JPH09326344A - Exposure method - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光用照明光の波長を短くすることなく、焦
点深度のマージンに関する条件を満たした上でより解像
度を向上させる。
【解決手段】 光源1からの照明光ILのもとで、レチ
クルRのパターンの像を投影光学系PLを介してウエハ
W上に投影した状態で、レチクルR及びウエハWを投影
光学系PLに対して同期走査して露光を行う。フォーカ
ス制御精度、下地パターンの段差、及びフォトレジスト
に所定係数を乗じて得られる幅の和が焦点深度より小さ
いという焦点深度のマージンに関する条件を、投影光学
系の開口数を大きくしても満たせるように、フォトレジ
ストを薄くする。フォトレジストを薄くすると、フォト
レジストの厚さむらに応じて積算露光量の目標値を変え
る必要があるため、レジスト厚測定装置46でレジスト
厚を計測し、この計測結果に基づいて積算露光量を制御
する。
(57) Abstract: The resolution is further improved without shortening the wavelength of the illumination light for exposure while satisfying the conditions regarding the margin of the depth of focus. Under the illumination light IL from a light source, a reticle R and a wafer W are projected onto a projection optical system PL in a state where a pattern image of a reticle R is projected onto a wafer W via a projection optical system PL. On the other hand, synchronous scanning is performed to perform exposure. The focus control accuracy, the level difference of the underlying pattern, and the margin of the depth of focus that the sum of the widths obtained by multiplying the photoresist by a predetermined coefficient are smaller than the depth of focus can be satisfied even if the numerical aperture of the projection optical system is increased. First, thin the photoresist. When the photoresist is thinned, it is necessary to change the target value of the integrated exposure amount according to the uneven thickness of the photoresist. Therefore, the resist thickness measuring device 46 measures the resist thickness, and the integrated exposure amount is calculated based on the measurement result. Control.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するための露光
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention transfers a mask pattern onto a photosensitive substrate in a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor element, an image pickup element (CCD or the like), a liquid crystal display element, a thin film magnetic head or the like. And an exposure method for doing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、露光用の
照明光のもとでマスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して感光基板としてのフォトレジスト
が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写
する露光装置が使用されている。従来、露光装置として
は、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置が主
に使用されていたが、最近は投影光学系に過度の負担を
かけることなく大面積のパターンを転写するために、レ
チクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査するス
テップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投
影露光装置も注目されている。2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device or the like, a wafer coated with a photoresist as a photosensitive substrate is formed through a projection optical system to form an image of a reticle pattern as a mask under illumination light for exposure. Or, an exposure device for transferring onto a glass plate or the like is used. Conventionally, as the exposure apparatus, a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper has been mainly used, but recently, in order to transfer a large area pattern without excessively burdening the projection optical system, A scanning exposure type projection exposure apparatus such as a step-and-scan method in which a reticle and a wafer are synchronously scanned with respect to a projection optical system is also receiving attention.
【0003】図17は従来の投影露光装置の一例の概略
構成を示し、この図17において、照明光学系101か
らの露光用の照明光がレチクルRのパターン形成面(下
面)のパターン形成領域を照明している。その照明光の
もとで、レチクルRに形成されたパターンを投影光学系
102を介して所定倍率で縮小した投影像が、ウエハW
上に塗布されたフォトレジストを露光している。投影光
学系102の開口数は開口絞り103によって規定され
ている。その後、そのフォトレジストを現像することに
よって、その投影像が凹凸のレジストパターンとして現
れる。FIG. 17 shows a schematic structure of an example of a conventional projection exposure apparatus. In FIG. 17, the exposure illumination light from the illumination optical system 101 forms a pattern formation area on the pattern formation surface (lower surface) of the reticle R. Lighting up. Under the illumination light, a projection image obtained by reducing the pattern formed on the reticle R at a predetermined magnification via the projection optical system 102 is a wafer W.
The photoresist coated above is exposed. The numerical aperture of the projection optical system 102 is defined by the aperture stop 103. Then, by developing the photoresist, the projected image appears as an uneven resist pattern.
【0004】そのようにウエハW上に結像投影されるレ
チクルRのパターンの像の解像度R及び焦点深度Dはそ
れぞれ次式で表される。 R=k1 ・λ/NA (1) D=k2 ・λ/NA2 (2) 但し、k1 及びk2 はそれぞれプロセス係数(以下、
「kファクタ」と呼ぶ)、λは露光用照明光の波長、N
Aは投影光学系102の開口数である。図17に示すよ
うに、投影光学系102のウエハ側(像側)の結像光束
の開口半角をθPL 2 として、周囲の気体を空気であると
すると、開口数NAはsin θPL2 で表される。また、レ
チクルRからウエハWに対する投影光学系102の投影
倍率をβ(βは1/5、又は1/4等)、投影光学系1
02による結像光束のレチクル側(物側)の開口半角を
θPL1 とすると、開口半角θPL2 とθPL1 との間には次
の関係がある。このとき、レチクルRからの回折光の内
で、回折角がθPL1 以下である回折光がレチクルRのパ
ターンの投影像の結像に寄与することになる。The resolution R and the depth of focus D of the image of the pattern of the reticle R image-projected on the wafer W as described above are respectively expressed by the following equations. R = k 1 · λ / NA (1) D = k 2 · λ / NA 2 (2) where k 1 and k 2 are process coefficients (hereinafter,
“K factor”), λ is the wavelength of the exposure illumination light, N
A is the numerical aperture of the projection optical system 102. As shown in FIG. 17, assuming that the half aperture angle of the image-forming light beam on the wafer side (image side) of the projection optical system 102 is θ PL 2 and the surrounding gas is air, the numerical aperture NA is represented by sin θ PL2 . To be done. Further, the projection magnification of the projection optical system 102 from the reticle R to the wafer W is β (β is ⅕, ¼, etc.), the projection optical system 1
Letting θ PL1 be the opening half angle on the reticle side (object side) of the image formation light flux by 02, there is the following relationship between the opening half angles θ PL2 and θ PL1 . At this time, among the diffracted light from the reticle R, the diffracted light having a diffraction angle of θ PL1 or less contributes to the formation of the projected image of the pattern of the reticle R.
【0005】 sin θPL1 =β・sin θPL2 =β・NA (3) 更に、照明光学系101からの露光用の照明光のレチク
ルRに対する開口半角をθILとして、照明光学系101
のコヒーレンスファクタ、即ち照明光学系101の射出
側の開口数(=sin θIL)の投影光学系102の入射側
の開口数(=sin θPL1)に対する比の値をσ(σ値)と
すると、照明光の開口半角θILは(3)式を用いて次の
ように表される。また、そのσ値の範囲は、0≦σ<1
である。Sin θ PL1 = β · sin θ PL2 = β · NA (3) Further, the illumination half-angle of the exposure illumination light from the illumination optical system 101 to the reticle R is θ IL , and the illumination optical system 101
Let σ (σ value) be the coherence factor of, ie, the ratio of the numerical aperture (= sin θ IL ) on the exit side of the illumination optical system 101 to the numerical aperture (= sin θ PL1 ) on the incident side of the projection optical system 102. , The aperture half angle θ IL of the illumination light is expressed as follows using the equation (3). The range of the σ value is 0 ≦ σ <1.
It is.
【0006】 sin θIL=σ・sin θPL1 =σ・β・NA (4) そして、上記の解像度R及び焦点深度Dを決定するkフ
ァクタk1 及びk2 の値は、先ずコヒーレンスファクタ
であるσ値によって変化する。更に、kファクタk1 及
びk2 の値は、照明光学系101を2次光源の形状が円
形である通常の照明法から、2次光源の形状が光軸から
偏心した複数の光源よりなる所謂変形照明法や輪帯照明
法等に切り換えることによっても変化すると共に、投影
光学系102の瞳面(レチクルRのパターン形成面に対
する光学的フーリエ変換面)に所定の光学フィルタ(所
謂瞳フィルタ)を配置することによっても変化する。更
に、kファクタk1 及びk2 の値は、レチクルRとし
て、周期的なパターン中に所定位相差を付与する所謂位
相シフトレチクルや、周期的なパターン中に所定の透過
率分布を付与する所謂ハーフトーンレチクル等を使用す
る際にも変化する。以上のような種々の条件によって、
kファクタk1 及びK2 の値はほぼ以下の範囲で変化す
る。Sin θ IL = σ · sin θ PL1 = σ · β · NA (4) Then, the values of the k factors k 1 and k 2 that determine the resolution R and the depth of focus D are the coherence factors. It depends on the σ value. Further, the values of the k factors k 1 and k 2 are different from those of the normal illumination method in which the shape of the secondary light source is circular in the illumination optical system 101, and the so-called plural light sources in which the shape of the secondary light source is decentered from the optical axis. It is changed by switching to the modified illumination method or the annular illumination method, and a predetermined optical filter (so-called pupil filter) is provided on the pupil surface of the projection optical system 102 (optical Fourier transform surface with respect to the pattern formation surface of the reticle R). It also changes depending on the placement. Further, the values of the k factors k 1 and k 2 are, as the reticle R, a so-called phase shift reticle that gives a predetermined phase difference in a periodic pattern, or a so-called phase shift reticle that gives a predetermined transmittance distribution in the periodic pattern. It also changes when using a halftone reticle. Due to various conditions as described above,
The values of k factors k 1 and K 2 vary in the following ranges.
【0007】 0.45≦k1 ≦0.6,0.7≦k2 ≦2.0 (5) そのため従来は、以上の種々の条件を駆使することによ
って、焦点深度Dが深く、且つ解像度Rが高い露光条件
を露光対象のデバイスに応じて使い分けていた。また、
焦点深度Dは(2)式で表されるが、投影露光装置でウ
エハをオートフォーカス方式で合焦させる際の精度であ
るフォーカス制御精度をCF 、ウエハ上の下地パターン
の段差(以下、アライメントマークの段差で代表させる
ために「マーク段差」と呼ぶ)をDM とすると、焦点深
度Dからフォーカス制御精度CF、及びマーク段差DM
を差し引いて得られる幅(=D−CF −DM)が、この投
影露光装置の運用者側で使用できる実質的な焦点深度の
幅、即ち使用可能な焦点深度となる。0.45 ≦ k 1 ≦ 0.6, 0.7 ≦ k 2 ≦ 2.0 (5) Therefore, conventionally, by making full use of the above various conditions, the depth of focus D is deep and the resolution is high. The exposure condition with a high R is used properly according to the device to be exposed. Also,
The depth of focus D is expressed by the equation (2). The focus control precision C F which is the precision when the wafer is focused by the projection exposure apparatus by the auto focus method is C F , and the step of the underlying pattern on the wafer (hereinafter, alignment). Assuming that the mark step is representatively referred to as “mark step”) is D M , the focus control accuracy C F and the mark step D M are calculated from the depth of focus D.
The width (= D−C F −D M ) obtained by subtracting is the width of the substantial depth of focus that can be used on the operator side of this projection exposure apparatus, that is, the usable depth of focus.
【0008】実際には、ウエハ上のフォトレジストの厚
さ(レジスト厚)をTR とすると、そのフォトレジスト
の現像後に良好なレジストパターンを得るためには、そ
のレジスト厚TR に所定の1以下の係数KUDを乗じて得
られる幅(フォトレジストの露光に必要な焦点深度幅)
が、その使用可能な焦点深度の幅内に収まっていればよ
い。そこで、以下ではそのレジスト厚TR に係数KUDを
乗じて得られる幅TR・KUDを、使用可能な焦点深度UD
OF(Usable Depth Of Focus )と呼ぶ。以上より、
(2)式の焦点深度Dは次式のように、フォーカス制御
精度CF 、マーク段差DM 、及び使用可能な焦点深度U
DOF(=TR・KUD)の和よりも広い必要がある。以下
の(6)式の条件を「焦点深度のマージンに関する条
件」と呼ぶ。In practice, assuming that the thickness of the photoresist on the wafer (resist thickness) is T R , in order to obtain a good resist pattern after development of the photoresist, the resist thickness T R is set to a predetermined value. Width obtained by multiplying the following coefficient K UD (depth of focus width required for photoresist exposure)
However, it only needs to be within the range of the depth of focus that can be used. Therefore, in the following, the width T R · K UD obtained by multiplying the resist thickness T R by the coefficient K UD is used as the usable depth of focus UD.
Called OF (Usable Depth Of Focus). From the above,
The depth of focus D in the equation (2) is the focus control accuracy C F , the mark step D M , and the usable depth of focus U as in the following equation.
It must be wider than the sum of DOF (= T R · K UD ). The condition of the following expression (6) is referred to as “condition regarding margin of depth of focus”.
【0009】 CF +DM +TR・KUD≦D=k2 ・λ/NA2 (6) 一般的な例を挙げると、露光用照明光に水銀ランプのi
線(λ=365nm)を使用し、kファクタk1 を0.
55として、ウエハ上に64MビットDRAMのパター
ンに相当する線幅0.4μmのライン・アンド・スペー
スパターン(L/Sパターン)の像を投影する、即ち解
像度Rを0.4μmとするための投影光学系の開口数N
AをNA1 とすると、開口数NA1 は、(1)式より次
のようになる。C F + D M + T R · K UD ≦ D = k 2 · λ / NA 2 (6) As a general example, the illumination light for exposure is i of a mercury lamp.
The line (λ = 365 nm) is used and the k factor k 1 is 0.
As 55, an image of a line-and-space pattern (L / S pattern) having a line width of 0.4 μm, which corresponds to the pattern of a 64 Mbit DRAM, is projected, that is, a projection for making the resolution R 0.4 μm. Numerical aperture N of optical system
When A is NA 1 , the numerical aperture NA 1 is as follows from the equation (1).
【0010】 0.4=0.55・0.365/NA1 , NA1 ≒0.50 (7) 更に、ウエハ上のマーク段差DM を0.8μm、レジス
ト厚TR を1μm、使用可能な焦点深度UDOFを定め
る係数KUDを0.7として、kファクタk2 を2.0と
したときに、(6)式の焦点深度のマージンに関する条
件を満たす投影光学系の開口数NAをNA2 とすると、
開口数NA2 は次のようになる。0.4 = 0.55 · 0.365 / NA 1 , NA 1 ≈0.50 (7) Further, the mark step D M on the wafer is 0.8 μm, and the resist thickness T R is 1 μm. When the coefficient K UD that determines the depth of focus UDOF is 0.7 and the k factor k 2 is 2.0, the numerical aperture NA of the projection optical system that satisfies the condition regarding the margin of the depth of focus in Expression (6) is NA. If 2 ,
The numerical aperture NA 2 is as follows.
【0011】 0.5+0.8+1×0.7≦2.0×0.365/NA2 2, NA2 ≦0.60 (8) (7)式及び(8)式より、水銀ランプのi線を用いて
64MビットDRAMのパターンを製造するための投影
光学系の開口数NAの条件は、0.5≦NA≦0.6と
なる。また、kファクタk1 及びk2 を上述のような値
に設定するためには、コヒーレンスファクタであるσ値
を、0.7≦σ<0.8 程度に設定することが望まし
い。更に、従来より周期的なパターンに対しては、変形
照明法や輪帯照明法を適用することによって、焦点深度
を狭くすることなく解像度を向上できることが知られて
おり、より解像度を高めるためにその変形照明法や輪帯
照明法を併用することも試みられている。0.5 + 0.8 + 1 × 0.7 ≦ 2.0 × 0.365 / NA 2 2 , NA 2 ≦ 0.60 (8) From the equations (7) and (8), the i-line of the mercury lamp is obtained. The condition of the numerical aperture NA of the projection optical system for manufacturing a pattern of a 64 Mbit DRAM using is 0.5 ≦ NA ≦ 0.6. Further, in order to set the k factors k 1 and k 2 to the above values, it is desirable to set the σ value which is the coherence factor to about 0.7 ≦ σ <0.8. Furthermore, it has been known that the resolution can be improved without narrowing the depth of focus by applying the modified illumination method or the annular illumination method to the periodic pattern than in the past. It has also been attempted to use the modified illumination method and the annular illumination method together.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、水銀ラン
プのi線を露光用の照明光として使用し、投影光学系の
開口数NAを0.5≦NA≦0.6 程度に設定するこ
とによって、64MビットDRAM相当の回路パター
ン、即ち解像度Rが0.4μm程度のパターンの像をウ
エハ上に高精度に転写することができる。更に、最近は
次世代の半導体デバイスである256MビットDRAM
の製造が開始されようとしており、そのためには解像度
Rを0.25μm程度に高める必要がある。そのように
解像度Rを高めるためには、(1)式より露光用照明光
の波長λを短くするか、又は投影光学系の開口数NAを
大きくすればよい。As described above, the i-line of the mercury lamp is used as the illumination light for exposure, and the numerical aperture NA of the projection optical system is set to about 0.5≤NA≤0.6. Thus, a circuit image corresponding to a 64 Mbit DRAM, that is, an image of a pattern having a resolution R of about 0.4 μm can be transferred onto a wafer with high accuracy. Furthermore, 256 Mbit DRAM, which is a next-generation semiconductor device recently
Is about to be started, and for that purpose, it is necessary to increase the resolution R to about 0.25 μm. In order to increase the resolution R as described above, the wavelength λ of the exposure illumination light may be shortened or the numerical aperture NA of the projection optical system may be increased according to the equation (1).
【0013】しかしながら、単に波長λを短くするか、
開口数NAを大きくすると、(2)式の焦点深度Dが狭
くなって、(6)式の焦点深度のマージンに関する条件
が満たされなくなる。特に、(2)式より分かるよう
に、焦点深度Dは開口数NAの2乗に反比例して小さく
なるため、従来は開口数NAを更に大きくすることは考
えられていなかった。そこで、従来は、露光光源として
KrFエキシマレーザ光源(露光用波長λ=248n
m)を使用して、0.25μmの解像度Rを得ると共
に、(イ)ウエハ平坦化技術の導入、及び(ロ)フォー
カス制御技術の向上によって(6)式の焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たすようにしていた。However, if the wavelength λ is simply shortened,
When the numerical aperture NA is increased, the depth of focus D in the equation (2) becomes narrower, and the condition regarding the margin of the depth of focus in the equation (6) cannot be satisfied. In particular, as can be seen from the expression (2), the depth of focus D decreases in inverse proportion to the square of the numerical aperture NA, and thus it has not been conventionally considered to increase the numerical aperture NA. Therefore, conventionally, as an exposure light source, a KrF excimer laser light source (exposure wavelength λ = 248n
m) is used to obtain a resolution R of 0.25 μm, and (b) introduction of wafer flattening technology and (b) improvement of focus control technology satisfy the condition regarding the depth-of-focus margin of equation (6). Was doing.
【0014】その(イ)のウエハ平坦化技術とは、ウエ
ハの反りや回路パターンの段差を小さくするために露光
前に物理的、又は化学的にウエハの表面の平面度を高め
る技術であり、これによってマーク段差DM は、従来の
0.8μmから0.1μm程度に小さくなる。また、
(ロ)のフォーカス制御技術の向上によって、フォーカ
ス制御精度CF は従来の0.5μmから0.4μm程度
に改善されている。この露光条件での投影光学系の開口
数NAを見積もると、先ずkファクタk1 を0.55と
して、(1)を満たす開口数NA1 は次のようになる。The wafer flattening technique (a) is a technique for physically or chemically increasing the flatness of the surface of the wafer before exposure in order to reduce the warp of the wafer and the step of the circuit pattern. As a result, the mark step D M is reduced from the conventional 0.8 μm to about 0.1 μm. Also,
Due to the improvement of the focus control technique (b), the focus control accuracy C F is improved from the conventional 0.5 μm to about 0.4 μm. Estimating the numerical aperture NA of the projection optical system under these exposure conditions, first , assuming that the k factor k 1 is 0.55, the numerical aperture NA 1 that satisfies (1) is as follows.
【0015】 0.25=0.55×0.248/NA1 , NA1 ≒0.55 (9) また、(6)式の焦点深度のマージンに関する条件を満
たす開口数NA2 は次のようになる。なお、線幅が細く
なったためkファクタk2 は1.7となっており、使用
可能な焦点深度UDOFを定める係数KUDは0.7のま
まである。0.25 = 0.55 × 0.248 / NA 1 , NA 1 ≈0.55 (9) Further, the numerical aperture NA 2 which satisfies the condition regarding the depth of focus margin of the equation (6) is as follows. become. The k factor k 2 is 1.7 because the line width is thin, and the coefficient K UD that determines the usable depth of focus UDOF remains 0.7.
【0016】 0.4+0.1+1×0.7≦1.7×0.248/NA2 2, NA2 ≦0.59 (10) 即ち、この露光条件では開口数NAの範囲は、0.55
≦NA≦0.6 程度となる。また、焦点深度を狭くす
ることなく更に解像度を向上するために、変形照明法や
ハーフトーンレチクルを併用することも検討されてい
る。0.4 + 0.1 + 1 × 0.7 ≦ 1.7 × 0.248 / NA 2 2 , NA 2 ≦ 0.59 (10) That is, the numerical aperture NA range is 0.55 under these exposure conditions.
≦ NA ≦ 0.6. Further, in order to further improve the resolution without narrowing the depth of focus, it is also considered to use a modified illumination method and a halftone reticle together.
【0017】しかしながら、256MビットDRAM相
当の半導体デバイスを製造するために、露光光源を水銀
ランプからKrFエキシマレーザ光源に変更すると、投
影露光装置自体が高価となり、投資に見合う利益を享受
し難い、即ちコスト・パフォーマンスが悪いという不都
合があった。更に現状では、その次世代の半導体デバイ
スである1GビットDRAM相当の回路パターンを形成
するための投影露光装置として、露光光源としてArF
エキシマレーザ光源(波長λが193nm)を使用した
装置の開発が計画されており、その次の4GビットDR
AM相当の回路パターンを形成するための投影露光装置
として、現状ではより短波長の露光用照明光である例え
ばX線を使用した装置の開発も計画されている。即ち、
現状では次世代の半導体デバイスを製造するためには、
露光用照明光をより短波長化して対応するという考え方
が主流である。しかしながら、露光用照明光を短波長化
するために露光光源を切り換えると、投影露光装置の製
造コストが大幅に上昇し、コスト・パフォーマンスが益
々悪化するという不都合がある。However, if the exposure light source is changed from a mercury lamp to a KrF excimer laser light source in order to manufacture a semiconductor device equivalent to a 256 Mbit DRAM, the projection exposure apparatus itself becomes expensive, and it is difficult to receive the return corresponding to the investment. There was an inconvenience that cost performance was bad. Further, under the present circumstances, ArF is used as an exposure light source as a projection exposure apparatus for forming a circuit pattern corresponding to the next-generation semiconductor device, 1 Gbit DRAM.
Development of a device using an excimer laser light source (wavelength λ is 193 nm) is planned, and next 4G bit DR
As a projection exposure apparatus for forming a circuit pattern corresponding to AM, at present, there is also a plan to develop an apparatus using exposure light of shorter wavelength, such as X-rays. That is,
Currently, in order to manufacture next-generation semiconductor devices,
The main idea is to shorten the wavelength of the illumination light for exposure to deal with it. However, when the exposure light source is switched to shorten the wavelength of the illumination light for exposure, there is a disadvantage that the manufacturing cost of the projection exposure apparatus increases significantly and the cost performance deteriorates.
