の各中
心(すなわち2次光源群の光量分布の各重心)位置が線
分Lα、Lβ上にあれば、図4(A)に示す如きライン
アンドスペースパターンに対して、フライアイレンズ群
7B1 、7B2 の各々からの照明光により発生する0次
回折光と±1次回折光のうちのいずれか一方との2つの
回折光は、投影光学系PLの瞳面Epにおいて光軸AX
からほぼ等距離となる位置を通ることになる。従って、
前述の如くラインアンドスペースパターン(図4
(A))に対する焦点深度を最大とすることができ、か
つ高解像度を得ることができる。Now, as shown in FIG. 4B, in the pupil plane 70, the distances α and β from the optical axis AX (center of the pupil) to the line segments Lα and Lβ are α = β, and λ is the exposure wavelength. Then, α = β = f · (1/2) · (λ / P). As described above, if these distances α and β can be expressed as f × sin ψ, sin
ψ = λ / 2P, which is in agreement with the above-mentioned numerical value. Therefore, if the positions of the centers of the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 (that is, the centers of gravity of the light amount distribution of the secondary light source group) are on the line segments Lα and Lβ, the line and space shown in FIG. With respect to the pattern, the two diffracted lights of the 0th-order diffracted light and the ± 1st-order diffracted light generated by the illumination light from each of the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 are generated by the projection optical system PL. Optical axis AX at pupil plane Ep
You will pass through a position that is almost equidistant from. Therefore,
As described above, the line and space pattern (Fig. 4
The depth of focus for (A) can be maximized, and high resolution can be obtained.
【0047】一方、図4(C)はレチクルパターンがい
わゆる孤立スペースパターンである場合であり、かつパ
ターンRP2 のX方向(横方向)ピッチがPx、Y方向
(縦方向)ピッチがPyとなっているものとする。図4
(D)は、この場合の各フライアイレンズ群7B1 、7
B2 の最適位置を表す図であり、図4(C)との位置、
回転関係は図4(A)、(B)の関係と同じである。
尚、2次元パターンRP 2 の場合には照明光学系の瞳面
70において4つの局所領域(照明光束)を形成してお
くことが望ましく、従って上記構成の装置(図1)では
フライアイレンズ群を4つ設けておけば良い(例えば図
5中の7D1 〜7D4 )。On the other hand, FIG. 4C shows the reticle pattern.
This is the case when the isolated space pattern is
Turn RP2X direction (horizontal direction) pitch is Px, Y direction
It is assumed that the pitch (vertical direction) is Py. Figure 4
(D) is each fly-eye lens group 7B in this case1, 7
B2It is a figure showing the optimal position of, and the position with FIG. 4 (C),
The rotational relationship is the same as the relationship shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
Two-dimensional pattern RP 2In the case of, the pupil plane of the illumination optical system
At 70, four local regions (illumination luminous flux) are formed.
Therefore, in the device having the above configuration (FIG. 1),
It is sufficient to provide four fly-eye lens groups (see the figure
7D in 51~ 7DFour).
【0048】さて、図4(C)の如き2次元パターンR
P2 に照明光が入射すると、パターンRP2 の2次元方
向の周期性(X:Px、Y:Py)に応じた2次元方向
に回折光が発生する。図4(C)の如き2次元パターン
RP2 においても、回折光中の0次回折光と±1次回折
光のうちのいずれか一方とが投影光学系PLの瞳面Ep
において光軸AXからほぼ等距離となる位置を通るよう
にすれば、焦点深度を最大とすることができる。図4
(C)のパターンRP2 ではX方向のピッチはPxであ
るから、図4(D)に示す如くα=β=f・(1/2)
・(λ/Px)となる線分Lα、Lβ上に2つのフライ
アイレンズ群(2次光源群)の各中心があれば、2次元
パターンRP2 のX方向成分について焦点深度を最大と
することができる。同様に、γ=ε=f・(1/2)・
(λ/Py)となる線分Lγ、Lε上に2つのフライア
イレンズ群(2次光源群)の各中心があれば、2次元パ
ターンRP2 のY方向成分について焦点深度を最大とす
ることができる。Now, the two-dimensional pattern R as shown in FIG.
When the illumination light is incident on P 2 , diffracted light is generated in the two-dimensional direction according to the periodicity (X: Px, Y: Py) of the pattern RP 2 in the two-dimensional direction. Also in the two-dimensional pattern RP 2 as shown in FIG. 4C, one of the 0th order diffracted light and the ± 1st order diffracted light in the diffracted light is the pupil plane Ep of the projection optical system PL.
The depth of focus can be maximized by passing through a position that is substantially equidistant from the optical axis AX. Figure 4
In the pattern RP 2 of (C), the pitch in the X direction is Px, so α = β = f · (1/2) as shown in FIG. 4 (D).
If the centers of the two fly-eye lens groups (secondary light source groups) are on the line segments Lα and Lβ that are (λ / Px), the depth of focus is maximized for the X-direction component of the two-dimensional pattern RP 2. be able to. Similarly, γ = ε = f · (1/2) ·
If the centers of the two fly-eye lens groups (secondary light source groups) are on the line segments Lγ and Lε that are (λ / Py), the depth of focus is maximized for the Y-direction component of the two-dimensional pattern RP 2. You can
【0049】以上、図4(B)または(D)に示した瞳
面70内の各位置に配置したフライアイレンズ群(2次
光源群)からの照明光束がレチクルパターンRP1 また
はRP2 に入射すると、レチクルパターンからの+1次
回折光成分Dp または−1次回折成分Dm のいずれか一
方と0次光回折光成分Do とが、投影光学系PLの瞳面
Epにおいて光軸AXからほぼ等距離となる位置を通過
することになる。従って、前述の通り高解像及び大焦点
深度の投影型露光装置が実現できる。As described above, the illumination light flux from the fly-eye lens group (secondary light source group) arranged at each position in the pupil plane 70 shown in FIG. 4 (B) or (D) becomes the reticle pattern RP 1 or RP 2 . Upon incidence, either the + 1st-order diffracted light component D p or the −1st-order diffracted light component D m from the reticle pattern and the 0th-order diffracted light component D o are from the optical axis AX at the pupil plane Ep of the projection optical system PL. It will pass through positions that are almost equidistant. Therefore, as described above, a projection type exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus can be realized.
【0050】ここでは、レチクルパターンとして図4
(A)または(C)に示した2例のみについて考えた
が、他のパターンであってもその周期性(微細度)に着
目し、そのパターンからの+1次回折光成分または−1
次回折光成分のいずれか一方と0次回折光成分との2光
束が、投影光学系PLの瞳面Epにおいて光軸AXから
ほぼ等距離となる位置を通過するように、照明光学系の
瞳面70における各フライアイレンズ群(2次光源群)
の中心位置を設定すればよい。尚、他の回折光、例えば
±2次回折光のうちのいずれか一方と0次回折光との位
置関係が、投影光学系の瞳面において光源AXからほぼ
等距離となるようにしてもよい。Here, the reticle pattern shown in FIG.
Although only the two examples shown in (A) or (C) were considered, the + 1st-order diffracted light component or -1 from the pattern is focused on the periodicity (fineness) of other patterns.
The pupil plane 70 of the illumination optical system is so arranged that two light fluxes of one of the second-order diffracted light components and the 0th-order diffracted light component pass through the position on the pupil plane Ep of the projection optical system PL that is substantially equidistant from the optical axis AX. Fly eye lens group (secondary light source group)
Set the center position of. The other diffracted light, for example, one of ± 2nd-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light may have a positional relationship that is substantially equidistant from the light source AX on the pupil plane of the projection optical system.
【0051】また、レチクルパターンが図4(D)の如
く2次元の周期性パターンを含む場合、特定の1つの0
次回折光成分に着目したとき、投影光学系PLの瞳面E
p上ではその1つの0次回折光成分を中心としてX方向
(第1方向)に分布する1次以上の高次回折光成分と、
Y方向(第2方向)に分布する1次以上の高次回折光成
分とが存在し得る。そこで、特定の1つの0次回折光成
分に対して2次元のパターンの結像を良好に行うものと
すると、第1方向に分布する高次回折光成分の1つと、
第2方向に分布する高次回折光成分の1つと、特定の0
次回折光成分との3つが、瞳面Ep上で光軸AXからほ
ぼ等距離に分布するように、特定の0次回折光成分(1
つの2次光源群としてのフライアイレンズ群)の位置を
調節すれば良い。例えば、図4(D)中でフライアイレ
ンズ群(2次光源群)の各中心位置を点Pζ、Pη、P
κ、Pμのいずれかと一致させると良い。点Pζ、P
η、Pκ、Pμはいずれも線分LαまたはLβ(X方向
の周期性について最適な位置、すなわち0次回折光とX
方向の±1次回折光の一方とが投影光学系の瞳面Ep上
で光軸からほぼ等距離となる位置)、及び線分Lγまた
はLε(Y方向の周期性について最適な位置)の交点で
あるため、X方向、Y方向のいずれかのパターン方向に
ついても最適な光源位置である。Further, when the reticle pattern includes a two-dimensional periodic pattern as shown in FIG. 4D, one specific 0
Focusing on the second-order diffracted light component, the pupil plane E of the projection optical system PL
On p, a first-order or higher-order diffracted light component distributed in the X direction (first direction) centering on the one zero-order diffracted light component,
There may be first-order or higher-order diffracted light components distributed in the Y direction (second direction). Therefore, assuming that a two-dimensional pattern is satisfactorily formed on one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction,
One of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0
The three 0th-order diffracted light components are distributed in the pupil plane Ep at almost the same distance from the optical axis AX.
It suffices to adjust the position of the fly-eye lens group) as the two secondary light source groups. For example, in FIG. 4D, the respective center positions of the fly-eye lens group (secondary light source group) are set to points Pζ, Pη, P.
It is better to match either κ or Pμ. Points Pζ, P
η, Pκ, and Pμ are all line segments Lα or Lβ (the optimum position for the periodicity in the X direction, that is, the 0th-order diffracted light and X
Direction ± 1st-order diffracted light is located at an equal distance from the optical axis on the pupil plane Ep of the projection optical system), and the line segment Lγ or Lε (the optimal position for the periodicity in the Y direction). Therefore, the light source position is optimal in either the X direction or the Y direction.
【0052】尚、以上において2次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に2次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
は上記の方法を適用することができる。また、レチクル
上のパターンが複数の方向性、または微細度を有してい
る場合、各フライアイレンズ群の最適位置は、上述のよ
うにパターンの各方向性及び微細度に対応したものとな
るが、あるいは各最適位置の平均位置に各フライアイレ
ンズ群を配置するようにしても良い。また、この平均位
置は、パターンの微細度や重要度に応じた重みを加味し
た荷重平均としてもよい。In the above description, a pattern having a two-dimensional directivity at the same location on the reticle is assumed as a two-dimensional pattern. The above method can be applied to. When the pattern on the reticle has a plurality of directions or fineness, the optimum position of each fly-eye lens group corresponds to each direction and fineness of the pattern as described above. Alternatively, each fly-eye lens group may be arranged at the average position of each optimum position. Further, this average position may be a weighted average in which a weight corresponding to the fineness or importance of the pattern is added.
