JP3309871B2 - Projection exposure method and apparatus, and element manufacturing method - Google Patents

Projection exposure method and apparatus, and element manufacturing method

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JP3309871B2
JP3309871B2 JP10062193A JP10062193A JP3309871B2 JP 3309871 B2 JP3309871 B2 JP 3309871B2 JP 10062193 A JP10062193 A JP 10062193A JP 10062193 A JP10062193 A JP 10062193A JP 3309871 B2 JP3309871 B2 JP 3309871B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70716Stages
    • G03F7/70725Stages control

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えばパルス光源又は
連続発光光源からの露光光により矩形又は円弧状等の照
明領域を照明し、その照明領域に対してマスク及び基板
を同期して走査することにより、マスク上のパターンを
逐次基板上に露光する所謂スリットスキャン露光方式の
投影露光方法及び投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention illuminates a rectangular or arcuate illumination area with exposure light from a pulse light source or a continuous light source, and synchronizes a mask and a substrate with the illumination area. The so-called slit scan exposure method, in which the pattern on the mask is sequentially exposed on the substrate by scanning
The present invention relates to a projection exposure method and a projection exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラス
プレート等の基板上に投影露光する投影露光装置が使用
されている。最近は、半導体素子等の1個のチップパタ
ーンが大型化する傾向にあり、投影露光装置において
は、レチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板
上に露光するという大面積化が求められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, or the like is manufactured by using photolithography technology, a photomask or a reticle (hereinafter, referred to as a "reticle") has been used.
2. Related Art A projection exposure apparatus that projects and exposes a pattern of a “reticle” onto a substrate such as a wafer or a glass plate coated with a photoresist or the like via a projection optical system is used. Recently, one chip pattern of a semiconductor element or the like has been increasing in size, and a projection exposure apparatus is required to have a larger area in which a pattern having a larger area on a reticle is exposed on a photosensitive substrate. .

【0003】また、半導体素子等のパターンが微細化す
るのに応じて、投影光学系の解像力の向上も求められて
いるが、投影光学系の解像力を向上するためには、投影
光学系の露光フィールドを大きくすることが設計上及び
製造上困難であるという問題がある。特に、投影光学系
として、反射屈折系を使用するような場合には、無収差
の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることもあ
る。
Further, as the pattern of a semiconductor element or the like becomes finer, the resolution of the projection optical system is also required to be improved. However, in order to improve the resolution of the projection optical system, the exposure of the projection optical system must be improved. There is a problem that it is difficult in design and manufacture to enlarge the field. In particular, when a catadioptric system is used as the projection optical system, the shape of the aberration-free exposure field may be an arc-shaped region.

【0004】斯かる被転写パターンの大面積化及び投影
光学系の露光フィールドの制限に対応するために、例え
ば矩形、円弧状又は6角形等の照明領域(これを「スリ
ット状の照明領域」という)に対してレチクル及び感光
性の基板を同期して走査することにより、レチクル上の
そのスリット状の照明領域より広い面積のパターンを基
板上に逐次投影露光する所謂スリットスキャン露光方式
の投影露光装置が提案されている。
In order to cope with the enlargement of the area of the pattern to be transferred and the limitation of the exposure field of the projection optical system, for example, an illumination area such as a rectangle, an arc or a hexagon is referred to as a “slit illumination area”. ), A so-called slit scan exposure type projection exposure apparatus for sequentially projecting and exposing a pattern having a larger area than the slit-shaped illumination area on the reticle onto the substrate by synchronously scanning the reticle and the photosensitive substrate. Has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に半導体素子等
は、基板上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成さ
れると共に、前のレイアの回路パターンの露光を行った
投影露光装置の倍率誤差と、今回のレイアの回路パター
ンの露光を行う投影露光装置の倍率誤差とが所定の許容
値を超えて相違すると、マッチング精度が悪化して半導
体素子等の歩留まりが低下する。また、露光後の種々の
プロセスにより基板上の前のレイアのチップパターンが
伸縮し、倍率が変化している場合もある。
Generally, a semiconductor element or the like is formed by stacking a large number of circuit patterns on a substrate, and has a magnification error of a projection exposure apparatus that has exposed the circuit pattern of the previous layer, and If the magnification error of the projection exposure apparatus that exposes the circuit pattern of the current layer differs from the magnification error exceeding a predetermined allowable value, the matching accuracy deteriorates and the yield of semiconductor elements and the like decreases. Further, the chip pattern of the previous layer on the substrate may expand and contract due to various processes after exposure, and the magnification may change.

【0006】そこで、従来のステッパーのように基板上
の各ショット領域へレチクルのパターン像をそれぞれ一
括して露光する投影露光装置では、露光前に基板上のチ
ップパターンの所定の方向(これを「X方向」とする)
及びこれに垂直なY方向の倍率誤差(スケーリングパラ
メータ)を求め、それに応じて投影光学系のX方向及び
Y方向の倍率誤差を補正して露光を行う方法も使用され
ている。
Therefore, in a projection exposure apparatus, such as a conventional stepper, which collectively exposes a reticle pattern image to each shot area on a substrate, a predetermined direction of the chip pattern on the substrate (this is called " X direction ”)
A method is also used in which a magnification error (scaling parameter) in the Y direction perpendicular to this is obtained, and the magnification error in the X and Y directions of the projection optical system is corrected in accordance with the error to perform exposure.

【0007】これに対して、上記の如き従来のスリット
スキャン露光方式の投影露光装置においては、単に投影
光学系だけで倍率誤差を補正した場合には、走査方向に
垂直な非走査方向の倍率誤差の補正はできても、走査方
向の倍率誤差は十分に補正できないという不都合があっ
た。また、従来のスリットスキャン露光方式の投影露光
装置においては、スリット状の照明領域の走査方向の幅
と非走査方向の幅とが異なるため、投影光学系での露光
光吸収による熱分布の偏り、及び基板上での走査方向と
非走査方向とのショットサイズの違い等により、各ショ
ット領域内の走査方向と非走査方向との倍率誤差に差が
生じ易い傾向がある。従って、特に走査方向及び非走査
方向の倍率誤差を独立に補正できることが望まれてい
る。
On the other hand, in the projection exposure apparatus of the conventional slit scan exposure method as described above, when the magnification error is corrected only by the projection optical system, the magnification error in the non-scanning direction perpendicular to the scanning direction is obtained. However, there is a disadvantage that the magnification error in the scanning direction cannot be sufficiently corrected. Further, in the projection exposure apparatus of the conventional slit scan exposure method, since the width of the slit-shaped illumination area in the scanning direction and the width in the non-scanning direction are different, bias of the heat distribution due to exposure light absorption in the projection optical system, In addition, there is a tendency that a difference in magnification error between the scanning direction and the non-scanning direction in each shot area easily occurs due to a difference in shot size between the scanning direction and the non-scanning direction on the substrate. Therefore, it is desired that the magnification error in the scanning direction and the non-scanning direction can be independently corrected.

【0008】本発明は斯かる点に鑑み、スリットスキャ
ン露光方式で露光を行う際において、パターニング精度
を向上させることを目的とする。
[0008] In view of the above, the present invention provides a patterning accuracy when performing exposure by a slit scan exposure method.
The purpose is to improve .

【0009】[0009]

【課題を解決するために手段】本発明による第1の投影
露光装置は、例えば図1に示すように、露光光で所定形
状の照明領域(37)を照明する照明光学系(1〜1
0)と、照明領域(37)に対して転写用のパターンが
形成されたマスク(11)を保持して所定の走査方向
(−X方向)に移動するマスクステージ(12)と、照
明領域(37)内のマスク(11)のパターン像を感光
性の基板(19)上に投影する投影光学系(18)と、
基板(19)を保持してマスク(11)の移動と同期し
てその走査方向と共役な方向(X方向)に移動する基板
ステージ(21)とを有し、所定形状の照明領域(3
7)に対してマスク(11)及び基板(19)を移動
ることにより、マスク(11)のパターンを用いて基板
(19)を走査露光する投影露光装置である。
A first projection exposure apparatus according to the present invention comprises, as shown in FIG. 1, an illumination optical system (1-1) for illuminating an illumination area (37) having a predetermined shape with exposure light.
0), a mask stage (12) that holds a mask (11) on which a transfer pattern is formed with respect to the illumination area (37) and moves in a predetermined scanning direction (−X direction), and an illumination area (37). 37) a projection optical system (18) for projecting the pattern image of the mask (11) in the substrate onto a photosensitive substrate (19);
And a substrate (19) moves in synchronism with the scanning direction and the conjugate direction of the mask (11) holding the substrate stage (21) which moves in the direction (X direction), the illumination area (3 a predetermined shape
This is a projection exposure apparatus that scans and exposes the substrate (19) using the pattern of the mask (11) by moving the mask (11) and the substrate (19) with respect to 7).