【0018】本発明は斯かる点に鑑み、露光用照明光の
波長を短くすることなく、より解像度を向上できると共
に、焦点深度のマージンに関する条件をも満たすことが
できる露光方法を提供することを目的とする。言い換え
ると本発明は、露光用照明光として水銀ランプのi線を
使用して次世代の256MビットDRAM相当のパター
ンを形成でき、KrFエキシマレーザ光を使用して1G
ビットDRAM相当のパターンを形成でき、ArFエキ
シマレーザ光を使用して4GビットDRAM相当のパタ
ーンを形成できるような露光方法を提供することを目的
とするものである。In view of the above point, the present invention provides an exposure method capable of further improving the resolution without shortening the wavelength of the exposure illumination light and satisfying the condition concerning the margin of the depth of focus. To aim. In other words, the present invention can form a pattern corresponding to the next-generation 256 Mbit DRAM by using the i-line of a mercury lamp as the illumination light for exposure, and 1 G by using the KrF excimer laser light.
It is an object of the present invention to provide an exposure method capable of forming a pattern corresponding to a bit DRAM and forming a pattern corresponding to a 4G bit DRAM using ArF excimer laser light.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明による第1の露光
方法は、露光用照明光(IL)のもとでマスク(R)上
の転写用パターンを感光材料が塗布された基板(W)上
に転写露光する露光方法において、基板(W)上に塗布
されたその感光材料の厚さに応じて露光用照明光(I
L)の積算露光量を制御するものである。According to a first exposure method of the present invention, a substrate (W) coated with a photosensitive material on a transfer pattern on a mask (R) under exposure illumination light (IL). In the exposure method of transferring and exposing the light onto the substrate (W), the exposure illumination light (I
L) controls the integrated exposure amount.
【0020】斯かる本発明では、投影光学系を使用する
ものとすると、転写される像の解像度を向上するため
に、露光用照明光の波長λを短くするのではなく、
(1)式における投影光学系の開口数NAを大きくす
る。ところが、単に開口数NAを大きくすると、(2)
式より焦点深度Dがその2乗に反比例して狭くなって、
(6)式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなる。そこで、本発明ではその(6)式の条件を満
たすために、(6)式における感光材料(フォトレジス
ト)の厚さTR を薄くして、使用可能な焦点深度UDO
F(=TR・KUD)を狭くする。ところが、感光材料の厚
さTR を薄くすると、その感光材料を適正に感光させる
ために必要な積算露光量は小さくなり、適正な感光時間
が短くなるため、その積算露光量の高精度な制御が困難
となる。In the present invention, if the projection optical system is used, the wavelength λ of the illumination light for exposure is not shortened in order to improve the resolution of the transferred image.
The numerical aperture NA of the projection optical system in the equation (1) is increased. However, if the numerical aperture NA is simply increased, (2)
From the formula, the depth of focus D becomes narrower in inverse proportion to its square,
The condition concerning the margin of the depth of focus in the equation (6) is not satisfied. Therefore, in the present invention, in order to satisfy the condition of the expression (6), the thickness T R of the photosensitive material (photoresist) in the expression (6) is reduced so that the usable depth of focus UDO.
Make F (= T R · K UD ) narrower. However, when reducing the thickness T R of the photosensitive material, the integrated exposure amount required in order to properly expose the photosensitive material is reduced, since the proper exposure time is shortened, high-precision control of the integrated exposure amount Will be difficult.
【0021】例えば、感光材料を薄く塗布する際の微小
な温度変化、湿度変化、感光材料の保管時間の長短等に
よって感光材料の厚さむらが生じてしまうことがある。
それにより、その感光材料に対する感光時間も変化する
ため、例えば感光材料のコータからの平均的な厚さ情報
のみに基づいて、個々の基板に対する露光用照明光の積
算露光量をそれぞれ目標値に対して高精度に制御するの
は困難である。それに対処するため、本発明では例えば
露光の直前に基板(W)上の感光材料の厚さT R を実際
に計測し、この厚さに基づいて積算露光量を制御するこ
ととした。これによって、投影光学系の開口数NAを大
きくして解像度を向上したときに、焦点深度が狭くなっ
ても、焦点深度のマージンに関する条件を満足し、且つ
適正な積算露光量が得られる。また、積算露光量を制御
するためには、ステッパー型の投影露光装置であれば照
度や露光時間を制御することになるが、ステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置では照度の制御の他
に、基板(W)の走査速度やスリット状の照明領域の幅
の制御でも積算露光量を制御できる。For example, when applying a thin photosensitive material,
Temperature changes, humidity changes, storage time of photosensitive materials, etc.
Therefore, uneven thickness of the photosensitive material may occur.
As a result, the exposure time for the photosensitive material also changes.
Therefore, for example, the average thickness information from the coater of the photosensitive material
Product of exposure illumination light for individual substrates based on
The calculated exposure dose is controlled with high accuracy for each target value.
It is difficult. In order to deal with it, in the present invention, for example,
Immediately before exposure, the thickness T of the photosensitive material on the substrate (W) RThe actual
The total exposure amount can be controlled based on this thickness.
And As a result, the numerical aperture NA of the projection optical system is increased.
The depth of focus becomes narrower as the resolution is improved.
However, the condition regarding the depth of focus margin is satisfied, and
A proper integrated exposure amount can be obtained. Also, control the integrated exposure amount
To achieve this, a stepper-type projection exposure system
Control the exposure time and exposure time.
In the de-scan type projection exposure apparatus, in addition to illuminance control,
The scanning speed of the substrate (W) and the width of the slit-shaped illumination area
The integrated exposure amount can also be controlled by controlling.
【0022】この場合、マスク(R)に対応させて所定
の基準となる厚さでのその感光材料に対する適正積算露
光量を予め記憶しておき、その感光材料の厚さのその所
定の基準となる厚さからの差分を求め、この差分に基づ
いて露光用照明光(IL)の積算露光量を設定すること
が望ましい。これによって、その感光材料の厚さが変化
したときでも、簡単な計算で適正な積算露光量を求める
ことができる。In this case, an appropriate integrated exposure amount for the photosensitive material having a predetermined reference thickness corresponding to the mask (R) is stored in advance, and the thickness of the photosensitive material is used as the predetermined reference. It is desirable to obtain a difference from the thickness and set the integrated exposure amount of the exposure illumination light (IL) based on this difference. As a result, even when the thickness of the photosensitive material changes, the proper integrated exposure amount can be obtained by a simple calculation.
【0023】次に、マスク(R)上の転写用パターンが
投影光学系(PL)を介して基板(W)上に投影露光さ
れる場合に、基板(W)上に塗布されたその感光材料の
厚さが0.5μm以下であるときには、投影光学系(P
L)の開口数を0.68以上にすることが望ましい。従
来の露光方法では、単に開口数を0.6以上にすると、
(6)式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなるが、感光材料の厚さTR が0.5μm以下であ
るときには、フォーカス制御技術の向上や平坦化技術の
併用によって、開口数が0.68以上で0.8程度まで
はその(6)式の条件が満たされる。これによって、露
光用照明光の波長を短くすることなく、即ち、高価な露
光光源を使用することなく転写できるパターンの解像度
を1世代分程度高めることができ、且つ焦点深度のマー
ジンに関する条件も満たされる。Next, when the transfer pattern on the mask (R) is projected and exposed on the substrate (W) through the projection optical system (PL), the photosensitive material applied on the substrate (W). Is 0.5 μm or less, the projection optical system (P
It is desirable that the numerical aperture of L) be 0.68 or more. In the conventional exposure method, if the numerical aperture is simply set to 0.6 or more,
(6) The conditions regarding margin of the depth of focus is no longer satisfied, when the thickness T R of photosensitive material is 0.5μm or less, the improvement and combined planarization techniques focus control techniques, numerical aperture 0 The condition of the expression (6) is satisfied from 0.68 to 0.8. As a result, the resolution of a pattern that can be transferred without shortening the wavelength of the exposure illumination light, that is, without using an expensive exposure light source, can be increased by about one generation, and the condition regarding the depth of focus margin is also satisfied. Be done.
【0024】次に、本発明による第2の露光方法は、露
光用照明光(IL)のもとでマスク(R)上の転写用パ
ターンを感光材料が塗布された基板(R)上に転写露光
する露光方法において、基板(R)上に塗布されたその
感光材料の厚さに応じてその投影光学系(8)の開口数
の切り替えの制御を行うものである。斯かる本発明によ
れば、例えば基板(W)上に塗布された感光材料の厚さ
が0.2μm以下のときに投影光学系(PL)の開口数
を0.7以上とし、基板(W)上に塗布された感光材料
の厚さが1.0μm以上のときには投影光学系(PL)
の開口数を0.6以下に切り換える。例えば露光用照明
光がKrFエキシマレーザ光である場合(波長が248
nm)、開口数0.6以下では256MビットDRAM
相当のパターン(解像度が0.25μm程度)を高精度
に転写でき、開口数0.7以上では1GビットDRAM
相当のパターン(解像度が0.18μm程度)を高精度
に転写できる。これによって1台の露光装置で2世代の
半導体デバイスに相当するパターンを高精度に転写でき
る。Next, in the second exposure method according to the present invention, the transfer pattern on the mask (R) is transferred onto the substrate (R) coated with the photosensitive material under the exposure illumination light (IL). In the exposure method of exposing, the switching of the numerical aperture of the projection optical system (8) is controlled according to the thickness of the photosensitive material applied on the substrate (R). According to the present invention, for example, when the thickness of the photosensitive material coated on the substrate (W) is 0.2 μm or less, the numerical aperture of the projection optical system (PL) is 0.7 or more and the substrate (W ) When the thickness of the photosensitive material coated on the substrate is 1.0 μm or more, the projection optical system (PL)
The numerical aperture of is switched to 0.6 or less. For example, when the exposure illumination light is KrF excimer laser light (wavelength is 248
nm), 256 Mbit DRAM with numerical aperture of 0.6 or less
A considerable pattern (resolution of about 0.25 μm) can be transferred with high accuracy, and a 1 Gbit DRAM with a numerical aperture of 0.7 or more.
A considerable pattern (resolution is about 0.18 μm) can be transferred with high accuracy. As a result, a pattern corresponding to a second-generation semiconductor device can be transferred with high accuracy by one exposure apparatus.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明による露光方法の実
施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例
は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で
露光を行う場合に本発明を適用したものである。図1
は、本例の投影露光装置を示す概略構成図であり、この
図1において、露光光源としてのKrFエキシマレーザ
光源1よりパルス発光された波長248nmのレーザビ
ームよりなる照明光ILは、減光ユニット2で所定の減
光率で減光された後、第1レンズ3、偏向ミラー4及び
第2レンズ6よりなるビームエキスパンダを介して、1
段目のフライアイレンズ7に入射する。第2レンズ6及
びフライアイレンズ7より、通常照明用のインプット光
学系5Aが構成され、このインプット光学系5Aは交換
装置8を介して、後述の輪帯照明用のインプット光学系
5Bと交換できるように構成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an exposure method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to the case where exposure is performed by a step-and-scan type projection exposure apparatus. FIG.
2 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, the illumination light IL made up of a laser beam having a wavelength of 248 nm pulsed from a KrF excimer laser light source 1 as an exposure light source is a dimming unit. After being dimmed at a predetermined dimming rate at 2, the beam is expanded through a beam expander including a first lens 3, a deflection mirror 4 and a second lens 6 to
It is incident on the fly-eye lens 7 of the stage. The second lens 6 and the fly-eye lens 7 constitute an input optical system 5A for normal illumination, and this input optical system 5A can be exchanged with an input optical system 5B for annular zone illumination described later via the exchange device 8. Is configured.
【0026】1段目のフライアイレンズ7で照度分布が
均一化された照明光ILは、照明光の方向による照度分
布のむらを補正するための平行平板ガラスよりなる照度
分布補正板9、リレーレンズ10、及び偏向ミラー11
を介して、2段目の通常照明用のフライアイレンズ12
の入射面に入射する。1段目のフライアイレンズ7の入
射面は2段目のフライアイレンズ12の入射面と共役で
あり、後者のフライアイレンズ12の入射面では、前者
のフライアイレンズ7を構成する各レンズエレメントの
入射面の拡大像が重畳される。また、フライアイレンズ
12は交換装置14を介して、後述の2段目の輪帯照明
用のフライアイレンズ13と交換できるように構成され
ている。以下、2段目のフライアイレンズ12以降の照
明光学系、及び投影光学系PLの光軸を光軸AXとし
て、光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な面内で
図1の紙面に平行にY軸を、図1の紙面に垂直にX軸を
取って説明する。The illumination light IL whose illuminance distribution is made uniform by the first-stage fly-eye lens 7 is an illuminance distribution correction plate 9 made of parallel flat glass for correcting unevenness of the illuminance distribution depending on the direction of the illumination light, and a relay lens. 10 and deflection mirror 11
Through the fly eye lens 12 for normal lighting in the second stage
Is incident on the incident surface of. The plane of incidence of the first-stage fly-eye lens 7 is conjugate with the plane of incidence of the second-stage fly-eye lens 12, and the planes of incidence of the latter fly-eye lens 12 are the lenses forming the former fly-eye lens 7. A magnified image of the entrance surface of the element is superimposed. In addition, the fly-eye lens 12 is configured to be replaceable with a fly-eye lens 13 for second-stage annular illumination, which will be described later, via an exchange device 14. Hereinafter, an optical axis of the illumination optical system after the second-stage fly-eye lens 12 and the optical axis of the projection optical system PL is the optical axis AX, the Z axis is taken in parallel with the optical axis AX, and is shown in a plane perpendicular to the Z axis. The description will be given by taking the Y axis parallel to the plane of FIG. 1 and the X axis perpendicular to the plane of FIG.
【0027】このとき、2段目のフライアイレンズ12
の射出面はレチクルRのパターン形成面に対して光学的
なフーリエ変換面(瞳面)となっており、この射出面に
複数の照明系開口絞り(以下、「σ絞り」と呼ぶ)が設
けられたσ絞りユニット15が配置されている。図7
(a)は、そのσ絞りユニット15を示し、この図7
(a)において、駆動軸15aの周りに回転自在な円板
よりなるσ絞りユニット15上には、等角度間隔で大き
なσ値用のσ絞り75A、小さいσ値用のσ絞り75
B、第1の輪帯照明用のσ絞り75C、及び第2の輪帯
照明用のσ絞り75Dが形成されている。σ絞り75A
〜75Dの形状の詳細については後述する。At this time, the second-stage fly-eye lens 12
Is an optical Fourier transform surface (pupil surface) with respect to the pattern formation surface of the reticle R, and a plurality of illumination system aperture stops (hereinafter referred to as “σ stop”) are provided on this exit surface. The σ diaphragm unit 15 is arranged. Figure 7
FIG. 7A shows the σ diaphragm unit 15, which is shown in FIG.
In (a), on the σ diaphragm unit 15 made of a disc rotatable about the drive shaft 15a, a σ diaphragm 75A for a large σ value and a σ diaphragm 75 for a small σ value are arranged at equal angular intervals.
B, a σ diaphragm 75C for the first annular illumination, and a σ diaphragm 75D for the second annular illumination are formed. σ diaphragm 75A
Details of the shapes of ~ 75D will be described later.
【0028】図1に戻り、装置全体の動作を統轄制御す
る主制御装置29が照明系制御系32に対して露光条件
等を指示するのに応じて、照明系制御系32ではσ絞り
ユニット15を回転させて所定のσ絞りをフライアイレ
ンズ12の射出面に設定する。その動作と同時に照明系
制御系32では、必要に応じて交換装置8を介して2つ
のインプット光学系5A,5Bの交換を行うと共に、交
換装置14を介して2つのフライアイレンズ12及び1
3の交換をも行う。Returning to FIG. 1, in response to a main controller 29 that controls the operation of the entire apparatus instructing the illumination system control system 32 about exposure conditions and the like, the illumination system control system 32 causes the σ diaphragm unit 15 to operate. Is rotated to set a predetermined σ stop on the exit surface of the fly-eye lens 12. At the same time as the operation, the illumination system control system 32 replaces the two input optical systems 5A and 5B via the exchanging device 8 if necessary, and also the two fly-eye lenses 12 and 1 via the exchanging device 14.
Also exchange 3.
【0029】フライアイレンズ12から射出されてσ絞
りユニット15中の所定のσ絞りを通過した照明光IL
は、分割プリズム板16及び第1リレーレンズ17を経
て、順次Zチルト方向に駆動される固定視野絞り(固定
レチクルブラインド)18、及びXY方向に駆動される
可動視野絞り20に入射する。本例では可動視野絞り2
0は、レチクルRのパターン形成面との共役面に配置さ
れ、固定視野絞り18はその共役面から僅かにデフォー
カスした面に配置されている。そして、固定視野絞り1
8にはレチクルR上のスリット状の照明領域を規定する
ための矩形の固定の開口が形成され、且つ固定視野絞り
18のZ方向の位置及び傾斜角(チルト角)は、照明系
制御系32が駆動装置19を介して微調整できるように
構成されている。Illumination light IL emitted from the fly-eye lens 12 and passing through a predetermined σ diaphragm in the σ diaphragm unit 15.
Enters the fixed field stop (fixed reticle blind) 18 that is sequentially driven in the Z tilt direction and the movable field stop 20 that is driven in the XY directions via the split prism plate 16 and the first relay lens 17. In this example, the movable field stop 2
0 is arranged on a conjugate surface with the pattern forming surface of the reticle R, and the fixed field stop 18 is arranged on a surface slightly defocused from the conjugate surface. And fixed field stop 1
A rectangular fixed aperture for defining a slit-shaped illumination area on the reticle R is formed at 8, and the position and tilt angle (tilt angle) of the fixed field stop 18 in the Z direction are determined by the illumination system control system 32. Can be finely adjusted via the drive unit 19.
【0030】一方、可動視野絞り20はY方向にそれぞ
れ独立に移動できる1対の可動ブレード20a,20b
と、X方向にそれぞれ独立に駆動できる不図示の1対の
可動ブレードとから構成され、可動ブレード20a,2
0b等の動作は駆動装置21を介して照明系制御系32
によって制御される。ウエハW上の各ショット領域に対
して走査露光を行う場合、固定視野絞り18のみでは走
査露光の開始直後、及び終了直前にレチクルR上のパタ
ーン領域以外の領域にも照明光ILが照射されることが
ある。そこで、可動視野絞り20は、走査露光の開始直
後、及び終了直前等に、固定視野絞り18で規定される
レチクルR上の照明領域を更に制限する役割を果たして
いる。On the other hand, the movable field stop 20 is a pair of movable blades 20a and 20b which can move independently in the Y direction.
And a pair of movable blades (not shown) that can be independently driven in the X direction.
The operation such as 0b is performed by the illumination system control system 32 via the drive unit 21.
Controlled by. When scanning exposure is performed on each shot area on the wafer W, the illumination light IL is also applied to the area other than the pattern area on the reticle R immediately after the scanning exposure starts and immediately before the scanning exposure with only the fixed field stop 18. Sometimes. Therefore, the movable field stop 20 plays a role of further limiting the illumination area on the reticle R defined by the fixed field stop 18 immediately after the start of scanning exposure and immediately before the end of scanning exposure.
【0031】固定視野絞り18、及び可動視野絞り20
の開口を通過した照明光ILは、第2リレーレンズ2
2、及びコンデンサレンズ23を介して、レチクルRの
パターン形成面(下面)のスリット状の照明領域24を
均一な照度分布で照明する。本例の照明領域24は、X
方向を長手方向とする矩形領域であり、走査露光時のレ
チクルRの走査方向は図1の紙面に平行なY方向となっ
ている。その照明光ILのもとで、レチクルR上の照明
領域24内のパターンが投影光学系PLによって投影倍
率β(βは1/4,1/5等)で縮小されて、フォトレ
ジストが塗布されたウエハWの表面のスリット状の露光
領域33に結像投影される。投影光学系PL内の瞳面
(レチクルRのパターン形成面に対する光学的フーリエ
変換面)には、例えば虹彩絞り状の可変開口絞り42が
設置され、主制御装置29が駆動装置43を介して可変
開口絞り42の開口径を切り換えることによって、投影
光学系PLの開口数NAが例えば0.5〜0.8の間で
切り換えられるようになっている。Fixed field diaphragm 18 and movable field diaphragm 20
The illumination light IL that has passed through the opening of the second relay lens 2
The slit-shaped illumination area 24 on the pattern formation surface (lower surface) of the reticle R is illuminated with a uniform illuminance distribution via the condenser lens 23 and the condenser lens 23. The illumination area 24 in this example is X
This is a rectangular area whose direction is the longitudinal direction, and the scanning direction of the reticle R during scanning exposure is the Y direction parallel to the paper surface of FIG. Under the illumination light IL, the pattern in the illumination area 24 on the reticle R is reduced by the projection optical system PL at the projection magnification β (β is 1/4, 1/5, etc.), and the photoresist is applied. The image is projected onto the slit-shaped exposure area 33 on the surface of the wafer W. A variable aperture stop 42 in the form of, for example, an iris diaphragm is installed on the pupil plane (optical Fourier transform plane for the pattern formation surface of the reticle R) in the projection optical system PL, and the main controller 29 is variable via the drive unit 43. By switching the aperture diameter of the aperture stop 42, the numerical aperture NA of the projection optical system PL can be switched between 0.5 and 0.8, for example.
【0032】レチクルRは、レチクルステージ25上に
真空吸着で保持され、レチクルステージ25は、不図示
のコラム上に設けられたレチクルベース26上をY方向
に一定速度で移動できると共に、X方向、Y方向、及び
回転方向に微動できるように構成されている。レチクル
ステージ25の端部に移動鏡27が固定され、移動鏡2
7及びこれに対向するように配置されたレーザ干渉計2
8によってレチクルステージ25のX座標、Y座標、及
び回転角が常時計測され、計測結果が主制御装置29に
供給され、主制御装置29ではその計測結果に基づいて
レチクルステージ駆動系30を介してレチクルステージ
25の動作を制御する。The reticle R is held on the reticle stage 25 by vacuum suction, and the reticle stage 25 can move at a constant speed in the Y direction on a reticle base 26 provided on a column (not shown), and in the X direction, It is configured so that it can be finely moved in the Y direction and the rotation direction. The movable mirror 27 is fixed to the end of the reticle stage 25,
7 and a laser interferometer 2 arranged so as to face it
The X-coordinate, the Y-coordinate, and the rotation angle of the reticle stage 25 are constantly measured by 8, and the measurement result is supplied to the main controller 29. The operation of the reticle stage 25 is controlled.