【0053】さらに、各フライアイレンズ群を射出した
光束は、それぞれレチクルに対して傾いて入射する。こ
のとき、これらの傾いた入射光束(複数)の光量重心の
方向がレチクルに対して垂直でないと、ウエハWの微小
デフォーカス時に、転写像の位置がウエハ面内方向にシ
フトするという問題が発生する。これを防止するため
に、各フライアイレンズ群からの照明光束(複数)の光
量重心の方向は、レチクルパターンと垂直、すなわち光
軸AXと平行であるようにする。つまり、各フライアイ
レンズ群に光軸(中心線)を仮定したとき、投影光学系
PLの光軸AXを基準としたその光軸(中心線)のフー
リエ変換面内での位置ベクトルと、各フライアイレンズ
群から射出される光量との積のベクトル和がほぼ零にな
るようにすれば良い。また、より簡単な方法としては、
2次光源を2m個(mは自然数)とし、そのうちのm個
の位置を前述の最適化方法(図4)により決定し、残る
m個は前記m個と光軸AXについてほぼ対称となる位置
に配置すれば良い。次に、図5を参照して照明条件の変
更、特に通常照明と複数傾斜照明とを切り替えるために
用いられるフライアイレンズ群の交換機構について説明
する。図5に示すように、本実施例ではレチクルパター
ンの周期性の違いに応じて光軸AXに対する偏心状態を
互いに異ならせて固定された4種類のフライアイレンズ
群7A〜7Dが保持部材7に一体に設けられており、駆
動系54により保持部材7を駆動(回転)させることに
よって、複数のフライアイレンズ群7A〜7Dの各々を
交換可能に照明光学系の光路中に配置できるようになっ
ている。ここではフライアイレンズ群7B〜7Dの各々
が照明光路中に配置されたときに、各フライアイレンズ
群が光軸AXに関してほぼ対称に配置されている。尚、
図1では通常照明時に用いられるフライアイレンズ群7
Aが照明光路中に配置されている様子を示している。図
5において、例えばフライアイレンズ群7B1 、7B2
を照明光路中に配置したとき、その各中心(換言すれ
ば、フライアイレンズ群7B1 、7B2 の各々における
2次光源像が作る各光量分布の重心)がレチクルパター
ンの周期性に応じて決まる量だけ、光軸AXに対して偏
心した離散的な位置に設定されるように、フライアイレ
ンズ群7B1 、7B2 は一体に保持部材(回転ターレッ
ト板)7に保持されている。尚、フライアイレンズ群7
B〜7Dの各々において、各フライアイレンズ群はその
位置がレチクルパターンの周期性に対応して移動できる
ようになっていることが望ましい。Further, the light fluxes emitted from the respective fly-eye lens groups are obliquely incident on the reticle. At this time, if the direction of the light amount center of gravity of these inclined incident light beams (plurality) is not perpendicular to the reticle, the position of the transferred image shifts in the in-plane direction of the wafer when the wafer W is slightly defocused. To do. In order to prevent this, the direction of the light amount centroid of the illumination light fluxes (plurality) from each fly-eye lens group is set to be perpendicular to the reticle pattern, that is, parallel to the optical axis AX. That is, when an optical axis (center line) is assumed for each fly-eye lens group, a position vector in the Fourier transform plane of the optical axis (center line) with reference to the optical axis AX of the projection optical system PL, and It suffices that the vector sum of the product of the light amount emitted from the fly-eye lens group becomes substantially zero. Also, as an easier way,
The number of secondary light sources is set to 2m (m is a natural number), and the positions of m of them are determined by the above-described optimization method (FIG. 4), and the remaining m are positions that are substantially symmetrical with respect to the m and the optical axis AX. You can place it in. Next, with reference to FIG. 5, a change mechanism of the fly-eye lens group used for changing the illumination condition, particularly for switching between the normal illumination and the plurality of inclined illuminations will be described. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, four types of fly-eye lens groups 7A to 7D, which are fixed by changing the eccentricity with respect to the optical axis AX in accordance with the difference in the periodicity of the reticle pattern, are attached to the holding member 7. It is integrally provided, and by driving (rotating) the holding member 7 by the drive system 54, each of the plurality of fly-eye lens groups 7A to 7D can be replaceably arranged in the optical path of the illumination optical system. ing. Here, when each of the fly-eye lens groups 7B to 7D is arranged in the illumination optical path, the fly-eye lens groups are arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis AX. still,
In FIG. 1, a fly-eye lens group 7 used for normal illumination
It is shown that A is arranged in the illumination optical path. In FIG. 5, for example, fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2
Are arranged in the illumination optical path, their centers (in other words, the centers of gravity of the respective light amount distributions formed by the secondary light source images in each of the fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 ) depend on the periodicity of the reticle pattern. The fly-eye lens groups 7B 1 and 7B 2 are integrally held by a holding member (rotary turret plate) 7 so as to be set at discrete positions decentered with respect to the optical axis AX by a determined amount. In addition, fly eye lens group 7
In each of B to 7D, it is desirable that the position of each fly-eye lens group can be moved according to the periodicity of the reticle pattern.
【0054】ここで、例えばフライアイレンズ群7
B1 、7B2 の各々は、同一の形状、同一の材質(屈折
率)のものであることが望ましい。さらに、図1に示し
た個々のフライアイレンズ群7Aの各レンズエレメント
は、両凸レンズとし、かつ光源側焦点面と入射面、レチ
クル側焦点面と射出面がそれぞれ一致する場合の例であ
ったが、フライアイレンズ群のレンズエレメントはこの
関係を厳密に満たさなくても良く、またレンズエレメン
トは平凸レンズ、凸平レンズ、あるいは平凹レンズであ
っても良い。Here, for example, the fly-eye lens group 7
It is desirable that each of B 1 and 7B 2 has the same shape and the same material (refractive index). Further, each lens element of the individual fly-eye lens group 7A shown in FIG. 1 is a biconvex lens, and the light source side focal plane coincides with the incident surface, and the reticle side focal plane coincides with the exit surface. However, the lens elements of the fly-eye lens group do not have to strictly satisfy this relationship, and the lens elements may be plano-convex lenses, convex-plano lenses, or plano-concave lenses.
【0055】さて、図5は保持部材の具体的な構成を示
す図であって、ここでは4種類のフライアイレンズ群7
A〜7Dが約90°間隔で、回転軸7aを中心として回
転可能な保持部材(ターレット板)7上に配置されてい
る。4種類のフライアイレンズ群7A〜7Dの各々は、
レチクルパターンの周期性の違いに応じて各フライアイ
レンズ群が、光軸AX(保持部材の中心)に対する偏心
状態(すなわち光軸AXとほぼ垂直な面内での位置)を
互いに異ならせて保持されている。フライアイレンズ群
7B、7Cはともに、2つのフライアイレンズ群(7B
1 、7B2 )、(7C1 、7C2 )を有しており、これ
らフライアイレンズ群は照明光学系中に配置されたとき
に、その配列方向が互いにほぼ直交するように固定され
ている。フライアイレンズ群7Dは、4つのフライアイ
レンズ群7D1 〜7D4 をその中心7d(光軸AX)か
らほぼ等距離に配置、固定する。フライアイレンズ群7
Aは照明光学系中に配置されたときにその中心が光軸A
Xとほぼ一致するように固定され、従来方式の露光を行
う場合に用いられる。FIG. 5 is a diagram showing a specific structure of the holding member, and here, four types of fly-eye lens groups 7 are used.
A to 7D are arranged at intervals of about 90 ° on a holding member (turret plate) 7 that is rotatable around the rotation shaft 7a. Each of the four types of fly-eye lens groups 7A to 7D is
The fly-eye lens groups hold different eccentric states (that is, positions in a plane substantially perpendicular to the optical axis AX) with respect to the optical axis AX (center of the holding member) depending on the periodicity of the reticle pattern. Has been done. The fly-eye lens groups 7B and 7C are both two fly-eye lens groups (7B
1 , 7B 2 ), (7C 1 , 7C 2 ), and when these fly-eye lens groups are arranged in the illumination optical system, they are fixed so that their arrangement directions are substantially orthogonal to each other. . Fly-eye lens unit 7D are approximately equidistant to place the four fly's eye lens 7D 1 ~7D 4 from its center 7d (optical axis AX), and fixed. Fly's eye lens group 7
A is the optical axis A when its center is placed in the illumination optical system.
It is fixed so that it almost coincides with X, and is used when the conventional exposure is performed.
【0056】図5から明らかなように、前述の如くレチ
クルバーコードBCの情報に従って、モータ及びギア等
から成る駆動素子55によりターレット板7を回転させ
ることによって、4種類のフライアイレンズ群7A〜7
Dの各々を交換でき、レチクルパターンの周期性(ピッ
チ、配列方向等)に応じた所望の保持部材を照明光学系
中に配置することが可能となる。このとき、駆動素子5
5は位置決め用としても使用されるので、例えばロータ
リーエンコーダ等の回転角度計測部材を設けておくこと
が望ましい。尚、複数のフライアイレンズ群の各々は、
図5に示したように16個(フライアイレンズ群7Aの
み36個)のレンズエレメントで構成されるが、これに
限定されるものではなく、極端な場合1個のレンズエレ
メントで構成されたフライアイレンズ群としても良い。As is apparent from FIG. 5, the turret plate 7 is rotated by the drive element 55 including a motor and a gear according to the information of the reticle bar code BC as described above, and the four types of fly-eye lens groups 7A to 7A. 7
Each D can be exchanged, and a desired holding member according to the periodicity (pitch, arrangement direction, etc.) of the reticle pattern can be arranged in the illumination optical system. At this time, the driving element 5
Since 5 is also used for positioning, it is desirable to provide a rotation angle measuring member such as a rotary encoder. In addition, each of the plurality of fly-eye lens groups,
As shown in FIG. 5, it is composed of 16 lens elements (36 elements only for the fly-eye lens group 7A), but it is not limited to this, and in the extreme case, a fly element composed of one lens element is used. It may be an eye lens group.
【0057】また、4種類のフライアイレンズ群7A〜
7Dの各々において、図5中に実線にて示した円(照明
光束の照射領域に相当)内でフライアイレンズ群以外を
遮光部とする、あるいはターレット板7の後方(レチク
ル側)に遮光部材を配置することが望ましい。また、レ
チクルパターンへの照明光束の入射角度等を厳密に設定
する必要がある場合には、保持部材において複数のフラ
イアイレンズ群の各々を、光軸AXを中心としてその半
径方向(放射方向)に微動可能に、さらに光軸AXを中
心として複数のフライアイレンズ群の各々を回転可能に
構成しても良い。Further, four types of fly-eye lens groups 7A to
In each of 7D, a portion other than the fly-eye lens group is used as a light-shielding portion within a circle (corresponding to the irradiation area of the illumination light flux) shown in FIG. 5 or a light-shielding member is provided behind the turret plate 7 (on the reticle side). It is desirable to arrange. Further, when it is necessary to strictly set the incident angle of the illumination light flux to the reticle pattern, each of the plurality of fly-eye lens groups in the holding member is set in the radial direction (radiation direction) about the optical axis AX. It may be configured such that it can be slightly moved, and each of the plurality of fly-eye lens groups can be rotated around the optical axis AX.