【0010】そして本発明において、例えば、投影光
学系(18)の投影倍率を補正する結像特性補正手段
(34,35,36)と、マスクステージ(12)と基
板ステージ(21)との相対速度を補正するステージ相
対速度補正手段(16,17,25)と、露光光の単位
面積及び単位時間当りの露光エネルギーを調整する露光
量制御手段(16,26〜29)とを設け、基板(1
9)上に転写されるパターンに走査方向に垂直な方向の
倍率誤差が生じないように結像特性補正手段(34,3
5,36)により投影光学系(18)の投影倍率を補正
し、基板(19)上に転写されるパターンに走査方向
(X方向)の倍率誤差が生じないようにステージ相対速
度補正手段(16,17,25)によりマスクステージ
(12)と基板ステージ(21)との相対速度を調整す
とともに、マスクステージ(12)と基板ステージ
(21)との相対速度が調整されたときに、基板(1
9)に対する露光量が目標露光量になるようにその露光
量制御手段(16,26〜29)で露光光の露光エネル
ギーを調整するようにしたものである。
[0010] Then, in the present invention, for example, an imaging characteristic correction means for correcting the projection magnification of the projection optical system (18) (34, 35, 36), of the mask stage (12) and substrate stage (21) Stage relative speed correction means (16, 17, 25) for correcting relative speed , and unit of exposure light
Exposure to adjust exposure energy per area and per unit time
Quantity control means (16, 26 to 29) and the substrate (1
9) The imaging characteristic correcting means (34, 3) so that a magnification error in the direction perpendicular to the scanning direction does not occur in the pattern transferred on the upper surface.
5, 36), the projection magnification of the projection optical system (18) is corrected, and the stage relative speed correction means (16) corrects the pattern transferred onto the substrate (19) so that a magnification error in the scanning direction (X direction) does not occur. , 17, 25), the relative speed between the mask stage (12) and the substrate stage (21) is adjusted , and the mask stage (12) and the substrate stage are adjusted.
When the relative speed with respect to (21) is adjusted, the substrate (1)
Exposure so that the exposure amount for 9) becomes the target exposure amount
Exposure energy of exposure light by quantity control means (16, 26 to 29)
To adjust the energy .

【0011】次に、本発明による第2の投影露光装置
は、マスクのパターンの像を基板上に投影することによ
りその基板を露光する投影露光装置において、そのマス
クのパターンの像をその基板上に投影するための投影光
学系と、その露光によって基板上に転写されるパターン
の転写倍率を調整する調整手段と、この調整手段による
転写倍率の調整に応じて、その基板に対する露光量制御
を行う露光量制御手段とを備えたものである。 また、本
発明による第1の素子製造方法は、本発明の投影露光装
置を用いてその基板を露光する工程を含むものである。
次に、本発明による投影露光方法は、マスクのパターン
の像を基板上に投影することによりその基板を露光する
投影露光方法において、その基板上に転写されるパター
ンの転写倍率の調整に応じて、その基板に対する露光量
制御を行うものである。 また、本発明による第2の素子
製造方法は、本発明の投影露光方法を用いてその基板を
露光する工程を含むものである。
Next, a second projection exposure apparatus according to the present invention
Is to project the image of the mask pattern onto the substrate.
In a projection exposure apparatus that exposes the substrate,
Projection light for projecting the image of the pattern on the substrate
Science and the pattern transferred onto the substrate by the exposure
Adjusting means for adjusting the transfer magnification of the
Exposure control for the substrate according to transfer magnification adjustment
And an exposure control means for performing the following. Also book
The first element manufacturing method according to the present invention is directed to the projection exposure apparatus according to the present invention.
And exposing the substrate using a device.
Next, the projection exposure method according to the present invention uses the mask pattern
Exposure of a substrate by projecting an image of the substrate onto the substrate
In the projection exposure method, a pattern transferred onto the substrate
Exposure to the substrate according to the transfer magnification adjustment
The control is performed. Also, a second element according to the present invention
The manufacturing method includes the steps of:
It includes a step of exposing.

【0012】[0012]

【作用】斯かる本発明によれば、例えば予め基板(1
9)上に既に形成されているチップパターンの走査方向
及び非走査方向の倍率変化を実測しておく。そして、投
影光学系の非走査方向の投影倍率をその実測された非走
査方向の倍率変化に合わせて補正する。その投影光学系
の投影倍率を補正するための結像特性補正手段として
は、例えば投影光学系(18)の一部のレンズ間隔を制
御するか、又は一部のレンズ間の密閉空間内の気体の圧
力若しくは温度を制御する手段等を用いることができ
る。
According to the present invention, for example, the substrate (1
9) The magnification change in the scanning direction and the non-scanning direction of the chip pattern already formed thereon is actually measured. Then, the projection magnification of the projection optical system in the non-scanning direction is corrected in accordance with the actually measured change in magnification in the non-scanning direction. As the imaging characteristic correction means for correcting the projection magnification of the projection optical system, for example, a part of the projection optical system (18) may be controlled by controlling a lens interval or a gas in a closed space between some of the lenses. For example, means for controlling the pressure or temperature can be used.

【0013】また、走査方向でのマスク(11)から基
板(19)への本来の投影倍率をβ 0 とした場合、マス
クステージ(12)を介してのマスク(11)の走査方
向(これを「−X方向」とする)への走査速度をVとす
ると、基板ステージ(21)を介しての基板(19)の
X方向への走査速度はβ0・Vとなる。このように投影倍
率をβ0 とすると、スリットスキャン露光時のマスクス
テージ(12)に対する基板ステージ(21)の相対速
度は、β0 となる。そこで、基板(19)上のチップパ
ターンの走査方向の倍率誤差がαである場合、本発明で
はスリットスキャン露光時のマスクステージ(12)に
対する基板ステージ(21)の相対速度を、(β0+α)
とする。これにより、マスク(11)から基板(19)
に対する走査方向及び非走査方向の倍率を、既に形成さ
れているチップパターンの倍率に正確に合わせることが
できる。
Further, the mask (11) in the scanning direction is
The original projection magnification on the plate (19) is β 0And if
Scanning of the mask (11) through the stage (12)
V is the scanning speed in the direction (this is referred to as “−X direction”).
Then, the substrate (19) is moved through the substrate stage (21).
The scanning speed in the X direction is β0・ It becomes V. Thus the projection times
Rate β0Then, the mask scan at the time of slit scan exposure
Relative speed of substrate stage (21) with respect to stage (12)
The degree is β0Becomes Therefore, the chip pads on the substrate (19)
When the magnification error in the scanning direction of the turn is α,
Is the mask stage (12) for slit scan exposure
The relative speed of the substrate stage (21) with respect to (β0+ α)
And This allows the mask (11) to move from the substrate (19)
The scanning and non-scanning magnifications for the
Can be precisely adjusted to the magnification of the chip pattern
it can.

【0014】また、マスク(11)に対する基板(1
9)の相対速度がβ0 から外れると、基板(19)上の
各点での露光光の照射時間が変化し、露光エネルギーを
補正しないと各点での積算露光量が目標露光量からずれ
てしまう。そこで、その露光光の単位面積及び単位時間
当りの露光エネルギーを調整する露光量制御手段(1
6,26〜29)を設け、マスクステージ(12)と基
板ステージ(21)との相対速度が調整されたときに、
基板(19)に対する露光量が目標露光量になるように
その露光量制御手段でその露光光の露光エネルギーを調
整する。これにより、走査方向の倍率誤差を調整した場
合でも、積算露光量が常に目標露光量に設定される。
The substrate (1) with respect to the mask (11)
If the relative speed of 9) deviates from β 0, the irradiation time of the exposure light at each point on the substrate (19) changes, and unless the exposure energy is corrected, the integrated exposure at each point deviates from the target exposure. Would. Therefore, an exposure amount control means (1) for adjusting the exposure energy per unit area and unit time of the exposure light.
6, 26-29), and when the relative speed between the mask stage (12) and the substrate stage (21) is adjusted,
The exposure energy of the exposure light is adjusted by the exposure amount control means so that the exposure amount for the substrate (19) becomes the target exposure amount. Thereby, even when the magnification error in the scanning direction is adjusted, the integrated exposure amount is always set to the target exposure amount.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、光源としてエキシマレーザ光
源等のパルス発振型の露光光源を有するスリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置に本発明を適用したものであ
る。図1は本例の投影露光装置の構成を示し、この図1
において、エキシマレーザ光源等のパルス発振型の光源
1から射出されたレーザビームは、シリンダーレンズや
ビームエクスパンダ等で構成されるビーム整形光学系2
により、後続のフライアイレンズ4に効率よく入射する
ようにビームの断面形状が整形される。ビーム整形光学
系2から射出されたレーザビームは、ミラー3を経てフ
ライアイレンズ4に入射する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a slit scan exposure type projection exposure apparatus having a pulse oscillation type exposure light source such as an excimer laser light source as a light source. FIG. 1 shows the configuration of the projection exposure apparatus of the present embodiment.
, A laser beam emitted from a pulse oscillation type light source 1 such as an excimer laser light source is converted into a beam shaping optical system 2 including a cylinder lens and a beam expander.
Thereby, the cross-sectional shape of the beam is shaped so as to efficiently enter the subsequent fly-eye lens 4. The laser beam emitted from the beam shaping optical system 2 enters the fly-eye lens 4 via the mirror 3.