【0033】一方、ウエハWは真空吸着を行うウエハホ
ルダ34を介してZチルトθステージ35上に保持さ
れ、Zチルトθステージ35は3個のそれぞれZ方向に
突没自在の支点36A〜36Cを介してXYステージ3
7上に載置されている。この場合、XYステージ37内
の駆動部を介して3個の支点36A〜36Cを並行に突
没させることによって、Zチルトθステージ35をZ方
向に移動でき、それら3個の支点36A〜36Cを独立
に突没させることによってZチルトθステージ35のX
軸の周りの傾斜角、及びY軸の周りの傾斜角を制御で
き、且つZチルトθステージ35は所定範囲内でZ軸の
周りに回転できるように構成されている。また、XYス
テージ37は、Zチルトθステージ35をY方向に一定
速度で移動できると共に、X方向にステップ移動できる
ように構成されている。ウエハホルダ34、Zチルトθ
ステージ35、支点36A〜36C、及びXYステージ
37よりウエハステージが構成されている。On the other hand, the wafer W is held on a Z tilt θ stage 35 via a wafer holder 34 that performs vacuum suction, and the Z tilt θ stage 35 is provided with three fulcrums 36A to 36C which are respectively projectable and retractable in the Z direction. XY stage 3
7. In this case, the Z tilt .theta. Z tilt θ stage 35 X
The tilt angle about the axis and the tilt angle about the Y axis can be controlled, and the Z tilt θ stage 35 is configured to be rotatable about the Z axis within a predetermined range. Further, the XY stage 37 is configured to move the Z tilt θ stage 35 at a constant speed in the Y direction and to move stepwise in the X direction. Wafer holder 34, Z tilt θ
The stage 35, the fulcrums 36A to 36C, and the XY stage 37 constitute a wafer stage.
【0034】また、Zチルトθステージ35の端部に移
動鏡39が固定され、移動鏡39とこれに対向して配置
されたレーザ干渉計40とによってZチルトθステージ
35(ウエハW)のX座標、Y座標、及び回転角が常時
計測され、計測結果が主制御装置29に供給され、主制
御装置39は供給された計測値に基づいてウエハステー
ジ制御系41を介してXYステージ37、及びZチルト
θステージ35の動作を制御する。A movable mirror 39 is fixed to an end portion of the Z tilt θ stage 35, and the movable mirror 39 and a laser interferometer 40 arranged so as to face the movable mirror 39 cause the X of the Z tilt θ stage 35 (wafer W). The coordinates, the Y coordinate, and the rotation angle are constantly measured, the measurement result is supplied to the main controller 29, and the main controller 39 supplies the XY stage 37, and the XY stage 37 via the wafer stage control system 41 based on the supplied measurement value. The operation of the Z tilt θ stage 35 is controlled.
【0035】更に、投影光学系PLの側面にオートフォ
ーカス及びオートレベリング用の斜入射方式の多点の焦
点位置検出系48が設置されている。本例では後述のよ
うにウエハW上に塗布されているフォトレジストの厚さ
が従来に比べて薄いこともあり、従来よりも高いフォー
カス制御精度が要求される。そこで、本例では例えば特
開平6−283403号公報で開示されているように、
先読み方式も併用した方式でウエハWの表面の複数の計
測点での焦点位置(Z方向の位置)を計測する。即ち、
本例の焦点位置検出系48は、ウエハW上のスリット状
の露光領域33、及びこの露光領域33に対して走査方
向に先行する先読み領域内の複数(例えば10個程度)
の計測点にスリット像を投影する照射光学系と、それら
スリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を
再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に
対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系と
から構成され、それら複数のフォーカス信号がフォーカ
ス信号処理系49に供給されている。Further, an oblique incidence type multi-point focus position detection system 48 for autofocusing and autoleveling is installed on the side surface of the projection optical system PL. In this example, the thickness of the photoresist coated on the wafer W may be thinner than that of the conventional one as described later, and thus higher focus control accuracy than that of the conventional one is required. Therefore, in this example, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-283403,
The focus position (position in the Z direction) at a plurality of measurement points on the surface of the wafer W is measured by a method that also uses the pre-reading method. That is,
The focus position detection system 48 of this example includes a plurality of slit-shaped exposure regions 33 on the wafer W, and a plurality of read-ahead regions (for example, about 10) in the pre-reading region preceding the exposure regions 33 in the scanning direction.
Of the irradiation optical system that projects the slit image at the measurement point of, and re-images the slit images by receiving the reflected light from these slit images, and A focusing optical system for generating a focus signal and a plurality of focus signals are supplied to the focus signal processing system 49.
【0036】フォーカス信号処理系49では、一例とし
てそれら複数のフォーカス信号よりウエハWの表面の露
光領域33の平均的な面の焦点位置Z1 、及びY軸の周
りでの傾斜角θY1を算出し、同様に露光領域33に対す
る先読み領域での平均的な面の焦点位置Z2 、及びY軸
の周りでの傾斜角θY2を算出し、算出結果を主制御装置
29に供給する。主制御装置29では、ウエハWの走査
速度、及びオートフォーカス及びオートレベリング機構
の応答速度を考慮して、例えば露光領域33及び先読み
領域の焦点位置Z1,Z2 の加重平均より制御対象の焦点
位置Z3 を算出する。更に、主制御装置29では、露光
領域33及び先読み領域の傾斜角θY1,θY2の加重平均
より制御対象のY軸の周りの傾斜角θY3を算出すると共
に、露光領域33及び先読み領域の焦点位置Z1,Z2 の
差分より制御対象のX軸の周りの傾斜角θX3を算出し、
これらの制御対象の焦点位置Z3 及び傾斜角θY3,θX3
に基づいてオートフォーカス及びオートレベリング制御
を行う。In the focus signal processing system 49, as an example, the focus position Z 1 of the average surface of the exposure area 33 on the surface of the wafer W and the tilt angle θ Y1 around the Y axis are calculated from the plurality of focus signals. Then, similarly, the average focus position Z 2 of the surface in the prefetch area with respect to the exposure area 33 and the tilt angle θ Y2 around the Y axis are calculated, and the calculation result is supplied to the main controller 29. In the main controller 29, in consideration of the scanning speed of the wafer W and the response speeds of the auto focus and auto leveling mechanisms, for example, the focus of the controlled object is calculated from the weighted average of the focus positions Z 1 and Z 2 of the exposure area 33 and the look-ahead area. The position Z 3 is calculated. Further, the main controller 29 calculates the tilt angle θ Y3 around the Y axis of the control target from the weighted average of the tilt angles θ Y1 and θ Y2 of the exposure region 33 and the pre-read region, and at the same time, calculates the exposure region 33 and the pre-read region. The tilt angle θ X3 around the X axis to be controlled is calculated from the difference between the focal positions Z 1 and Z 2 .
The focus position Z 3 and the tilt angles θ Y3 and θ X3 of these controlled objects
The auto focus and auto leveling control are performed based on.
【0037】走査露光時には、主制御装置29は後述の
露光量制御系31を介してKrFエキシマレーザ光源1
のパルス発光を開始すると共に、レーザ干渉計28及び
40の計測値に基づいて、レチクルステージ25を−Y
方向(又は+Y方向)に一定速度VRで走査するのと同
期して、ウエハ側のXYステージ37を+Y方向(又は
−Y方向)に速度β・VR(βは投影倍率)で走査す
る。更に、主制御装置29では、フォーカス信号処理系
49から供給される露光領域33及び先読み領域に対応
する複数のフォーカス信号に基づいて、所定周期で上述
のように制御対象の焦点位置Z3 、及び傾斜角θY3,θ
X3を逐次算出し、ウエハステージ駆動系41を介して支
点36A〜36Cを駆動することによって、その焦点位
置Z3 が投影光学系PLの最良結像面の焦点位置に収束
するようにオートフォーカス方式でウエハWの焦点位置
を制御すると共に、それら傾斜角θY3,θX3が露光領域
33の傾斜角に収束するようにオートレベリング方式で
ウエハWの傾斜角を制御する。これによって、ウエハW
上の転写対象のショット領域にレチクルRのパターンの
像が高い解像度で逐次転写される。なお、そのようにK
rFエキシマレーザ光源1のパルス発光に同期してレチ
クルステージ25、及びウエハ側のXYステージ37を
駆動する露光方法は、例えば特開平6−132191号
公報に開示されている。At the time of scanning exposure, the main controller 29 causes the KrF excimer laser light source 1 via an exposure amount control system 31 described later.
Pulse emission of the reticle stage 25 is started based on the measurement values of the laser interferometers 28 and 40.
The XY stage 37 on the wafer side is scanned in the + Y direction (or −Y direction) at the speed β · VR (β is the projection magnification) in synchronization with the scanning at the constant speed VR in the direction (or the + Y direction). Further, in the main controller 29, based on the plurality of focus signals corresponding to the exposure area 33 and the pre-reading area supplied from the focus signal processing system 49, the focus position Z 3 of the control target, and Tilt angle θ Y3 , θ
Sequentially calculated X3, by driving the fulcrum 36A~36C via wafer stage drive system 41, the auto-focus system to ensure that its focal position Z 3 is converged to the focal position of the best image plane of the projection optical system PL The focus position of the wafer W is controlled by and the tilt angle of the wafer W is controlled by the auto-leveling method so that the tilt angles θ Y3 and θ X3 converge to the tilt angle of the exposure area 33. As a result, the wafer W
The image of the pattern of the reticle R is sequentially transferred at a high resolution to the upper shot area to be transferred. Note that K
An exposure method in which the reticle stage 25 and the XY stage 37 on the wafer side are driven in synchronization with the pulsed light emission of the rF excimer laser light source 1 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-132191.
【0038】また、本例はステップ・アンド・スキャン
方式であるため、ウエハW上の露光領域33の走査方向
の幅は一括露光方式に比べて狭く、且つ走査露光中に連
続的にウエハWの合焦が行われている。そのため、仮に
ウエハWの表面が走査方向に緩やかにうねっているよう
な場合でも、各時点でウエハWの露光領域33を高精度
に最良結像面に合わせ込むことができ、ウエハW上の転
写対象のショット領域内の各点での露光時における焦点
位置のずれの平均値、即ちフォーカス制御精度はステッ
パーのような一括露光方式(ステップ・アンド・リピー
ト方式)に比べて高くなっている。但し、予めウエハW
の表面のうねりが小さいことが分かっているような場合
には、一括露光方式の投影露光装置でも十分に高いフォ
ーカス制御精度を得ることができる。Further, since the present example is the step-and-scan method, the width of the exposure region 33 on the wafer W in the scanning direction is narrower than that of the collective exposure method, and the wafer W is continuously exposed during the scanning exposure. Focusing is taking place. Therefore, even if the surface of the wafer W is gently undulating in the scanning direction, the exposure region 33 of the wafer W can be accurately aligned with the best imaging plane at each time point, and the transfer on the wafer W can be performed. The average value of the deviation of the focus position at the time of exposure at each point in the target shot area, that is, the focus control accuracy is higher than that of the collective exposure method (step-and-repeat method) like stepper. However, the wafer W is
If it is known that the surface undulations are small, a sufficiently high focus control accuracy can be obtained even with a projection exposure apparatus of a batch exposure system.
【0039】次に、本例の投影露光装置における露光量
制御方式につき説明する。先ず、Zチルトθステージ3
5上のウエハホルダ34の近傍に、受光面がウエハWの
表面と同じ高さになるように光電変換素子よりなる照射
量モニタ38が設置されている。ウエハWの表面での照
明光ILの照度を直接検出する際には、照射量モニタ3
8の受光面が露光領域33内に設置され、照射量モニタ
38の検出信号がウエハWの各ショット領域に対する積
算露光量の制御を行う露光量制御系31に供給される。Next, an exposure amount control system in the projection exposure apparatus of this example will be described. First, Z tilt θ stage 3
In the vicinity of the wafer holder 34 on the wafer 5, a dose monitor 38 made of a photoelectric conversion element is installed so that the light receiving surface is at the same height as the surface of the wafer W. When the illuminance of the illumination light IL on the surface of the wafer W is directly detected, the dose monitor 3
The light receiving surface of No. 8 is installed in the exposure area 33, and the detection signal of the irradiation amount monitor 38 is supplied to the exposure amount control system 31 which controls the integrated exposure amount for each shot area of the wafer W.
【0040】但し、実際にウエハWへの露光を行ってい
る際には、ウエハW上での露光量を直接には計測できな
いため、図1のσ絞りユニット15中の所定のσ絞りを
通過した照明光ILの一部を分離してその光量を検出す
ることによって、間接的にウエハW上での露光量を計測
している。そのため、図1のσ絞りユニット15と第1
リレーレンズ17との間には分割プリズム板16が配置
されている。即ち、分割プリズム板16は照明光学系の
瞳面近傍に配置されている。However, since the exposure amount on the wafer W cannot be directly measured during the actual exposure of the wafer W, it passes through a predetermined σ stop in the σ stop unit 15 of FIG. The exposure amount on the wafer W is indirectly measured by separating a part of the illumination light IL and detecting the light amount. Therefore, the σ diaphragm unit 15 and the first
The split prism plate 16 is arranged between the relay lens 17 and the relay lens 17. That is, the split prism plate 16 is arranged near the pupil plane of the illumination optical system.
【0041】図2(a)は分割プリズム板16をフライ
アイレンズ12側から見た平面図であり、図2(b)は
図2(a)の右側面図、図2(c)は図2(a)の分割
プリズム板16を左右に2分割したときのAA線に沿う
断面図である。図2(a)に示すように、分割プリズム
板16は所定の厚さの照明光ILを透過するガラス基板
よりなり、その中央部及び右端部にそれぞれ照明光IL
の一部を取り出すためのプリズム型のビームスプリッタ
53A及び53Bが埋め込まれている。ビームスプリッ
タ53A,53Bはそれぞれ照明光ILに対する透過率
が95%で反射率が5%程度となっている。2A is a plan view of the split prism plate 16 viewed from the fly-eye lens 12 side, FIG. 2B is a right side view of FIG. 2A, and FIG. It is sectional drawing which follows the AA line when the 2 (a) division | segmentation prism board 16 is divided into two right and left. As shown in FIG. 2A, the split prism plate 16 is made of a glass substrate that transmits the illumination light IL having a predetermined thickness, and the illumination light IL is provided at the central portion and the right end portion thereof, respectively.
Prism type beam splitters 53A and 53B for taking out a part of the are embedded. Each of the beam splitters 53A and 53B has a transmittance of 95% and a reflectance of about 5% with respect to the illumination light IL.
【0042】そして、図2(b)に示すように、分割プ
リズム板16の端部でフライアイレンズ12側から入射
した照明光の内で、ビームスプリッタ53Bによって反
射された照明光ILFは、リレーレンズ系57Bを介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ58Bに
入射し、インテグレータセンサ58Bの出力信号が図1
の積算露光量演算部56に供給されている。また、図1
において投影光学系PLを介してウエハW上に照射され
た露光用の照明光ILの内で、ウエハWによって反射さ
れた反射光が、投影光学系PL及びレチクルRを経て図
2(b)のビームスプリッタ53Bに戻り、ビームスプ
リッタ53Bで反射された反射光ILRが、リレーレン
ズ系54Bを介して光電変換素子よりなる反射率モニタ
55Bに入射し、反射率モニタ55Bの出力信号が図1
の結像特性変動量算出部59に供給されている。この反
射率モニタ55Bの出力信号より、結像特性変動量算出
部59ではウエハW上での照明光ILに対する反射率を
求めることができる。Then, as shown in FIG. 2B, the illumination light ILF reflected by the beam splitter 53B in the illumination light incident from the fly-eye lens 12 side at the end of the split prism plate 16 is relayed. It is incident on an integrator sensor 58B composed of a photoelectric conversion element through a lens system 57B, and an output signal of the integrator sensor 58B is shown in FIG.
Is supplied to the integrated exposure amount calculation unit 56. Also, FIG.
In FIG. 2B, the reflected light reflected by the wafer W in the illumination light IL for exposure irradiated on the wafer W via the projection optical system PL in FIG. 2B passes through the projection optical system PL and the reticle R. Returning to the beam splitter 53B, the reflected light ILR reflected by the beam splitter 53B enters the reflectance monitor 55B composed of a photoelectric conversion element via the relay lens system 54B, and the output signal of the reflectance monitor 55B is shown in FIG.
Is supplied to the image formation characteristic variation amount calculation section 59. From the output signal of the reflectance monitor 55B, the imaging characteristic variation amount calculation unit 59 can obtain the reflectance of the illumination light IL on the wafer W.
【0043】また、図2(a)に示すように、分割プリ
ズム板16の端部において、ビームスプリッタ53Bと
リレーレンズ系57B,54Bとの間の部分16aは矩
形の平板状となっており、ビームスプリッタ53Bで反
射された光束が効率的にリレーレンズ系57B,54B
に導かれるようになっている。同様に、図2(c)に示
すように、分割プリズム板16の中央部にフライアイレ
ンズ12側から入射した照明光の内で、ビームスプリッ
タ53Aによって反射された照明光ILFは、リレーレ
ンズ系57Aを介してインテグレータセンサ58Aに入
射する。また、図1のウエハWからの反射光が、投影光
学系PL及びレチクルRを経て図2(c)のビームスプ
リッタ53Aに戻り、ビームスプリッタ53Aで反射さ
れた反射光ILRが、リレーレンズ系54Aを介して反
射率モニタ55Aに入射する。そして、インテグレータ
センサ58A、及び反射率モニタ55Aの出力信号がそ
れぞれ図1の積算露光量演算部56、及び結像特性変動
量算出部59に供給されている。なお、図1における分
割プリズム板16は側面図で表されているため、図1で
はリレーレンズ系54B,57B、インテグレータセン
サ58B、及び反射率モニタ55Bのみが現れている。Further, as shown in FIG. 2A, at the end of the split prism plate 16, a portion 16a between the beam splitter 53B and the relay lens systems 57B and 54B has a rectangular flat plate shape, The light flux reflected by the beam splitter 53B is efficiently relay lens systems 57B and 54B.
Is to be led to. Similarly, as shown in FIG. 2C, the illumination light ILF reflected by the beam splitter 53A in the illumination light incident on the central portion of the split prism plate 16 from the fly-eye lens 12 side is the relay lens system. The light enters the integrator sensor 58A via 57A. Further, the reflected light from the wafer W of FIG. 1 returns to the beam splitter 53A of FIG. 2C via the projection optical system PL and the reticle R, and the reflected light ILR reflected by the beam splitter 53A is relay lens system 54A. It enters into the reflectance monitor 55A via. The output signals of the integrator sensor 58A and the reflectance monitor 55A are supplied to the integrated exposure amount calculation unit 56 and the imaging characteristic variation amount calculation unit 59 of FIG. 1, respectively. Since the split prism plate 16 in FIG. 1 is shown in a side view, only the relay lens systems 54B and 57B, the integrator sensor 58B, and the reflectance monitor 55B appear in FIG.
【0044】本例ではこのように分割プリズム板16中
の中央部及び端部の2箇所にビームスプリッタ53A,
53Bを配置しているため、例えばコヒーレンスファク
タ(σ値)の小さい照明を行うときには、中央部の領域
60A内のビームスプリッタ53Aでの反射光を使用
し、輪帯照明を行うときには、輪帯状の領域60Bの端
部のビームスプリッタ53Bでの反射光を使用するもの
とする。このように2箇所に配置されたビームスプリッ
タを使い分けることによって、σ値の小さい照明法、又
は輪帯照明法の何れでも正確に照明光の計測を行うこと
ができる。In this example, the beam splitters 53A,
Since 53B is arranged, for example, when performing illumination with a small coherence factor (σ value), the reflected light from the beam splitter 53A in the central region 60A is used, and when performing annular illumination, an annular shape is used. It is assumed that the light reflected by the beam splitter 53B at the end of the area 60B is used. By properly using the beam splitters arranged at two positions in this way, the illumination light can be accurately measured by either the illumination method with a small σ value or the annular illumination method.
【0045】また、例えば光軸から偏心した4つの開口
からなるσ絞りを用いる変形照明を行う場合には、分割
プリズム板16中でそれら4つの開口の1つからの照明
光の光路上に別のビームスプリッタを配置し、このビー
ムスプリッタで反射された光束を受光するためのリレー
レンズ系及び光電変換素子を設けるようにしてもよい。
これによって、全ての照明条件において確実にフライア
イレンズ12からの照明光、及びウエハからの反射光を
検出することができる。Further, for example, in the case of performing modified illumination using a sigma stop composed of four apertures decentered from the optical axis, it is separately provided on the optical path of the illumination light from one of the four apertures in the split prism plate 16. The beam splitter may be arranged, and a relay lens system and a photoelectric conversion element for receiving the light beam reflected by the beam splitter may be provided.
This makes it possible to reliably detect the illumination light from the fly-eye lens 12 and the reflected light from the wafer under all illumination conditions.
【0046】図1に戻り、本例の分割プリズム板16
は、一部にビームスプリッタ53A,53Bを配置した
ものであるため、極めて薄くできている。これに対して
従来は、例えばσ絞りの直後に光軸に対してほぼ45°
の傾斜角で大きな1枚のビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタの反射光を検出していたため、この
ビームスプリッタを配置するために広い空間を必要とし
ていた。本例によれば、薄い分割プリズム板16を配置
するのみでよいため、照明光学系が小型化できると共
に、照明光学系の設計が容易になっている。Returning to FIG. 1, the split prism plate 16 of this example.
The beam splitters 53A and 53B are arranged in a part, so that it is extremely thin. On the other hand, in the past, for example, immediately after the σ stop, approximately 45 ° with respect to the optical axis.
Since one large beam splitter is arranged at an inclination angle of 1 and the reflected light of this beam splitter is detected, a large space is required to arrange this beam splitter. According to this example, since it is only necessary to dispose the thin split prism plate 16, the illumination optical system can be downsized and the illumination optical system can be easily designed.
【0047】この場合、本例では、予め照射量モニタ3
8の出力信号とインテグレータセンサ58A,58Bの
出力信号とを比較することによって、インテグレータセ
ンサ58A,58Bの出力信号よりウエハW上での露光
量を求めるための変換係数が求められ、この変換係数が
露光量制御系31内に記憶されている。そして、走査露
光時に照明光ILのパルス発光が開始されると、積算露
光量演算部56では、ウエハW上の各点に対する露光パ
ルス数をNとして、インテグレータセンサ58B(又は
58A)からの出力信号をそれまでのNパルス分ずつ積
算して得られる積算信号を逐次露光量制御系31に供給
する。露光量制御系31では、その積算信号に上述の変
換係数を乗じてウエハW上の各点での積算露光量を求
め、この積算露光量が目標値に収束されるように露光量
を制御する。In this case, in this example, the irradiation amount monitor 3 is previously set.
8 is compared with the output signals of the integrator sensors 58A and 58B to obtain a conversion coefficient for obtaining the exposure amount on the wafer W from the output signals of the integrator sensors 58A and 58B. It is stored in the exposure amount control system 31. When the pulsed emission of the illumination light IL is started during the scanning exposure, the integrated exposure amount calculation unit 56 sets the number of exposure pulses for each point on the wafer W to N, and outputs the output signal from the integrator sensor 58B (or 58A). Is sequentially supplied to the exposure amount control system 31. The exposure amount control system 31 multiplies the integrated signal by the conversion coefficient to obtain an integrated exposure amount at each point on the wafer W, and controls the exposure amount so that the integrated exposure amount converges to a target value. .