【0058】また、図1から明らかなように、本実施例
では4種類のフライアイレンズ群7A〜7Bの各々に対
して、照明光束をフラッドに入射させるだけの大きな径
のレンズ系(集光光学系6)を用いていたが、このよう
な構成ではレチクルRを照射する照明光量の損失が大き
くなる。そこで、光量損失を防止するために、図6に示
すようにフライアイレンズ群の光源側焦点面での光量分
布を、個々のフライアイレンズ位置近傍のみに集中させ
る光学部材(インプット光学系)を設けることが望まし
い。Further, as is apparent from FIG. 1, in this embodiment, a lens system having a large diameter (condensing light) is incident on each of the four types of fly-eye lens groups 7A to 7B so that the illumination light beam enters the flood. Although the optical system 6) was used, the loss of the amount of illumination light that irradiates the reticle R becomes large in such a configuration. Therefore, in order to prevent light amount loss, an optical member (input optical system) for concentrating the light amount distribution on the light source side focal plane of the fly's eye lens group only near each fly eye lens position as shown in FIG. It is desirable to provide it.
【0059】図6は保持部材の変形例を示す図であっ
て、インプット光学系(光ファイバー束71、72)と
保持部材(82、84)とが一体に可動部材(支持棒8
6)に固定されている。ここでは光ファイバー束を用い
る場合について説明するが、インプット光学系は他の部
材、例えば回折格子や多面プリズム等であっても構わな
い。FIG. 6 is a view showing a modification of the holding member. The input optical system (optical fiber bundles 71, 72) and the holding members (82, 84) are integrally movable members (support rods 8).
It is fixed to 6). Although the case where an optical fiber bundle is used is described here, the input optical system may be another member, for example, a diffraction grating or a polygonal prism.
【0060】図6において、2つのフライアイレンズ群
80A、80Bは保持部材82により一体に保持され、
光ファイバー束71はその入射部71aと射出部71b
とが共に固定具83により保持されるとともに、保持部
材82は固定具83に一体に固定されている。また、保
持部材82の内部はフライアイレンズ群80A、80B
を除いて遮光部(図中の斜線部)となっている。一方、
交換用のフライアイレンズ群81A、81Bは保持部材
84により一体に保持され、光ファイバー束72はその
入射部72aと射出部72bとが共に固定具85により
保持されるとともに、保持部材84は固定具85に一体
に固定されており、上記と同様にその内部は遮光部とな
っている。さらに、固定具83、85は連結部材87に
より接続、固定されている。従って、保持部材の交換に
際しては固定具ごと交換を行えば良い。尚、図6では固
定具83が照明光学系中に存在し、交換用の固定具85
は照明光学系から外れた位置に設定されている。また、
集光光学系6より光源側、及びリレーレンズ9よりレチ
クル側は、例えば図1と同じ構成であるとする。In FIG. 6, the two fly-eye lens groups 80A and 80B are integrally held by a holding member 82,
The optical fiber bundle 71 has an entrance 71a and an exit 71b.
Both are held by the fixture 83, and the holding member 82 is integrally fixed to the fixture 83. Further, the inside of the holding member 82 has a fly-eye lens group 80A, 80B.
It is a light-shielding portion (hatched portion in the figure) except for. on the other hand,
The replacement fly-eye lens groups 81A and 81B are integrally held by a holding member 84, the optical fiber bundle 72 is held by a fixture 85 at both the incident portion 72a and the emission portion 72b thereof, and the holding member 84 is also a fixture. It is integrally fixed to 85, and like the above, the inside thereof serves as a light shielding portion. Further, the fixtures 83 and 85 are connected and fixed by a connecting member 87. Therefore, when replacing the holding member, it is sufficient to replace the fixing member together. In FIG. 6, the fixture 83 is present in the illumination optical system, and the replacement fixture 85 is used.
Is set at a position outside the illumination optical system. Also,
The light source side of the condensing optical system 6 and the reticle side of the relay lens 9 are assumed to have the same configuration as in FIG. 1, for example.
【0061】ところで、保持部材の交換は、駆動素子8
8により支持棒86を押し引きすることによって行われ
る。従って、図6の如くフライアイレンズ群の交換に際
してフライアイレンズ群と光ファイバー束とを一体に交
換可能に構成しておけば、上記一体となった部材群(固
定具)と照明光学系全体とを位置合わせするだけで良
く、交換毎の各部材(フライアイレンズ群、光ファイバ
ー束等)間の位置調整が不要となるといった利点があ
る。このとき、駆動素子88は位置決め用としても使用
されるので、例えばリニアリーエンコーダ、ポテンショ
メータ等の位置計測部材を設けておくことが望ましい。By the way, the replacement of the holding member is performed by the driving element 8
8 by pushing and pulling the support rod 86. Therefore, as shown in FIG. 6, when the fly-eye lens group is replaced, the fly-eye lens group and the optical fiber bundle can be integrally replaced, so that the integrated member group (fixture) and the entire illumination optical system. There is an advantage that it is not necessary to adjust the positions of the respective members (the fly-eye lens group, the optical fiber bundle, etc.) for each replacement only by aligning the positions. At this time, since the drive element 88 is also used for positioning, it is desirable to provide a position measuring member such as a linearly encoder or a potentiometer.
【0062】尚、図5、図6中に示した保持部材毎のフ
ライアイレンズ群、及びフライアイレンズ群を成すレン
ズエレメントの数は任意で良く、さらにフライアイレン
ズ群及びレンズエレメントの入射面または射出面の形状
は長方形に限定されるものではない。また、図5、図6
に示した複数のフライアイレンズ群の各位置(光軸と垂
直な面内での位置)、換言すれば選択すべき保持部材
は、転写すべきレチクルパターンに応じて決定(変更)
するのが良い。この場合の決定(選択)方法は先に述べ
た通り、各フライアイレンズ群からの照明光束が転写す
べきパターンの微細度(ピッチ)に対して最適な解像
度、及び焦点深度の向上効果を得られるようにレチクル
パターンに入射する位置(入射角ψ)、もしくはその近
傍にフライアイレンズ群を有する保持部材とすれば良
い。The fly-eye lens group for each holding member shown in FIGS. 5 and 6 and the number of lens elements forming the fly-eye lens group may be arbitrary, and the fly-eye lens group and the incident surface of the lens element may be arbitrary. Alternatively, the shape of the exit surface is not limited to a rectangle. Also, FIGS.
Each position (position in the plane perpendicular to the optical axis) of the plurality of fly-eye lens groups shown in, that is, the holding member to be selected is determined (changed) according to the reticle pattern to be transferred.
Good to do. As described above, the determination (selection) method in this case is to obtain the optimum resolution and the effect of improving the depth of focus with respect to the fineness (pitch) of the pattern to be transferred by the illumination light flux from each fly-eye lens group. As described above, a holding member having a fly-eye lens group at or near the position of incidence on the reticle pattern (incident angle ψ) may be used.
【0063】また、複数のフライアイレンズ群の各々の
近傍に照明光束を集中するための光学部材(インプット
光学系)として、特に光ファイバー束(図6)を用いる
場合には、フライアイレンズ群の移動に伴ってその複数
の射出端の各々も移動するように構成しておく、例えば
射出端とフライアイレンズ群とを一体に固定しておけば
良い。また、保持部材の回転に伴って矩形状のフライア
イレンズ群も相対的に傾くが、保持部材を回転させる際
には上記傾きを生じさせずに、フライアイレンズ群の位
置のみが移動するように構成することが望ましい。ま
た、フライアイレンズ群を交換する際には上記インプッ
ト光学系やその射出面近傍に配置される可変開口絞り8
も交換する必要があるので、これらの光学部材をフライ
アイレンズ群毎に保持部材7に一体に固定しておくこと
が望ましい。When an optical fiber bundle (FIG. 6) is used as an optical member (input optical system) for concentrating the illumination light flux near each of the plurality of fly-eye lens groups, the fly-eye lens group Each of the plurality of emission ends is moved along with the movement, for example, the emission end and the fly-eye lens group may be integrally fixed. Further, although the rectangular fly's eye lens group also tilts relatively with the rotation of the holding member, when the holding member is rotated, only the position of the fly eye lens group moves without causing the tilt. It is desirable to configure When the fly-eye lens group is replaced, the variable aperture stop 8 arranged near the input optical system or its exit surface is used.
Since it is also necessary to replace them, it is desirable to integrally fix these optical members to the holding member 7 for each fly-eye lens group.
【0064】また、図5に示した複数のフライアイレン
ズ群7A〜7Dの各々において、各フライアイレンズ群
の射出端面積は、そのフライアイレンズ群を透過する照
明光束のレチクルRに対する開口数と投影光学系PLの
レチクル側開口数(NAR )との比、いわゆるσ値が
0.1〜0.3程度になるように設定することが望まし
い。σ値が0.1より小さいと、転写像のパターン忠実
度が劣化し、0.3より大きいと、解像度向上や焦点深
度増大の効果が弱くなってしまう。また、フライアイレ
ンズ群の1つによって決まるσ値の条件(0.1≦σ≦
0.3程度)を満たすために、個々のフライアイレンズ
群の射出端面積の大きさ(光軸と垂直な面内方向の大き
さ)を、照明光束(射出光束)にあわせて決定しても良
い。In each of the plurality of fly-eye lens groups 7A to 7D shown in FIG. 5, the exit end area of each fly-eye lens group is the numerical aperture of the illuminating light flux passing through the fly-eye lens group with respect to the reticle R. It is desirable that the ratio of the numerical aperture (NA R ) of the projection optical system PL to the reticle side, that is, the so-called σ value is set to about 0.1 to 0.3. When the σ value is smaller than 0.1, the pattern fidelity of the transferred image is deteriorated, and when it is larger than 0.3, the effect of improving the resolution and increasing the depth of focus is weakened. Also, the condition of the σ value determined by one of the fly-eye lens groups (0.1 ≦ σ ≦
In order to satisfy the above condition, the size of the exit end area of each fly-eye lens group (the size in the in-plane direction perpendicular to the optical axis) is determined according to the illumination light flux (emission light flux). Is also good.
【0065】尚、各フライアイレンズ群のレチクル側焦
点面近傍に、それぞれ可変開口絞りを設けて、各フライ
アイレンズ群からの光束の開口数を可変として、σ値を
変えても良い。それとあわせて、投影光学系PLの瞳面
近傍に配置された可変開口絞り(NA制限絞り)32と
共働して、投影系としてのNAも、σ値をより最適化す
ることもできる。A variable aperture stop may be provided in the vicinity of the reticle-side focal plane of each fly-eye lens group to change the numerical aperture of the light flux from each fly-eye lens group to change the σ value. At the same time, in cooperation with the variable aperture stop (NA limiting stop) 32 arranged near the pupil plane of the projection optical system PL, the NA of the projection system and the σ value can be further optimized.
【0066】また、各フライアイレンズ群に入射する光
束は、各フライアイレンズ群の入射端面よりもある程度
外側まで広く照明されており、かつ、各フライアイレン
ズ群に入射する光量分布が均一であると、レチクルパタ
ーン面での照度均一性を一層高められるので好ましい。
例えば図6において、インプット光学系71、72より
も光源側、すなわち入射部71a、72aの入射面近傍
に、さらに別のフライアレイレンズを追加して、2段の
インテグレータ構造としてもよい。このとき、1段目
(光源側)のフライアイレンズは単独のもの、すなわち
照明光学系の瞳面の全面に広がる1つの大きなフライア
イレンズである。尚、1段目(光源側)のフライアイレ
ンズのレチクル側焦点面(射出側焦点面)は、照明光学
系の瞳面の近傍面内に配置されることになる。さらに、
1段目のフライアイレンズの射出面は、2段目のフライ
アイレンズ群の入射面に対するフーリエ変換面になって
いる。但し、厳密にフーリエ変換の関係に維持される必
要はなく、要は1段目のフライアイレンズの各エレメン
トから射出した光束が、2段目のフライアイレンズの入
射面上で重畳されるような関係が維持されていれば良
い。また、本実施例ではオプチカルインテグレータとし
てフライアイ型インテグレータを用いていたが、例えば
角柱状のロッド型インテグレータを用いても構わない。
さらに、角柱状のロッド型インテグレータとフライアイ
型インテグレータとを組み合わせて、上記の如き2段の
インテグレータ構造としても良い。このような構成につ
いては特開平1−271718号公報等に開示されてい
る。The light flux entering each fly-eye lens group is illuminated to a degree outside the entrance end surface of each fly-eye lens group to a certain extent, and the distribution of the amount of light entering each fly-eye lens group is uniform. It is preferable because the illuminance uniformity on the reticle pattern surface can be further enhanced.