【0016】フライアイレンズ4から射出されたレーザ
ビームは、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリ
ッター5に入射し、ビームスプリッター5を通過したレ
ーザビームは、第1リレーレンズ6により視野絞り7上
を均一な照度で照明する。本実施例の視野絞り7の開口
部の形状は長方形である。視野絞り7を通過したレーザ
ビームは、第2リレーレンズ8、折り曲げミラー9及び
メインコンデンサーレンズ10を経て、レチクルステー
ジ12上のレチクル11を均一な照度で照明する。視野
絞り7とレチクル11のパターン形成面とは共役であ
り、視野絞り7の開口部と共役なレチクル11上の長方
形のスリット状の照明領域37にレーザビームが照射さ
れる。後述の投影光学系18の光軸に平行にZ軸をと
り、その光軸に垂直な平面内で照明領域37に対するレ
チクルRの走査方向をX方向(又は−方向)とする。X
方向は図1の紙面に平行な方向でもある。
The laser beam emitted from the fly-eye lens 4 enters a beam splitter 5 having a low reflectance and a high transmittance, and the laser beam passing through the beam splitter 5 is applied to a field stop 7 by a first relay lens 6. Is illuminated with uniform illumination. The shape of the opening of the field stop 7 of this embodiment is rectangular. The laser beam that has passed through the field stop 7 illuminates the reticle 11 on the reticle stage 12 with uniform illuminance via the second relay lens 8, the bending mirror 9, and the main condenser lens 10. The field stop 7 and the pattern forming surface of the reticle 11 are conjugate, and a rectangular slit-shaped illumination area 37 on the reticle 11 conjugate with the opening of the field stop 7 is irradiated with a laser beam. A Z axis is set in parallel with an optical axis of a projection optical system 18 described later, and a scanning direction of the reticle R with respect to the illumination area 37 in a plane perpendicular to the optical axis is defined as an X direction (or-direction). X
The direction is also a direction parallel to the plane of FIG.

【0017】レチクルステージ12を、レチクル支持台
13上にX方向に沿って摺動自在に支持し、レチクルス
テージ12のX方向の端部に移動鏡14を固定する。外
部のレーザ干渉計15からの測長ビームが移動鏡14で
反射され、レチクルステージ12のX方向の座標がレー
ザ干渉計15により常時モニターされている。レーザ干
渉計15により計測された座標は、装置全体の動作を制
御する主制御系16に供給され、主制御系16はレチク
ルステージ制御部17を介してレチクルステージ12の
X方向の動きを制御する。
The reticle stage 12 is slidably supported on a reticle support 13 along the X direction, and a movable mirror 14 is fixed to an end of the reticle stage 12 in the X direction. The measuring beam from the external laser interferometer 15 is reflected by the movable mirror 14, and the coordinates of the reticle stage 12 in the X direction are constantly monitored by the laser interferometer 15. The coordinates measured by the laser interferometer 15 are supplied to a main control system 16 that controls the operation of the entire apparatus. The main control system 16 controls the movement of the reticle stage 12 in the X direction via a reticle stage control unit 17. .

【0018】レチクル11上のスリット状の照明領域3
7内のパターン像を、投影光学系18を介してウエハ1
9上の露光領域38に投影露光する。ウエハ19をウエ
ハホルダー20を介して、少なくともX方向に走査可能
なXYステージ21上に載置する。図示省略するも、X
Yステージ21とウエハホルダー20との間には、ウエ
ハ19をZ方向に位置決めするZステージ等を装着す
る。スリットスキャン露光時には、レチクル11がレチ
クルステージ12によりX方向(又は−X方向)に走査
されるのに同期して、XYステージ21を介してウエハ
19は−X方向(又はX方向)に走査される。投影光学
系18のレチクル11からウエハ19への投影倍率をβ
0 (β0 は例えば1/5,1/4等)として、ウエハ1
9上に既に形成されているチップパターンの倍率変化が
無いものとすると、レチクル11がX方向に速度Vで走
査されるのに同期して、ウエハ19は−X方向に速度β
0・Vで走査される。この場合、レチクル11に対するウ
エハ19の相対速度はβ0 である。
The slit-shaped illumination area 3 on the reticle 11
7 is transferred to the wafer 1 via the projection optical system 18.
The projection exposure is performed on the exposure area 38 on the reference numeral 9. The wafer 19 is placed via a wafer holder 20 on an XY stage 21 that can scan at least in the X direction. Although not shown, X
A Z stage or the like for positioning the wafer 19 in the Z direction is mounted between the Y stage 21 and the wafer holder 20. At the time of slit scan exposure, the wafer 19 is scanned in the −X direction (or X direction) via the XY stage 21 in synchronization with the reticle 11 being scanned in the X direction (or −X direction) by the reticle stage 12. You. The projection magnification of the projection optical system 18 from the reticle 11 to the wafer 19 is β
00 is, for example, 1/5, 1/4, etc.)
Assuming that there is no change in magnification of the chip pattern already formed on the reticle 9, the wafer 19 moves in the −X direction at a speed β in synchronization with the reticle 11 being scanned at the speed V in the X direction.
It is scanned with 0 · V. In this case, the relative speed of the wafer 19 with respect to the reticle 11 is β 0 .

【0019】XYステージ21上に、アライメント用の
種々の基準マークが形成された基準マーク部材22及び
移動鏡23を固定する。外部のレーザ干渉計24からの
測長ビームが移動鏡23で反射され、XYステージ21
のX方向及びX方向に垂直なY方向の座標がレーザ干渉
計24により常時モニターされている。レーザ干渉計2
4により計測された2次元座標は主制御系16に供給さ
れ、主制御系16はウエハステージ制御部25を介して
XYステージ21のX方向及びY方向の動きを制御す
る。また、図示省略するも、投影光学系18の側面には
ウエハ19のZ方向の高さ(フォーカス位置)を検出す
るフォーカスセンサーが配設され、主制御系16は、フ
ォーカスセンサーの計測結果に応じてZステージ(不図
示)を介してウエハ19の露光面の高さをベストフォー
カス位置に設定する。
On the XY stage 21, a reference mark member 22 on which various reference marks for alignment are formed and a movable mirror 23 are fixed. The measurement beam from the external laser interferometer 24 is reflected by the movable mirror 23 and
Are coordinately monitored by the laser interferometer 24 in the X direction and the Y direction perpendicular to the X direction. Laser interferometer 2
The two-dimensional coordinates measured by 4 are supplied to the main control system 16, which controls the movement of the XY stage 21 in the X and Y directions via the wafer stage control unit 25. Although not shown, a focus sensor for detecting the height (focus position) of the wafer 19 in the Z direction is provided on a side surface of the projection optical system 18, and the main control system 16 responds to the measurement result of the focus sensor. The height of the exposure surface of the wafer 19 is set to the best focus position via a Z stage (not shown).

【0020】また、ビームスプリッター5で反射された
レーザビームを、受光素子26で受光し、受光素子26
の検出信号を増幅器27を介して露光量モニター部28
に供給する。露光量モニター部28は、増幅器27から
の信号を積算し、この積算結果を主制御系16に供給す
る。受光素子26での検出信号と、ウエハ19の露光面
での露光エネルギーとの対応関係は予め求められてお
り、主制御系16は、露光量モニター部28からの信号
よりウエハ19の露光面での積算露光量を知ることがで
きる。主制御系16は、トリガー制御部29を介して光
源1の発振のタイミング及び発振周波数を制御し、不図
示の電源制御部を介して光源1から発光される各パルス
光の光量を制御する。
The laser beam reflected by the beam splitter 5 is received by a light receiving element 26,
The detection signal is supplied to the exposure monitor 28 via the amplifier 27.
To supply. The exposure monitor 28 integrates the signal from the amplifier 27 and supplies the integration result to the main control system 16. The correspondence between the detection signal from the light receiving element 26 and the exposure energy on the exposed surface of the wafer 19 has been determined in advance, and the main control system 16 uses the signal from the exposure amount monitor unit 28 Can be known. The main control system 16 controls the oscillation timing and oscillation frequency of the light source 1 via the trigger control unit 29, and controls the amount of each pulse light emitted from the light source 1 via a power supply control unit (not shown).