【0048】本例ではウエハW上のフォトレジスト層が
薄い場合があるが、このようにレジスト厚が薄いと、そ
の積算露光量の目標値は従来例よりも少なくなる。この
ように積算露光量の目標値が低いときには、走査露光方
式では例えば先ずステージ系の走査速度を速くすること
によって、ウエハW上の各点に対する露光時間を短縮す
る。しかしながら、ステージ系の走査速度には上限があ
るため、ステージ系の走査速度が上限に達したときには
照明光ILの照度を低下させる必要がある。このように
照明光ILの照度を低くするために、露光量制御系31
は図1の減光ユニット2での減光率の制御を行う。ま
た、ウエハ上の各点に対する露光パルス数を所定の値に
設定するため、又はウエハ上の各ショット領域への露光
中のKrFエキシマレーザ光源1の出力変動等に対応す
るためにも、減光ユニット2での減光率の制御を行う場
合がある。In this example, the photoresist layer on the wafer W may be thin, but if the resist thickness is thin in this way, the target value of the integrated exposure amount becomes smaller than in the conventional example. When the target value of the integrated exposure amount is low as described above, in the scanning exposure method, for example, first, the scanning speed of the stage system is increased to shorten the exposure time for each point on the wafer W. However, since the scanning speed of the stage system has an upper limit, it is necessary to reduce the illuminance of the illumination light IL when the scanning speed of the stage system reaches the upper limit. Thus, in order to reduce the illuminance of the illumination light IL, the exposure amount control system 31
Controls the extinction ratio in the extinction unit 2 of FIG. Further, in order to set the number of exposure pulses for each point on the wafer to a predetermined value, or to cope with output fluctuations of the KrF excimer laser light source 1 during exposure to each shot area on the wafer, dimming The unit 2 may control the dimming rate.
【0049】図3は、本例の減光ユニット2の概略構成
を示し、この図3において、照明光ILの光路上に対称
な傾斜角δで傾斜して2枚のガラス板61A及び61B
が設置され、ガラス板61A及び61Bでの反射光をそ
れぞれ遮光するための遮光板62A及び62Bが配置さ
れている。それらガラス板61A及び61Bは、不図示
の駆動装置によって対称に傾斜した状態を維持して傾斜
角δが可変となっている。この場合、その傾斜角δが変
化すると、照明光ILに対するガラス板61A及び61
Bでの透過率(=1−減光率)が変化することを利用し
て、その傾斜角δを制御することによってその照明光I
Lに対する所望の減光率を得ている。このように2枚の
ガラス板61A,61Bを対称に傾斜させているため、
照明光ILの光路は、減光ユニット2への入射時と射出
時とで横ずれしないため、減光率を切り換えた場合でも
他の光学系の調整を要しない。更に、遮光板62A及び
62Bによって、ガラス板61A及び61Bでの反射光
が減光ユニット2の外に漏れないようになっている。FIG. 3 shows a schematic structure of the dimming unit 2 of this example. In FIG. 3, two glass plates 61A and 61B are inclined at a symmetrical inclination angle δ on the optical path of the illumination light IL.
Is installed, and light shielding plates 62A and 62B for respectively shielding the reflected light from the glass plates 61A and 61B are arranged. The glass plates 61A and 61B maintain a symmetrically inclined state by a driving device (not shown), and the inclination angle δ is variable. In this case, when the inclination angle δ changes, the glass plates 61A and 61 with respect to the illumination light IL.
By utilizing the fact that the transmittance (= 1−extinction ratio) at B changes, the illumination light I can be controlled by controlling its inclination angle δ.
The desired extinction ratio for L is obtained. Since the two glass plates 61A and 61B are inclined symmetrically in this way,
Since the optical path of the illumination light IL does not laterally shift between when the light is incident on the light reduction unit 2 and when the light is emitted, it is not necessary to adjust other optical systems even when the light reduction rate is switched. Further, the light shielding plates 62A and 62B prevent the reflected light from the glass plates 61A and 61B from leaking out of the dimming unit 2.
【0050】図3の減光ユニット2では照明光ILに対
する減光率を所定範囲で連続的に切り換えることができ
るが、更に照明光ILに対する減光率を大まかに複数段
階で切り換えたい場合には、その減光ユニット2の前後
に例えば円板上に透過率の異なる複数のNDフィルタを
配置してなるエネルギー粗調ユニットを配置してもよ
い。この場合、その円板を回転することによって、照明
光ILに対する減光率を大まかに切り換えることがで
き、このエネルギー粗調ユニットと図3の減光ユニット
2とを組み合わせることによって、照明光ILに対する
減光率を広い範囲で連続的に切り換えることができる。Although the dimming unit 2 of FIG. 3 can continuously switch the dimming rate for the illumination light IL within a predetermined range, when it is desired to roughly switch the dimming rate for the illumination light IL in a plurality of steps. Before and after the dimming unit 2, for example, a rough energy adjustment unit may be arranged which is formed by disposing a plurality of ND filters having different transmittances on a disc. In this case, the dimming rate for the illumination light IL can be roughly switched by rotating the disk, and by combining this energy rough adjustment unit and the dimming unit 2 of FIG. The dimming rate can be continuously switched over a wide range.
【0051】次に、本例の投影露光装置に設けられてい
る投影光学系PLの結像特性の補正機構につき説明す
る。即ち、パルス発光される照明光ILの照射によっ
て、投影光学系PLは次第に加熱され、更にウエハWか
らの戻り光の内で投影光学系PLを再透過する光束によ
っても投影光学系PLは加熱されて、投影倍率βや最良
結像面の位置等の結像特性が変化する。また、大気圧の
変化によっても投影光学系PLの結像特性が変化する。
その結像特性の変化を補正するため、本例では図1の結
像特性変動量算出部59に対して、主制御装置29より
照明光ILの照度及びこれまでの露光時間等の情報を供
給する。更に、図2を参照して説明したように結像特性
変動量算出部59には、ウエハWからの反射光の一部を
光電変換した信号である、反射率モニタ55B及び55
Aの出力信号も供給されている。また、結像特性変動量
算出部59には不図示の大気圧センサからの計測値も供
給されている。Next, a mechanism for correcting the image forming characteristics of the projection optical system PL provided in the projection exposure apparatus of this example will be described. That is, the projection optical system PL is gradually heated by the irradiation of the illumination light IL that is pulsed, and the projection optical system PL is also heated by the light flux that is retransmitted through the projection optical system PL in the return light from the wafer W. As a result, the image forming characteristics such as the projection magnification β and the position of the best image forming surface change. Further, the imaging characteristics of the projection optical system PL also change due to changes in atmospheric pressure.
In order to correct the change in the image forming characteristic, the main controller 29 supplies information such as the illuminance of the illumination light IL and the exposure time so far to the image forming characteristic variation amount calculating section 59 in FIG. To do. Further, as described with reference to FIG. 2, the imaging characteristic variation amount calculation unit 59 has reflectance monitors 55B and 55, which are signals obtained by photoelectrically converting a part of the reflected light from the wafer W.
The output signal of A is also supplied. Further, a measurement value from an atmospheric pressure sensor (not shown) is also supplied to the image formation characteristic variation amount calculation unit 59.
【0052】結像特性変動量算出部59では、反射率モ
ニタ55B,55Aの出力信号の積分値、及びその他の
情報に基づいて投影光学系PLの投影倍率βの変化量、
像面湾曲の変化量、最良結像面の焦点位置やその傾斜角
の変化量を予測し、これらの予測結果を主制御装置29
に知らせる。また、投影光学系PLにはその一部のレン
ズエレメントを光軸AX方向に駆動すると共に、その光
軸AXに垂直な平面に対して傾斜させるレンズ駆動機構
44が設けられ、主制御装置29がレンズ駆動制御系4
5を介してそのレンズ駆動機構44の動作を制御できる
ように構成されている。The image formation characteristic variation calculation section 59 calculates the variation of the projection magnification β of the projection optical system PL based on the integrated values of the output signals of the reflectance monitors 55B and 55A and other information.
The amount of change in the field curvature, the amount of change in the focal position of the best image plane and the amount of change in the tilt angle thereof are predicted, and these prediction results are used as the main controller 29
Let us know. Further, the projection optical system PL is provided with a lens drive mechanism 44 that drives a part of the lens elements in the optical axis AX direction and inclines it with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX. Lens drive control system 4
The operation of the lens drive mechanism 44 can be controlled via the control unit 5.
【0053】そして、結像特性変動量算出部59から結
像特性の変化量の予測値が主制御装置29に供給される
と、主制御装置29では、先ず投影倍率βの変化量や像
面湾曲の変化量を補正するために、レンズ駆動機構44
を介して投影光学系PLの一部のレンズエレメントを駆
動する。更に、最良結像面の焦点位置及び傾斜角の変化
量に合わせるように、主制御装置29では、ウエハステ
ージ駆動系41を介して支点36A〜36Cを駆動する
ことによって、Zチルトθステージ35(ウエハW)の
高さ及び傾斜角を補正する。これによって、投影光学系
PLの結像特性が変化しても、ウエハWの表面が投影光
学系PLの最良結像面に合致した状態が維持される。Then, when the predicted value of the change amount of the image forming characteristic is supplied from the image forming characteristic change amount calculating section 59 to the main controller 29, the main controller 29 firstly changes the projection magnification β and the image plane. In order to correct the amount of change in the curvature, the lens driving mechanism 44
A part of the lens elements of the projection optical system PL is driven via. Further, main controller 29 drives fulcrums 36A to 36C via wafer stage drive system 41 so as to match the amount of change in the focus position and tilt angle of the best imaging plane, thereby causing Z tilt θ stage 35 ( The height and tilt angle of the wafer W) are corrected. As a result, even if the imaging characteristics of the projection optical system PL change, the state in which the surface of the wafer W matches the best imaging surface of the projection optical system PL is maintained.
【0054】次に、本例の照明光学系につき詳細に説明
する。本例の照明光学系は、σ絞りの開口が円形の通常
の照明法と、輪帯照明法とを切り換えられるように構成
されている。そのため、図1において、2段目のフライ
アイレンズとしては、通常のフライアイレンズ12と輪
帯照明用のフライアイレンズ13とが交換自在に設けら
れている。この輪帯照明用のフライアイレンズ13は、
投影光学系PLの開口数NAを0.6以下に設定し、且
つ輪帯照明を行う場合に使用される。Next, the illumination optical system of this example will be described in detail. The illumination optical system of this example is configured to be able to switch between the normal illumination method in which the σ diaphragm has a circular opening and the annular illumination method. Therefore, in FIG. 1, as the second-stage fly-eye lens, a normal fly-eye lens 12 and a fly-eye lens 13 for annular illumination are provided in a replaceable manner. The fly-eye lens 13 for annular illumination is
It is used when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is set to 0.6 or less and annular illumination is performed.
【0055】図4(a)は、その輪帯照明用のフライア
イレンズ13の側面図、図4(b)はフライアイレンズ
13の平面図であり、図4(b)に示すように、フライ
アイレンズ13は、断面形状が十字型の金属部材63の
周囲に断面形状が矩形のレンズエレメントを束ねたもの
である。この場合、フライアイレンズ13の射出面には
図7のσ絞りユニット15中の輪帯のσ絞り75C,7
5Dの何れかが配置されるが、図4(b)のフライアイ
レンズ13のレンズエレメント部を通過する最大の断面
積を有する輪帯状の光束をILCとすると、それらのσ
絞り75C,75Dの開口はその光束ILC内に収まる
ように構成されている。従って、フライアイレンズ13
のレンズエレメントの個数を少なくして製造コストを下
げることができると共に、σ絞り75C,75Dの開口
の全面を照明できる利点がある。FIG. 4 (a) is a side view of the fly-eye lens 13 for annular illumination, and FIG. 4 (b) is a plan view of the fly-eye lens 13, as shown in FIG. 4 (b). The fly-eye lens 13 is formed by bundling lens elements having a rectangular cross-section around a metal member 63 having a cross-shaped cross-section. In this case, on the exit surface of the fly-eye lens 13, the annular σ diaphragms 75C, 7C in the σ diaphragm unit 15 of FIG.
Although any of 5D is arranged, if ILC is an annular light flux having a maximum cross-sectional area that passes through the lens element portion of the fly-eye lens 13 in FIG.
The apertures of the diaphragms 75C and 75D are configured to fit within the light flux ILC. Therefore, the fly-eye lens 13
It is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the number of lens elements, and there is an advantage that the entire surfaces of the openings of the σ diaphragms 75C and 75D can be illuminated.
【0056】また、そのように輪帯照明用のフライアイ
レンズ13を使用する際には、フライアイレンズ13の
入射面での照明光ILの分布を輪帯状とした方が照明効
率が良い。そこで、輪帯照明用のフライアイレンズ13
を使用する際には、図1の照明系制御系32は交換装置
8を介して、偏向ミラー4と照度分布補正板9との間に
輪帯照明用のインプット光学系5Bを配置する。When the fly-eye lens 13 for annular illumination is used as described above, the illumination efficiency is better when the distribution of the illumination light IL on the incident surface of the fly-eye lens 13 is annular. Therefore, fly-eye lens 13 for annular illumination
When using, the illumination system control system 32 of FIG. 1 arranges the input optical system 5B for annular illumination between the deflection mirror 4 and the illuminance distribution correction plate 9 via the exchange device 8.
【0057】図5はそのインプット光学系5Bを示し、
この図5において、図1の偏向ミラー4からの照明光I
Lは直線偏光であるとする。その照明光ILはレンズ6
4によってほぼ平行光束となった後、1/4波長板65
により円偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ66に
入射し、偏光ビームスプリッタ66においてP偏光成分
ILPとS偏光成分ILSとに分割される。なお、図1
において、インプット光学系5A内にも1/4波長板
(不図示)が配置され、フライアイレンズ7に入射する
照明光ILは円偏光に変換されている。FIG. 5 shows the input optical system 5B,
In FIG. 5, the illumination light I from the deflection mirror 4 in FIG.
Let L be linearly polarized light. The illumination light IL is the lens 6
After it becomes a substantially parallel light flux by 4, the quarter wave plate 65
It is converted into circularly polarized light by and enters the polarization beam splitter 66, and is split into a P polarization component ILP and an S polarization component ILS in the polarization beam splitter 66. FIG.
In the input optical system 5A, a quarter-wave plate (not shown) is also arranged, and the illumination light IL incident on the fly-eye lens 7 is converted into circularly polarized light.
【0058】図6(a)〜(d)は、図5の各部におけ
る照明光の断面の照度分布を示し、図6(a)〜(d)
の横軸は照明光学系の光軸AXを基準としたその光軸A
Xに垂直な方向の位置rを示し、縦軸はその位置rでの
照度を示している。先ず、図5の偏光ビームスプリッタ
66に入射する照明光ILの照度分布EIN(r)は、図
6(a)に示すように光軸AXを中心とした正規分布と
なっている。その照度分布EIN(r)は、所定の比例係
数を除いて偏光ビームスプリッタ66で分離された直後
のP偏光成分ILP及びS偏光成分ILSの照度分布で
もある。FIGS. 6A to 6D show the illuminance distribution of the cross section of the illumination light in each part of FIG. 5, and FIGS.
Is the optical axis A with reference to the optical axis AX of the illumination optical system.
The position r in the direction perpendicular to X is shown, and the vertical axis shows the illuminance at that position r. First, the illuminance distribution E IN (r) of the illumination light IL entering the polarization beam splitter 66 of FIG. 5 has a normal distribution centered on the optical axis AX, as shown in FIG. 6A. The illuminance distribution E IN (r) is also the illuminance distribution of the P-polarized component ILP and the S-polarized component ILS immediately after being separated by the polarization beam splitter 66 except for a predetermined proportional coefficient.
【0059】図5において、偏光ビームスプリッタ66
を透過したP偏光成分ILPは、円柱の上下の部分71
a,71bを円錐状に加工した形状の光学部材71を透
過する。この光学部材71によって、P偏光成分ILP
の照度分布はそのほぼ中心で分離され、且つ内側と外側
とが反転して再び平行光となるため、光学部材71から
射出された直後のP偏光成分ILPの照度分布E2
(r)は、図6(c)に示すように、図6(a)の分布
を光軸AXを中心として反転して広げたような分布とな
る。In FIG. 5, the polarization beam splitter 66 is shown.
The P-polarized component ILP transmitted through the
The optical member 71 having a shape obtained by processing a and 71b into a conical shape is transmitted. With this optical member 71, the P polarization component ILP
Of the P polarization component ILP immediately after being emitted from the optical member 71, because the inside and outside of the illuminance distribution are separated from each other and become parallel light again.
As shown in FIG. 6C, (r) has a distribution obtained by inverting and widening the distribution of FIG. 6A about the optical axis AX.
【0060】一方、図5の偏光ビームスプリッタ66で
反射されたS偏光成分ILSは、ミラー67で反射され
て、円柱の上方の部分68aを円錐状に切り取り、下方
の部分68bを円錐状に加工した形状の光学部材68を
透過する。この光学部材68によって、S偏光成分IL
Sの照度分布はそのほぼ中心で分離されて再び平行光と
なるため、光学部材68から射出された直後のS偏光成
分ILSの照度分布E1(r)は、図6(b)に示すよ
うに、図6(a)の分布を光軸AXを中心として広げた
ような分布となる。On the other hand, the S-polarized light component ILS reflected by the polarization beam splitter 66 of FIG. 5 is reflected by the mirror 67, the upper portion 68a of the cylinder is cut into a conical shape, and the lower portion 68b is processed into a conical shape. The light passes through the optical member 68 having the above shape. With this optical member 68, the S polarization component IL
Since the illuminance distribution of S is separated at approximately its center and becomes parallel light again, the illuminance distribution E1 (r) of the S-polarized component ILS immediately after being emitted from the optical member 68 is as shown in FIG. 6B. The distribution shown in FIG. 6A is widened around the optical axis AX.
【0061】そして、光学部材71から射出されたP偏
光成分ILPは、1/2波長板72によってS偏光に変
換された後、ミラー73で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ70に入射して反射される。一方、光学部材68か
ら射出されたS偏光成分ILSは、1/2波長板69に
よってP偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ7
0を透過し、偏光ビームスプリッタ70からは光学部材
68及び71から射出された偏光成分を合成した光束が
射出され、この光束は1/4波長板74を介して円偏光
の照明光IL’に変換されて、この照明光IL’が図1
の照度分布補正板9に入射する。このように合成された
照明光IL’の照度分布EOUT(r)は、図6(d)に示
すように平坦な輪帯状となっている。即ち、本例のイン
プット光学系5Bによって、図1の1段目のフライアイ
レンズ7を使用する場合と同様に照度分布の均一化が行
われている。更に、本例では照明光IL’の断面形状が
輪帯状に整形されているため、輪帯照明を行う場合に照
明光の利用効率が高くなっている。The P-polarized light component ILP emitted from the optical member 71 is converted into S-polarized light by the ½ wavelength plate 72, reflected by the mirror 73, and incident on the polarization beam splitter 70 and reflected. . On the other hand, the S-polarized component ILS emitted from the optical member 68 is converted into P-polarized light by the ½ wavelength plate 69, and then the polarization beam splitter 7
After passing 0, the polarization beam splitter 70 outputs a light flux that is a combination of the polarization components emitted from the optical members 68 and 71. This converted illumination light IL ′ is converted into FIG.
It enters the illuminance distribution correction plate 9. The illuminance distribution E OUT (r) of the illumination light IL ′ thus synthesized has a flat annular shape as shown in FIG. 6 (d). That is, the illuminance distribution is made uniform by the input optical system 5B of the present example as in the case of using the first-stage fly-eye lens 7 in FIG. Furthermore, in this example, since the sectional shape of the illumination light IL 'is shaped like a ring, the utilization efficiency of the illumination light is high when the ring illumination is performed.
【0062】また、不図示であるが、図5の偏光ビーム
スプリッタ70の射出面にはリレーレンズが配置され、
このリレーレンズと図1のリレーレンズ10とによっ
て、偏光ビームスプリッタ70の射出面と図4の輪帯照
明用のフライアイレンズ13の入射面とがほぼ共役とな
っている。そして、図5の照明光IL’の図4(b)の
フライアイレンズ13の入射面での断面形状は、ほぼフ
ライアイレンズ13を通過する最大断面積の輪帯状の光
束ILCを僅かに広げた形状となっている。これによっ
て輪帯照明を行う場合の、照明光の損失が小さくなって
いる。Although not shown, a relay lens is arranged on the exit surface of the polarization beam splitter 70 shown in FIG.
With this relay lens and the relay lens 10 in FIG. 1, the exit surface of the polarization beam splitter 70 and the entrance surface of the fly-eye lens 13 for annular illumination in FIG. 4 are substantially conjugated. The cross-sectional shape of the illumination light IL ′ in FIG. 5 on the incident surface of the fly-eye lens 13 in FIG. It has a curved shape. As a result, the loss of illumination light when performing annular illumination is small.
【0063】次に、既に説明したように図1において、
本例ではσ絞りユニット15を回転することによって照
明系の開口絞り(σ絞り)を切り換えており、そのσ絞
りは図7(a)に示す4種類のσ絞り75A〜75D中
から選択される。図7(a)において、大きなσ値(コ
ヒーレンスファクタ)用のσ絞り75Aの開口の半径を
rα、小さいσ値用のσ絞り75Bの開口の半径をrα
1、第1の輪帯照明用のσ絞り75Cの輪帯状開口の外
半径及び内半径をそれぞれrβ及びrβ2として、第2
の輪帯照明用のσ絞り75Dの輪帯状開口の外半径及び
内半径をそれぞれrβ及びrβ1とする。Next, as already described, in FIG.
In this example, the aperture stop (σ stop) of the illumination system is switched by rotating the σ stop unit 15, and the σ stop is selected from the four types of σ stop 75A to 75D shown in FIG. 7A. . In FIG. 7A, the radius of the aperture of the σ stop 75A for large σ values (coherence factors) is rα, and the radius of the aperture of the σ stop 75B for small σ values is rα.
1. The outer radius and inner radius of the ring-shaped aperture of the first σ stop 75C for ring-shaped illumination are rβ and rβ2, respectively.
The outer and inner radii of the ring-shaped opening of the σ diaphragm 75D for ring-shaped illumination are defined as rβ and rβ1, respectively.
【0064】そして、本例では基本的に図1の投影光学
系PLの開口数NAが0.5〜0.6の範囲では輪帯照
明用のσ絞り75C,75Dを使用し、開口数NAが
0.68〜0.8の範囲では円形開口のσ絞り75A,
75Bを使用する。また、照明光学系のσ値は、通常は
0.6〜0.8に設定し、コンタクトホールパターンを
転写する際には例えば0.3〜0.4程度に小さく設定
する。そのため、投影光学系PLの投影倍率βを用いる
と、開口数NAが0.6以下のときに使用される輪帯照
明用のσ絞り75C,75Dの開口の外半径rβは、開
口数を単位として、次のように設定される。In this example, basically, when the numerical aperture NA of the projection optical system PL of FIG. 1 is in the range of 0.5 to 0.6, the σ diaphragms 75C and 75D for annular illumination are used, and the numerical aperture NA is Is in the range of 0.68 to 0.8, the σ diaphragm 75A having a circular aperture,
Use 75B. The σ value of the illumination optical system is usually set to 0.6 to 0.8, and when transferring the contact hole pattern, it is set to a small value of, for example, about 0.3 to 0.4. Therefore, if the projection magnification β of the projection optical system PL is used, the outer radius rβ of the apertures of the σ diaphragms 75C and 75D for annular illumination used when the numerical aperture NA is 0.6 or less is expressed in units of numerical aperture. Is set as follows.