For example, in FIG. 6, another fly array lens may be added to the light source side of the input optical systems 71 and 72, that is, in the vicinity of the incident surfaces of the incident portions 71a and 72a to form a two-stage integrator structure. At this time, the first-stage (light source side) fly-eye lens is a single one, that is, one large fly-eye lens that spreads over the entire pupil plane of the illumination optical system. The reticle side focal plane (emission side focal plane) of the first-stage (light source side) fly-eye lens is arranged in the plane in the vicinity of the pupil plane of the illumination optical system. further,
The exit surface of the first-stage fly-eye lens is a Fourier transform surface with respect to the entrance surface of the second-stage fly-eye lens group. However, it is not necessary to strictly maintain the relationship of the Fourier transform so that the light flux emitted from each element of the first-stage fly-eye lens is superposed on the incident surface of the second-stage fly-eye lens. It is good if the relationship is maintained. Further, although the fly-eye type integrator is used as the optical integrator in the present embodiment, for example, a prismatic rod-type integrator may be used.
Further, a prismatic rod type integrator and a fly's eye type integrator may be combined to form the two-stage integrator structure as described above. Such a structure is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-271718.
【0067】また、本実施例ではレチクルパターンに対
応して照明条件を変更する際、ターレット板7を回転さ
せて所望のフライアイレンズ群を照明光路中に配置する
こととしたが、例えば照明光学系の瞳面近傍に配置する
フライアイレンズ群を、その瞳面全面に広がる1つの大
きなフライアイレンズのみとし、レチクルパターンの微
細度に対応して、照明光学系の瞳面またはその共役面内
を通る照明光束を、照明光学系の光軸から偏心した位置
に中心を有する少なくとも1つの局所領域に制限するよ
うに、複数の開口部(例えばフライアイレンズ群7
B1 、7B2 に相当)を備えた空間フィルターの複数を
交換可能に、フライアイレンズ群の射出面(レチクル側
焦点面)近傍に配置するように構成するだけでも良い。
このとき、レチクル面上での照度均一性を考慮して、フ
ライアイレンズ群の各エレメントを細かくする(断面積
を小さくする)ことが望ましい。Further, in this embodiment, when the illumination condition is changed corresponding to the reticle pattern, the turret plate 7 is rotated to arrange the desired fly-eye lens group in the illumination optical path. The fly-eye lens group to be placed near the pupil plane of the system is only one large fly-eye lens that spreads over the entire pupil plane, and it corresponds to the fineness of the reticle pattern within the pupil plane of the illumination optical system or its conjugate plane. A plurality of apertures (for example, the fly-eye lens group 7) so as to limit the illumination light flux passing through to at least one local region having a center at a position decentered from the optical axis of the illumination optical system.
A plurality of spatial filters provided with B 1 and 7B 2 ) may be exchangeably arranged and arranged in the vicinity of the exit surface (reticle side focal plane) of the fly-eye lens group.
At this time, it is desirable to make each element of the fly-eye lens group fine (to reduce the cross-sectional area) in consideration of the illuminance uniformity on the reticle surface.
【0068】次に、図8を参照して照明条件変更の一例
と各照明条件のもとでの投影光学系の瞳面近傍における
光量分布について説明する。尚、図8では図1と同じ作
用、機能の部材には同一の符号を付してある。さて、照
明光学系のコヒーレンスファクター、いわゆるσ値は、
照明光学系の開口数NAILと投影光学系の開口数NAR
(レチクル側)との比、すなわちσ=NAIL/NAR =
sinθ1 / sinθ2 で表される。ここで、図8(A)に
示すようにθ1 はレチクルRを照射する照明光の角度、
θ2 は投影光学系PLの開口絞り32を通過できる照明
光の角度である。図8では投影光学系の開口数NAR を
一定として照明光学系の開口数NAILを変えた場合を示
しており、図8(A)はσ値が大きいとき、図8(B)
はσ値が小さいときを示している。図8から明らかなよ
うに、本実施例ではフライアイレンズ群7Aの射出面
(すなわち照明光学系の瞳面)近傍に配置された可変開
口絞り8によってσ値を任意に設定することができる。
尚、本実施例(図1、図8)ではσ値を変更する手段と
して可変開口絞りを用いた例を示したが、例えば集光光
学系6(図1)をズームレンズ系としても、あるいは照
明光学系(フライアイレンズ群等)を交換可能に構成し
ても、上記と同様にσ値を可変とすることができる。Next, an example of changing the illumination condition and the light amount distribution in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system under each illumination condition will be described with reference to FIG. In FIG. 8, members having the same functions and functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Now, the coherence factor of the illumination optical system, the so-called σ value, is
Numerical aperture NA IL of illumination optical system and numerical aperture NA R of projection optical system
Ratio to (reticle side), that is, σ = NA IL / NA R =
It is represented by sin θ 1 / sin θ 2 . Here, as shown in FIG. 8A, θ 1 is the angle of the illumination light that irradiates the reticle R,
θ 2 is the angle of the illumination light that can pass through the aperture stop 32 of the projection optical system PL. FIG. 8 shows a case where the numerical aperture NA R of the projection optical system is kept constant and the numerical aperture NA IL of the illumination optical system is changed, and FIG. 8A shows the case where the σ value is large and FIG.
Indicates when the σ value is small. As is clear from FIG. 8, in this embodiment, the σ value can be arbitrarily set by the variable aperture stop 8 arranged near the exit surface of the fly-eye lens group 7A (that is, the pupil plane of the illumination optical system).
In the present embodiment (FIGS. 1 and 8), the variable aperture stop is used as a means for changing the σ value. Even if the illumination optical system (fly-eye lens group or the like) is configured to be replaceable, the σ value can be made variable in the same manner as above.
【0069】さて、図8(A)、(B)に示すようにレ
チクルRを通過した照明光束のうち0次回折光は、照明
光の入射角と同じ角度θ1 で投影光学系PLに入射し、
図中に実線で示すように進んでウエハW上に達する。図
示していないが、1次以上の回折光は0次回折光の外側
を進んでウエハW上に到達する。投影光学系PLの瞳面
Epには可変開口絞り32が設けられており、投影光学
系PLの開口数NAW(ウエハ側)はNAW = sinθ3
で表される。ここで、投影光学系PLの瞳面での光量分
布をみてみると、開口絞り32で規定された面内で0次
回折光は瞳面のほぼ中央(斜線部)を通過し、1次以上
の回折光はその外側を通過することになる。一般に、1
次以上の回折光に比べて0次回折光の強度は強いため、
特に瞳面近傍のレンズエレメントは、σ値が小さい(図
8(B))ときより大きい(図8(A))ときの方が照
明光束が瞳中心に集中して温度が上昇するものと考えら
れる。実際にパターン露光を行うときは、レチクルの種
類(例えば通常レチクルや位相シフトレチクル)やパタ
ーン線幅、形状、及び周期性等に対応して、これらに見
合った最適な照明条件、すなわちσ値や開口数NA
W (さらにはフライアイレンズ群)を、可変開口絞り
8、32(ターレット板7)を駆動することにより設定
することになる。As shown in FIGS. 8A and 8B, the 0th-order diffracted light of the illumination light flux that has passed through the reticle R enters the projection optical system PL at the same angle θ 1 as the incident angle of the illumination light. ,
As shown by the solid line in the drawing, the wafer W is reached. Although not shown, the first-order and higher-order diffracted light travels outside the 0th-order diffracted light and reaches the wafer W. A variable aperture stop 32 is provided on the pupil plane Ep of the projection optical system PL, and the numerical aperture NA W (wafer side) of the projection optical system PL is NA W = sin θ 3
It is represented by. Here, looking at the light quantity distribution on the pupil plane of the projection optical system PL, the 0th-order diffracted light passes through almost the center (hatched portion) of the pupil plane within the plane defined by the aperture stop 32, and the first-order or higher order The diffracted light will pass through the outside. Generally 1
Since the intensity of the 0th-order diffracted light is higher than that of the diffracted light of the higher order,
Especially for the lens elements near the pupil plane, it is considered that the illumination light flux is concentrated at the center of the pupil and the temperature rises when the σ value is small (FIG. 8B) and larger (FIG. 8A). To be When pattern exposure is actually performed, the optimum illumination conditions corresponding to these types of reticle (for example, normal reticle or phase shift reticle), pattern line width, shape, periodicity, etc. Numerical aperture NA
W (further, the fly-eye lens group) is set by driving the variable aperture diaphragms 8 and 32 (turret plate 7).
【0070】次に、本実施例による投影露光装置の動作
について説明する。まず、投影光学系PLの結像特性の
変化量の計算方法について簡単に説明する。尚、本実施
例では4種類の結像特性、すわなち投影倍率、像面湾
曲、ディストーション、及び焦点位置を扱うものとした
が、これらの結像特性は発生メカニズムが異なり、その
変動特性が互いに異なる可能性があるため、個々の結像
特性を独立に計算する必要がある。しかしながら、これ
らの結像特性の計算方法は同一であるため、ここでは投
影倍率を例に挙げて説明を行うものとする。また、本実
施例では照明条件として照明光学系のσ値を変更する場
合について説明するものとする。Next, the operation of the projection exposure apparatus according to this embodiment will be described. First, a method of calculating the amount of change in the image forming characteristic of the projection optical system PL will be briefly described. In the present embodiment, four types of image forming characteristics, that is, projection magnification, field curvature, distortion, and focus position are dealt with, but these image forming characteristics have different generation mechanisms and their variation characteristics are different. Each imaging characteristic needs to be calculated independently as they may differ from each other. However, since the calculation methods of these imaging characteristics are the same, the projection magnification will be described as an example here. Further, in the present embodiment, the case where the σ value of the illumination optical system is changed as the illumination condition will be described.