【0021】更に、投影光学系18の走査方向の前後に
オフ・アクシスの画像処理方式のアライメント系(以
下、「FIA系」という)30及び31を配設する。F
IA系30及び31はそれぞれ、ウエハ19上のアライ
メントマークとしてのウエハマークのステージ座標系
(レーザ干渉計24により計測される座標に基づいて規
定される座標系)での座標を読み取り、読み取った座標
を主制御系16に供給する。主制御系16は、ウエハマ
ークの計測された座標を統計処理して、ウエハ19の各
ショット領域のステージ座標系での配列座標を求め、こ
の配列座標に基づいて各ショット領域の位置決めを行
う。この方式はエンハンスド・グローバル・アライメン
ト(EGA)と呼ばれ、例えば特開昭61-44429号公報,
特開昭62-84516号公報等に開示されている。EGA方式
はショット配列の規則性に対応したモデル関数の6つの
パラメータを最小二乗法により決定し、この決定したパ
ラメータと設計上の座標値とに基づいてショット領域毎
の座標値を算出するものである。また、この際に、ウエ
ハ19上に形成されているチップパターンの走査方向
(X方向)及び非走査方向(Y方向)の伸縮率(スケー
リングパラメータ)が求められる。このことは特願平4-
346072号に詳しく述べられており、EGA方式において
最小二乗法により決定される6つのパラメータのうち、
X方向及びY方向のスケーリング(伸縮率)を表す2つ
のパラメータをスケーリングパラメータとして選択す
る。
Further, alignment systems (hereinafter, referred to as "FIA systems") 30 and 31 of an off-axis image processing system are provided before and after the projection optical system 18 in the scanning direction. F
The IA systems 30 and 31 respectively read the coordinates of a wafer mark as an alignment mark on the wafer 19 in a stage coordinate system (a coordinate system defined based on coordinates measured by the laser interferometer 24), and read the read coordinates. Is supplied to the main control system 16. The main control system 16 statistically processes the measured coordinates of the wafer mark to obtain array coordinates of each shot area of the wafer 19 in the stage coordinate system, and positions each shot area based on the array coordinates. This method is called enhanced global alignment (EGA). For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429,
It is disclosed in JP-A-62-84516. The EGA method determines six parameters of a model function corresponding to the regularity of the shot arrangement by the least squares method, and calculates coordinate values for each shot area based on the determined parameters and design coordinate values. is there. At this time, the expansion / contraction ratio (scaling parameter) of the chip pattern formed on the wafer 19 in the scanning direction (X direction) and the non-scanning direction (Y direction) is obtained. This is Japanese Patent Application Hei 4-
No. 346072, among the six parameters determined by the least squares method in the EGA method,
Two parameters representing scaling (extension / contraction ratio) in the X direction and the Y direction are selected as scaling parameters.

【0022】これらスケーリングパラメータより、ウエ
ハ19上に既に形成されているチップパターンの走査方
向及び非走査方向の倍率変化が求められる。本例では、
このように計測された倍率変化に応じて、後述のように
レチクル11からウエハ19への走査方向及び非走査方
向の倍率を補正する。その内の非走査方向の倍率は、倍
率制御部35が投影光学系18の所定のレンズ間隔を調
整するか、又は所定のレンズ室の圧力等を調整すること
により調整される。倍率制御部35の動作も主制御系1
6により制御されている。
From these scaling parameters, the change in magnification of the chip pattern already formed on the wafer 19 in the scanning direction and the non-scanning direction is obtained. In this example,
The magnification in the scanning direction and the non-scanning direction from the reticle 11 to the wafer 19 is corrected in accordance with the magnification change thus measured, as described later. Among them, the magnification in the non-scanning direction is adjusted by adjusting the predetermined lens interval of the projection optical system 18 by the magnification control unit 35 or adjusting the pressure of a predetermined lens chamber. The operation of the magnification control unit 35 is also the main control system 1.
6.

【0023】具体的に、投影光学系18は、レチクル1
1側から順にレンズ32A,32B,32C,32D,
‥‥より構成され、最もレチクル11に近いレンズ32
Aと次のレンズ32Bとの間に3個の圧電素子よりなる
アクチュエータ33A,33B,33Cが装着されてい
る。そして、倍率制御部35からの指示により駆動部3
4がアクチュエータ33A,33B,33Cの厚さを個
別に設定することにより、レンズ32Aとレンズ32B
との間隔又は傾きが調整され、これにより投影光学系1
8の倍率誤差及び歪曲収差が所定の範囲内で調整され
る。また、投影光学系18には圧力制御部36が接続さ
れ、圧力制御部36は倍率制御部35からの指示に基づ
いて、投影光学系18の所定のレンズ間のレンズ室内の
気体の圧力を調整する。このように所定のレンズ室内の
気体の圧力を調整することによっても、投影光学系18
の倍率誤差を調整できる。なお、所定のレンズ室内の気
体の温度を調整しても良い。
Specifically, the projection optical system 18 includes the reticle 1
The lenses 32A, 32B, 32C, 32D,
A lens 32 closest to the reticle 11
Actuators 33A, 33B, and 33C made of three piezoelectric elements are mounted between A and the next lens 32B. The driving unit 3 receives an instruction from the magnification control unit 35.
4 individually sets the thicknesses of the actuators 33A, 33B, and 33C, so that the lens 32A and the lens 32B
Of the projection optical system 1 is adjusted.
The magnification error and distortion are adjusted within a predetermined range. Further, a pressure control unit 36 is connected to the projection optical system 18, and the pressure control unit 36 adjusts the pressure of gas in the lens chamber between predetermined lenses of the projection optical system 18 based on an instruction from the magnification control unit 35. I do. By adjusting the pressure of the gas in the predetermined lens chamber in this manner, the projection optical system 18 can also be adjusted.
Magnification error can be adjusted. Note that the temperature of the gas in a predetermined lens chamber may be adjusted.

【0024】次に、本例の投影露光装置において、レチ
クル11のパターンをスリットスキャン露光方式で逐次
ウエハ19上に投影露光する際の動作の一例につき説明
する。この場合、ウエハ19の各ショット領域にはそれ
までのプロセスによりそれぞれ所定のチップパターンが
形成されているものとする。図2は、ウエハ19の露光
面の一部を示し、この図2に示すように、ウエハ19上
の各ショット領域SA1,SA2,‥‥にはそれぞれチ
ップパターンが形成され、これらチップパターンの上に
重ねてレチクル11のパターン像がスリットスキャン露
光方式で投影露光される。
Next, an example of the operation when the pattern of the reticle 11 is sequentially projected and exposed on the wafer 19 by the slit scan exposure method in the projection exposure apparatus of this embodiment will be described. In this case, it is assumed that a predetermined chip pattern is formed in each shot area of the wafer 19 by the processes up to that time. FIG. 2 shows a part of the exposed surface of the wafer 19, and as shown in FIG. 2, chip patterns are formed in each of the shot areas SA1, SA2,. And a pattern image of the reticle 11 is projected and exposed by a slit scan exposure method.

【0025】また、各ショット領域SA1等のX方向の
実際の幅はWX1 、Y方向の実際の幅はWY1 であると
し、チップパターンの伸縮率が1であるとした場合の各
ショット領域SA1A,SA2A,‥‥のX方向の幅
(設計上の幅)をWX0 、Y方向の幅をWY0 とする。
更に、投影光学系18の設計上の基準の投影倍率はβ0
であり、ウエハ19上に形成されているチップパターン
のX方向の倍率誤差(伸縮率の変化量)をα、Y方向の
倍率誤差をγとすると、次式が成立する。 β0 +α=β0(WX1 /WX0) (1) β0 +γ=β0(WY1 /WY0) (2)
Further, the actual width in the X direction of each shot area SA1 and the like is WX 1 , the actual width in the Y direction is WY 1 , and each shot area when the expansion / contraction rate of the chip pattern is 1 The width in the X direction (designed width) of SA1A, SA2A ,... Is WX 0 , and the width in the Y direction is WY 0 .
Furthermore, the design reference projection magnification of the projection optical system 18 is β 0
If the magnification error in the X direction (the amount of change in the expansion / contraction ratio) of the chip pattern formed on the wafer 19 is α, and the magnification error in the Y direction is γ, the following equation is established. β 0 + α = β 0 (WX 1 / WX 0 ) (1) β 0 + γ = β 0 (WY 1 / WY 0 ) (2)

【0026】従って、それら走査方向の倍率誤差α及び
非走査方向の倍率誤差γはそれぞれ次のように表すこと
ができる。 α=β0(WX1 /WX0 −1) (3) γ=β0(WY1 /WY0 −1) (4)
Therefore, the magnification error α in the scanning direction and the magnification error γ in the non-scanning direction can be expressed as follows. α = β 0 (WX 1 / WX 0 −1) (3) γ = β 0 (WY 1 / WY 0 −1) (4)

【0027】本例では露光の直前に、図1のFIA系3
0又は31を用いて、ウエハ19の各ショット領域に形
成されているウエハマークのステージ座標系(X,Y)
での座標位置を計測することにより、それら倍率誤差α
及びγを求める。例えばEGA方式を適用してウエハ上
のショット領域毎の座標値を算出する際に、最小二乗法
により決定されるX,Y方向の2つのスケーリングパラ
メータを倍率誤差α,γとして求める。その後、非走査
方向の倍率誤差γ分だけ、図1の倍率制御部35を介し
て投影光学系18の投影倍率β0 を補正する。これによ
り、投影光学系18の投影倍率は(β0 +γ)に設定さ
れる。なお、より望ましいのは、投影光学系18の走査
方向(X方向)及び非走査方向(Y方向)の投影倍率を
独立に補正して、走査方向の投影倍率を(β0 +α)
に、非走査方向の投影倍率を(β0+γ)に設定するこ
とであるのは言うまでも無い。
In this example, immediately before exposure, the FIA system 3 shown in FIG.
The stage coordinate system (X, Y) of the wafer mark formed in each shot area of the wafer 19 using 0 or 31
By measuring the coordinate position at, the magnification error α
And γ are obtained. For example, when calculating a coordinate value for each shot area on a wafer by applying the EGA method, two scaling parameters in the X and Y directions determined by the least square method are obtained as magnification errors α and γ . Then, the projection magnification β 0 of the projection optical system 18 is corrected by the magnification control unit 35 of FIG. 1 by the magnification error γ in the non-scanning direction. Thereby, the projection magnification of the projection optical system 18 is set to (β 0 + γ). More preferably, the projection magnification in the scanning direction (X direction) and the non-scanning direction (Y direction) of the projection optical system 18 are independently corrected, and the projection magnification in the scanning direction is set to (β 0 + α).
Needless to say, the projection magnification in the non-scanning direction is set to (β 0 + γ).