【0065】 β・0.6×0.6≦rβ<β・0.8×0.6 (11) また、σ絞り75D(2/3輪帯)の開口の内半径rβ
1は(2/3)rβに設定され、σ絞り75C(1/2
輪帯)の開口の内半径rβ2は(1/2)rβに設定さ
れている。一方、開口数NAが0.68以上で使用され
るσ絞り75Aの半径rαは、開口数0.68をほぼ
0.7とみなして、開口数を単位として次のように設定
される。Β · 0.6 × 0.6 ≦ rβ <β · 0.8 × 0.6 (11) Further, the inner radius rβ of the opening of the σ diaphragm 75D (2/3 ring zone)
1 is set to (2/3) rβ, and the σ diaphragm 75C (1/2
The inner radius rβ2 of the opening of the annular zone is set to (1/2) rβ. On the other hand, the radius rα of the σ diaphragm 75A used when the numerical aperture NA is 0.68 or more is set as follows with the numerical aperture of 0.68 regarded as approximately 0.7 and the numerical aperture as a unit.
【0066】 β・0.6×0.7≦rα<β・0.8×0.7 (12) 更に、図7(b)に示すように、輪帯照明用の開口の半
径rβは、大きなσ値用の開口の半径rαに比べて小さ
くなるように、例えば0.6/0.7分の1程度となる
ように設定されている。また、小さいσ値用のσ絞り7
5Bの半径rα1はその半径rαの1/2程度に設定さ
れており、コンタクトホールパターンを転写する際には
そのσ絞り75Bが使用される。Β · 0.6 × 0.7 ≦ rα <β · 0.8 × 0.7 (12) Further, as shown in FIG. 7B, the radius rβ of the aperture for annular illumination is The radius is set to be smaller than the radius rα of the opening for a large σ value, for example, about 0.6 / 0.7. Also, a σ stop 7 for small σ values
The radius rα1 of 5B is set to about ½ of the radius rα, and the σ stop 75B is used when the contact hole pattern is transferred.
【0067】図1に戻り、本例の投影露光装置では、主
制御装置29によって投影光学系PLの開口数NAが
0.5〜0.6に設定されると、照明系制御系32は交
換装置14を介して輪帯照明用のフライアイレンズ13
を選択すると共に、σ絞りユニット15を駆動して輪帯
照明用のσ絞り75C,75Dの何れかをそのフライア
イレンズ13の射出面に設定する。更に、照明系制御系
32は交換装置8を介してインプット光学系5Bを選択
する。Returning to FIG. 1, in the projection exposure apparatus of this example, when the main controller 29 sets the numerical aperture NA of the projection optical system PL to 0.5 to 0.6, the illumination system control system 32 is replaced. Fly-eye lens 13 for annular illumination via device 14
Is selected, the σ diaphragm unit 15 is driven to set either of the σ diaphragms 75C and 75D for annular illumination on the exit surface of the fly-eye lens 13. Further, the illumination system control system 32 selects the input optical system 5B via the exchange device 8.
【0068】また、主制御装置29が投影光学系PLの
開口数NAを0.68〜0.8に設定したときには、照
明系制御系32によって、通常のフライアイレンズ12
が選択され、円形のσ絞り75A,75Bの何れかがそ
のフライアイレンズ12の射出面に設定され、且つイン
プット光学系5Aが選択される。これによって、常に最
適なσ値のもとで、且つ照明光ILの利用効率を低下さ
せることなくレチクルRのパターンがウエハW上に転写
される。When the main controller 29 sets the numerical aperture NA of the projection optical system PL to 0.68 to 0.8, the normal fly-eye lens 12 is controlled by the illumination system control system 32.
Is selected, one of the circular σ stops 75A and 75B is set on the exit surface of the fly-eye lens 12, and the input optical system 5A is selected. As a result, the pattern of the reticle R is transferred onto the wafer W always under the optimum σ value and without lowering the utilization efficiency of the illumination light IL.
【0069】次に、本例の投影露光装置でレチクルRの
パターンをウエハW上に転写露光する際に得られる解像
度等について説明する。先ず、本例においても、投影光
学系PLによる投影像の解像度Rは、露光用の照明光I
Lの波長λ、kファクタk1 、及び投影光学系PLの開
口数NAを用いて、(1)式と同じく次式で表される。Next, the resolution and the like obtained when the pattern of the reticle R is transferred and exposed onto the wafer W by the projection exposure apparatus of this example will be described. First, also in this example, the resolution R of the projection image by the projection optical system PL is the illumination light I for exposure.
Using the wavelength λ of L, the k factor k 1 , and the numerical aperture NA of the projection optical system PL, it is expressed by the following equation similar to the equation (1).
【0070】R=k1 ・λ/NA (13) また、投影光学系PLの投影像の焦点深度をDとする
と、kファクタk2 を用いて焦点深度は(2)式で表さ
れる。更に、フォーカス制御精度CF 、マーク段差(下
地パターンの段差)DM 、レジスト厚TR 、運用者側で
使用可能な焦点深度UDOFを定めるための係数KUDを
用いると、本例でも(6)式と同じ次式よりなる「焦点
深度のマージンに関する条件」を満たす必要がある。R = k 1 · λ / NA (13) When the depth of focus of the projected image of the projection optical system PL is D, the depth of focus is expressed by equation (2) using the k factor k 2 . Furthermore, if the focus control accuracy C F , the mark step (step of the underlying pattern) D M , the resist thickness T R , and the coefficient K UD for determining the depth of focus UDOF that can be used on the operator side are used, (6 ) It is necessary to satisfy the “condition concerning the margin of the depth of focus”, which is the same as the equation below.
【0071】 CF +DM +TR・KUD≦D=k2 ・λ/NA2 (14) また、本例においても、(イ)ウエハ平坦化技術の導入
によってそのマーク段差DM を0.1μm(更には0.
05μm)程度に小さくすると共に、(ロ)フォーカス
制御技術の向上によってフォーカス制御精度CF を0.
4μm程度にしている。更に本例では、投影光学系PL
の開口数NAを大きくして焦点深度Dが狭くなった場合
でも、(14)式の焦点深度のマージンに関する条件が
満たせるようにレジスト厚TR を0.2μm程度(従来
例では1μm以上)にまで薄くするものとする。また、
使用可能な焦点深度UDOFを定めるための係数KUDを
0.7として、線幅が狭くなるのを考慮してkファクタ
k2 を1.7とする。C F + D M + T R · K UD ≦ D = k 2 · λ / NA 2 (14) Also in this example, (a) the mark level difference D M is reduced to 0. 1 μm (further, 0.
(B) The focus control accuracy C F is set to 0.
It is about 4 μm. Further, in this example, the projection optical system PL
Even if the numerical aperture NA of is increased and the depth of focus D is reduced, the resist thickness T R is set to about 0.2 μm (1 μm or more in the conventional example) so that the condition regarding the margin of the depth of focus in Expression (14) can be satisfied. To be thin. Also,
The coefficient K UD for determining the usable depth of focus UDOF is set to 0.7, and the k factor k 2 is set to 1.7 in consideration of the narrow line width.
【0072】これらの条件のもとで、(14)式を満た
す開口数NAをNA2 とすると、波長λは248nmで
あるため、開口数NA2 は次のようになる。 0.4+0.1+0.2×0.7≦1.7×0.248/NA2 2, NA2 ≦0.81 (15) 即ち、投影光学系PLの開口数NAを0.81まで大き
くしても焦点深度のマージンに関する条件が満たされる
ことになる。そこで余裕をみて開口数NAを0.78と
して、この値を(13)式に代入することによって、解
像度Rは次のようになる。但し、kファクタk1 を0.
55としている。Under these conditions, when the numerical aperture NA satisfying the equation (14) is NA 2 , the wavelength λ is 248 nm, and the numerical aperture NA 2 is as follows. 0.4 + 0.1 + 0.2 × 0.7 ≦ 1.7 × 0.248 / NA 2 2 , NA 2 ≦ 0.81 (15) That is, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is increased to 0.81. However, the condition regarding the margin of the depth of focus is satisfied. Therefore, by taking a margin and setting the numerical aperture NA to 0.78 and substituting this value into the equation (13), the resolution R becomes as follows. However, if the k factor k 1 is 0.
55.
【0073】 R=0.55×0.248/0.78≒0.18(μm) (16) この解像度0.18μmは1GビットDRAM相当の回
路パターンの解像度である。但し、解像度Rがそのよう
に小さくなると、最適化後のkファクタk2 の値は更に
1.4程度に小さくなるため、(14)式のkファクタ
k2 に1.4を代入することによって、焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たす開口数NAの上限は0.74
となる。また、余裕を見て(13)式の開口数NAとし
て0.7を代入することによって、解像度Rはほぼ0.
19μmとなる。従って、本例の投影露光装置におい
て、露光用照明光ILとしてKrFエキシマレーザ光
(波長248nm)を使用し、ウエハ上のフォトレジス
トの厚さを0.2μm程度に設定し、且つ投影光学系P
Lの開口数NAを0.7〜0.74程度に設定すること
によって、焦点深度のマージンに関する条件を満たした
上で、1GビットDRAM相当の半導体デバイスの回路
パターンを高精度にウエハ上に転写できることになる。R = 0.55 × 0.248 / 0.78≈0.18 (μm) (16) This resolution of 0.18 μm is the resolution of a circuit pattern corresponding to a 1 Gbit DRAM. However, the resolution R is so small, the value of k factor k 2 after optimization to become even smaller to about 1.4, by substituting k factor k 2 to 1.4 (14) , The upper limit of the numerical aperture NA satisfying the condition regarding the depth of focus margin is 0.74.
Becomes Further, by taking into account the margin and substituting 0.7 as the numerical aperture NA of the equation (13), the resolution R is almost 0.
It becomes 19 μm. Therefore, in the projection exposure apparatus of this example, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is used as the exposure illumination light IL, the thickness of the photoresist on the wafer is set to about 0.2 μm, and the projection optical system P is used.
By setting the numerical aperture NA of L to about 0.7 to 0.74, the circuit pattern of the semiconductor device equivalent to the 1 Gbit DRAM is transferred onto the wafer with high accuracy while satisfying the condition regarding the depth of focus margin. You can do it.
【0074】なお、実際にはレジスト厚TR を0.5μ
m程度に設定する場合もあり、この場合に(14)式の
焦点深度のマージンに関する条件を満たす投影光学系の
開口数NAの上限は0.7程度(k2 を1.7として)
となるが、余裕を見て開口数NAを0.68程度に設定
することができる。従って、レジスト厚TR を0.5μ
m以下に設定したときには、開口数NAをほぼ0.68
以上に設定しても焦点深度のマージンに関する条件を満
たすことができる。Actually, the resist thickness T R is set to 0.5 μm.
In some cases, the upper limit of the numerical aperture NA of the projection optical system satisfying the condition regarding the depth of focus margin of the equation (14) is about 0.7 (k 2 is 1.7).
However, the numerical aperture NA can be set to about 0.68 with an allowance. Therefore, the resist thickness T R is 0.5 μ
When set to m or less, numerical aperture NA is approximately 0.68
Even with the above setting, the condition regarding the margin of the depth of focus can be satisfied.
【0075】また、本例において、投影光学系PLの開
口数NAを0.5〜0.6の範囲内、例えば0.55に
設定する場合には、既に示した(9)式、(10)式よ
り分かるようにフォトレジストの厚さを1μm程度とし
た場合でも、焦点深度のマージンに関する条件を満たし
た上で、256MビットDRAM相当の半導体デバイス
の回路パターンを転写できる。即ち、本例の投影露光装
置によれば、投影光学系の開口数の切り換えによって2
世代の半導体デバイスの回路パターンを形成することが
できる。言い換えると、本例の投影露光装置によれば、
線幅が狭いクリティカルレイヤでも、線幅が広いラフレ
イヤでも投影光学系の開口数の切り換えで対応できるこ
とになる。Further, in this example, when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is set within the range of 0.5 to 0.6, for example, 0.55, the equations (9) and (10) already shown. As can be seen from the equation), even when the thickness of the photoresist is about 1 μm, the circuit pattern of the semiconductor device corresponding to the 256 Mbit DRAM can be transferred while satisfying the condition regarding the margin of the depth of focus. That is, according to the projection exposure apparatus of this example, it is possible to change the numerical aperture by changing the numerical aperture of the projection optical system.
It is possible to form a circuit pattern of a semiconductor device of a next generation. In other words, according to the projection exposure apparatus of this example,
Both a critical layer with a narrow line width and a rough layer with a wide line width can be handled by switching the numerical aperture of the projection optical system.
【0076】これに関して、従来はウエハ平坦化工程を
加えると露光工程全体としての時間が倍程度になること
もあり、そのようにウエハ平坦化を必要とするクリティ
カルレイヤへの露光を行う投影露光装置と、それ以外の
ラフレイヤへの露光を行う投影露光装置とは別体とされ
ていた。そして、1枚のウエハに対して、所謂ミックス
・アンド・マッチ方式でレイヤによって投影露光装置を
使い分けていたため、工程管理が複雑であった。ところ
が、本例では1台の投影露光装置で1枚のウエハのほぼ
全てのレイヤに露光を行うことができるため、製造ライ
ンを単純化でき工程管理も容易になる。In this regard, conventionally, when the wafer flattening step is added, the time of the entire exposure step may be doubled. Therefore, a projection exposure apparatus for performing exposure to a critical layer requiring the wafer flattening in this way. And a projection exposure apparatus that performs exposure on other rough layers. Further, since the projection exposure apparatus is selectively used for each layer of the wafer by a so-called mix-and-match method, the process control is complicated. However, in this example, since one projection exposure apparatus can perform exposure on almost all layers of one wafer, the manufacturing line can be simplified and process control becomes easy.
【0077】なお、上述の実施の形態では露光用照明光
としてKrFエキシマレーザ光を使用しているが、更に
ArFエキシマレーザ光(波長193nm)を使用する
こともできる。そこで、ArFエキシマレーザ光を使用
した場合に得られる解像度等についても評価してみる。
なお、投影光学系PL等は波長193nmで新たに最適
化するものとする。この場合にも、ウエハ平坦化技術に
よってそのマーク段差DM を0.1μm程度に小さく
し、レジスト厚TR を0.2μm程度にまで薄くし、使
用可能な焦点深度UDOFを定めるための係数KUDを
0.7とする。更にフォーカス制御技術を向上させるこ
とよって、フォーカス制御精度CF を0.2μm程度に
高めるものとする。また、線幅が狭くなるのを考慮して
kファクタk 2 を1.5とする。In the above embodiment, the exposure illumination light is used.
The KrF excimer laser light is used as
ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used
You can also. Therefore, ArF excimer laser light is used
Also try to evaluate the resolution and so on.
The projection optical system PL is newly optimized for a wavelength of 193 nm.
Shall be Even in this case, wafer flattening technology
Therefore, the mark step DMIs as small as 0.1 μm
And resist thickness TRTo 0.2 μm and use
Coefficient K for determining the usable depth of focus UDOFUDTo
Set to 0.7. Further improve focus control technology
Therefore, focus control accuracy CFTo about 0.2 μm
Shall be raised. Also, considering that the line width becomes narrower
k factor k TwoIs set to 1.5.
【0078】これらの条件のもとで、(14)式の焦点
深度のマージンに関する条件を満たす開口数NAをNA
2 とすると、波長λは193nmであるため、開口数N
A2は次のようになる。 0.2+0.1+0.2×0.7≦1.5×0.193/NA2 2 , NA2 ≦0.81 (17) 即ち、この場合にも投影光学系PLの開口数NAを0.
81まで大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たされる。そこで余裕をみて開口数NAを0.73
として、この値を(13)式に代入することによって、
解像度Rは次のようになる。但し、線幅を考慮してkフ
ァクタk1 を0.45としている。Under these conditions, the numerical aperture NA satisfying the condition concerning the margin of the depth of focus in the equation (14) is set to NA.
Assuming 2 , the wavelength λ is 193 nm, so the numerical aperture N
A 2 is as follows. 0.2 + 0.1 + 0.2 × 0.7 ≦ 1.5 × 0.193 / NA 2 2 , NA 2 ≦ 0.81 (17) That is, also in this case, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is 0.
Even if it is increased to 81, the condition regarding the margin of the depth of focus is satisfied. Therefore, the numerical aperture NA is 0.73 with a margin.
By substituting this value into equation (13),
The resolution R is as follows. However, the k factor k 1 is set to 0.45 in consideration of the line width.
【0079】 R=0.45×0.193/0.73≒0.12(μm) (18) この解像度0.12μmは4GビットDRAM相当の回
路パターンの解像度である。従って、本例の投影露光装
置において、露光用照明光としてArFエキシマレーザ
光(波長193nm)を使用し、ウエハ上のフォトレジ
ストの厚さを0.2μm程度に設定し、且つ投影光学系
PLの開口数NAを0.73程度に設定することによっ
て、焦点深度のマージンに関する条件を満たした上で、
4GビットDRAM相当の回路パターンを高精度にウエ
ハ上に転写できることになる。R = 0.45 × 0.193 / 0.73≈0.12 (μm) (18) This resolution of 0.12 μm is the resolution of the circuit pattern corresponding to the 4 Gbit DRAM. Therefore, in the projection exposure apparatus of this example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used as the exposure illumination light, the thickness of the photoresist on the wafer is set to about 0.2 μm, and the projection optical system PL By setting the numerical aperture NA to about 0.73, while satisfying the conditions regarding the depth of focus margin,
A circuit pattern corresponding to 4 Gbit DRAM can be transferred onto the wafer with high accuracy.
【0080】また、同様にArFエキシマレーザ光を使
用する場合にも、投影光学系PLの開口数NAを0.5
〜0.6の範囲内に設定することによって、フォトレジ
ストの厚さを1μm程度とした場合でも、焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たした上で、1GビットDRA
M相当の半導体デバイスの回路パターンを転写できる。
即ち、1台の投影露光装置で2世代の半導体デバイスの
回路パターンを形成することができる。Similarly, when using ArF excimer laser light, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is 0.5.
Even if the thickness of the photoresist is set to about 1 μm by setting the thickness within the range of ˜0.6, the condition for the margin of the depth of focus is satisfied and the 1 Gbit DRA is set.
The circuit pattern of a semiconductor device corresponding to M can be transferred.
That is, a single projection exposure apparatus can form a circuit pattern of a second-generation semiconductor device.
【0081】更に、本例の投影露光装置において、露光
用の照明光として水銀ランプのi線(波長365nm)
を使用した場合には、投影光学系PLの開口数NAを
0.7〜0.8程度に設定してレジスト厚を0.2μm
程度に設定することによって、焦点深度のマージンに関
する条件を満たした上で256MビットDRAM相当の
回路パターンを高精度に転写できる。一方、既に説明し
たように、開口数NAを0.5〜0.6程度に設定した
場合には64MビットDRAM相当の回路パターンを高
精度に転写できるため、結果として2世代の半導体デバ
イスの回路パターンを形成できることになる。Furthermore, in the projection exposure apparatus of this example, the i-line (wavelength 365 nm) of the mercury lamp is used as the illumination light for exposure.
Is used, the numerical aperture NA of the projection optical system PL is set to about 0.7 to 0.8 and the resist thickness is 0.2 μm.
By setting the degree to about, it is possible to transfer the circuit pattern corresponding to the 256 Mbit DRAM with high accuracy while satisfying the condition regarding the depth of focus margin. On the other hand, as already described, when the numerical aperture NA is set to about 0.5 to 0.6, the circuit pattern corresponding to the 64 Mbit DRAM can be transferred with high accuracy, and as a result, the circuit of the second-generation semiconductor device is obtained. A pattern can be formed.
【0082】なお、露光用照明光として、金属蒸気レー
ザ光、YAGレーザの高調波、又は他の輝線等を使用し
てもよく、これらの場合にもフォトレジストを薄くして
投影光学系の開口数を大きくすることによって、焦点深
度のマージンに関する条件を満たして解像度を高めるこ
とができる。更に、将来的に平坦化技術の進展によって
マーク段差DM が小さくなり、且つレジスト厚TR をよ
り薄くできれば、投影光学系の開口数NAを0.7より
更に大きくしても(14)式の焦点深度のマージンに関
する条件が満たされるため、解像度Rをより高めること
ができる。As the exposure illumination light, a metal vapor laser light, a harmonic of a YAG laser, or another bright line may be used. In these cases, too, the photoresist is thinned and the aperture of the projection optical system is used. By increasing the number, it is possible to satisfy the condition regarding the margin of the depth of focus and improve the resolution. Furthermore, if the mark step D M can be reduced and the resist thickness T R can be made thinner by the progress of the flattening technology in the future, even if the numerical aperture NA of the projection optical system is made larger than 0.7, the formula (14) is obtained. Since the condition regarding the margin of the depth of focus is satisfied, the resolution R can be further increased.
【0083】次に、本例では(14)式の焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たすための1つの手法として、
上述のようにウエハ平坦化技術を使用している。このよ
うにウエハの平坦化を行うと、ウエハW上に形成されて
いる回路パターンの段差であるマーク段差DM が例えば
50nm以下程度に小さくなり、ウエハW上の各ショッ
ト領域に付設されているアライメント用のウエハマーク
の段差も小さくなる。そのため、本例ではそれら各ショ
ット領域のアライメントを行うためのアライメントセン
サとして、特に低段差マークの検出が可能なセンサを備
えている。Next, in this example, as one method for satisfying the condition regarding the margin of the depth of focus in the equation (14),
The wafer planarization technique is used as described above. When the wafer is flattened in this manner, the mark step D M, which is the step of the circuit pattern formed on the wafer W, is reduced to, for example, about 50 nm or less, and the mark step D M is attached to each shot area on the wafer W. The step of the alignment wafer mark is also reduced. Therefore, in this example, a sensor capable of detecting a low step mark is provided as an alignment sensor for performing alignment of each of the shot areas.
【0084】図1において、投影光学系PLの側面部に
は、アライメントセンサ50が配置されている。なお、
このアライメントセンサ50は、特開平5−21783
5号公報に開示されているアライメントセンサと同様な
構成である。図8はそのアライメントセンサ50の全体
の構成を模式的に示す斜視図であり、この図8におい
て、ウエハ上に形成された格子状のウエハマーク(不図
示)からの反射光は、ミラーM1で反射されて対物レン
ズOBLに入射した後、ビームスプリッタBS1で分割
される。ビームスプリッタBS1で反射された光束は、
ミラーM2で反射されてアライメントセンサ50の上段
部に配置された、撮像方式、即ちFIA(Field Image
Alignment )方式の検出系(以下、「FIA系」と呼
ぶ)51Aに入射する。一方、ビームスプリッタBS1
を透過した光束は、下段部に配置された2光束干渉方
式、即ちLIA(Laser Interferometric Alignment )
方式の検出系(以下、「LIA系」と呼ぶ)51Bに入
射する。In FIG. 1, an alignment sensor 50 is arranged on the side surface of the projection optical system PL. In addition,
This alignment sensor 50 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-21783.