【0071】一般に、物体に熱が吸収されるときの物体
温度は、物体に吸収される熱量と物体から放出される熱
量とのつりあいで求められる。これは、一般に1次遅れ
系と呼ばれるもので、投影倍率の変化特性も同様の振る
舞いをすると考えられる。1次遅れ系の変動特性を図9
に示す。図9は一定時間に一定量の照明光が投影光学系
PLに照射されるときの投影倍率の変化特性を表してい
る。図9に示す変化特性は、照射エネルギーに対する最
終的な投影倍率の変化量ΔMの割合ΔM/E、及び時間
的な変化を表す時定数Tの2つの値で決定できる。図9
において、時定数Tは最終的な変化量ΔMに対してΔM
×(1−e-1)だけ変化する時間で表せる。つまり、時
定数Tが小さい程、速い変化となる。割合ΔM/E及び
時定数Tは、実際に投影光学系PLに照明光を照射しつ
つ投影倍率を測定することによって、図9のような変化
特性を求めれば良い。実際には、投影光学系PLの構造
が複雑であるため、図9に示すような単純な変化特性を
示すことはなく、いくつかの1次遅れの和として表され
る場合もあるが、本実施例では説明を簡単にするため、
単純な変化特性を示す場合について説明する。Generally, the temperature of an object when heat is absorbed by the object is determined by the balance between the amount of heat absorbed by the object and the amount of heat released from the object. This is generally called a first-order lag system, and it is considered that the change characteristic of the projection magnification has the same behavior. Fig. 9 shows the fluctuation characteristics of the first-order lag system.
Shown in. FIG. 9 shows the change characteristic of the projection magnification when the projection optical system PL is irradiated with a certain amount of illumination light for a certain period of time. The change characteristic shown in FIG. 9 can be determined by two values, that is, the ratio ΔM / E of the final amount ΔM of change of the projection magnification with respect to the irradiation energy, and the time constant T indicating the change over time. Figure 9
, The time constant T is ΔM with respect to the final change amount ΔM.
It can be expressed as a time that changes by x (1-e -1 ). That is, the smaller the time constant T, the faster the change. The ratio ΔM / E and the time constant T may be obtained by measuring the projection magnification while actually irradiating the projection optical system PL with the illumination light to obtain the change characteristic as shown in FIG. 9. Actually, since the structure of the projection optical system PL is complicated, it does not show a simple change characteristic as shown in FIG. 9 and may be expressed as the sum of several first-order delays. In the example, in order to simplify the explanation,
A case where a simple change characteristic is shown will be described.
【0072】さて、図1においてレチクルRの交換時に
ウエハステージWSを駆動して光電センサ33を投影光
学系PLの光軸位置まで移動し、投影光学系PLに入射
する照明光の光量を測定する。次に、主制御装置50は
予め求めておいた割合ΔM/E、時定数T、光電センサ
33にて検出される照射エネルギー、及びシャッター3
の開閉時間に基づいて、逐次投影倍率の変化量を演算に
て算出する。Now, in FIG. 1, when the reticle R is replaced, the wafer stage WS is driven to move the photoelectric sensor 33 to the optical axis position of the projection optical system PL, and the amount of illumination light incident on the projection optical system PL is measured. . Next, main controller 50 determines ratio ΔM / E obtained in advance, time constant T, irradiation energy detected by photoelectric sensor 33, and shutter 3.
The amount of change in the projection magnification is calculated by calculation based on the opening / closing time.
【0073】ここで、上述した如く照明光学系のσ値が
変化すると、投影光学系PLの瞳面Epの近傍のレンズ
エレメントにおける光量分布、すなわち温度分布が変化
する。例えばσ値が小さいとき、照射エネルギーが瞳中
心に集中して中央部の温度が高くなり(図8(B))、
レンズエレメントは中央部付近で大きく熱変形すると考
えられる。一方、σ値が大きいとき(図8(A))は、
全体的にレンズエレメントの温度が上がり、特に大きな
熱変形は生じ得ないと考えられる。このため、総照射エ
ネルギー量が同じであっても、σ値が大きいときと比較
してσ値が小さいときの方が投影倍率の変化が大きい、
すなわち割合ΔM/Eが大きいと考えられる。Here, when the σ value of the illumination optical system changes as described above, the light quantity distribution in the lens element near the pupil plane Ep of the projection optical system PL, that is, the temperature distribution changes. For example, when the σ value is small, the irradiation energy is concentrated in the center of the pupil and the temperature of the central part becomes high (FIG. 8 (B)).
It is considered that the lens element undergoes large thermal deformation near the center. On the other hand, when the σ value is large (FIG. 8 (A)),
It is considered that the temperature of the lens element as a whole rises and a particularly large thermal deformation cannot occur. Therefore, even if the total irradiation energy amount is the same, the change of the projection magnification is larger when the σ value is smaller than when the σ value is large,
That is, the ratio ΔM / E is considered to be large.
【0074】一方、σ値が小さいときは周辺部の温度が
あまり上昇していないため、照明光の照射が中断する
と、レンズ温度は急に下がると考えられる。これに対し
てσ値が大きいときは、全体的にレンズ温度が上昇して
いるため、温度はゆっくり下がる。従って、σ値が小さ
いときは、σ値が大きいときに比べて時間的変化も大き
い、すなわち時定数Tが小さいと考えられる。以上のこ
とから、σ値を変化させることによりΔM/E、Tがと
もに変化することがわかる。On the other hand, when the .sigma. Value is small, the temperature of the peripheral portion does not rise so much, and it is considered that the lens temperature suddenly drops when the irradiation of the illumination light is interrupted. On the other hand, when the σ value is large, the temperature of the lens gradually decreases because the lens temperature is increasing as a whole. Therefore, it is considered that when the σ value is small, the temporal change is larger than when the σ value is large, that is, the time constant T is small. From the above, it can be seen that both ΔM / E and T are changed by changing the σ value.
【0075】そこで、次にσ値を変更して連続的に露光
を行う場合について考えてみる。尚、このとき得られる
投影倍率の変化量ΔMの様子を図10に示す。まず、可
変開口絞り8を駆動して照明光学系のσ値を小さく設定
した後、時刻t1 から露光を開始する。このとき、投影
倍率の変化量ΔMは、図10中に実線で示す曲線K1 に
沿って変化していく。実際には、ウエハステージの移動
中(ステッピング中)及びウエハ交換中は照明光が投影
光学系PLに入射せずに変化量ΔMが減少し、曲線K1
はギザギザな曲線となるが、平均的に見ると図10のよ
うになる。従って、露光を続けていくと、変化量ΔMは
飽和レベルM1 まで達する。ここで、時刻t2 で露光動
作を停止すれば、変化量ΔMは点線で示す曲線K 2 に沿
って減少していく。Therefore, next, the σ value is changed and the exposure is continuously performed.
Think about when you do. In addition, it is obtained at this time
FIG. 10 shows how the change amount ΔM of the projection magnification is. First, OK
Drive the variable aperture stop 8 to set a small σ value of the illumination optical system.
After that, time t1Starts exposure from. At this time, the projection
The change amount ΔM of the magnification is the curve K shown by the solid line in FIG.1To
Change along. Actually, the movement of the wafer stage
Illumination light is projected during (during stepping) and wafer exchange
The amount of change ΔM decreases without entering the optical system PL, and the curve K1
Shows a jagged curve, but on average
Growls Therefore, as exposure continues, the change amount ΔM
Saturation level M1Reach Where time t2Exposure motion at
If the operation is stopped, the amount of change ΔM is the curve K indicated by the dotted line. 2Along
Will decrease.
【0076】次に、時刻t3 (≒t2 )で可変開口絞り
8を駆動してσ値を大きくし、σ値が小さいときと同じ
照射エネルギーが投影光学系PLに入射する条件で、露
光を再開する場合について考えてみる。ここで、時刻t
3 のときΔM=0であれば、変化量ΔMは図10中に点
線で示す曲線K3 に沿って変化していく。しかしなが
ら、投影光学系PLには照明条件変更前の条件(σ値が
小さいとき)のもとでの履歴が残っているため、実際の
変化は例えば曲線K1 (実線)のようになると考えら
れ、曲線K2 とK3 の和として表すことができない。こ
れは、時刻t3 〜t 5 の間で、投影光学系の瞳面近傍の
レンズエレメントの温度分布(光量分布)が、図8
(A)、(B)のいずれの状態でもなく、しかもレンズ
温度は単純な和で表せないためである。従って、曲線K
1 を正確に求めるためには、照明条件変更時の過渡的状
態における温度分布を計算し、それに対応する変化量Δ
Mを知らなければならないが、上記計算を行うことは理
論的には可能であるが、実際には非常に複雑で実用的で
はない。Next, time t3(≈t2) With variable aperture stop
Same as when σ value is small by driving 8 to increase σ value.
When the irradiation energy enters the projection optical system PL,
Consider the case of resuming light. Where time t
3Then, if ΔM = 0, the change amount ΔM is shown in FIG.
Curve K shown as a line3Change along with. But Naga
In the projection optical system PL, the condition before the illumination condition change (σ value is
Since the history under (when small) remains,
For example, change K1I think it will look like (solid line)
Curve K2And K3Cannot be expressed as the sum of This
This is time t3~ T FiveBetween, near the pupil plane of the projection optical system
The temperature distribution (light amount distribution) of the lens element is shown in FIG.
Not in either state (A) or (B), and the lens
This is because the temperature cannot be expressed as a simple sum. Therefore, the curve K
1In order to accurately determine the
The temperature distribution in the state is calculated and the corresponding change amount Δ
We have to know M, but it is not
It is theoretically possible, but in reality it is very complex and practical
There is no.
【0077】そこで、上記問題を解決するための本発明
の実施例における露光動作を図11を参照して説明す
る。図11においても、図10と同様に可変開口絞り8
によりσ値を小さく設定した後(図8(B))、時刻t
1 でシャッター3を開いて露光を開始する。図11に示
すように投影倍率の変化量ΔMは、図10中の曲線K1
(実線)と同様に、実線にて示す曲線に沿って変化して
いき、やがて飽和レベルM1 に達する。An exposure operation in the embodiment of the present invention for solving the above problem will be described with reference to FIG. Also in FIG. 11, the variable aperture stop 8 is used as in FIG.
After the σ value is set to a small value by (FIG. 8 (B)), time t
Open the shutter 3 at 1 and start exposure. As shown in FIG. 11, the change amount ΔM of the projection magnification is equal to the curve K 1 in FIG.
Similar to (solid line), it changes along the curve indicated by the solid line, and eventually reaches the saturation level M 1 .
【0078】さて、時刻t2 で照明条件変更のためにシ
ャッター3を閉じて露光動作を停止した後、可変開口絞
り8を駆動してσ値を大きく設定する(図8(A))。
このとき、主制御装置50は時刻t2 で露光動作を停止
した後、所定時間、例えば変化量ΔMが一定のレベルM
S1に減少するまで露光動作を停止し続ける。このまま露
光動作を停止し続けると、変化量ΔMは曲線L1 (点
線)に沿って減少していき、時刻t4 で零となる。ここ
で、露光動作開始の判断基準(閾値)となるレベルMS1
の決定方法については後述する。At time t 2 , the shutter 3 is closed to change the illumination condition and the exposure operation is stopped, and then the variable aperture diaphragm 8 is driven to set a large σ value (FIG. 8A).
At this time, main controller 50 stops the exposure operation at time t 2 and then continues for a predetermined period of time, for example, level M where variation ΔM is constant.
The exposure operation continues to be stopped until it decreases to S1 . If the exposure operation continues to be stopped as it is, the amount of change ΔM decreases along the curve L 1 (dotted line) and becomes zero at time t 4 . Here, the level M S1 which is the criterion (threshold value) for starting the exposure operation
The method of determining will be described later.
【0079】尚、時刻t1 から変化量ΔMがレベルMS1
に達する時刻t3 までの間、変化量ΔMはσ値が小さい
場合のもとでの演算パラメータ(先に述べたΔM/E、
T)を用いて演算にて算出される。さらにパターン露光
中(時刻t1 〜t2 )は、この演算値に基づいて結像特
性補正機構を駆動することによって、常に結像特性が所
定値に設定されることになる。It should be noted that from time t 1 the change amount ΔM changes to the level M S1.