【0028】次に、投影光学系18の投影倍率がβ0
あるときに、図1のスリット状の照明領域37と投影光
学系18に関して共役なスリット状の露光領域を図2の
露光領域38Aとすると、その露光領域38AのY方向
の最大の幅はWY0 である。そして、投影光学系18の
非走査方向の投影倍率を(β0 +γ)に設定することに
より、その露光領域38Aは非走査方向の最大の幅がW
1 の露光領域38になる。その露光領域38に対して
X方向にウエハ19を走査して露光を行うことにより、
非走査方向の重ね合わせ誤差はほぼ0になる。
Next, when the projection magnification of the projection optical system 18 is β 0 , the slit-shaped illumination region 37 of FIG. 1 and the slit-shaped exposure region conjugate with respect to the projection optical system 18 are changed to the exposure region 38A of FIG. Then, the maximum width of the exposure area 38A in the Y direction is WY 0 . By setting the projection magnification of the projection optical system 18 in the non-scanning direction to (β 0 + γ), the maximum width of the exposure area 38A in the non-scanning direction is W.
It becomes exposed region 38 of the Y 1. By performing exposure by scanning the wafer 19 in the X direction with respect to the exposure area 38,
The overlay error in the non-scanning direction is almost zero.

【0029】次に、走査方向(X方向)の倍率誤差αを
補正するために、図1の主制御系16は、スリットスキ
ャン露光時のレチクル11の走査速度とウエハ19の走
査速度との相対速度を補正する。具体的に、図3に示す
ように、レチクル11をX方向に速度Vで走査するもの
として、ウエハ19の−X方向への走査速度を(β0
α)Vに設定する。即ち、レチクル11に対するウエハ
19の相対速度を(β 0 +α)に設定する。
Next, the magnification error α in the scanning direction (X direction) is
For correction, the main control system 16 of FIG.
Scanning speed of reticle 11 and scanning of wafer 19 during scan exposure
Correct the speed relative to the inspection speed. Specifically, shown in FIG.
Scanning the reticle 11 at a speed V in the X direction
And the scanning speed of the wafer 19 in the −X direction is (β0+
α) Set to V. That is, the wafer with respect to the reticle 11
The relative speed of 19 (β 0+ Α).

【0030】図3において、走査方向の倍率誤差が0で
あるときに、ウエハ19上で走査方向の幅がWX0 のシ
ョット領域へ露光を行うためには、レチクル11上の走
査方向の幅がWX0 /β0 のパターン領域が使用され
る。そして、走査方向の倍率誤差がαである場合は、ス
リット状の照明領域37に対してX方向にレチクル11
が幅WX0 /β0 だけ走査されるときに、ウエハ19が
露光領域38に対して−X方向に走査される幅をΔXと
すると、幅ΔXは次のようになる。 ΔX={(WX0 /β0)/V}(β0 +α)V ={(β0 +α)/β0}WX0 (5)
In FIG. 3, when the magnification error in the scanning direction is 0, in order to expose a shot area having a width WX 0 on the wafer 19 in the scanning direction, the width in the scanning direction on the reticle 11 must be increased. A pattern area of WX 0 / β 0 is used. If the magnification error in the scanning direction is α, the reticle 11 is moved in the X direction with respect to the slit-shaped illumination area 37.
Is scanned by the width WX 0 / β 0, assuming that the width of the wafer 19 scanned in the −X direction with respect to the exposure area 38 is ΔX, the width ΔX is as follows. ΔX = {(WX 0 / β 0 ) / V} (β 0 + α) V = {(β 0 + α) / β 0 } WX 0 (5)

【0031】この(5)式に(1)式を代入すると、Δ
X=WX1 、となり、幅ΔXは図2の各ショット領域S
A1等の走査方向の幅WX1 と合致する。従って、本例
のように走査方向へのウエハ19の走査速度を(β0
α)Vに設定することで、ウエハ19上のチップパター
ンの走査方向の倍率誤差がαである場合に、走査方向の
重ね合わせ誤差をほぼ0にすることができる。
By substituting equation (1) into equation (5), Δ
X = WX 1 , and the width ΔX is equal to each shot area S in FIG.
It matches the width WX 1 scanning direction such A1. Accordingly, the scanning speed of the wafer 19 in the scanning direction is set to (β 0 +
α) By setting V, when the magnification error in the scanning direction of the chip pattern on the wafer 19 is α, the superposition error in the scanning direction can be made substantially zero.

【0032】なお、上述の倍率誤差α及びγを、図2の
ショット領域SA1,SA2,‥‥毎に求めるようにし
ても良い。具体的には、ショット領域の4隅の各々に十
字状マークを形成しておき、各マークのX,Y方向の座
標値をFIA系により計測してショット領域毎の倍率誤
差α,γを求めればよい。そして、スリットスキャン露
光方式で露光を行う際に、1つのショット領域毎に、倍
率制御部35及びステージ制御部17,25を介して非
走査方向の倍率及び走査方向の倍率を制御すれば、ダイ
・バイ・ダイ方式での倍率補正が可能となる。更に、1
つのショット領域内を複数個のブロックに分割し、各ブ
ロック毎に倍率補正を行えば、1つのショット領域全体
で見ればディストーションの補正が可能となる。
The above-mentioned magnification errors α and γ may be obtained for each of the shot areas SA1, SA2,. Specifically, a cross-shaped mark is formed at each of the four corners of the shot area, and the coordinate values of each mark in the X and Y directions are measured by the FIA system to obtain magnification errors α and γ for each shot area. I just need. When exposure is performed by the slit scan exposure method, by controlling the magnification in the non-scanning direction and the magnification in the scanning direction via the magnification control unit 35 and the stage control units 17 and 25 for each shot area, the die -The magnification can be corrected by the bi-die method. Furthermore, 1
If one shot area is divided into a plurality of blocks, and magnification correction is performed for each block, distortion can be corrected for one shot area as a whole.

【0033】次に、本例の投影露光装置の露光量制御に
ついて説明する。本例の光源1はパルス発振型であるた
め、図1において、スリットスキャン露光時に主制御系
16は、トリガー制御部29を介して光源1に所定の周
波数fでパルス発振を行わせる。この際に、各パルス光
の平均光量がほぼ一定であるとすると、ウエハ19の走
査速度が変化するとウエハ19上の各点での積算露光量
が変化してしまう。
Next, the control of the exposure amount of the projection exposure apparatus of this embodiment will be described. Since the light source 1 of this example is of a pulse oscillation type, in FIG. 1, the main control system 16 causes the light source 1 to perform pulse oscillation at a predetermined frequency f via a trigger control unit 29 during slit scan exposure. At this time, assuming that the average light amount of each pulse light is substantially constant, if the scanning speed of the wafer 19 changes, the integrated exposure amount at each point on the wafer 19 changes.

【0034】図4(a)は、ウエハ19上のスリット状
の露光領域38の近傍の様子を示し、露光領域38の走
査方向の幅をDとする。また、図4(b)の曲線40
は、パルス発光時のその露光領域38の走査方向(X方
向)の照度分布I(X)を示し、曲線40の傾斜部40
a及び40bで示すように、照度分布I(X)のX方向
の端部は台形状に比較的なだらかに変化している。照度
分布I(X)がこのように台形状であると、ウエハ19
上の各点での積算露光量のばらつきが小さくなり、走査
方向の照度均一性が向上する。
FIG. 4A shows a state near the slit-shaped exposure region 38 on the wafer 19, and the width of the exposure region 38 in the scanning direction is D. Also, the curve 40 in FIG.
Indicates the illuminance distribution I (X) of the exposure region 38 in the scanning direction (X direction) at the time of pulse emission, and the slope 40 of the curve 40
As shown by a and 40b, the end in the X direction of the illuminance distribution I (X) changes relatively gently into a trapezoidal shape. When the illuminance distribution I (X) has such a trapezoidal shape, the wafer 19
Variations in the integrated exposure amount at each point above are reduced, and the illuminance uniformity in the scanning direction is improved.

【0035】そして、倍率誤差が無い場合のウエハ19
の走査速度をβ0 V、光源1のパルス発光の周波数をf
0 、1パルスの露光エネルギーの平均値をΔEとする
と、図4(a)のウエハ19上の被露光点39での積算
露光量ΣE0 は、ほぼ次のようになる。この積算露光量
がΣE0 が目標露光量であるとする。 ΣE0 =ΔE・f0・D/(β0・V) (6) 次に、走査方向の倍率誤差がαであるときの、ウエハ1
9の走査速度を(β0+α)V、光源1のパルス発光の
周波数を(f0 +Δf0)とすると、被露光点39での積
算露光量ΣEは、ほぼ次のようになる。 ΣE=ΔE・(f0 +Δf0)・D/{(β0 +α)V} (7)
Then, when there is no magnification error, the wafer 19
Scanning speed is β 0 V, and the frequency of pulse emission of the light source 1 is f
0 , assuming that the average value of the exposure energy of one pulse is ΔE, the integrated exposure amount ΣE 0 at the point 39 to be exposed on the wafer 19 in FIG. It is assumed that the integrated exposure amount ΔE 0 is the target exposure amount. ΣE 0 = ΔE · f 0 · D / (β 0 · V) (6) Next, when the magnification error in the scanning direction is α, the wafer 1
Assuming that the scanning speed of No. 9 is (β 0 + α) V and the frequency of the pulse light emission of the light source 1 is (f 0 + Δf 0 ), the integrated exposure amount ΣE at the point 39 to be exposed is substantially as follows. {E = ΔE · (f 0 + Δf 0 ) · D / {(β 0 + α) V} (7)

【0036】この場合、ウエハ19の走査速度が変化し
た場合でも、積算露光量ΣEは目標露光量であるΣE0
と等しいことが要求される。従って、(6)式の右辺と
(7)式の右辺とを等しいとおくことにより、次式が得
られる。 f0 /β0 =(f0 +Δf0)/(β0 +α) (8) これは、積算露光量ΣEを目標露光量に維持するために
は、光源1の発振周波数f(=f0 +Δf0)を、図4
(c)に示すように、ウエハ19の走査速度(β 0
α)Vに比例させる必要があることを意味する。そこ
で、スリットスキャン露光方式で露光を行う際に、主制
御系16は、レチクルステージ制御部17及びウエハス
テージ制御部25を介してそれぞれレチクルステージ1
2及びウエハ側のXYステージ21の走査速度を設定す
るのと並行して、トリガー制御部29を介して光源1の
発振周波数fをウエハ19の走査速度に比例する値に設
定する。これにより、ウエハ19の走査速度を変えた場
合でも、ウエハ19の各点での積算露光量が目標露光量
になる。
In this case, the scanning speed of the wafer 19 changes.
The integrated exposure amount ΔE is the target exposure amount ΔE0
Is required to be equal to Therefore, the right side of equation (6)
By making the right side of equation (7) equal, the following equation is obtained.
Can be f0/ Β0= (F0+ Δf0) / (Β0+ Α) (8) This is to maintain the integrated exposure amount ΔE at the target exposure amount.
Is the oscillation frequency f of the light source 1 (= f0+ Δf0) And FIG.
As shown in (c), the scanning speed of the wafer 19 (β 0+
α) means that it is necessary to make it proportional to V. There
When performing exposure using the slit scan exposure method,
The control system 16 includes a reticle stage control unit 17 and a wafer
Each reticle stage 1 via the stage controller 25
2 and the scanning speed of the XY stage 21 on the wafer side are set.
At the same time, the light source 1 is
The oscillation frequency f is set to a value proportional to the scanning speed of the wafer 19.
Set. Thus, when the scanning speed of the wafer 19 is changed,
In any case, the integrated exposure amount at each point of the wafer 19 is equal to the target exposure amount.
become.

【0037】なお、上述実施例では、光源1の発振周波
数fをウエハ19の走査速度に比例させているが、光源
1の発振周波数を一定の値f0 に固定して、各パルス光
の光量の平均値をウエハ19の走査速度に反比例するよ
うに変更しても良い。光量の制御方法としては、光源1
の電源電圧を制御する方法や、透過率をほぼ連続的に変
更できる可変NDフィルターをレーザビームの光路に配
設する方法等が考えられる。また、露光光の光源がパル
ス発振型の光源ではなく、水銀ランプのような連続発光
型の光源である場合には、積算露光量を目標露光量に設
定するには、ウエハの走査速度に反比例するように露光
光の光量を制御する方法が用いられる。尚、倍率制御部
35(駆動部34と圧力制御部36との少なくとも一
方)を用いて非走査方向の倍率誤差γを補正するとき、
走査方向の倍率も変動し得る。このような場合は、走査
方向の倍率変化量を考慮して前述の如き露光量制御を行
うことが望ましい。
In the above-described embodiment, the oscillation frequency f of the light source 1 is proportional to the scanning speed of the wafer 19. However, the oscillation frequency of the light source 1 is fixed at a constant value f 0 and the light amount of each pulse light is fixed. May be changed so as to be inversely proportional to the scanning speed of the wafer 19. As a method of controlling the light amount, the light source 1
And a method of disposing a variable ND filter capable of changing the transmittance almost continuously in the optical path of the laser beam. When the light source of the exposure light is not a pulse oscillation type light source but a continuous emission type light source such as a mercury lamp, setting the integrated exposure amount to the target exposure amount is inversely proportional to the wafer scanning speed. In this case, a method of controlling the amount of exposure light is used. When correcting the magnification error γ in the non-scanning direction using the magnification control unit 35 (at least one of the driving unit 34 and the pressure control unit 36),
The magnification in the scanning direction can also vary. In such a case, it is desirable to perform the exposure amount control as described above in consideration of the magnification change amount in the scanning direction.

【0038】次に、本発明の他の実施例につき図5を参
照して説明する。本実施例では図1の投影露光装置をそ
のまま使用するが、その露光時の動作が異なっている。
図5は、本例の露光対象とするウエハを示し、この図5
において、ショット領域SB1及びSB2には既にチッ
プパターンが形成されていると共に、ショット領域SB
1にはX方向に2列にウエハマーク41A〜41D及び
42A〜42Dが形成されている。他のショット領域に
も同様にウエハマークが形成されている。例えばショッ
ト領域SB1へレチクルのパターン像を露光する際に
は、スリット状の露光領域38に対して−X方向にウエ
ハを走査する。そのスリット状の露光領域38は図1の
ウエハ19上の露光領域38と同じものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the projection exposure apparatus of FIG. 1 is used as it is, but the operation at the time of exposure is different.
FIG. 5 shows a wafer to be exposed in this example.
In the example, the chip patterns are already formed in the shot areas SB1 and SB2, and
In FIG. 1, two rows of wafer marks 41A to 41D and 42A to 42D are formed in the X direction. Similarly, wafer marks are formed in other shot areas. For example, when exposing the reticle pattern image to the shot area SB1, the wafer is scanned in the −X direction with respect to the slit-shaped exposure area 38. The slit-shaped exposure area 38 is the same as the exposure area 38 on the wafer 19 in FIG.

【0039】また、図1のオフ・アクシスのアライメン
ト系としてのFIA系30の観察領域が図5の2個の観
察領域30A及び30Bであり、図1のFIA系31の
観察領域が図5の2個の観察領域31A及び31Bであ
る。即ち、観察領域30A及び30Bは露光領域38に
対して走査が始まる側にあり、観察領域31A及び31
Bは露光領域38に対して走査が終わった側にある。本
例の露光領域38に対してショット領域SB1を走査す
る際に、観察領域30A及び30Bをそれぞれウエハマ
ーク41A〜41D及び42A〜42Dが通過するよう
になっている。そこで、図1のFIA系30では順次ウ
エハマーク41A及び42A、ウエハマーク41B及び
42B、‥‥のY方向の間隔LYを計測する。更に、F
IA系30では、順次ウエハマーク41A及び41B、
ウエハマーク42A及び42B等のX方向の間隔PXを
計測する。
The observation regions of the FIA system 30 as the off-axis alignment system of FIG. 1 are two observation regions 30A and 30B of FIG. 5, and the observation region of the FIA system 31 of FIG. These are two observation areas 31A and 31B. That is, the observation areas 30A and 30B are on the side where scanning starts with respect to the exposure area 38, and the observation areas 31A and 31B
B is on the side where scanning has been completed with respect to the exposure area 38. When scanning the shot area SB1 with respect to the exposure area 38 of the present example, the wafer marks 41A to 41D and 42A to 42D pass through the observation areas 30A and 30B, respectively. Therefore, the FIA system 30 in FIG. 1 sequentially measures the distance LY in the Y direction between the wafer marks 41A and 42A and the wafer marks 41B and 42B,. Further, F
In the IA system 30, the wafer marks 41A and 41B,
The distance PX between the wafer marks 42A and 42B in the X direction is measured.

【0040】この計測結果が図1の主制御系16に供給
され、主制御系16では、ウエハマーク41A〜41D
及び42A〜42DのY方向及びX方向の間隔から、シ
ョット領域SB1内の各部のX方向及びY方向の倍率変
化を順次算出する。そして、露光領域38に対して−X
方向にショット領域SB1を走査して露光を行う際に、
ウエハマークのX方向及びY方向の間隔を先読みするこ
とにより、次に露光する部分の倍率変化を算出し、X方
向及びY方向の倍率変化の補正を行いながらショット領
域SB1への露光を行う。本例でも、X方向の倍率変化
の補正はウエハの走査速度の補正で行われ、Y方向の倍
率変化の補正は投影光学系18の投影倍率の補正で行わ
れる。
The measurement result is supplied to the main control system 16 shown in FIG.
, And the magnification changes in the X and Y directions of each part in the shot area SB1 are sequentially calculated from the intervals in the Y and X directions of 42A to 42D. Then, -X is applied to the exposure area 38.
When the exposure is performed by scanning the shot area SB1 in the direction,
By pre-reading the distance between the wafer mark in the X direction and the Y direction, the magnification change of the portion to be exposed next is calculated, and the shot area SB1 is exposed while correcting the magnification change in the X direction and the Y direction. Also in this example, the correction of the magnification change in the X direction is performed by correcting the scanning speed of the wafer, and the correction of the magnification change in the Y direction is performed by correcting the projection magnification of the projection optical system 18.

【0041】なお、露光領域38に対してウエハをX方
向に走査する際には、図1のFIA系31を使用してウ
エハマークの座標を先読みする。このように本例によれ
ば、露光時にウエハマークの座標を先読みし、先読みし
た結果に基づいて走査方向及び非走査方向の倍率誤差を
補正して露光を行うことができるため、予めウエハの各
ショット領域の伸縮率を計測する必要がなく、露光時間
を短縮できる。また、各ショット領域SB1等を分割し
たブロック別に倍率変化の補正を行うことができるた
め、各ショット領域のディストーションをも補正するこ
とができる。
When the wafer is scanned in the X direction with respect to the exposure area 38, the coordinates of the wafer mark are read in advance using the FIA system 31 shown in FIG. As described above, according to this example, the coordinates of the wafer mark are pre-read at the time of exposure, and magnification errors in the scanning direction and the non-scanning direction can be corrected based on the pre-read result, so that exposure can be performed. There is no need to measure the expansion / contraction ratio of the shot area, and the exposure time can be reduced. Further, since the magnification change can be corrected for each block obtained by dividing each shot area SB1 and the like, the distortion of each shot area can also be corrected.

【0042】なお、図1の実施例では、予めウエハ19
上のウエハマークの座標位置を計測し、この計測結果を
統計処理して各ショット領域の倍率変化を求めている
が、その統計処理方式とダイ・バイ・ダイ方式で倍率変
化を計測して補正を行う方式とを組み合わせてもよい。
即ち、予めウエハ全体の倍率変化及びディストーション
の変化を統計処理により求めておき、各ショット領域へ
の露光の前に、倍率制御部35及びステージ制御部1
7,25に、それぞれ非走査方向及び走査方向の倍率誤
差の補正を行っておく。次に、各ショット領域毎に改め
て、ダイ・バイ・ダイ方式で倍率変化及びディストーシ
ョンの計測を行って、残留倍率誤差及び残留ディストー
ションを求め、露光時にそれぞれ倍率補正を行う。この
方式では、ショット領域毎に倍率及びディストーション
が大きく変化している場合に、スループットの向上が図
れる。
In the embodiment shown in FIG.
The coordinate position of the upper wafer mark is measured, and this measurement result is statistically processed to determine the change in magnification for each shot area. The change in magnification is measured by the statistical processing method and die-by-die method and corrected. May be combined.
That is, a change in magnification and a change in distortion of the entire wafer are obtained in advance by statistical processing, and before exposure to each shot area, the magnification control unit 35 and the stage control unit 1 are exposed.
Correction of magnification errors in the non-scanning direction and in the scanning direction is performed on 7, 7 respectively. Next, the magnification change and distortion are measured again by the die-by-die method for each shot area, the residual magnification error and residual distortion are obtained, and magnification correction is performed at the time of exposure. In this method, the throughput can be improved when the magnification and distortion vary greatly for each shot area.

【0043】また、露光時の照射エネルギーによる、投
影光学系18の倍率変化については、予め照射エネルギ
ーと投影光学系18の倍率変化との関係を求めておく。
そして、露光量モニター部28で検出される積算露光量
等に基づいて、その投影光学系18の倍率変化を相殺す
るように、倍率制御部35を介して投影光学系18の倍
率を補正すればよい。
As for the change in magnification of the projection optical system 18 due to the irradiation energy at the time of exposure, the relationship between the irradiation energy and the change in magnification of the projection optical system 18 is determined in advance.
Then, based on the integrated exposure amount and the like detected by the exposure amount monitor unit 28, the magnification of the projection optical system 18 is corrected via the magnification control unit 35 so as to cancel the change in magnification of the projection optical system 18. Good.

【0044】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。なお、上述実施例によれば、非走査
方向の倍率誤差を投影光学系の投影倍率の補正により補
正し、走査方向の倍率誤差をマスク(レチクル11)と
基板(ウエハ19)との相対速度の調整により補正して
いるため、マスクから基板への走査方向の投影倍率と、
マスクから基板への非走査方向の投影倍率とをそれぞれ
独立に補正できる利点がある。また、基板上のショット
領域毎の倍率補正ができるため、複数の露光装置を用い
た場合の装置間のマッチング精度が向上する。
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
It goes without saying that various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention. According to the above-described embodiment, the non-scanning
The magnification error in the direction is compensated by correcting the projection magnification of the projection optical system.
Correct the magnification error in the scanning direction with the mask (reticle 11).
Corrected by adjusting the relative speed with respect to the substrate (wafer 19)
Therefore, the projection magnification in the scanning direction from the mask to the substrate,
The projection magnification in the non-scanning direction from the mask to the substrate
There is an advantage that correction can be made independently. Also shot on the board
Since multiple magnifications can be corrected for each area,
In this case, the matching accuracy between the devices is improved.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば重ね合わせ露光時に、
マッチング精度を向上できる。
According to the present invention, at the time of overlay exposure,
Matching accuracy can be improved.

【0046】また、マスクステージと基板ステージとの
相対速度が変化した場合でも、基板上の各点での積算露
光量を目標露光量にすることができ、パターニング精度
が向上する。
Even when the relative speed between the mask stage and the substrate stage changes , the integrated exposure amount at each point on the substrate can be made the target exposure amount, and the patterning accuracy is improved.

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

【図1】本発明の実施例において使用される投影露光装
置を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】図1のウエハ19の露光面のショット領域の倍
率変化の状態を示す拡大平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a state of a change in magnification of a shot area on an exposure surface of a wafer 19 in FIG.

【図3】レチクル11及びウエハ19を走査する際の説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram when scanning a reticle 11 and a wafer 19;

【図4】(a)はウエハ上の露光領域を示す拡大平面
図、(b)はその露光領域の走査方向の照度分布を示す
図、(c)はパルス発振型の光源の発振周波数fとウエ
ハの走査速度との関係を示す図である。
4A is an enlarged plan view showing an exposure region on a wafer, FIG. 4B is a diagram showing an illuminance distribution of the exposure region in a scanning direction, and FIG. 4C is a diagram showing the oscillation frequency f of a pulse oscillation type light source; FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship with a scanning speed of a wafer.

【図5】本発明の他の実施例のウエハ上のショット領域
を示す拡大平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a shot area on a wafer according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 ビーム整形光学系 4 フライアイレンズ 5 ビームスプリッター 7 視野絞り 11 レチクル 12 レチクルステージ 15,25 レーザ干渉計 16 主制御系 17 レチクルステージ制御部 18 投影光学系 19 ウエハ 21 XYステージ 25 ウエハステージ制御部 35 倍率制御部 Reference Signs List 1 light source 2 beam shaping optical system 4 fly eye lens 5 beam splitter 7 field stop 11 reticle 12 reticle stage 15, 25 laser interferometer 16 main control system 17 reticle stage control unit 18 projection optical system 19 wafer 21 XY stage 25 wafer stage control Unit 35 Magnification control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−116735(JP,A) 特開 昭63−128713(JP,A) 特開 平3−68185(JP,A) 特開 平2−65222(JP,A) 特開 昭61−232616(JP,A) 特開 平4−196513(JP,A) 特開 平4−277612(JP,A) 特開 平5−62871(JP,A) 特開 平6−291016(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-58-116735 (JP, A) JP-A-63-128713 (JP, A) JP-A-3-68185 (JP, A) JP-A-2- 65222 (JP, A) JP-A-61-232616 (JP, A) JP-A-4-196513 (JP, A) JP-A-4-277612 (JP, A) JP-A-5-62871 (JP, A) JP-A-6-291016 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 露光光で所定形状の照明領域を照明する
照明光学系と、前記照明領域に対して転写用のパターン
が形成されたマスクを保持して所定の走査方向に移動
るマスクステージと、前記照明領域内の前記マスクのパ
ターン像を感光性の基板上に投影する投影光学系と、前
記基板を保持して前記マスクの移動と同期して前記走査
方向と共役な方向に移動する基板ステージとを有し、前
記所定形状の照明領域に対して前記マスク及び前記基板
移動することにより、前記マスクのパターンを用いて
前記基板を走査露光する投影露光装置において、 前記投影光学系の投影倍率を補正する結像特性補正手段
と、前記マスクステージと前記基板ステージとの相対速
度を補正するステージ相対速度補正手段と、前記露光光
の単位面積及び単位時間当りの露光エネルギーを調整す
る露光量制御手段とを設け、前記基板上に転写されるパターンに 前記走査方向に垂直
な方向の倍率誤差が生じないように前記結像特性補正手
段により前記投影光学系の投影倍率を補正し、前記基板
上に転写されるパターンに前記走査方向の倍率誤差が生
じないように前記ステージ相対速度補正手段により前記
マスクステージと前記基板ステージとの相対速度を調整
するとともに、 前記マスクステージと前記基板ステージとの相対速度が
調整されたときに、前記基板に対する露光量が目標露光
量になるように前記露光量制御手段で前記露光光の露光
エネルギーを調整する ことを特徴とする投影露光装置。
An illumination optical system for illuminating an illumination area having a predetermined shape with exposure light, and a mask having a pattern for transfer formed on the illumination area is moved in a predetermined scanning direction. A mask stage, a projection optical system for projecting a pattern image of the mask in the illumination area onto a photosensitive substrate, and a conjugate with the scanning direction in synchronization with the movement of the mask while holding the substrate. and a substrate stage which moves in a direction, by moving the mask and the substrate relative to the illumination area of the predetermined shape, in a projection exposure apparatus for scanning exposing the substrate using the pattern of the mask, the Imaging characteristic correction means for correcting the projection magnification of the projection optical system, stage relative speed correction means for correcting the relative speed between the mask stage and the substrate stage, and the exposure light
Exposure energy per unit area and unit time
Exposure amount control means, and correcting the projection magnification of the projection optical system by the imaging characteristic correction means so that a magnification error in a direction perpendicular to the scanning direction does not occur in the pattern transferred on the substrate. , The substrate
A magnification error in the scanning direction occurs in the pattern transferred on
Flip with said adjusted by the stage relative speed correcting means and said mask stage relative speed between the substrate stage so as not, a relative speed between the mask stage and the substrate stage
When adjusted, the exposure amount for the substrate is adjusted to the target exposure
Exposure of the exposure light by the exposure control means so that
A projection exposure apparatus for adjusting energy .
【請求項2】 マスクのパターンの像を基板上に投影す
ることにより前記基板を露光する投影露光装置におい
て、 前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影するため
の投影光学系と、 前記露光によって前記基板上に転写されるパターンの転
写倍率を調整する調整手段と、 該調整手段による転写倍率の調整に応じて、前記基板に
対する露光量制御を行う露光量制御手段と、 を備えたことを特徴とする投影露光装置。
2. A projection exposure apparatus for exposing the substrate by projecting an image of a pattern of a mask onto a substrate, comprising: a projection optical system for projecting an image of the pattern of the mask onto the substrate; Adjusting means for adjusting a transfer magnification of a pattern transferred onto the substrate by the adjusting means, and an exposure amount controlling means for controlling an exposure amount on the substrate in accordance with the adjustment of the transfer magnification by the adjusting means. Characteristic projection exposure apparatus.
【請求項3】 前記基板を走査露光するために、前記マ
スクと前記基板とを相対的に移動する移動手段をさらに
備え、 前記調整手段は、前記転写倍率を調整するために、前記
マスクと前記基板との相対速度を調整することを特徴と
する請求項2記載の投影露光装置。
3. The apparatus according to claim 2 , further comprising a moving unit that relatively moves the mask and the substrate to scan and expose the substrate, wherein the adjusting unit adjusts the transfer magnification by adjusting the mask and the substrate. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein a relative speed with respect to the substrate is adjusted.
【請求項4】 前記調整手段は、前記転写倍率を調整す
るために、前記投影光学系の投影倍率を調整することを
特徴とする請求項2又は3記載の投影露光装置。
Wherein said adjusting means for adjusting the transfer magnification, a projection exposure apparatus according to claim 2 or 3, wherein the adjusting the projection magnification of the projection optical system.
【請求項5】 前記基板を走査露光するために、前記マ
スクと前記基板とを相対的に移動する移動手段をさらに
備え、 前記調整手段は、前記基板の移動方向の転写倍率を調整
するために、前記マスクと前記基板との相対速度を調整
し、前記基板の移動方向に垂直な方向の転写倍率を調整
するために、前記投影光学系の投影倍率を調整すること
を特徴とする請求項2記載の投影露光装置。
5. The apparatus according to claim 1 , further comprising: moving means for relatively moving the mask and the substrate for scanning and exposing the substrate, wherein the adjusting means adjusts a transfer magnification in a moving direction of the substrate. And adjusting a projection magnification of the projection optical system in order to adjust a relative speed between the mask and the substrate and adjust a transfer magnification in a direction perpendicular to a moving direction of the substrate. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項6】 前記基板を露光するための露光ビームを
パルス発振するビーム源をさらに備え、 前記露光量制御手段は、前記ビーム源のパルス発振の周
波数を調整することを特徴とする請求項2〜5の何れか
一項記載の投影露光装置。
6. The apparatus according to claim 2 , further comprising a beam source for oscillating an exposure beam for exposing said substrate, wherein said exposure amount control means adjusts a frequency of pulse oscillation of said beam source. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記露光量制御手段は、前記基板に照射
される露光ビームのエネルギー調整を行うことを特徴と
する請求項2〜5の何れか一項記載の投影露光装置。
Wherein said exposure control means is a projection exposure apparatus according to any one of claims 2-5, characterized in that performing the energy adjustment of the exposure beam irradiated on the substrate.
【請求項8】 前記露光ビームを発射するビーム源をさ
らに備え、 前記露光量制御手段は、前記ビーム源に供給される電圧
を調整して、前記露光ビームのエネルギー調整を行うこ
とを特徴とする請求項7記載の投影露光装置。
8. The apparatus according to claim 1 , further comprising a beam source for emitting said exposure beam, wherein said exposure amount control means adjusts a voltage supplied to said beam source to adjust energy of said exposure beam. A projection exposure apparatus according to claim 7.
【請求項9】 前記露光量制御手段は、前記露光ビーム
の光路に配置された透過率可変のフィルタを用いて、前
記露光ビームのエネルギー調整を行うことを特徴とする
請求項7記載の投影露光装置。
9. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein said exposure amount control means adjusts the energy of said exposure beam using a variable transmittance filter disposed in an optical path of said exposure beam. apparatus.
【請求項10】 請求項1〜9の何れか一項記載の投影
露光装置を用いて前記基板を露光する工程を含むことを
特徴とする素子製造方法。
10. A device manufacturing method, comprising a step of exposing the substrate using the projection exposure apparatus according to claim 1. Description:
【請求項11】 マスクのパターンの像を基板上に投影
することにより前記基板を露光する投影露光方法におい
て、 前記基板上に転写されるパターンの転写倍率の調整に応
じて、前記基板に対する露光量制御を行うことを特徴と
する投影露光方法。
11. A projection exposure method for exposing the substrate by projecting an image of a mask pattern onto the substrate, the method comprising: exposing the substrate to light in accordance with adjustment of a transfer magnification of a pattern transferred onto the substrate. A projection exposure method characterized by performing control.
【請求項12】 前記基板の露光中に前記マスクと前記
基板とは相対的に移動し、 前記転写倍率の調整は、前記基板の露光中における前記
マスクと前記基板との相対速度を調整することによって
行なわれることを特徴とする請求項11記載の投影露光
方法。
12. The method according to claim 12 , wherein the mask and the substrate move relatively during exposure of the substrate, and the transfer magnification is adjusted by adjusting a relative speed between the mask and the substrate during exposure of the substrate. 12. The projection exposure method according to claim 11, wherein the projection exposure is performed.
【請求項13】 前記転写倍率の調整は、前記基板上に
投影される前記マスクのパターンの像の投影倍率を調整
することによって行なわれることを特徴とする請求項1
1又は12記載の投影露光方法。
13. The apparatus according to claim 1 , wherein the adjustment of the transfer magnification is performed by adjusting a projection magnification of an image of the pattern of the mask projected on the substrate.
13. The projection exposure method according to 1 or 12.
【請求項14】 前記基板の露光中に前記マスクと前記
基板とは相対的に移動し、 前記基板の移動方向の前記転写倍率を調整するために前
記マスクと前記基板との相対速度が調整され、前記基板
の移動方向に垂直な方向の前記転写倍率を調整するため
に前記基板上に投影される前記マスクのパターンの像の
投影倍率が調整されることを特徴とする請求項13記載
の投影露光方法。
14. The mask and the substrate move relatively during exposure of the substrate, and the relative speed between the mask and the substrate is adjusted to adjust the transfer magnification in the direction of movement of the substrate. 14. The projection according to claim 13, wherein a projection magnification of an image of the pattern of the mask projected on the substrate is adjusted to adjust the transfer magnification in a direction perpendicular to a moving direction of the substrate. Exposure method.
【請求項15】 請求項11〜14の何れか一項記載の
投影露光方法を用いて前記基板を露光する工程を含むこ
とを特徴とする素子製造方法。
15. An element manufacturing method, comprising a step of exposing the substrate using the projection exposure method according to claim 11. Description:
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