The configuration is similar to that of the alignment sensor disclosed in Japanese Patent No. 5 publication. FIG. 8 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the alignment sensor 50. In FIG. 8, reflected light from a lattice-shaped wafer mark (not shown) formed on the wafer is reflected by the mirror M1. After being reflected and incident on the objective lens OBL, it is split by the beam splitter BS1. The light flux reflected by the beam splitter BS1 is
The imaging method, that is, the FIA (Field Image), which is reflected by the mirror M2 and is arranged on the upper stage of the alignment sensor 50.
The light enters the detection system (hereinafter referred to as “FIA system”) 51A of the Alignment method. On the other hand, the beam splitter BS1
The light flux that has passed through is a two-beam interference method arranged in the lower part, that is, LIA (Laser Interferometric Alignment)
The light enters a detection system (hereinafter, referred to as “LIA system”) 51B of the method.
【0085】図9はFIA系51Aの構成を示し、この
図9において、光ファイバ116Aからはウエハ上のフ
ォトレジストに対して非感光性のブロードバンド(帯域
270nm以上)の照明光ALAが射出され、この照明
光ALAはコンデンサレンズ120Aを介して、ウエハ
用照明視野絞り121Aを均一な照度で照明する。視野
絞り121Aで制限された照明光はミラー122Aで反
射され、レンズ系123Aを通ってビームスプリッタB
S2に入射する。ビームスプリッタBS2で反射された
照明光ALAは、ミラーM2で反射されてビームスプリ
ッタBS1に入射する。その後、照明光ALAは光軸A
Xaに沿って対物レンズOBL、ミラーM1を介してウ
エハ上のウエハマークを照明する。このウエハ用の照明
送光路において、視野絞り板121Aはレンズ系123
Aと対物レンズOBLとの合成系に関してウエハと共役
であり、FIA系51Aによるウエハに対する照明領域
は、視野絞り板121Aに形成された開口によって一義
的に決定される。FIG. 9 shows the structure of the FIA system 51A. In FIG. 9, the non-photosensitive broadband (band 270 nm or more) illumination light ALA is emitted from the optical fiber 116A to the photoresist on the wafer. The illumination light ALA illuminates the wafer illumination field diaphragm 121A with a uniform illuminance via the condenser lens 120A. The illumination light limited by the field stop 121A is reflected by the mirror 122A, passes through the lens system 123A, and is reflected by the beam splitter B.
It is incident on S2. The illumination light ALA reflected by the beam splitter BS2 is reflected by the mirror M2 and enters the beam splitter BS1. After that, the illumination light ALA is on the optical axis A.
The wafer mark on the wafer is illuminated along the Xa through the objective lens OBL and the mirror M1. In the illumination light transmission path for the wafer, the field stop plate 121A includes the lens system 123.
The illumination area for the wafer by the FIA system 51A is uniquely determined by the aperture formed in the field diaphragm 121A, which is conjugate with the wafer with respect to the combined system of A and the objective lens OBL.
【0086】そして、光ファイバ116Aからの照明光
ALAによって照射されたウエハからは反射光が発生
し、この反射光はミラーM1、対物レンズOBL、ビー
ムスプリッタBS1、ミラーM2を介してビームスプリ
ッタBS2に入射し、その反射光の約1/2がビームス
プリッタBS2を透過して検出光学系に入射する。この
検出光学系は、レンズ系124、ミラー125、指標マ
ークが形成された指標板126、撮像用の第1リレーレ
ンズ系127、ミラー128、干渉フィルタ129、第
2リレーレンズ系131、及びビームスプリッタBS3
より構成されている。そして、ビームスプリッタBS3
で分割されたウエハからの戻り光は、2次元CCDより
なるX方向検出用の撮像素子108Xと、Y方向検出用
の撮像素子108Yとに入射し、各撮像素子108X,
108Yの撮像面上にウエハ表面のウエハマークの像及
び指標マークの像を形成する。Then, reflected light is generated from the wafer illuminated by the illumination light ALA from the optical fiber 116A, and this reflected light is passed through the mirror M1, the objective lens OBL, the beam splitter BS1, and the mirror M2 to the beam splitter BS2. About 1/2 of the reflected light is incident on the detection optical system through the beam splitter BS2. This detection optical system includes a lens system 124, a mirror 125, an index plate 126 on which index marks are formed, a first relay lens system 127 for imaging, a mirror 128, an interference filter 129, a second relay lens system 131, and a beam splitter. BS3
It is composed of And the beam splitter BS3
The return light from the wafer divided by is incident on the image pickup device 108X for detecting the X direction and the image pickup device 108Y for detecting the Y direction, each of which includes a two-dimensional CCD.
An image of the wafer mark and an image of the index mark on the wafer surface are formed on the image pickup surface of 108Y.
【0087】即ち、対物レンズOBL及びレンズ系12
4の合成系に関してウエハ表面と指標板126とは共役
であり、リレーレンズ系127及び131に関して指標
板126とそれらの撮像面とは共役である。また、その
ウエハマーク及び指標板の像の倍率を変更できるよう
に、干渉フィルタ129の近傍に変倍光学系130が挿
入できるように構成されている。また、干渉フィルタ1
29は、後述のLIA系51Bで使用される強いレーザ
光を遮光する役割を果たしている。That is, the objective lens OBL and the lens system 12
For the composite system of No. 4, the wafer surface and the index plate 126 are conjugate, and for the relay lens systems 127 and 131, the index plate 126 and their imaging surfaces are conjugate. Further, a variable power optical system 130 can be inserted in the vicinity of the interference filter 129 so that the magnification of the image of the wafer mark and the index plate can be changed. In addition, the interference filter 1
Reference numeral 29 plays a role of blocking strong laser light used in the LIA system 51B described later.
【0088】更に、図9においては、指標板126を独
立に照明するための照明系が設けられている。この照明
系は、光ファイバ116B、コンデンサレンズ120
B、照明視野絞り板121B、ミラー122B、及びレ
ンズ系123Bより構成されている。そして、光ファイ
バ116Bから射出された照明光ALBは、コンデンサ
レンズ120B〜レンズ系123Bを経て、ウエハ用の
照明光ALAの光路と反対側からビームスプリッタBS
2に入射し、ビームスプリッタBS2で反射されてその
指標板126を照明している。Further, in FIG. 9, an illumination system for independently illuminating the index plate 126 is provided. This illumination system includes an optical fiber 116B and a condenser lens 120.
B, an illumination field diaphragm plate 121B, a mirror 122B, and a lens system 123B. Then, the illumination light ALB emitted from the optical fiber 116B passes through the condenser lens 120B to the lens system 123B, and from the side opposite to the optical path of the illumination light ALA for the wafer, the beam splitter BS.
2 and is reflected by the beam splitter BS2 to illuminate the index plate 126.
【0089】また、撮像素子108X,108Yの撮像
信号が図1のアライメント信号処理系52に供給され、
アライメント信号処理系52ではそれらの撮像信号を画
像処理することにより、検出対象のウエハマークの位置
を検出し、この検出結果を主制御装置29に供給する。
主制御装置29では、各ウエハマークの位置に基づいて
ウエハWのアライメントを行う。Further, the image pickup signals of the image pickup devices 108X and 108Y are supplied to the alignment signal processing system 52 of FIG.
The alignment signal processing system 52 processes the image pickup signals to detect the position of the wafer mark to be detected, and supplies the detection result to the main controller 29.
Main controller 29 aligns wafer W based on the position of each wafer mark.
【0090】次に、図10はLIA系51Bの構成を示
し、この図10において、He−Neレーザ光源106
からのレーザビームをシャッタ140を介してビームス
プリッタBS8で2分割する。ビームスプリッタBS8
を透過したレーザビームLBは、X方向のLIA系にお
いて複数の折り返しミラーを介してヘテロダイン2光束
化ユニット141Xに入射する。このヘテロダイン2光
束化ユニット141X内には、1対の駆動周波数の異な
る周波数シフタ(音響光学素子)と、この1対の周波数
シフタから射出される2本の周波数変調を受けたレーザ
ビームを光軸に対して平行に合成する合成系とが設けら
れている。その合成系から射出された2本のレーザビー
ムLB1x,LB2xは、レンズ系142Xに入射し
て、レンズ系142Xの後側焦点面に配置されたアパー
チャ板143Xを一様に照射する。従って、アパーチャ
板143X上には、2本のレーザビームLB1x,LB
2xの交差によって一次元の干渉縞が形成される。しか
もヘテロダイン2光束化ユニット141X内の1対の周
波数シフタの駆動周波数が互いに異なることから、その
一次元の干渉縞は、その周波数差に応じた速度でピッチ
方向に流れている。Next, FIG. 10 shows the configuration of the LIA system 51B. In FIG. 10, the He--Ne laser light source 106 is shown.
The laser beam from is split into two by the beam splitter BS8 via the shutter 140. Beam splitter BS8
The laser beam LB that has passed through is incident on the heterodyne two-beam conversion unit 141X via a plurality of folding mirrors in the LIA system in the X direction. In this heterodyne two-beam conversion unit 141X, a pair of frequency shifters (acousto-optical elements) having different driving frequencies and two frequency-modulated laser beams emitted from the pair of frequency shifters are used as optical axes. And a synthesizing system for synthesizing in parallel with. The two laser beams LB1x and LB2x emitted from the synthesizing system enter the lens system 142X and uniformly illuminate the aperture plate 143X arranged on the rear focal plane of the lens system 142X. Therefore, the two laser beams LB1x and LB are arranged on the aperture plate 143X.
The 2x intersection forms a one-dimensional interference fringe. Moreover, since the drive frequencies of the pair of frequency shifters in the heterodyne two-beam conversion unit 141X are different from each other, the one-dimensional interference fringes flow in the pitch direction at a speed corresponding to the frequency difference.
【0091】さて、アパーチャ板143Xによって制限
された2本のレーザビームは、ビームスプリッタBS6
で一部反射され、レンズ系144X、ビームスプリッタ
BS4,BS1を通った後、対物レンズOBL及びミラ
ーM1を経て、ウエハ上に達する。2本のレーザビーム
LB1x,LB2xは、X方向に関して対称に傾いてい
るため、ウエハ上に設けられた格子状のX軸のウエハマ
ークに照射されると、そのウエハマークより垂直に±1
次回折光が発生する。この2本の±1次回折光は、偏光
方向が同一なので互いに干渉すると共に、1対の周波数
シフタの周波数差、即ちビート周波数で周期的に干渉強
度が変化している。Now, the two laser beams limited by the aperture plate 143X are beam splitter BS6.
Is partially reflected by, passes through the lens system 144X, the beam splitters BS4 and BS1, and then reaches the wafer through the objective lens OBL and the mirror M1. Since the two laser beams LB1x and LB2x are symmetrically inclined with respect to the X direction, when they are irradiated on the lattice-shaped X-axis wafer mark provided on the wafer, the laser beams LB1x and LB2x are ± 1 perpendicular to the wafer mark.
Next-order diffracted light is generated. The two ± 1st-order diffracted lights have the same polarization direction and thus interfere with each other, and at the same time, the interference intensity periodically changes at the frequency difference between the pair of frequency shifters, that is, the beat frequency.
【0092】この干渉ビート光は、ミラーM1、対物レ
ンズOBL、ビームスプリッタBS1,BS4、レンズ
系144Xを介して、ビームスプリッタBS6に入射
し、このビームスプリッタBS6を透過した干渉ビート
光が受光用アパーチャ板145Xに達する。受光用アパ
ーチャ板145Xは、レンズ系144Xと対物レンズO
BLとの合成系に関してウエハと共役な位置に配置さ
れ、干渉ビート光のみを通過させるような開口を有す
る。アパーチャ板145Xを通過した干渉ビート光は、
ミラー146X、レンズ系147Xを介して光電センサ
148Xに達し、光電センサ148Xよりビート信号が
出力される。The interference beat light is incident on the beam splitter BS6 via the mirror M1, the objective lens OBL, the beam splitters BS1 and BS4, and the lens system 144X, and the interference beat light transmitted through the beam splitter BS6 is received. Reach plate 145X. The light receiving aperture plate 145X includes a lens system 144X and an objective lens O.
It is arranged at a position conjugate with the wafer with respect to the combined system with BL, and has an opening through which only the interference beat light passes. The interference beat light that has passed through the aperture plate 145X is
It reaches the photoelectric sensor 148X via the mirror 146X and the lens system 147X, and the beat signal is output from the photoelectric sensor 148X.
【0093】また、ビームスプリッタBS8で反射され
たレーザビームは、ミラーを経てY方向用のLIA系に
入射している。このY方向用のLIA系は、X方向のL
IA系とほぼ対称に、ヘテロダイン2光束化ユニット1
41Y、レンズ系142Y、アパーチャ板143Y、ビ
ームスプリッタBS5、レンズ系144Y、受光用アパ
ーチャ板145Y、ミラー146Y、レンズ系147
Y、光電センサ148Yより構成されている。但し、ヘ
テロダイン2光束化ユニット141Yはヘテロダイン2
光束化ユニット141Xに対し90゜回転させて配置さ
れ、ヘテロダイン2光束化ユニット141Yからの2本
のレーザビームLB1y,LB2yは、ウエハ上のY軸
のウエハマークに対してY方向に交差するように照射さ
れる。そして、光電センサ148YよりそのY軸のウエ
ハマークに対応するビート信号が出力される。The laser beam reflected by the beam splitter BS8 enters the LIA system for the Y direction via the mirror. This LIA system for Y direction is L for X direction.
Heterodyne 2-beam conversion unit 1 in almost symmetry with the IA system
41Y, lens system 142Y, aperture plate 143Y, beam splitter BS5, lens system 144Y, light receiving aperture plate 145Y, mirror 146Y, lens system 147.
Y and photoelectric sensor 148Y. However, the heterodyne 2-beam conversion unit 141Y
The two laser beams LB1y and LB2y from the heterodyne two-beam forming unit 141Y are arranged so as to be rotated by 90 ° with respect to the beam forming unit 141X so that they intersect the Y-axis wafer mark on the wafer in the Y direction. Is irradiated. Then, the beat signal corresponding to the wafer mark on the Y-axis is output from the photoelectric sensor 148Y.
【0094】また、光電センサ148X,148Yから
のビート信号の参照信号を得るために、レーザビームL
B1x,LB2xの内でビームスプリッタBS4を透過
したレーザビーム、及びレーザビームLB1y,LB2
yの内でビームスプリッタBS4で反射されたレーザビ
ームを、レンズ系150及びミラー151を介してビー
ムスプリッタBS7に入射させている。そして、ビーム
スプリッタBS7で反射されたレーザビームは、ミラー
152を介して透過型回折格子板153Xに入射する。
透過型回折格子板153Xは、X軸の受光用アパーチャ
板145Xの開口部と共役な位置に回折格子を形成し、
それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子に対
してレーザビームLB1x,LB2xのみが入射し、そ
の回折格子から発生する±1次回折光よりなる干渉ビー
ト光がフーリエ変換用のレンズ系154Xを介して光電
センサ155Xに入射し、光電センサ155XよりX軸
用の参照ビート信号が出力される。Further, in order to obtain the reference signal of the beat signal from the photoelectric sensors 148X and 148Y, the laser beam L
The laser beam transmitted through the beam splitter BS4 among B1x and LB2x, and the laser beams LB1y and LB2
The laser beam reflected by the beam splitter BS4 in y is incident on the beam splitter BS7 via the lens system 150 and the mirror 151. Then, the laser beam reflected by the beam splitter BS7 enters the transmission type diffraction grating plate 153X via the mirror 152.
The transmission type diffraction grating plate 153X forms a diffraction grating at a position conjugate with the opening of the X-axis light receiving aperture plate 145X,
Other than that is used as a light-shielding portion, and only the laser beams LB1x and LB2x are incident on the diffraction grating, and interference beat light composed of ± first-order diffracted light generated from the diffraction grating is a lens system 154X for Fourier transform. The incident light enters the photoelectric sensor 155X via the optical sensor 155X, and the reference beat signal for the X axis is output from the photoelectric sensor 155X.
【0095】また、ビームスプリッタBS7を透過した
レーザビームは、透過型回折格子板153Yに入射す
る。透過型回折格子板153Yは、Y軸の受光用アパー
チャ板145Yの開口部と共役な位置に回折格子を形成
し、それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子
に対してレーザビームLB1y,LB2yのみが入射
し、その回折格子から発生する±1次回折光よりなる干
渉ビート光がレンズ系154Yを介して光電センサ15
5Yに入射し、光電センサ155YよりY軸用の参照ビ
ート信号が出力される。The laser beam transmitted through the beam splitter BS7 is incident on the transmission type diffraction grating plate 153Y. The transmission type diffraction grating plate 153Y forms a diffraction grating at a position conjugate with the opening of the Y-axis aperture plate 145Y for light reception, and forms the other part as a light shielding part. The laser beam LB1y is applied to the diffraction grating. , LB2y is incident, and the interference beat light composed of ± first-order diffracted light generated from the diffraction grating passes through the lens system 154Y and the photoelectric sensor 15
5Y, and the photoelectric sensor 155Y outputs a reference beat signal for the Y axis.
【0096】光電センサ148X,148Yからのビー
ト信号、及び光電センサ155X,155Yからの参照
ビート信号はそれぞれ図1のアライメント信号処理系5
2に供給され、アライメント信号処理系52ではそれら
のビート信号、及び参照ビート信号より検出対象のX軸
及びY軸のウエハマークの位置を検出し、この検出結果
を主制御装置29に供給する。主制御装置29では、各
ウエハマークの位置に基づいてウエハWのアライメント
を行う。The beat signals from the photoelectric sensors 148X and 148Y and the reference beat signals from the photoelectric sensors 155X and 155Y are respectively the alignment signal processing system 5 of FIG.
2, the alignment signal processing system 52 detects the position of the X-axis and Y-axis wafer marks to be detected from the beat signal and the reference beat signal, and supplies the detection result to the main controller 29. Main controller 29 aligns wafer W based on the position of each wafer mark.
【0097】上述のように本例のアライメントセンサ5
0は、FIA系51A及びLIA系51Bを備えてい
る。この場合、FIA系51Aは100nm以上の段差
を有するウエハマークの検出を高いSN比で行うことが
でき、且つ、画像処理方式であるため非対称性のあるウ
エハマークや、荒れた表面を持つウエハマークに対して
も高精度に位置検出を行うことができる。これに対して
LIA系51Bは、低段差マーク(50nm以下)を高
精度に検出することができる。そこで、高段差マークに
対してはFIA系51Aを用い、低段差マークに対して
はLIA系51Bを用いることによって、あらゆる半導
体デバイスに対応できる。As described above, the alignment sensor 5 of this example is used.
0 includes a FIA system 51A and a LIA system 51B. In this case, the FIA system 51A can detect a wafer mark having a step of 100 nm or more with a high SN ratio, and since it is an image processing method, it has an asymmetric wafer mark or a wafer mark having a rough surface. The position detection can be performed with high accuracy. In contrast, the LIA system 51B can detect a low step mark (50 nm or less) with high accuracy. Therefore, by using the FIA system 51A for the high step mark and the LIA system 51B for the low step mark, it is possible to deal with any semiconductor device.
【0098】次に、本例ではウエハW上のフォトレジス
トの厚さ(レジスト厚)を従来例よりも薄くする場合が
あるが、フォトレジストが薄くなると、そのフォトレジ
ストに対する積算露光量の目標値はその厚さにほぼ比例
して少なくなる。具体的に従来はレジスト厚を1μm程
度以上にしており、レジスト厚のばらつきは0.01〜
0.02μm(10〜20nm)であるため、従来例で
はレジスト厚がばらついても積算露光量の目標値はほぼ
一定のままで済んでいた。それに対して、本例では上述
のようにレジスト厚を0.2μm程度にする場合があ
り、この場合には、レジスト厚のばらつきに応じてその
積算露光量の目標値を補正する必要がある。そのために
は、ウエハW上のレジスト厚を実際に計測する必要があ
るため、本例では図1に示すように、投影光学系PLの
側面にレジスト厚測定装置46が設けられている。この
レジスト厚測定装置46の構成及び動作につき図11〜
図15を参照して説明する。Next, in this example, the thickness of the photoresist on the wafer W (resist thickness) may be made thinner than in the conventional example. However, when the photoresist becomes thinner, the target value of the integrated exposure amount for that photoresist is set. Decreases in proportion to its thickness. Specifically, conventionally, the resist thickness is about 1 μm or more, and the variation in the resist thickness is 0.01 to
Since the thickness is 0.02 μm (10 to 20 nm), in the conventional example, the target value of the integrated exposure amount remained substantially constant even if the resist thickness varied. On the other hand, in this example, the resist thickness may be about 0.2 μm as described above, and in this case, it is necessary to correct the target value of the integrated exposure amount according to the variation in the resist thickness. For that purpose, since it is necessary to actually measure the resist thickness on the wafer W, in this example, a resist thickness measuring device 46 is provided on the side surface of the projection optical system PL as shown in FIG. The structure and operation of the resist thickness measuring device 46 are shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【0099】先ず、図11はレジスト厚測定装置46を
示す構成図であり、このこの図11において、ランプ等
の光源76から射出された照明光は、楕円鏡77で反射
されて波長選択フィルタ板78に入射し、波長選択フィ
ルタ板78によってウエハW上に塗布されたフォトレジ
ストPRに対して非感光性の特定の単一波長の計測光L
Rが選択される。また、波長選択フィルタ板78を駆動
装置79を介して回転することによって、その計測光L
Rの波長を複数種類に切り換えることができるようにな
っている。駆動装置79の動作は、制御系80を介して
外部の膜厚計測演算装置47によって制御されている。First, FIG. 11 is a block diagram showing a resist thickness measuring device 46. In this FIG. 11, the illumination light emitted from a light source 76 such as a lamp is reflected by an elliptic mirror 77 to be a wavelength selection filter plate. The measurement light L having a specific single wavelength which is incident on 78 and is non-photosensitive to the photoresist PR coated on the wafer W by the wavelength selection filter plate 78.
R is selected. Further, by rotating the wavelength selection filter plate 78 via the driving device 79, the measurement light L
The R wavelength can be switched to a plurality of types. The operation of the drive device 79 is controlled by the external film thickness measurement calculation device 47 via the control system 80.
【0100】波長選択フィルタ板78を通過した計測光
LRは、レンズ81で平行光束に変換されてハーフプリ
ズム82に入射し、ハーフプリズム82で反射された計
測光LRが対物レンズ83を介してウエハW上の厚さd
のフォトレジストPR内にスポット像を形成する。一定
の開口数の対物レンズ83によって照射された計測光L
Rは、フォトレジストPRの表面とウエハWの表面とで
反射することとなり、その戻り光LR’は、対物レンズ
83及びハーフプリズム82を経て2次元CCDよりな
る撮像素子84の撮像面84aに入射する。撮像素子8
4の撮像面84aは、対物レンズ83に関してウエハW
の表面の光学的フーリエ変換面(瞳面)となっており、
その撮像面84aに戻り光LR’による干渉縞が形成さ
れる。撮像素子84の撮像信号は膜厚計測演算装置47
に供給され、膜厚計測演算装置47ではその撮像信号を
処理して得られる干渉縞の情報よりフォトレジストPR
の厚さdを算出し、算出結果を図1の主制御装置29に
供給する。The measurement light LR that has passed through the wavelength selection filter plate 78 is converted into a parallel light flux by the lens 81 and enters the half prism 82, and the measurement light LR reflected by the half prism 82 is passed through the objective lens 83 to the wafer. Thickness d on W
A spot image is formed in the photoresist PR. Measurement light L emitted by the objective lens 83 having a constant numerical aperture
R is reflected by the surface of the photoresist PR and the surface of the wafer W, and the return light LR ′ thereof is incident on the image pickup surface 84a of the image pickup device 84 including a two-dimensional CCD via the objective lens 83 and the half prism 82. To do. Image sensor 8
The image pickup surface 84a of No. 4 is the wafer W with respect to the objective lens 83.
Is the optical Fourier transform surface (pupil surface) of the surface of
Interference fringes due to the return light LR 'are formed on the imaging surface 84a. The image pickup signal of the image pickup device 84 is used as the film thickness measurement calculation device 47.
Is supplied to the photoresist PR from the information of the interference fringes obtained by processing the image pickup signal in the film thickness measurement calculation device 47.
Thickness d is calculated and the calculation result is supplied to main controller 29 in FIG.
【0101】図12は、そのフォトレジストPRの厚さ
dの測定原理の説明図であり、この図12において、
(a)はウエハW及びフォトレジストPRの各表面での
計測光LR1,LR2の反射を示し、(b)はそれらの
計測光に対応する戻り光LR1’,LR2’の撮像面8
4aへの入射状態を示している。この場合、図11の計
測光LRは所定の開口数を有する光束であり、この光束
中で図12(a)の計測光LR1はウエハWの表面に垂
直に入射する計測光を示し、計測光LR2はその表面に
入射角θで入射する計測光を示している。また、ウエハ
W又はフォトレジストPRで反射されて同一方向に向か
う戻り光LR2’は、図12(a)で示すように、対物
レンズ83によって撮像面84a上で、光軸を中心とす
る所定の円周上に集光される。FIG. 12 is an explanatory view of the measurement principle of the thickness d of the photoresist PR. In FIG.
(A) shows reflection of the measurement lights LR1 and LR2 on the respective surfaces of the wafer W and the photoresist PR, and (b) shows an imaging surface 8 of the return lights LR1 ′ and LR2 ′ corresponding to the measurement lights.
The state of incidence on 4a is shown. In this case, the measurement light LR in FIG. 11 is a light beam having a predetermined numerical aperture, and the measurement light LR1 in FIG. 12A is the measurement light that is vertically incident on the surface of the wafer W. LR2 represents the measurement light incident on the surface at the incident angle θ. In addition, the return light LR2 ′ reflected by the wafer W or the photoresist PR and traveling in the same direction is reflected by the objective lens 83 on the imaging surface 84a at a predetermined centered on the optical axis, as shown in FIG. It is focused on the circumference.
【0102】図12(a)において、フォトレジストP
Rの屈折率をnとすると、計測光LR2のフォトレジス
トでの屈折角θ’は、次のようになる。 sin θ’=sin θ/n (19) また、計測光LR2がフォトレジストPRの表面A’で
直接反射される場合と、フォトレジストPRの表面A、
ウエハWの表面B、及びフォトレジストPRの表面A’
を結ぶ光路を通って反射される場合との光路差Δは、次
のようになる。なお、例えば表面Aと表面Bとの間の光
路の長さをABで表しており、表面A’に向かう計測光
LR2に表面Aから引いた垂線とその計測光LR2との
交点をPとしている。In FIG. 12A, the photoresist P
When the refractive index of R is n, the refraction angle θ ′ of the measurement light LR2 in the photoresist is as follows. sin θ ′ = sin θ / n (19) In addition, the case where the measurement light LR2 is directly reflected by the surface A ′ of the photoresist PR, the case where the measurement light LR2 is directly reflected by the surface A of the photoresist PR,
Surface B of wafer W and surface A ′ of photoresist PR
The optical path difference Δ with respect to the case of being reflected through the optical path connecting the points is as follows. Note that, for example, the length of the optical path between the front surface A and the front surface B is represented by AB, and the intersection point of the perpendicular line drawn from the front surface A to the measurement light LR2 toward the front surface A ′ and the measurement light LR2 is P. .
【0103】 Δ=n(AB+BA’)−A’P =2nd/cos θ’−2dtan θ’sin θ =2nd/cos θ’−2ndtan θ’sin θ’ =2ndcos θ (20) 更に、空気の屈折率よりフォトレジストPRの屈折率n
の方が大きいので、フォトレジストPRの表面Aでの反
射時の位相変化πを考慮すると、表面A’で直接反射さ
れる計測光LR2と、表面A、表面B、及び表面A’を
結ぶ光路を通って反射される計測光LR2との位相差δ
は次のようになる。なお、計測光LRの波長をλLRとし
ている。Δ = n (AB + BA ′) − A′P = 2nd / cos θ′−2dtan θ′sin θ = 2nd / cos θ′−2ndtan θ′sin θ ′ = 2ndcos θ (20) Further, refraction of air From the index, the refractive index n of the photoresist PR
Is larger, the optical path connecting the measurement light LR2 directly reflected by the surface A ′ and the surface A, the surface B, and the surface A ′ in consideration of the phase change π when the photoresist PR reflects on the surface A. Phase difference δ with the measurement light LR2 reflected through
Is as follows. The wavelength of the measurement light LR is λ LR .
【0104】 δ=(2π/λLR)Δ+π (21) これに(20)式を代入すると次のようになる。 δ=(2π/λLR)2ndcos θ’+π (22) その位相差δが計測光LR2に対応する戻り光(干渉
光)LR2’の明暗を決定する。即ち、1以上の整数N
を用いて位相差δが(2N+1)πであるときに、その
戻り光LR2’は暗い干渉縞となる。即ち、N番目の暗
い干渉縞では、計測光LR2の屈折角θ’について次式
が成立する。Δ = (2π / λ LR ) Δ + π (21) Substituting the equation (20) into this gives the following. δ = (2π / λ LR ) 2ndcos θ ′ + π (22) The phase difference δ determines the brightness of the return light (interference light) LR2 ′ corresponding to the measurement light LR2. That is, an integer N of 1 or more
When the phase difference δ is (2N + 1) π using, the return light LR2 ′ becomes a dark interference fringe. That is, in the Nth dark interference fringe, the following expression holds for the refraction angle θ ′ of the measurement light LR2.
【0105】 (2N+1)π=(2π/λLR)2ndcos θ’+π (23) これに(19)式を代入すると、次のようになる。 θ2 =(n/2d)(4nd−2NλLR) (24) ここで、撮像素子84の撮像面84aでのそのN番目の
暗い干渉縞の中心での光軸からの半径をrN とし、対物
レンズ83の焦点距離をfとすると、θ=rN/fであ
るため、(24)式は次のようになる。(2N + 1) π = (2π / λ LR ) 2ndcos θ ′ + π (23) Substituting the equation (19) into this gives the following. θ 2 = (n / 2d) (4nd−2Nλ LR ) (24) Here, the radius from the optical axis at the center of the Nth dark interference fringe on the image pickup surface 84a of the image pickup device 84 is r N , If the focal length of the objective lens 83 is f, then θ = r N / f, and therefore the equation (24) is as follows.
【0106】 rN 2=(nf2 /d)(2nd−NλLR) (25) この式を変形すると、次のようにN番目の暗い干渉縞の
半径rN に基づいてフォトレジストの厚さdが求められ
る。 rN 2d=2n2 f2 d−NλLR, d=(−nf2 NλLR)/(rN 2−2n2 f2 ) (26) 図13(b)は、ウエハW及びフォトレジストPRから
の戻り光による撮像素子84の撮像面84aでの干渉縞
の様子を示し、この図13(b)において、撮像面84
a上には同心円状に暗い干渉縞85が形成されている。
本例では、その撮像面84a上で光軸を中心とする長方
形の検出領域84bを設定し、この検出領域84b内の
像強度に対応する撮像信号を順次短辺方向に加算する。
この場合、撮像面84a上で光軸を通り検出領域84b
の長手方向に平行な直線に沿った軸をy軸として、この
y軸の原点を光軸上として、そのように加算された撮像
信号STをy軸の関数として表す。R N 2 = (nf 2 / d) (2nd−Nλ LR ) (25) When this equation is modified, the photoresist thickness is calculated based on the radius r N of the Nth dark interference fringe as follows. d is required. r N 2 d = 2n 2 f 2 d-Nλ LR, d = (- nf 2 Nλ LR) / (r N 2 -2n 2 f 2) (26) FIG. 13 (b), the wafer W and the photoresist PR 13B shows the appearance of interference fringes on the image pickup surface 84a of the image pickup element 84 due to the return light from the image pickup surface 84a.
Dark interference fringes 85 are formed concentrically on a.
In this example, a rectangular detection area 84b centered on the optical axis is set on the image pickup surface 84a, and image pickup signals corresponding to the image intensity in the detection area 84b are sequentially added in the short side direction.
In this case, the detection area 84b passes through the optical axis on the imaging surface 84a.
The axis along a straight line parallel to the longitudinal direction of is the y-axis, the origin of the y-axis is on the optical axis, and the image pickup signal ST thus added is represented as a function of the y-axis.
【0107】図13(a)はそのように加算された撮像
信号STを示し、この図13(a)において、撮像信号
STが落ち込んでいるy軸上の位置y0 ,y1 ,y1',
y2,y2',…が上述の暗い干渉縞の位置に対応する。
そこで、この暗い干渉縞の位置より1番目、2番目、
…、N’番目(N’は検出領域84bで観察される最も
遠い干渉縞の順序を示す)までの暗い干渉縞の半径r1,
r2,…,rN’を算出し、これらの半径を(26)式に
代入して、それぞれフォトレジストの厚さd1,d 2,…,
dN'を算出し、最後にこれらN’個の厚さの平均値を最
終的な厚さdとする。これによって平均化効果が得ら
れ、フォトレジストPRの厚さdを高精度に求めること
ができる。FIG. 13A shows the image pickup thus added.
FIG. 13A shows the signal ST, and in FIG.
Position y on the y-axis where ST is depressed0, Y1, Y1',
yTwo, YTwo', ... correspond to the positions of the dark interference fringes described above.
So, from the position of this dark interference fringe,
..., N'th (N 'is the most observed in the detection region 84b)
Radius r of dark fringes up to (indicating the order of distant fringes)1,
rTwo, ..., rN′ Is calculated, and these radii are converted into the equation (26).
Substituting the thickness d of the photoresist1, d Two, ...,
dN'And calculate the average value of these N'thicknesses at the end.
Let the final thickness d. This gives an averaging effect
And to obtain the thickness d of the photoresist PR with high accuracy.
Can be.
【0108】図11に戻り、本例では、計測対象となる
フォトレジストPRが薄いため、計測光LRとしてはフ
ォトレジストPRが感光しない短い波長の光を選ぶこと
が必要となる。本例のように波長248nmのKrFエ
キシマレーザ光を露光用の照明光ILとした場合は、計
測光LRとして例えば水銀ランプからの波長365nm
のi線等を使用することが考えられる。但し、計測光L
Rとして、He−Neレーザ光(波長633nm)等を
使用してもよい。また、対物レンズ83の開口数も大き
く取る必要がある。更に、本例では暗い干渉縞を検出し
ているが、フォトレジストPRが厚いときには、明るい
干渉縞を検出する必要のある場合もある。Returning to FIG. 11, in this example, since the photoresist PR to be measured is thin, it is necessary to select, as the measurement light LR, light of a short wavelength that the photoresist PR is not exposed to. When KrF excimer laser light with a wavelength of 248 nm is used as the illumination light IL for exposure as in this example, the measurement light LR is, for example, a wavelength of 365 nm from a mercury lamp.
It is conceivable to use the i-line or the like. However, the measurement light L
As R, He-Ne laser light (wavelength 633 nm) or the like may be used. In addition, it is necessary to increase the numerical aperture of the objective lens 83. Furthermore, although dark interference fringes are detected in this example, when the photoresist PR is thick, it may be necessary to detect bright interference fringes.
【0109】次に、本例のレジスト厚測定装置46を使
用してウエハ上のレジスト厚を計測して露光量を制御す
る動作の一例につき説明する。ウエハ上でのフォトレジ
ストの厚さむら(塗りむら)は、フォトレジストの管理
状況によって異なるものであり、以下のように場合分け
して説明する。先ず、図14は1枚のウエハW上でフォ
トレジストPRの厚さむら(塗りむら)がある場合を示
し、特にフォトレジストPRが薄い場合には、この図1
4に示すようにフォトレジストPRの厚さの平均値に対
する厚さむらの割合が大きくなって、積算露光量の目標
値を部分的に変更することも必要となる。そこで、この
ように1枚のウエハW上でフォトレジストが薄く塗布さ
れ、且つ緩い厚さむらが存在するようなときには、その
レジスト厚測定装置46を使用してウエハW上の各ショ
ット領域でのレジスト厚を計測する必要がある。Next, an example of the operation of controlling the exposure amount by measuring the resist thickness on the wafer using the resist thickness measuring device 46 of this example will be described. The thickness unevenness (unevenness of coating) of the photoresist on the wafer varies depending on the management status of the photoresist, and will be described in different cases as follows. First, FIG. 14 shows a case where there is uneven thickness (uneven coating) of the photoresist PR on one wafer W. Particularly, when the photoresist PR is thin, this FIG.
As shown in FIG. 4, the ratio of the thickness unevenness to the average value of the thickness of the photoresist PR becomes large, and it becomes necessary to partially change the target value of the integrated exposure amount. Therefore, when the photoresist is thinly applied on one wafer W and there is loose thickness unevenness, the resist thickness measuring device 46 is used to measure the shot area on each wafer W. It is necessary to measure the resist thickness.
【0110】具体的に、例えば図15(b)に示すよう
に、露光対象のショット領域SAの中央の計測点AF2
での焦点位置を図1の焦点位置検出系48を用いて計測
する際に、レジスト厚測定装置46を用いて、その計測
点AF2の近傍の膜厚計測点RD2でのレジスト厚を計
測して主制御装置29に供給すればよい。この場合、図
1の主制御装置29では、予め基準となるレジスト厚d
0 での積算露光量の目標値E0 を求めておき、i番目の
ショット領域で計測されたレジスト厚di の基準値d0
からの差分をΔdi とすると、i番目のショット領域に
対する積算露光量の目標値Ei を、次式より求めること
ができる。Specifically, for example, as shown in FIG. 15B, the measurement point AF2 at the center of the shot area SA to be exposed.
When measuring the focus position at the position using the focus position detection system 48 of FIG. 1, the resist thickness measuring device 46 is used to measure the resist thickness at the film thickness measuring point RD2 near the measuring point AF2. It may be supplied to the main controller 29. In this case, the main controller 29 of FIG.
A target value E 0 of the integrated exposure amount at 0 is obtained in advance, and a reference value d 0 of the resist thickness d i measured in the i-th shot area is obtained.
Letting Δd i be the difference from, the target value E i of the integrated exposure amount for the i-th shot area can be obtained from the following equation.
【0111】 Ei =E0 +E0(Δdi/d0) (27) この積算露光量の目標値Ei は露光量制御系31に供給
され、露光量制御系31ではその目標値Ei に応じて減
光ユニット2での減光率等を制御する。次に、例えば製
造ロット間でレジスト厚の差がある場合、製造ロットの
先頭のウエハ上の複数点でレジスト厚を計測し、この計
測結果を平均化することによって、そのロットのウエハ
の平均的なレジスト厚dを求める。次に、そのように求
めたレジスト厚dと基準レジスト厚との差に応じて、そ
のロットのウエハに対する積算露光量の目標値を定めれ
ばよい。E i = E 0 + E 0 (Δd i / d 0 ) (27) The target value E i of the integrated exposure amount is supplied to the exposure amount control system 31, and the target value E i is set in the exposure amount control system 31. The light reduction rate or the like in the light reduction unit 2 is controlled in accordance with the above. Next, for example, when there is a difference in resist thickness between manufacturing lots, the resist thickness is measured at a plurality of points on the first wafer of the manufacturing lot, and the measurement results are averaged to obtain an average of the wafers of the lot. Then, the resist thickness d is calculated. Next, the target value of the integrated exposure amount for the wafers of the lot may be determined according to the difference between the resist thickness d thus obtained and the reference resist thickness.
【0112】また、同一ロット内のウエハ間でレジスト
厚の差がある場合は、例えば各ウエハ毎にそれぞれウエ
ハの大まかな位置合わせを行うためのサーチアライメン
ト時にレジスト厚の計測を行えばよい。また、そのサー
チアライメント時には図1の焦点位置検出系48を用い
てウエハの所定の計測点での焦点位置を計測し、オート
フォーカス方式でその計測点での焦点位置を結像面に合
わせるようにしている。When there is a difference in resist thickness between wafers in the same lot, the resist thickness may be measured during search alignment for roughly aligning the wafers, for example. At the time of the search alignment, the focus position detection system 48 of FIG. 1 is used to measure the focus position at a predetermined measurement point on the wafer, and the focus position at the measurement point is adjusted to the image plane by the autofocus method. ing.
【0113】図15(a)は、そのようにサーチアライ
メントを行うときのレジスト厚の計測点の一例を示し、
図15(a)において、ウエハWの中央にオートフォー
カス用の焦点位置の計測点AF1が設定され、ウエハW
の表面の2箇所にサーチアライメント用の計測点ALG
1及びALG2が設定され、これらの計測点ALG1及
びALG2にサーチアライメント用のマークが形成され
ている。例えば図1のFIA系51Aを介してそれらの
サーチアライメント用のマークの位置検出を行うことが
できる。更に、ウエハWの中心を囲む3箇所の膜厚計測
点RD1〜RD3において、レジスト厚測定装置46を
用いてレジスト厚を計測し、この計測値の平均値をこの
ウエハWのレジスト厚として、このレジスト厚に基づい
て露光量を制御する。FIG. 15A shows an example of resist thickness measurement points when such search alignment is performed.
In FIG. 15A, the measurement point AF1 of the focus position for autofocus is set in the center of the wafer W,
Measurement points ALG for search alignment at two points on the surface of the
1 and ALG2 are set, and search alignment marks are formed at these measurement points ALG1 and ALG2. For example, the position of the mark for search alignment can be detected through the FIA system 51A of FIG. Further, at three film thickness measurement points RD1 to RD3 surrounding the center of the wafer W, the resist thickness is measured by using the resist thickness measuring device 46, and the average value of the measured values is set as the resist thickness of the wafer W. The exposure amount is controlled based on the resist thickness.
【0114】なお、レジスト厚のばらつきが大きい場合
には、ウエハ上の1つのショット領域内でもレジスト厚
に応じて露光量を制御することが望ましい。一括露光方
式では1つのショット領域内で部分的に露光量を制御す
るのは困難であるが、本例のような走査露光方式では1
つのショット領域内でのレジスト厚の分布を先読みする
ことによって、露光量を補正しながら露光を行うことが
可能となる。そのためには、図1において、レジスト厚
測定装置46と同一のレジスト厚測定装置を複数個(例
えば3個)備えて、各ショット領域内の複数列の計測点
でレジスト厚を先読みすればよい。When the variation in the resist thickness is large, it is desirable to control the exposure amount according to the resist thickness even within one shot area on the wafer. It is difficult to partially control the exposure amount in one shot area in the batch exposure method, but it is 1 in the scanning exposure method like this example.
By pre-reading the distribution of resist thickness within one shot area, it becomes possible to perform exposure while correcting the exposure amount. For that purpose, in FIG. 1, a plurality (for example, three) of resist thickness measuring devices that are the same as the resist thickness measuring device 46 may be provided, and the resist thickness may be pre-read at a plurality of rows of measurement points in each shot area.
【0115】図15(c)は、そのように走査露光時に
レジスト厚を先読みする場合の膜厚計測点の一例を示
し、この図15(c)において、走査露光時にはスリッ
ト状の露光領域33に対してウエハ上のショット領域S
Aが例えば+Y方向に走査される。そして、露光領域3
3の中央の計測点AF3を含む複数の計測点で図1の焦
点位置検出系48によって焦点位置が計測されると共
に、その露光領域33に先行する3箇所の膜厚計測点R
D5,RD6,RD7において、それぞれ図1のレジス
ト厚測定装置46と同様のレジスト厚測定装置によって
所定のサンプリング周期でレジスト厚が計測される。こ
の場合、一例として3箇所の膜厚計測点RD5〜RD7
で計測されたレジスト厚の平均値を当該ショット領域S
AのY方向の位置に関する関数として求め、ショット領
域SAがY方向に移動するのに応じて位置Yでのレジス
ト厚に応じて図1の露光量制御系31で露光量を制御す
る。FIG. 15C shows an example of film thickness measurement points in the case of pre-reading the resist thickness during such scanning exposure. On the other hand, the shot area S on the wafer
A is scanned in the + Y direction, for example. Then, the exposure area 3
The focus position is measured by the focus position detection system 48 of FIG. 1 at a plurality of measurement points including the measurement point AF3 at the center of the three measurement points, and three film thickness measurement points R preceding the exposure area 33 are measured.
At D5, RD6, and RD7, the resist thickness measuring device similar to the resist thickness measuring device 46 of FIG. 1 measures the resist thickness at a predetermined sampling cycle. In this case, as an example, three film thickness measurement points RD5 to RD7
The average value of the resist thickness measured in
The exposure amount is obtained as a function of the position of A in the Y direction, and the exposure amount is controlled by the exposure amount control system 31 of FIG. 1 according to the resist thickness at the position Y as the shot area SA moves in the Y direction.
【0116】また、そのショット領域SA内でのレジス
ト厚のばらつきにより正確に対処するため、そのショッ
ト領域SAのY方向の位置に応じて露光量を制御するの
に加えて、3箇所の膜厚計測点RD5〜RD7でのレジ
スト厚の分布より、図1のレチクルRに照射される照明
光ILの非走査方向(X方向)への照度分布をも制御し
てもよい。即ち、3箇所の膜厚計測点RD5,RD6,
RD7の内で、例えば端部の膜厚計測点RD5でのレジ
スト厚がそれ以外の計測点に比べて厚い(必要露光量が
大きい)場合には、その膜厚計測点RD5の周辺での照
明光の照度を大きくすることが望ましい。このように照
明光ILの非走査方向での照度分布を或る程度制御する
場合に、図1の照度分布補正板9が使用される。この照
度分布補正板9は、レチクルRのパターン形成面に対す
る瞳面の近傍に配置されているため、照度分布補正板9
の段階で照明光の非走査方向への傾斜角に応じた照度分
布を制御することによって、レチクルR上(ひいてはウ
エハW上)での非走査方向での照度分布を制御できる。Further, in order to deal with the variation of the resist thickness within the shot area SA accurately, in addition to controlling the exposure amount according to the position of the shot area SA in the Y direction, the film thickness at three locations is also controlled. The illuminance distribution in the non-scanning direction (X direction) of the illumination light IL applied to the reticle R in FIG. 1 may be controlled based on the distribution of the resist thickness at the measurement points RD5 to RD7. That is, three film thickness measurement points RD5, RD6,
In RD7, for example, when the resist thickness at the film thickness measuring point RD5 at the end is thicker than the other measuring points (the required exposure amount is large), the illumination around the film thickness measuring point RD5 is performed. It is desirable to increase the illuminance of light. When the illuminance distribution of the illumination light IL in the non-scanning direction is controlled to some extent in this way, the illuminance distribution correction plate 9 of FIG. 1 is used. Since this illuminance distribution correction plate 9 is arranged in the vicinity of the pupil plane with respect to the pattern forming surface of the reticle R, the illuminance distribution correction plate 9
By controlling the illuminance distribution in accordance with the inclination angle of the illumination light in the non-scanning direction at the stage, it is possible to control the illuminance distribution in the non-scanning direction on the reticle R (and thus on the wafer W).
【0117】図16(a)は、図1のフライアイレンズ
7(又はインプット光学系5B)から射出された照明光
の光路中に置かれた照度分布補正板9を示し、この図1
6(a)の紙面に沿った上下方向(x方向)がウエハの
非走査方向(X方向)に対応する方向であるとして、平
行平板ガラスよりなる照度分布補正板9は、図16
(a)の紙面に垂直な軸の周りに回転自在に支持されて
いる。そして、不図示の回転装置を介して、その軸の周
りの回転角Φ(x方向に平行な場合を0とする)が図1
の照明系制御系32によって制御できるように構成され
ている。FIG. 16A shows the illuminance distribution correction plate 9 placed in the optical path of the illumination light emitted from the fly-eye lens 7 (or the input optical system 5B) shown in FIG.
Assuming that the vertical direction (x direction) along the paper surface of 6 (a) corresponds to the non-scanning direction (X direction) of the wafer, the illuminance distribution correction plate 9 made of parallel flat glass is shown in FIG.
It is rotatably supported about an axis perpendicular to the plane of FIG. Then, the rotation angle Φ around the axis is set to 0 (when parallel to the x direction) through a rotation device (not shown).
The illumination system control system 32 of FIG.
【0118】図16(a)において、照明光学系の光軸
に沿った照明光IL0 に対して、x方向にそれぞれ角度
φ0 及びφ1(φ1 >φ0)だけ傾斜した照明光IL1 及び
IL 2 を想定する。また、角度φ1 が回転角Φに等し
い、即ち照明光IL2 は照度分布補正板9に対して垂直
に入射しているものとする。一般に平行平板ガラスで
は、入射角が大きくなると透過率が小さくなるため、照
明光IL0 〜IL2 等に対する照度分布補正板9による
透過率は変化する。In FIG. 16A, the optical axis of the illumination optical system
Illumination light along0With respect to the x direction
φ0And φ1(φ1> Φ0) Illumination light IL inclined only1as well as
IL TwoIs assumed. Also, the angle φ1Is equal to the rotation angle Φ
I.e., illumination light ILTwoIs vertical to the illuminance distribution correction plate 9
It is assumed to be incident on. Generally parallel flat glass
Has a smaller transmittance as the angle of incidence increases, so
Meiko IL0~ ILTwoBy the illuminance distribution correction plate 9 for
The transmittance changes.
【0119】図16(b)は、照度分布補正板9による
照明光に対する透過率を示し、この図16(b)におい
て、横軸は照度分布補正板9に入射する照明光の光軸に
対する非走査方向(x方向)への傾斜角φを表し、縦軸
はその傾斜角φの照明光に対する透過率T(%)を表し
ている。図16(b)において、傾斜角φが0,φ0,
φ1 である照明光が、それぞれ図16(a)の照明光I
L0 ,IL1 ,IL2に対応する。この場合、照明光I
L2 は照度分布補正板9に対して垂直に入射しているた
め、照明光IL2 に対する透過率Tが最も高くなり、照
度分布補正板9を透過した後の照明光IL2 の照度が最
も大きくなる。従って、非走査方向において照明光の照
度を最も大きくしたい方向の傾斜角度分だけ照度分布補
正板9を回転することによって、その方向に対する照明
光の照度を最大にできる。FIG. 16B shows the transmittance of the illumination light by the illuminance distribution correction plate 9 with respect to the illumination light. In FIG. 16B, the horizontal axis indicates the non-illuminance with respect to the optical axis of the illumination light incident on the illumination distribution correction plate 9. The inclination angle φ in the scanning direction (x direction) is represented, and the vertical axis represents the transmittance T (%) of the illumination light having the inclination angle φ. In FIG. 16B, the tilt angles φ are 0, φ 0 ,
The illumination light of φ 1 is the illumination light I of FIG.
It corresponds to L 0 , IL 1 and IL 2 . In this case, the illumination light I
Since L 2 is vertically incident on the illuminance distribution correction plate 9, the transmittance T for the illumination light IL 2 is the highest, and the illuminance of the illumination light IL 2 after passing through the illuminance distribution correction plate 9 is the highest. growing. Therefore, by rotating the illuminance distribution correction plate 9 by the tilt angle in the direction in which the illuminance of the illumination light is desired to be maximized in the non-scanning direction, the illuminance of the illumination light in that direction can be maximized.
【0120】なお、ウエハは露光領域に対してY方向に
走査されるため、走査方向(Y方向)への照明光の照度
分布のばらつきはあまり問題とはならない。しかしなが
ら、必要に応じてその照度分布補正板9をY方向に対応
する方向にも傾斜させて、ウエハ上の走査方向での照度
分布を制御してもよい。上述のように本例では、実際に
ウエハ上のフォトレジストの厚さ、又はその分布を計測
し、その厚さに応じてウエハに対する露光量を制御して
いるため、フォトレジストを薄く塗布した場合であって
も、常にそのフォトレジストに対して適正な積算露光量
を与えることができる。また、ウエハ上のレジスト厚の
計測は、サーチアライメント計測時、オートフォーカス
計測時、又は走査露光時に行っており、特別にレジスト
厚の計測のみを行うための時間は設けていないため、レ
ジスト厚の計測に伴う露光工程のスループット(生産
性)の低下は生じない。Since the wafer is scanned in the Y direction with respect to the exposure area, variations in the illuminance distribution of the illumination light in the scanning direction (Y direction) do not pose a problem. However, if necessary, the illuminance distribution correction plate 9 may be tilted in the direction corresponding to the Y direction to control the illuminance distribution in the scanning direction on the wafer. As described above, in this example, the thickness of the photoresist on the wafer or the distribution thereof is actually measured, and the exposure amount for the wafer is controlled according to the thickness. However, it is possible to always give a proper integrated exposure amount to the photoresist. The resist thickness on the wafer is measured during search alignment measurement, autofocus measurement, or scanning exposure, and there is no special time for measuring the resist thickness. Throughput (productivity) of the exposure process due to measurement does not decrease.
【0121】なお、上述の例ではレジスト厚を計測する
レジスト厚測定装置46を投影露光装置内に配置してい
るが、例えばウエハがレジストコータからその投影露光
装置に搬送されて来る経路の途中に配置したレジスト厚
測定装置によってウエハ上のレジスト厚を計測し、その
データをオンライン又は手入力でデータファイルとして
投影露光装置内の主制御装置29に記憶し、その情報に
基づいて積算露光量を制御することも可能である。In the above example, the resist thickness measuring device 46 for measuring the resist thickness is arranged in the projection exposure apparatus. However, for example, the wafer is transferred from the resist coater to the projection exposure apparatus on the way. The resist thickness on the wafer is measured by the arranged resist thickness measuring device, and the data is stored in the main controller 29 in the projection exposure apparatus as a data file online or by manual input, and the integrated exposure amount is controlled based on the information. It is also possible to do so.
【0122】また、上述の実施の形態では露光用の照明
光の照度(積算露光量)は減光ユニット2を用いて光学
的に補正しているが、ウエハ上の各点に対する露光パル
ス数、又は露光用光源としてのKrFエキシマレーザ光
源1のパルスエネルギーを変化させて補正してもよい。
それ以外に、固定視野絞り18又は可動視野絞り20を
駆動することによって、レチクルR上のスリット状の照
明領域33の走査方向の幅を制御することによって、積
算露光量を制御してもよい。更に走査速度を微調するこ
とでも同様に積算露光量を制御できる。In the above embodiment, the illuminance of the illumination light for exposure (integrated exposure amount) is optically corrected using the dimming unit 2. However, the number of exposure pulses for each point on the wafer is Alternatively, the pulse energy of the KrF excimer laser light source 1 as the light source for exposure may be changed and corrected.
Alternatively, the integrated exposure amount may be controlled by driving the fixed field diaphragm 18 or the movable field diaphragm 20 to control the width of the slit-shaped illumination area 33 on the reticle R in the scanning direction. Further, the integrated exposure amount can be similarly controlled by finely adjusting the scanning speed.
【0123】更に、本発明はステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置で露光を行う場合に限らず、ステ
ッパーのような一括露光方式で露光を行う場合にも適用
できるのは言うまでもない。即ち、一括露光方式であっ
ても、レジスト厚を薄くすることによって投影光学系の
開口数を大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たせるようになって、解像度を向上できると共に、
そのレジスト厚を計測することで適正な積算露光量が得
られる。Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to the case of performing the exposure by the step-and-scan type projection exposure apparatus but also to the case of performing the exposure by the collective exposure method such as the stepper. That is, even in the collective exposure method, the condition regarding the margin of the depth of focus can be satisfied even if the numerical aperture of the projection optical system is increased by reducing the resist thickness, and the resolution can be improved.
An appropriate integrated exposure amount can be obtained by measuring the resist thickness.
【0124】このように本発明は上述の実施の形態に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。As described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【0125】[0125]
【発明の効果】本発明の第1の露光方法によれば、基板
上に塗布された感光材料の厚さに応じて積算露光量を制
御しているため、その感光材料を薄くした場合に基板
内、基板間、又はロット間等でその感光材料の厚さにば
らつきが存在しても、計測された厚さに基づいてその感
光材料に適正な積算露光量を与えることができる。ま
た、投影光学系が使用されている場合に、感光材料を薄
くした場合には、投影光学系の開口数を大きくしても焦
点深度のマージンに関する条件が満たされるようにな
る。従って、投影光学系の開口数を大きくして、感光材
料を薄くすることによって、露光用の照明光を短波長化
することなく、転写するパターンの解像度を高めること
ができる利点がある。しかも、感光材料を薄くした際
に、その厚さがばらついても、本発明によって適正な積
算露光量を与えることができる。According to the first exposure method of the present invention, since the integrated exposure amount is controlled according to the thickness of the photosensitive material coated on the substrate, when the photosensitive material is thinned, the substrate Even if there is variation in the thickness of the photosensitive material among the substrates, between substrates, or between lots, it is possible to give an appropriate integrated exposure amount to the photosensitive material based on the measured thickness. Further, when the projection optical system is used and the photosensitive material is made thin, the condition regarding the margin of the depth of focus is satisfied even if the numerical aperture of the projection optical system is increased. Therefore, by increasing the numerical aperture of the projection optical system and thinning the photosensitive material, there is an advantage that the resolution of the transferred pattern can be increased without shortening the wavelength of the illumination light for exposure. Moreover, even when the thickness of the photosensitive material varies, the present invention can provide an appropriate integrated exposure amount even if the thickness of the photosensitive material varies.
【0126】また、マスクに対応させて所定の基準とな
る厚さでのその感光材料に対する適正積算露光量を予め
記憶しておき、その感光材料の厚さのその所定の基準と
なる厚さからの差分を求め、この差分に基づいて露光用
照明光の積算露光量を設定する場合には、その感光材料
の厚さにばらつきがあっても容易に適正な積算露光量を
算出できる利点がある。Further, an appropriate integrated exposure amount for the photosensitive material having a predetermined reference thickness corresponding to the mask is stored in advance, and the thickness of the photosensitive material is calculated from the predetermined reference thickness. When the integrated exposure amount of the exposure illumination light is set based on this difference, there is an advantage that an appropriate integrated exposure amount can be easily calculated even if the thickness of the photosensitive material varies. .
【0127】また、マスク上の転写用パターンが投影光
学系を介して基板上に投影露光される場合に、その基板
上に塗布された感光材料の厚さを0.5μm以下とし
て、投影光学系の開口数を0.68以上とした場合に
は、露光用照明光の波長を短くすることなく、ほぼ1世
代上の半導体デバイスの回路パターンを高精度に転写で
きるようになる。即ち、露光用照明光として水銀ランプ
のi線を使用して次世代の256MビットDRAM相当
のパターンを形成でき、KrFエキシマレーザ光を使用
して1GビットDRAM相当のパターンを形成でき、A
rFエキシマレーザ光を使用して4GビットDRAM相
当のパターンを形成できることになる。When the transfer pattern on the mask is projected and exposed on the substrate through the projection optical system, the thickness of the photosensitive material coated on the substrate is set to 0.5 μm or less and the projection optical system is set. If the numerical aperture is set to 0.68 or more, the circuit pattern of the semiconductor device of almost one generation can be transferred with high accuracy without shortening the wavelength of the exposure illumination light. That is, a pattern corresponding to the next-generation 256 Mbit DRAM can be formed using the i-line of a mercury lamp as the exposure illumination light, and a pattern corresponding to the 1 Gbit DRAM can be formed using the KrF excimer laser light.
By using the rF excimer laser light, it is possible to form a pattern corresponding to a 4 Gbit DRAM.
【0128】次に、本発明の第2の露光方法によれば、
基板上に塗布された感光材料の厚さに応じて投影光学系
の開口数の切り替えの制御を行っているため、その感光
材料が薄いときにはその開口数を大きくすることによっ
て容易に焦点深度のマージンに関する条件を満たして、
解像度を高められる。また、その感光材料が厚いときに
はその開口数を小さくして低い解像度で転写を行うこと
によって、解像度の異なるパターンに対応できる利点が
ある。具体的に、感光材料の厚さが0.2μm以下のと
き影光学系の開口数を0.7以上とし、又基板上に塗布
された感光材料の厚さが1.0μm以上のとき影光学系
の開口数を0.6以下に切り換えることにより、2世代
の半導体デバイスに対応できる。即ち、露光用照明光の
波長を変えることなく、1台の露光装置で2世代の半導
体デバイスに相当するパターンを形成できるようになる
ため、従来別ラインで行っていた露光装置のための工程
管理が一台分で済むようになる。従って、工程管理も容
易で、且つその工程管理時間も短縮され、露光工程のス
ループットが向上する。Next, according to the second exposure method of the present invention,
Since the switching of the numerical aperture of the projection optical system is controlled according to the thickness of the photosensitive material coated on the substrate, when the photosensitive material is thin, the numerical aperture can be increased to easily provide a margin for the depth of focus. Meet the conditions for
The resolution can be increased. In addition, when the photosensitive material is thick, the numerical aperture is made small and transfer is performed at a low resolution, so that there is an advantage that patterns having different resolutions can be dealt with. Specifically, when the thickness of the photosensitive material is 0.2 μm or less, the numerical aperture of the shadow optical system is 0.7 or more, and when the thickness of the photosensitive material coated on the substrate is 1.0 μm or more, the shadow optical system is By switching the numerical aperture of the system to 0.6 or less, it is possible to deal with the second generation semiconductor device. That is, since it becomes possible to form a pattern corresponding to a second-generation semiconductor device with one exposure apparatus without changing the wavelength of the exposure illumination light, the process control for the exposure apparatus, which was conventionally performed on another line, can be performed. Will be enough for one car. Therefore, the process control is easy, the process control time is shortened, and the throughput of the exposure process is improved.
【図1】本発明による露光方法の実施の形態の一例で使
用される投影露光装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in an example of an embodiment of an exposure method according to the present invention.
【図2】(a)は図1中の分割プリズム板16及び検出
系の構成を示す平面図、(b)は図2(a)の右側面
図、(c)は図2(a)のAA線に沿う断面図である。2A is a plan view showing a configuration of a split prism plate 16 and a detection system in FIG. 1, FIG. 2B is a right side view of FIG. 2A, and FIG. 2C is a view of FIG. 2A. It is sectional drawing which follows the AA line.
【図3】図1中の減光ユニット2の構成を示す概略構成
図である。3 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a dimming unit 2 in FIG.
【図4】(a)は図1中の輪帯照明用のフライアイレン
ズ13を示す側面図、(b)はそのフライアイレンズ1
3を示す平面図である。4A is a side view showing a fly-eye lens 13 for annular illumination in FIG. 1, and FIG. 4B is a fly-eye lens 1 thereof.
FIG.
【図5】図1中の輪帯照明用のインプット光学系5Bの
構成を示す光路図である。5 is an optical path diagram showing a configuration of an input optical system 5B for annular illumination in FIG.
【図6】図5のインプット光学系5Bの各点における照
明光の光量分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a light amount distribution of illumination light at each point of the input optical system 5B of FIG.
【図7】図1中のσ絞りユニット15の構成を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a σ diaphragm unit 15 in FIG. 1.
【図8】図1中のアライメントセンサ50の概略構成を
示す斜視図である。8 is a perspective view showing a schematic configuration of an alignment sensor 50 in FIG.
【図9】図8のFIA系51Aを示す斜視図である。9 is a perspective view showing the FIA system 51A of FIG. 8. FIG.
【図10】図8のLIA系51Bを示す斜視図である。10 is a perspective view showing the LIA system 51B of FIG. 8. FIG.
【図11】図1中のレジスト厚測定装置46を示す概略
構成図である。11 is a schematic configuration diagram showing a resist thickness measuring device 46 in FIG.
【図12】(a)は図11のレジスト厚測定装置46か
らウエハ及びフォトレジストに照射される計測光の光路
を示す部分拡大図、(b)はウエハ及びフォトレジスト
からの戻り光が撮像素子の撮像面84aで干渉縞を形成
する様子を示す光路図である。12A is a partially enlarged view showing an optical path of measurement light irradiated on the wafer and the photoresist from the resist thickness measuring device 46 of FIG. 11, and FIG. FIG. 6 is an optical path diagram showing how interference fringes are formed on the image pickup surface 84a of FIG.
【図13】撮像面に形成される干渉縞及びこの干渉縞に
対応する撮像信号を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing interference fringes formed on an image pickup surface and an image pickup signal corresponding to the interference fringes.
【図14】(a)はフォトレジストの塗布されたウエハ
を示す平面図、(b)は図14(a)の側面図である。14A is a plan view showing a wafer coated with a photoresist, and FIG. 14B is a side view of FIG. 14A.
【図15】(a)は1枚のウエハ上におけるレジスト厚
の計測点RD1〜RD3を示す平面図、(b)は1つの
ショット領域SA内でのレジスト厚の計測点RD4を示
す平面図、(c)はショット領域SA内のレジスト厚を
先読みする場合の計測点RD5〜RD7を示す平面図で
ある。15A is a plan view showing measurement points RD1 to RD3 of resist thickness on one wafer, FIG. 15B is a plan view showing measurement points RD4 of resist thickness in one shot area SA, FIG. (C) is a plan view showing measurement points RD5 to RD7 when the resist thickness in the shot area SA is pre-read.
【図16】(a)は、図1中の照度分布補正板9を示す
平面図、(b)は照度分布補正板9に入射する照明光の
傾斜角に対する透過率Tを示す図である。16A is a plan view showing an illuminance distribution correction plate 9 in FIG. 1, and FIG. 16B is a diagram showing a transmittance T with respect to an inclination angle of illumination light incident on the illuminance distribution correction plate 9.
【図17】従来の投影露光装置を示す概略構成図であ
る。FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a conventional projection exposure apparatus.
R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 1 KrFエキシマレーザ光源 2 減光ユニット 5A,5B インプット光学系 7,12 フライアイレンズ 13 輪帯照明用のフライアイレンズ 15 σ絞りユニット 16 分割プリズム板 18 固定視野絞り 20 可動視野絞り 25 レチクルステージ 29 主制御装置 31 露光量制御系 32 照明系制御系 35 Zチルトθステージ 42 可変開口絞り 44 レンズ駆動機構 46 レジスト厚測定装置 47 膜厚計測演算装置 48 焦点位置検出系 50 アライメントセンサ 51A FIA系 51B LIA系 53A,53B ビームスプリッタ 55A,55B 反射率モニタ 56 積算露光量演算部 58A,58B インテグレータセンサ 59 結像特性変動量算出部 84 撮像素子 R reticle PL projection optical system W wafer 1 KrF excimer laser light source 2 dimming unit 5A, 5B input optical system 7, 12 fly-eye lens 13 fly-eye lens for annular illumination 15 σ diaphragm unit 16 split prism plate 18 fixed field diaphragm 20 Movable Field Stop 25 Reticle Stage 29 Main Controller 31 Exposure Control System 32 Illumination Control System 35 Z Tilt θ Stage 42 Variable Aperture Stop 44 Lens Drive Mechanism 46 Resist Thickness Measuring Device 47 Film Thickness Measurement Calculator 48 Focus Position Detection System 50 Alignment sensor 51A FIA system 51B LIA system 53A, 53B Beam splitter 55A, 55B Reflectance monitor 56 Integrated exposure amount calculation unit 58A, 58B Integrator sensor 59 Imaging characteristic fluctuation amount calculation unit 84 Image sensor
Claims (4)
パターンを感光材料が塗布された基板上に転写露光する
露光方法において、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さに応じて前
記露光用照明光の積算露光量を制御することを特徴とす
る露光方法。1. An exposure method of transferring and exposing a transfer pattern on a mask onto a substrate coated with a photosensitive material under exposure illumination light, wherein the thickness of the photosensitive material coated on the substrate is adjusted. An exposure method, wherein the integrated exposure amount of the exposure illumination light is controlled in accordance with the above.
感光材料に対する適正積算露光量を予め記憶しておき、 前記感光材料の厚さの前記所定の基準となる厚さからの
差分を求め、該差分に基づいて前記露光用照明光の積算
露光量を設定することを特徴とする露光方法。2. The exposure method according to claim 1, wherein an appropriate integrated exposure amount for the photosensitive material having a predetermined reference thickness corresponding to the mask is stored in advance, An exposure method, wherein a difference in thickness from the predetermined reference thickness is obtained, and an integrated exposure amount of the exposure illumination light is set based on the difference.
て、 前記マスク上の転写用パターンは投影光学系を介して前
記基板上に投影露光され、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さは0.5μ
m以下であり、 前記投影光学系の開口数は0.68以上であることを特
徴とする露光方法。3. The exposure method according to claim 1, wherein the transfer pattern on the mask is projected and exposed on the substrate via a projection optical system, and the photosensitive material applied on the substrate. Material thickness is 0.5μ
m or less, and the numerical aperture of the projection optical system is 0.68 or more.
パターンを感光材料が塗布された基板上に転写露光する
露光方法において、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さに応じて前
記投影光学系の開口数の切り替えの制御を行うことを特
徴とする露光方法。4. An exposure method in which a transfer pattern on a mask is transferred and exposed on a substrate coated with a photosensitive material under exposure illumination light, wherein the thickness of the photosensitive material coated on the substrate is adjusted. An exposure method, wherein the switching of the numerical aperture of the projection optical system is controlled accordingly.
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
| JP8141319A JPH09326344A (en) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Exposure method |
| KR1019970022926A KR980005334A (en) | 1996-06-04 | 1997-06-03 | Exposure method and exposure apparatus |
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| DE69730903T DE69730903T2 (en) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Exposure method and apparatus |
| EP97109060A EP0811881B1 (en) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Exposure method and apparatus |
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1996
- 1996-06-04 JP JP8141319A patent/JPH09326344A/en active Pending
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