Until the time t 3 at which the value reaches the time t 3 , the change amount ΔM is the calculation parameter (ΔM / E described above, when the σ value is small,
It is calculated by calculation using T). Further, during the pattern exposure (time t 1 to t 2 ), the image formation characteristic is constantly set to a predetermined value by driving the image formation characteristic correction mechanism based on the calculated value.
【0080】ところで、変化量ΔMが時刻t3 で一定レ
ベルMS1に達したとすると、主制御装置50は演算パラ
メータΔM/E、Tを、σ値が大きい場合のもとでの演
算パラメータに切り替えた(修正した)後、シャッター
3を開いて露光動作を再開する。この際、先に修正され
た演算パラメータを用いて投影倍率の変化量ΔMを演算
にて算出し、結像特性補正機構によって投影倍率を補正
しながら、ウエハWへのパターン露光を実行していく。
このとき既に、σ値を小さく設定した場合での露光動作
が終了してから時間が(t3 −t2)だけ経過している、
換言すれば変化量ΔMがレベルMS1まで減少しているた
め、変化量ΔMに対するσ値が小さいときの履歴の影響
が十分に小さくなっている。このため、実際には変化量
ΔMが、例えば図11中に点線にて示す曲線L2 のよう
に変化していたとしても、演算誤差は微小であり、投影
露光装置に要求される結像特性の制御精度に対して無視
し得る程度のものである。If the change amount ΔM reaches a constant level M S1 at time t 3 , the main controller 50 sets the calculation parameters ΔM / E and T to the calculation parameters when the σ value is large. After the switching (correction), the shutter 3 is opened and the exposure operation is restarted. At this time, the variation amount ΔM of the projection magnification is calculated by using the previously corrected calculation parameter, and the pattern exposure of the wafer W is executed while the projection magnification is corrected by the imaging characteristic correction mechanism. .
At this time, the time (t 3 −t 2 ) has already elapsed since the end of the exposure operation when the σ value is set small.
In other words, since the change amount ΔM has decreased to the level M S1 , the influence of the history when the σ value with respect to the change amount ΔM is small is sufficiently small. Therefore, even if the change amount ΔM actually changes, for example, as indicated by a curved line L 2 shown by the dotted line in FIG. 11, the calculation error is small, and the imaging characteristics required for the projection exposure apparatus. Is negligible with respect to the control accuracy of.
【0081】尚、σ値を大きく設定したまま露光を続け
ていくと、時刻t5 で変化量ΔMは飽和レベルM2 に達
し、図11では時刻t5 で露光動作を停止している。ま
た、先に述べたようにσ値が大きいと、全体的にレンズ
エレメントの温度が上がるため、時刻t5 以降における
変化量ΔMは、時刻t2 〜t3 の変化量ΔMと比較して
緩やかに減少していくことになる。[0081] Incidentally, Continuing exposure while setting a large σ value, the variation ΔM at time t 5 reaches the saturation level M 2, have stopped the exposure operation at time t 5 in Figure 11. Further, as described above, when the σ value is large, the temperature of the lens element rises as a whole, so the change amount ΔM after time t 5 is gentle as compared with the change amount ΔM from time t 2 to t 3. Will be reduced to.
【0082】ここで、上記説明ではσ値を小さく設定
し、変化量ΔMが飽和レベルMS1まで達した時点で照明
条件(σ値)を変更する場合を一例として挙げたが、当
然ながら変化量ΔMが飽和レベルM1 に達する前の段階
でσ値を変更しても構わない。例えば、図11において
時刻t2'で露光動作を停止してσ値を大きく設定する場
合、上記と全く同様に変化量ΔMがレベルMS1に減少す
る時刻t3'まで露光動作を停止し続ける。この様子を、
図11中に曲線L4 (点線)として示している。この場
合、停止時間(t3'−t2')は上記の停止時間(t3 −
t2 )に比べて短くて済む。In the above description, the σ value is set small, and the illumination condition (σ value) is changed when the change amount ΔM reaches the saturation level M S1 . The σ value may be changed before ΔM reaches the saturation level M 1 . For example, in FIG. 11, when the exposure operation is stopped at time t 2 ′ and the σ value is set large, the exposure operation is continuously stopped until time t 3 ′ when the variation ΔM decreases to the level M S1. . This state,
It is shown as a curve L 4 (dotted line) in FIG. 11. In this case, the stop time (t 3 '-t 2') above the stop time (t 3 -
It is shorter than t 2 ).
【0083】次に、露光開始の判断に用いられる一定レ
ベルMS1の決定方法について説明する。基本的にレベル
MS1は、照明条件の変更に伴って演算パラメータΔM/
E、Tを切り替えても、その演算パラメータのもとで算
出される結像特性(変化量ΔM)と実際の結像特性(図
11中の曲線L2 に相当)との差(演算誤差)が所定の
許容値(結像特性の制御精度に応じて一義的に定められ
る)以内となるように決定すれば良い。このとき、装置
のスループットを低下させないように、すなわち時間
(t3 −t2 )を短縮するように、レベルMS1はできる
限り大きな値に設定することが望ましい。Next, a method of determining the constant level M S1 used for determining the exposure start will be described. Basically, the level M S1 is the calculation parameter ΔM /
Even if E and T are switched, the difference (calculation error) between the image formation characteristic (change amount ΔM) calculated under the calculation parameter and the actual image formation characteristic (corresponding to the curve L 2 in FIG. 11). May be determined to be within a predetermined allowable value (uniquely determined according to the control accuracy of the imaging characteristic). At this time, it is desirable to set the level M S1 to a value as large as possible so as not to reduce the throughput of the apparatus, that is, to shorten the time (t 3 −t 2 ).
【0084】例えば、σ値の変更が微小である場合、あ
るいは転写すべきパターンが投影倍率に関して厳密な制
御精度を要求されないものである場合は、レベルMS1を
比較的大きな値に設定し、逆の場合にはレベルMS1を小
さく設定し、変更前の照明条件のもとでの履歴の結像特
性に対する影響が十分に小さくなるまで露光動作を停止
しておく必要がある。実際には、上記関係を予め実験、
またはシミュレーション等によって求めて、主制御装置
50の内部にテーブルまたは近似式の形で記憶してお
き、レベルMS1の値を決定することが望ましい。尚、図
11において時刻t2 以降での変化量ΔMの減衰計算
は、従来より変化量ΔMを逐次計算にて求めているた
め、特別な計算を行う必要はない。For example, when the change of the σ value is minute, or when the pattern to be transferred does not require strict control accuracy regarding the projection magnification, the level M S1 is set to a relatively large value and the In this case, the level M S1 must be set small and the exposure operation must be stopped until the influence of the history on the imaging characteristics under the illumination condition before the change is sufficiently small. Actually, the above relationship was previously tested,
Alternatively, it is desirable to determine the value of the level M S1 by obtaining it by simulation or the like and storing it in the form of a table or an approximate expression inside the main controller 50. It should be noted that, in the attenuation calculation of the change amount ΔM after time t 2 in FIG. 11, it is not necessary to perform a special calculation because the change amount ΔM has been obtained by successive calculation in the conventional manner.
【0085】次に、主制御装置50内部での処理の一例
を図12に示すフローチャートを参照して説明する。
尚、図1中には示していないが、主制御装置50は可変
開口絞り8、32を始めとして装置全体を統括制御する
コントロール部と、上記の如き結像特性の変化量等を計
算する演算部とで構成されているものとする。図12に
おいて、通常の動作としてσ値の変更がない場合、ステ
ップ102において演算部は現在の投影光学系の投影倍
率の変化量ΔMを計算し、ステップ103でコントロー
ル部はこの計算結果に基づいて結像特性補正機構に所定
の駆動指令を出力し、変化量ΔMの補正を実行する。そ
して、ステップ101でσ値が変更されたという信号
を、キーボード51、バーコードリーダ52、または予
め入力されているプログラム(露光シーケンス)から演
算部が受け取らない限り、コントロール部は上記動作を
繰り返し実行する。つまり、演算部は上記ループ内、す
なわち図12中で点線にて囲まれたステップ101〜1
03の間のみ、コントロール部に対して露光が可能であ
るという信号を出力し続ける。このとき、コントロール
部は結像特性補正機構によって投影倍率を補正しながら
ウエハに対する露光動作を実行し続ける。Next, an example of the processing in the main controller 50 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Although not shown in FIG. 1, the main control unit 50 controls the overall system including the variable aperture diaphragms 8 and 32, and a calculation for calculating the amount of change in the imaging characteristics as described above. It is assumed that it is composed of In FIG. 12, when the σ value is not changed as a normal operation, the calculation unit calculates the change amount ΔM of the current projection magnification of the projection optical system in step 102, and the control unit calculates the change amount ΔM in step 103 based on the calculation result. A predetermined drive command is output to the image formation characteristic correction mechanism to correct the amount of change ΔM. Then, unless the arithmetic unit receives the signal that the σ value has been changed in step 101 from the keyboard 51, the bar code reader 52, or the program (exposure sequence) input in advance, the control unit repeatedly executes the above operation. To do. That is, the arithmetic unit is in the loop, that is, in steps 101 to 1 surrounded by a dotted line in FIG.
Only during 03, the control unit continues to output a signal that exposure is possible. At this time, the control unit continues to perform the exposure operation on the wafer while correcting the projection magnification by the image formation characteristic correction mechanism.
【0086】一方、ステップ101でσ値が変更された
と判断した場合、演算部は露光可能であるという信号を
コントロール部に出力するのを停止し、ステップ104
に進む。ステップ104において、演算部はσ値の変更
幅と投影倍率の許容制御精度(許容倍率誤差)とに基づ
いて、露光動作再開の判定基準となるレベルMS1を決定
し、このレベルMS1をコントロール部に設定する。次の
ステップ105で、演算部は現在の投影光学系の投影倍
率の変化量ΔM(但し、照明条件変更前の演算パラメー
タのもとで算出される値)を計算し、この計算値とレベ
ルMS1との大小比較を行う。ここで計算値ΔMがレベル
MS1より大きいと判断された場合、ステップ107で演
算部は露光動作を停止する必要があることをオペレータ
に知らせるため、例えば表示装置(CRT等)の画面上
に警告を表示する。しかる後、ステップ108で演算部
はコントロール部に対して、さらに所定時間Δt(但
し、Δtは例えば図11中に示した時間(t3 −t2 )
より短く設定される)だけ、露光動作を再開する指令を
出力するのを停止する。そして、再びステップ105に
戻って投影倍率の変化量ΔM(計算値)を求め、ステッ
プ106で計算値ΔMとレベルMS1との大小判定を行
う。以下、計算値ΔMがレベルMS1より小さくなるまで
ステップ105〜108を繰り返し実行し、計算値ΔM
がレベルMS1より小さくなった時点でステップ109に
進み、表示装置上の警告を消去(解除)する。さらにス
テップ110で、演算部は新たな照明条件(σ値)に対
応した演算パラメータ(ΔM/E、T)を設定した後、
ステップ101に戻り、新たな演算パラメータのもとで
通常の露光動作(ステップ101〜103)を繰り返し
実行していくことになる。この結果、常に高精度の結像
特性のもとでウエハに対するパターン露光を実行するこ
とが可能となる。On the other hand, if it is determined in step 101 that the σ value has been changed, the arithmetic unit stops outputting a signal that exposure is possible to the control unit, and step 104
Proceed to. In step 104, the arithmetic unit determines the level M S1 which is the criterion for restarting the exposure operation based on the change width of the σ value and the allowable control accuracy (allowable magnification error) of the projection magnification, and controls this level M S1 . Set to the department. In the next step 105, the calculation unit calculates the change amount ΔM of the projection magnification of the current projection optical system (however, the value calculated under the calculation parameter before changing the illumination condition), and the calculated value and the level M. Compare the size with S1 . If it is determined here that the calculated value ΔM is larger than the level M S1 , in step 107 the arithmetic unit warns the operator that the exposure operation needs to be stopped. Is displayed. Thereafter, in step 108, the arithmetic unit further causes the control unit to perform a predetermined time Δt (where Δt is, for example, the time (t 3 −t 2 ) shown in FIG. 11).
It is set shorter), and the output of the command to restart the exposure operation is stopped. Then, the process returns to step 105 again to obtain the change amount ΔM (calculated value) of the projection magnification, and in step 106, the magnitude of the calculated value ΔM and the level M S1 is determined. Hereinafter, steps 105 to 108 are repeatedly executed until the calculated value ΔM becomes smaller than the level M S1 , and the calculated value ΔM
Becomes smaller than the level M S1 , the process proceeds to step 109 to erase (cancel) the warning on the display device. Further, in step 110, the calculation unit sets the calculation parameter (ΔM / E, T) corresponding to the new illumination condition (σ value),
Returning to step 101, the normal exposure operation (steps 101 to 103) is repeatedly executed under the new calculation parameter. As a result, it becomes possible to perform the pattern exposure on the wafer always under the highly accurate imaging characteristics.
【0087】以上のように本実施例においては、投影光
学系の結像特性として投影倍率のみについて説明した
が、他の収差に関しても全く同様に計算、補正すること
ができ、投影光学系の結像特性を常に高精度に維持する
ことが可能である。また、複数の収差について上記と同
様に計算、補正を行う場合、露光動作の停止時間を決定
するに際しては、補正対象とする全ての収差についてそ
の変化量が基準値(レベルMS1に相当)以下となった時
点で露光動作を再開すれば良い。As described above, in the present embodiment, only the projection magnification is described as the imaging characteristic of the projection optical system, but other aberrations can be calculated and corrected in the same manner, and the projection optical system can be connected. It is possible to always maintain the image characteristics with high accuracy. Further, when the same calculation and correction are performed for a plurality of aberrations, when determining the stop time of the exposure operation, the change amount of all the aberrations to be corrected is equal to or less than the reference value (corresponding to the level M S1 ). The exposure operation may be restarted at the point.
【0088】また、上記実施例では照明条件として照明
光学系のσ値を変更する場合について説明したが、他の
照明条件を変更する場合にも本発明を適用して同様の効
果を得ることができる。例えば通常照明から複数傾斜照
明(または輪帯照明)に切り替える(または逆)、すな
わちフライアイレンズ群7Aをフライアイレンズ群7B
〜7Dのいずれかと交換する場合(図5)、複数傾斜照
明においてもレチクルパターンの周期性に応じてフライ
アイレンズ群7B〜7Dを相互に交換する場合、可変ブ
ラインド10を駆動して照明視野を変更する場合、通常
照明から輪帯照明に切り替える(または逆)場合、ある
いは投影光学系PLの開口数を変更する場合等に対して
も本発明は有効である。尚、複数傾斜照明を行う場合に
はフライアイレンズ群の交換とともに、σ値も0.1〜
0.3程度に設定することが望ましい。図13(A)、
(B)はそれぞれ輪帯照明、複数傾斜照明を行ったとき
の投影光学系の瞳面近傍での光量分布を示し、図13
(C)は投影光学系の開口数を変更したときの投影光学
系の瞳面近傍での光量分布を示している。図13(C)
では、図13(A)、(B)と比較して可変開口絞り3
2の開口部が大きくなっている。Further, in the above embodiment, the case where the σ value of the illumination optical system is changed as the illumination condition has been described, but the present invention can be applied to obtain the same effect when changing other illumination conditions. it can. For example, switching from normal illumination to multiple-tilt illumination (or annular illumination) (or vice versa), that is, fly eye lens group 7A to fly eye lens group 7B
7D to 7D (FIG. 5), the variable blind 10 is driven to change the illumination field of view when the fly-eye lens groups 7B to 7D are exchanged in accordance with the periodicity of the reticle pattern even in multi-tilt illumination. The present invention is also effective for changing, switching from normal illumination to annular illumination (or vice versa), or changing the numerical aperture of the projection optical system PL. When performing multi-tilt illumination, replace the fly-eye lens group and set the σ value to 0.1
It is desirable to set it to about 0.3. FIG. 13 (A),
FIG. 13B shows the light quantity distributions in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system when annular illumination and multiple tilt illumination are performed, respectively, and FIG.
(C) shows the light quantity distribution in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system when the numerical aperture of the projection optical system is changed. FIG. 13 (C)
Then, compared with FIGS. 13A and 13B, the variable aperture stop 3
The opening of 2 is large.
【0089】ところで、可変開口絞り32により投影光
学系の開口数を変更したとき、図13(C)に示すよう
な光量分布となり、0次回折光の分布は変化しない。こ
のため、上記変更の結像特性に対する影響は小さいと考
えられるが、1次以上の回折光の分布は変化して結像特
性の制御精度に影響を及ぼし得るので、投影光学系の開
口数を変更する場合にも本発明を適用することが望まし
い。この場合、照明光学系の照明条件は変更されない
が、本発明における照明条件変更とは投影光学系の開口
数の変更も含むものとする。By the way, when the numerical aperture of the projection optical system is changed by the variable aperture stop 32, the light quantity distribution becomes as shown in FIG. 13C, and the distribution of the 0th order diffracted light does not change. Therefore, it is considered that the above-mentioned change has a small influence on the image forming characteristic, but the distribution of the diffracted light of the first order or higher can change and affect the control accuracy of the image forming characteristic. It is desirable to apply the present invention even when making changes. In this case, the illumination condition of the illumination optical system is not changed, but the illumination condition change in the present invention includes the change of the numerical aperture of the projection optical system.
【0090】さらに、通常レチクルから位相シフトレチ
クルに交換する(または逆)場合でも、本発明を適用し
て同様の効果を得ることができる。例えば空間周波数変
調型の位相シフトレチクル(特公昭62−50811号
公報等に開示)を用いる場合には、複数傾斜照明と同様
に図13(B)に示したような光量分布が生じることに
なる。尚、位相シフトレチクルを用いる場合は、照明条
件としてσ値を0.1〜0.3程度に設定することが望
ましい。Further, even when the ordinary reticle is replaced with the phase shift reticle (or vice versa), the same effect can be obtained by applying the present invention. For example, when a spatial frequency modulation type phase shift reticle (disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811) is used, the light amount distribution as shown in FIG. . When using a phase shift reticle, it is desirable to set the σ value to about 0.1 to 0.3 as an illumination condition.
【0091】また、図1ではレチクルRをレチクルステ
ージRSにローディングする際に、バーコードリーダ5
2にて読み取ったレチクル情報(名称)に基づいて、レ
チクルの種類(通常レチクルか位相シフトレチクル)、
またはそのパターンの微細度(周期性、ピッチ、方向
等)に最も見合った照明条件をレチクル毎に設定する例
を示したが、同一のレチクルに対して照明条件を変更す
るようにしても良い。Further, in FIG. 1, when the reticle R is loaded on the reticle stage RS, the bar code reader 5
Based on the reticle information (name) read in 2, the reticle type (normal reticle or phase shift reticle),
Alternatively, an example has been shown in which the illumination conditions most suitable for the fineness of the pattern (periodicity, pitch, direction, etc.) are set for each reticle, but the illumination conditions may be changed for the same reticle.
【0092】ところで、上記実施例の図10の説明にお
いて、曲線K1 は曲線K2 と曲線K 3 との和として表す
ことができないものとしていたが、あまり厳密に結像特
性を制御する必要がなく、スループットを重視する場合
には、近似的にK1 =K2 +K3 として結像特性の変化
量を計算する方法を採用して構わない。この場合、予め
どのような照明条件、レチクルまたはそのパターンで、
結像特性の演算誤差がどの程度発生するかを求めてお
き、この誤差許容値と比較した上で、当該誤差を許容で
きる場合のみ行うようにする必要がある。By the way, in the explanation of FIG. 10 of the above embodiment,
And the curve K1Is the curve K2And curve K 3Expressed as the sum of and
However, the imaging characteristics are not so precise.
When throughput is important and there is no need to control
Is approximately K1= K2+ K3Changes in imaging characteristics
A method of calculating the quantity may be adopted. In this case, beforehand
In what lighting conditions, reticle or its pattern,
To find out how much the calculation error of the imaging characteristics occurs
Then, after comparing with this error tolerance,
It should be done only when possible.
【0093】また、図7に示したように基準部材15を
用いて投影光学系の結像特性(焦点位置、像面湾曲等)
を測定するのは、通常頻繁に測定を行うとスループット
が低下するため、例えば1日1回程度であるが、上記実
施例のように照明条件変更後、一定時間露光動作を停止
している間は頻繁に上記測定を行いながら露光動作を続
けていく方法を採用しても良い。この場合は上記測定に
よるスループットの低下はあるが、露光動作停止に伴う
スループットの低下は低減でき、全体としてのスループ
ットの低下を低減できる。Further, as shown in FIG. 7, by using the reference member 15, the image forming characteristics of the projection optical system (focal position, field curvature, etc.).
The throughput is usually measured once a day, for example, about once a day because the throughput decreases when the measurement is performed frequently. However, after the illumination condition is changed as in the above embodiment, the exposure operation is stopped for a certain period of time. May employ a method of continuing the exposure operation while frequently performing the above measurement. In this case, although there is a decrease in throughput due to the above measurement, the decrease in throughput due to the stop of the exposure operation can be reduced, and the decrease in overall throughput can be reduced.
【0094】さらに、上記実施例において露光動作を停
止するだけでなく、積極的に新たな照明条件に投影光学
系を馴染ませるため、実際に露光は行わずに、投影光学
系を新たな照明条件のもとで照射する方法を適用しても
良い。この場合は、例えば投影光学系PLとウエハWと
の間にシャッターを配置して、照明光がウエハに到達す
るのを防止する、あるいは上記照射を行っている間はウ
エハWが感光しないようにウエハステージWSを退避さ
せておく必要がある。また、露光動作を停止している間
に基準部材15を用いて結像特性を測定する際には、新
たな照明条件と同じ条件となるような空間フィルターを
光ファイバー62の射出面近傍に配置して上記測定を行
うことが望ましい。Further, in the above embodiment, not only the exposure operation is stopped, but also the projection optical system is actively adapted to the new illumination condition. Therefore, the exposure is not actually performed, and the projection optical system is changed to the new illumination condition. It is also possible to apply the method of irradiating under the light. In this case, for example, a shutter is arranged between the projection optical system PL and the wafer W to prevent the illumination light from reaching the wafer, or to prevent the wafer W from being exposed during the irradiation. It is necessary to retract the wafer stage WS. Further, when measuring the image forming characteristics using the reference member 15 while the exposure operation is stopped, a spatial filter that satisfies the same new illumination condition is placed near the exit surface of the optical fiber 62. It is desirable to perform the above measurement by
【0095】[0095]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、照明条件
の変更に伴って投影光学系の照明光吸収による結像特性
の変化特性が変化する場合においても、結像特性に対す
る変更前の照明条件のもとでの履歴の影響が小さくなる
まで露光動作を停止した後に、新たな照明条件のもとで
結像特性を制御しながら露光動作を開始することとし
た。このため、照明条件変更前後の2つの照明条件のも
とでの結像特性の変化特性が混じり合って照明光吸収に
よる結像特性の変化量の計算が困難になるということは
なく、感光基板に対するパターン露光に際して厳密に結
像特性の変化量を求めることができ、高精度に結像特性
を補正することが可能となる。As described above, according to the present invention, even when the change characteristic of the image forming characteristic due to the absorption of the illumination light of the projection optical system changes with the change of the illumination condition, the change of the image forming characteristic before the change is performed. After stopping the exposure operation until the influence of the history under the illumination condition becomes small, the exposure operation is started under the new illumination condition while controlling the imaging characteristics. For this reason, it is possible to prevent the calculation of the change amount of the image formation characteristic due to the absorption of the illumination light from being difficult because the change characteristics of the image formation characteristic under the two illumination conditions before and after the change of the illumination condition are mixed. The amount of change in the image forming characteristic can be obtained exactly in the pattern exposure with respect to, and the image forming characteristic can be corrected with high accuracy.
【0096】また、マスクパターンの微細度に対応した
結像特性の制御精度等に応じて露光動作の停止時間を決
定するため、停止時間による生産性(スループット)の
低下を最小限に抑えることが可能となっている。Further, since the stop time of the exposure operation is determined according to the control accuracy of the image forming characteristic corresponding to the fineness of the mask pattern, it is possible to minimize the decrease in productivity (throughput) due to the stop time. It is possible.
【図1】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な
構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例で採用する照明方法の一例(複
数傾斜照明)の原理を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of an example of an illumination method (multi-slope illumination) adopted in the embodiment of the present invention.
【図3】フライアイレンズ群から投影光学系までの光路
を模式的に表した図。FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical path from a fly-eye lens group to a projection optical system.
【図4】複数傾斜照明におけるフライアイレンズ群の配
置を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement of fly-eye lens groups in multiple tilt illumination.
【図5】複数のフライアイレンズ群を照明光束の光路中
に交換可能に配置する交換機構の具体的な構成を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration of an exchange mechanism that exchangeably arranges a plurality of fly-eye lens groups in an optical path of an illumination light beam.
【図6】複数のフライアイレンズ群の各々に照明光束を
集中するインプット光学系の一例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of an input optical system that focuses an illumination light flux on each of a plurality of fly-eye lens groups.
【図7】基準部材を用いた投影光学系の結像特性の測定
動作を説明する図。FIG. 7 is a diagram for explaining an operation of measuring the image formation characteristic of the projection optical system using the reference member.
【図8】照明条件(σ値)の変更前後でのフライアイレ
ンズ群からウエハまでの光路と投影光学系の瞳面近傍で
の光量分布とを示す図。FIG. 8 is a diagram showing an optical path from a fly-eye lens group to a wafer and a light amount distribution near a pupil plane of a projection optical system before and after changing an illumination condition (σ value).
【図9】照明光吸収による投影光学系の結像特性(投影
倍率)の変化特性を説明する図。FIG. 9 is a diagram for explaining a change characteristic of an image forming characteristic (projection magnification) of a projection optical system due to absorption of illumination light.
【図10】σ値を変更しながら連続的に露光を行うとき
に得られる投影倍率の変化量の様子を示す図。FIG. 10 is a diagram showing how the projection magnification changes when the exposure is continuously performed while changing the σ value.
【図11】本発明の実施例による投影露光装置の露光動
作の説明に供する図。FIG. 11 is a diagram for explaining an exposure operation of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図12】投影光学系の結像特性の制御動作の一例を示
すフローチャート図。FIG. 12 is a flowchart showing an example of a control operation of the image forming characteristic of the projection optical system.
【図13】輪帯照明、複数傾斜照明、及び投影光学系の
開口数の変更時の投影光学系の瞳面近傍における光量分
布を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a light quantity distribution in the vicinity of a pupil plane of the projection optical system when the numerical aperture of the projection optical system is changed and the annular illumination, the multiple tilt illumination are used.
3 シャッター 7A〜7D フライアイレンズ群 8、32 可変開口絞り 10 可変ブラインド 15 基準部材 20〜23 レンズエレメント 25、27、29 駆動素子 30、31 焦点検出系 33 照射量モニタ(光電センサ) 50 主制御装置 51 キーボード 52 バーコードリーダ 53 駆動素子制御部 54 駆動系 R レチクル RS レチクルステージ PL 投影光学系 Ep 瞳面 W ウエハ WS ウエハステージ BC バーコード 3 Shutter 7A-7D Fly-eye lens group 8, 32 Variable aperture diaphragm 10 Variable blind 15 Reference member 20-23 Lens element 25, 27, 29 Drive element 30, 31 Focus detection system 33 Irradiation amount monitor (photoelectric sensor) 50 Main control Device 51 Keyboard 52 Bar Code Reader 53 Drive Element Control Unit 54 Drive System R Reticle RS Reticle Stage PL Projection Optical System Ep Pupillary Surface W Wafer WS Wafer Stage BC Bar Code
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7352−4M H01L 21/30 311 S ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location 7352-4M H01L 21/30 311 S
Claims (3)
に成形するとともに、該均一な照明光を微細パターンを
有するマスクに照射する照明光学系と、前記マスクのパ
ターンの像を感光基板に結像投影する投影光学系と、該
投影光学系の結像特性を制御する手段とを備えた投影露
光装置において、 前記マスクまたはそのパターンに対応して前記マスクに
対する照明条件を変更する照明条件変更手段と;該照明
条件を変更したときに、所定時間だけ前記感光基板に対
する露光動作を停止する露光制御手段とを備えたことを
特徴とする投影露光装置。1. An illumination optical system for shaping illumination light from a light source into a substantially uniform intensity distribution and irradiating the mask having a fine pattern with the uniform illumination light, and an image of the pattern of the mask on a photosensitive substrate. A projection exposure apparatus comprising a projection optical system for image-projecting and a means for controlling an imaging characteristic of the projection optical system, wherein an illumination condition is changed to change an illumination condition for the mask corresponding to the mask or its pattern. A projection exposure apparatus comprising: a means and an exposure control means for stopping the exposure operation on the photosensitive substrate for a predetermined time when the illumination condition is changed.
の前記マスクのパターンに対するフーリエ変換面、もし
くはその近傍の面内における前記照明光の分布状態の変
更であることを特徴とする請求項1に記載の装置。2. The change of the illumination condition is a change of a distribution state of the illumination light on a Fourier transform plane of the pattern of the mask of the projection optical system or a plane in the vicinity thereof. 1. The device according to 1.
ターン構成の変更であることを特徴とする請求項1に記
載の装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the change of the illumination condition is a change of the pattern configuration of the mask.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26076691A JP3414763B2 (en) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method |
| US09/338,535 US6078380A (en) | 1991-10-08 | 1999-06-23 | Projection exposure apparatus and method involving variation and correction of light intensity distributions, detection and control of imaging characteristics, and control of exposure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26076691A JP3414763B2 (en) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001312978A Division JP3341767B2 (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645217A true JPH0645217A (en) | 1994-02-18 |
| JP3414763B2 JP3414763B2 (en) | 2003-06-09 |
Family
ID=17352435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26076691A Expired - Fee Related JP3414763B2 (en) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3414763B2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5661546A (en) * | 1993-09-21 | 1997-08-26 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method with changing imaging characteristics and illumination conditions |
| WO1999031716A1 (en) * | 1997-12-16 | 1999-06-24 | Nikon Corporation | Aligner, exposure method and method of manufacturing device |
| JP2005197484A (en) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Nikon Corp | Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method using the exposure apparatus |
| JP2005303303A (en) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Carl Zeiss Smt Ag | Optimization method of imaging performance |
| JP2006108597A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Canon Inc | Exposure apparatus and method provided with interferometer, and device manufacturing method |
| JP2009032875A (en) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Canon Inc | Imaging characteristic variation prediction method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP2014143306A (en) * | 2013-01-24 | 2014-08-07 | Canon Inc | Exposure method, exposure device, method of manufacturing device using the same |
| KR20190024816A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-08 | 캐논 가부시끼가이샤 | Exposure apparatus, adjusting method, and article manufacturing method |
-
1991
- 1991-10-08 JP JP26076691A patent/JP3414763B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5661546A (en) * | 1993-09-21 | 1997-08-26 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method with changing imaging characteristics and illumination conditions |
| WO1999031716A1 (en) * | 1997-12-16 | 1999-06-24 | Nikon Corporation | Aligner, exposure method and method of manufacturing device |
| JP2005197484A (en) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Nikon Corp | Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method using the exposure apparatus |
| JP2005303303A (en) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Carl Zeiss Smt Ag | Optimization method of imaging performance |
| JP2006108597A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Canon Inc | Exposure apparatus and method provided with interferometer, and device manufacturing method |
| JP2009032875A (en) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Canon Inc | Imaging characteristic variation prediction method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP2014143306A (en) * | 2013-01-24 | 2014-08-07 | Canon Inc | Exposure method, exposure device, method of manufacturing device using the same |
| US9513564B2 (en) | 2013-01-24 | 2016-12-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure method, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| KR20190024816A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-08 | 캐논 가부시끼가이샤 | Exposure apparatus, adjusting method, and article manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3414763B2 (en) | 2003-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3395280B2 (en) | Projection exposure apparatus and method | |
| JP3291818B2 (en) | Projection exposure apparatus and semiconductor integrated circuit manufacturing method using the apparatus | |
| US6927836B2 (en) | Exposure apparatus and exposure method capable of controlling illumination distribution | |
| US6078380A (en) | Projection exposure apparatus and method involving variation and correction of light intensity distributions, detection and control of imaging characteristics, and control of exposure | |
| US5610684A (en) | Projection exposure apparatus | |
| JPH0729808A (en) | Projection exposure device | |
| JP3049774B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and element manufacturing method | |
| JPH0684757A (en) | Projection exposure device | |
| KR20190024816A (en) | Exposure apparatus, adjusting method, and article manufacturing method | |
| JP2002372406A (en) | Position detecting device and method, aberration measuring method and adjusting method of position detecting device, exposure device, and micro device manufacturing method | |
| JP4684563B2 (en) | Exposure apparatus and method | |
| JP3414763B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method | |
| JP2004146454A (en) | How to measure optical properties | |
| JP3341767B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method | |
| JPWO2002042728A1 (en) | Projection optical system aberration measurement method and apparatus, and exposure method and apparatus | |
| JP3243818B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and element manufacturing method | |
| JP3282222B2 (en) | Projection optical device and element manufacturing method using the device | |
| JPH05251299A (en) | Projection exposure device | |
| JPH088157A (en) | Projection exposure device | |
| JPH06124870A (en) | Projection exposure apparatus and exposure method | |
| JPH05217839A (en) | Projection aligner | |
| JP3102086B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and circuit element forming method | |
| JP3230264B2 (en) | Projection exposure apparatus and method, and element manufacturing method | |
| JPH0817713A (en) | Projection exposure device | |
| JPH05326365A (en) | Projection aligner |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |