JPH04101148A - 露光方法及び方法，並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体メモリ素子や液晶素子の製造に用いら
れる投影型露光装置に関し、詳しくはマスクに形成され
た微細パターンの規則性を利用して、該微細パターンで
発生する回折光を積極的に活用することにより、試料基
板上に形成される転写パターンの解像度（レジスト像の
微細度）を向上させる技術に関する。

［従来の技術］ 半導体メモリや液晶素子の回路パターンの形成には、−
数的に、フォトリングラフ技術と呼ばれる、マスクパタ
ーンを試料基板上に転写する方法が採用される。ここで
は、感光レジスト層か形成された試料基板上に、紫外線
等の露光光を、マスクパターンを形成したマスクを介し
て押針することにより、試料基板上にはマスクパターン
か写真的に転写される。

近年、半導体メモリや液晶素子の回路構成の微細化に伴
って、マスクパターンを縮小して試料基板上に投影転写
できる、ステッパー等の投影型露光装置が多用され、露
光光としても、より短い波長を有する波長分布幅の狭い
特殊な紫外線か使用されるようになった。ここて、波長
分布幅を狭くする理由は、投影型露光装置の投影光学系
の色収差による投影像のぼけを除くためてあり、より短
い波長を選択する理由は、投影像のコントラストを向上
させるためである。しかし、この露光光の短波長化も、
要求されるマスクパターンの一層の微細化に対しては、
適当な光源か無く、レンズ材料やレジスト材料の制約か
ら限界を迎えているのが現状である。

このような微細化されたマスクパターンにおいては、パ
ターンの解像線幅か露光光の波長に接近するため、パタ
ーン透過時に発生する回折光の影響か無視てきす、試料
基板上のマスクパターン投影像における十分な明暗の光
量差の確保か困難となり、明暗境界のコントラストも低
下する。

［発明か解決しようとする課題］ すなわち、マスクに対して上方から種々の入射角度で入
射する露光光がマスクパターン上の各点において発生す
る０次、±１次、±２次、・・・の各回折光は、投影光
学系を経て、この各点と共役な試料基板上のそれぞれの
点に再集合して結像するか、より微細なマスクパターン
に対して±１次、±２次、・・・の回折光は、回折角度
かさらに犬きくなるため、試料基板上により浅い角度で
入射するようになり、投影像の焦点深度を著しく低下さ
せて、レジスト層の厚み全部を露光できなくなるという
問題を発生させた。

このような観点から、本願出願人は、先に、特開平２−
５０４１７号において、照明光学系と投影光学系に絞り
を設けて露光光のマスクに対する入射角度を制約すると
ともに、マスクパターンに応して該絞りの開口量を調整
して、試料基板上の投影像の明暗の光量差を維持しつつ
焦点深度を確保する発明を提案した。しかし、この発明
においても、はぼ垂直に試料基板に達する０次回折光に
対して、±１次、±２次、・・・の回折光の回折角度が
大きいため、レンズからはみ出して試料基板まで達しな
くなり、結果的に試料基板上のマスクパターン投影像は
、θ次光成分のみが強調されたコントラストの悪い平坦
なものとなった。

また、レンズに納まって試料基板に達する部分の±１次
回折光は、０次光がほぼ垂直に入射するのに対して、浅
い角度で試料基板に入射することになるため、やはり十
分な焦点深度か確保てきないことが指摘された。

ところて、このような微細なマスクパターンの一般的な
ものは、縦または横に等間隔で配列された格子パターン
と見なすことができる。言い換えれば、マスクパターン
における最もパターンか密集した場所には、試料基板上
に形成可能なり小の線幅を実現する、等間隔の透明、不
透明ラインを交互に配置した格子パターンか採用される
か、その他の場所では比較的にゆるい微細度のパターン
であり、斜めのパターンは例外的である。

また、−数的なレジスト層材料の性質は、非線形の感光
特性を有し、あるレヘル以上の受光量を与えると急速に
化学変化か進むか、それり下の受光量では、はとんど化
学変化か進行しない。従って、試料基板上におけるマス
クパターンの投影像については、明部と印部の光量差か
確保されていさえすれは、明部と印部の境界のコントラ
ストは多少低くても、マスクパターンどおりの所要のレ
ジスト像が得られる。

本発明は、このように、露光光が狭い波長分布を持ち、
マスクパターンか実質的に回折格子とみなせ、レジスト
材料か受光量のコンパレータ的性質を有することを積極
的に利用して、露光光の波長を維持したままで、さらに
微細なレジスト像を形成可能とするもので、従来、試料
基板上で十分な光量差か得られなかった微細なマスクパ
ターンでも、十分に露光転写てきる投影型露光装置を提
供することを目的としている。

［発明を解決するための手段］ 本発明の請求項第１項の投影型露光装置は、微細パター
ンか形成されたマスクを照明するための照明光学系と、
該微細パターンを試料基板上に投影するための投影光学
系とを有する投影型露光装置において、 前記微細パターンのフーリエ変換パターンに基いて定め
た透光部を有する遮光板を、前記照明光学系のほぼ瞳面
、該瞳面のほぼ共役面、前記投影光学系のほぼ瞳面のう
ち、少なくとも１個所に設けたものである。

本発明の請求項第２項の投影型露光装置は、請求項第１
項の投影型露光装置において、前記遮光板が、前記微細
パターンの方向に応じた角度位置と、前記微細パターン
の微細度および露光光の波長に応じた間隔とを持たせた
一対の透光部、を１組以上有するものである。

本発明の請求項第３項の投影型露光装置は、請求項第２
項の投影型露光装置において、前記遮光板の透光部の位
置および間隔の少なくとも一方を変化させる調整機構を
備えたものである。

本発明の請求項第４項の投影型露光装置は、請求項第３
項の投影型露光装置において、前記調整機構か、前記遮
光板の任意の位置を透明、不透明に自由に調整できる電
気光学素子からなるものである。

［作用］ 従来の投影型露光装置では、マスクに対して上方から種
々の入射角で入射する露光光が無差別に用いられ、マス
クパターンて発生した０次、±１次、±２次、・・・の
各回折光がほぼ無制限に投影光学系を透過して試料基板
上に結像していた。これに対して、本発明の請求項第１
項の投影型露光装置では、マスクパターンに対して特定
の方向と角度で斜めに入射する露光光が選択的に用いら
れており、この露光光かマスクパターンで発生した０次
回折光と１次回折光とを試料基板に優先的に到達させ、
干渉させ、結像させる。すなわち、マスクパターンの微
細度に応じた遮光板を用いて、最適な０次回折光と１次
回折光とを選択することにより、従来よりも明暗の光量
差および焦点深度が大きい結像パターンを得ることがで
きる。

ここで、マスクに入射する露光光を選択するには、照明
光学系の瞳面およびその近傍、またはその共役面に、「
マスクパターンに対して特定の方向と角度て入射する露
光光は透過するが、他の不要な露光光は遮断するように
透光部を配置した遮光板Ｊを設ければよい。しかし、投
影光学系の瞳面およびその近傍に、「この特定の方向と
角度の露光光かマスクパターンで発生する０次回折光と
１次回折光とは無事透過するが、他の不要な露光光によ
る回折光は遮断されるように透光部を配置した遮光板」
を設けても、試料基板上に達して結像に関与する回折光
はほぼ等しいものとなり、同様な効果を期待できる。ま
た、投影光学系の瞳面およびその近傍に設けた遮光板は
、照明光学系の瞳面およびその近傍、またはその共役面
に配置された遮光板により選択された露光光かマスクパ
ターンて発生する０次回折光と１次回折光以外の回折光
を取り除く作用も兼ね備える。

照明光学系の瞳面およびその近傍、またはその共役面に
遮光板を配置した場合、所定の波長を有する露光光か、
特定の入射方向と入射角で回折格子状のマスクパターン
に入射し、投影光学系の瞳面には、フーリエ展開された
０次、１次、２次、３次、・・・の各回折光によるスポ
ット列か形成される。たたし、通常、２次、３次、・・
・の高次回折光のスポットは投影光学系の外側にはみだ
す（ケラレる）。

照明光学系の瞳面およびその近傍、またはその共役面に
配置した遮光板は、また、マスクに対してほぼ垂直に入
射する露光光を遮断し、特定の入射方向と入射角の露光
光だけをマスクに選択入射させる。ここで、高次の回折
光が邪魔な場合にはさらに、投影光学系の瞳面およびそ
の近傍に遮光板を設けてこれを遮断する。これにより、
試料基板上には、好ましい入射角の露光光かマスクパタ
ーンで発生するＯ次回折光と１次回折光とを重点的に用
いた投影パターン像か形成される。

ここて、マスクパターンにおける高解像度を必要とする
部分、すなわち等間隔の透明、不透明ラインを交互に配
置した格子パターンは、デユーティ０．５の矩形波状の
ものとみなせ、照明光学系瞳面およびその近傍、または
その共役面に遮光板を設けた場合、この格子パターンで
発生する回折光は、投影光学系の瞳面において、格子を
横断する方向に分布する０次、±１次、±２次、・・・
の各次数回折光のスポットを形成する。このとき、矩形
波のフーリエ展開として知られるように、０次回折光は
試料基板上の投影像におけるバイアス成分、±１次回折
光は格子と同周期の正弦波成分てあり、この２つの成分
の干渉によって、試料基板上には、レジスト層の感光に
必要十分な明暗の光量差を持った結像パターンが得られ
る。

また、−数的なマスクパターンは、マスク上に配置され
た縦方向または横方向の格子を複数個組合せたものとみ
なせるから、各格子に対して最適な入射方向と入射角の
露光光かそれぞれ確保されるようにすれは、投景三光学
系の瞳面に形成されるフーリエパターンは、各格子の方
向に応じた角度方向に並んだ、露光光の波長と格子のピ
ッチとに応じた相互間隔のスポット群を形成し、各スポ
ットの強度は、格子のピッチ数と回折光の次数に依存し
ている。従って、必要なスポット位置に透光部を設けた
遮光板を投影光学系に設けて同様な回折光の選択を行っ
てもよい。投影光学系の瞳面に遮光板を設けた場合には
、有用な回折光のスポット位置に透光部を設けた遮光板
か採用されて、有用な回折光を選択的に透過させ、邪魔
になる回折光を遮断する。

このように、遮光板上の透光部の個数と配置はマスクパ
ターンに応じたそれぞれ異なる固有なものであるから、
遮光板は、当然、マスクと一緒に交換され、かつマスク
に対して厳密に位置調整されるべきものである。

次に、マスクパターンに対して特定の入射方向と入射角
の露光光を入射して、０次回折光と１次回折光とを用い
て試料基板上に結像パターンを形成することにより、焦
１点深度か大きくなる理由を説明する。

試料基板か投影光学系の焦点位置に一致している場合に
は、マスク上の１点を出て試料基板上の１点に達する各
回折光は、投影光学系のどの部分を通るものであっても
すへて等しい光路長を有するから、従来のように０次回
折光か投影光学系の瞳面のほぼ中心を貫通する場合ても
、０次回折光とその他の回折光とで光路長は相等しく、
相互の波面収差もＯである。しかし、試料基板か投影光
学系の焦点位置に一致していない場合、斜めに入射する
高次の回折光の光路長は、最短距離を通る０次回折光に
対して、焦点前方では短く、焦点後方では長くなり、そ
の差は入射角の差に応じたものとなる。従って、０次、
１次、・・・の各回折光は相互に波面収差を形成して、
焦点位置の前後における結像パターンのぼけを発生する
。この波面収差ΔＷは、次式、 ΔＷ＝１／２　Ｘ　（ＮＡ）　’△ｆ Δｆ−デフォーカス量 ＮＡ　＠面上の中心からの距離 を開口数て表わした値 で表わされ、従って、瞳面のほぼ中心を貫通する０次回
折光（ΔＷ＝０）に対して、瞳面の周囲、半径ｒ１を通
る１次回折光ては、 ΔＷ＝Ｉ／２　Ｘ　ｒ、　’Δｆ の波面収差を持つこととなり、焦点位置の前後での解像
度、すなわち焦点深度を低くしている。

方、照明光学系の瞳面もしくはその近傍、またはその共
役面に遮光板を設けて、マスクバタンからのＯ次回折光
と１次回折光とが瞳面上でほぼ中心対称な位置（共に半
径ｒ２とする）を通るようにした本発明の投影型露光装
置の場合、焦点の前後におけるＯ次回折光と１次回折光
の波面収差は相等しく、 ΔＷ＝ｌ／２Ｘｒ２　　　Δ　ｆ となり、デフォーカスに伴う波面収差によるはけが無い
。すなわち、この分たけ焦点深度か大きくなっている。

また、遮光板の透光部を通った一対の露光光はマスクパ
ターンの格子に対して、斜めかつ対称に入射する平行光
となるか、±１次回折光のどちらか一方は投影光学系の
光軸について０次光と対称な経路を通り、試料基板に０
次光と同程度の深い角度で入射する。これにより、結像
に関与する投影光学系の実質的な開口数が小さくなり、
より深い焦点深度が得られる。。

本発明の請求項第２項の投影型露光装置においては、照
明光学系に配置した遮光板を用いてマスクパターンの格
子に対して２方向から対称な入射角め露光光を入射させ
る。ここで、入射角は、遮光板の透光部の相互間隔によ
り調整され、マスク透過後、一方の露光光の０次光は、
他方の露光光の１次光とほぼ同一の方向に進み、投影光
学系の瞳面では、はぼ同一位置にスポットを形成するよ
うにしている。

このような回折光の選択は、マスクに対して上方から種
々の入射角で入射する露光光を用い、上記スポット位置
に透光部を形成した遮光板を投影光学系の瞳面に配置し
て、上記一対の入射角以外の露光光による回折光を遮断
した場合にも同様に実行される。

また、格子を複数組合せた一般的なマスクパターンに対
しては、それぞれの格子に対して定めた角度位置と相互
間隔とを持たせた一対ずつの透光部が遮光板に配置され
る。

照明光学系に備えられる遮光板における一対の透光部は
、一方の透光部からの露光光が１つの格子で発生する一
次回折光と、他方の透光部からの露光光が同じ格子で発
生する０次回折光とが投影光学系の瞳面のほぼ同一位置
を透過するように相互間隔を定めたものである。

投影光学系に備えられる遮光板における一対の透光部は
、１つの格子に対して上述の入射角を有する一対の露光
光が発生するＯ次回折光と一次回折光とを透過させるよ
うに相互間隔を定めたものである。

本発明の請求項第３項の投影型露光装置においては、調
整機構を用いて、遮光板を回転または平行移動させれば
、格子に対する遮光板の位置ずれを補正できる。また、
透光部の相互間隔を適正に調整して、格子のピッチによ
り良く適合させることがてきる。

本発明の請求項第４項の投影型露光装置においては、液
晶素子等の電気光学素子を組込んだ遮光板が採用され、
電気信号により透光部の位置調整を行うことができる。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の投影型露光装置の斜視図で
ある。

第１図において、マスク１１には、代表的な微細パター
ン例として、本実施例では、デユーティ０．５の１次元
の格子状パターン１２が形成されており、マスク１１を
照明する照明光学系は、水銀ランプ１、楕円面鏡２、コ
ールドミラー３、集光光学素子４、インテグレータ素子
５、リレーレンズ８（瞳リレー系）、ミラー９、コンデ
ンサーレンズｌＯからなり、照明光学系の瞳面（フーリ
エ変換面であって、ここでは水銀ランプ１の２次光源像
か形成されるインテグレータ素子５の射出端面）の近傍
（もしくは照明光学系の瞳面とほぼ共役な位置でもよい
）には、マスクパターン１２の２次元フーリエ変換に基
ついて位置、大ぎさが定められる一対の透光部６ａ、６
ｂを配置した遮光板（空間フィルター）６が配置される
。

また、パターン１２をウェハ１７上に投影する投影光学
系１３の瞳面１４にも、同様に透光部１５ａ、１５ｂを
備えた遮光板（空間フィルター）１５が配置される。こ
こで、本実施例ではマスクパターン１２として１次元の
回折格子パターンを用いているので、遮光板６．１５に
は、ともに−対の透光部６ａ、６ｂと１５ａ、１５ｂと
が形成されており、それぞれ瞳面内で一対の透光部が光
学系の光軸を挾んでほぼ対称に、かつその配列方向が格
子パターン１２のピッチ方向とほぼ一致するように配置
されている。また、遮光板６．１５には、それぞれモー
タ、カム等で構成される駆動機構７．１６が設けられて
おり、マスクパターンに応して遮光板６．１５が交換可
能て、かつ瞳面内での透光部６ａ、６ｂ、１５ａ、１５
ｂの位置の微調整が可能となっている。なお、遮光板６
．１５の透光部６ａ、６ｂおよび１５ａ、１５ｂの形状
は任意でよく、第１図ではともに円形開口として図示し
ている。

このように構成された露光装置において、楕円面Ｈ，２
の第１焦点に配置された水銀ランプ１て発生した露光光
は、楕円面鏡２、コールドミラー３で反射されて、楕円
面鏡２の第２焦点に集光された後に、コリメータレンズ
や光束分布補正用のコーン状プリズム等からなる集光光
学素子４を通過して、フライアイレンズ群からなるイン
テグレータ素子５により、遮光板６の位置に実質的な面
光源を形成する。なお、本実施例てはインテグレータ素
子５の２次光源像が投影光学系１３の瞳面１４に形成さ
れる、いわゆるケーラー照明となっている。この面光源
は、従来同様、マスクに上方から種々の入射角で入射す
る露光光を与えるへきものであるか、遮光板６か設けら
とているため、遮光板６の２つの透光部６ａ、６ｂを射
出する光束たけかリレーレンズ８、ミラー９、コンデン
サレンズｌＯを介して、格子を垂直に横切る面内て対称
にマスク１１に入射する、所定入射角の２つの平行光と
なる。

マスク１１のパターン１２に入射した平行光は０次、１
次、２次・・・の各回折光を形成し、これらの回折光は
、投影光学系用３に入射して、その瞳面に次数別のスポ
ットを形成するか、瞳面１４に配置した遮光板１５の透
光部により、Ｏ次回折光と１次回折光だけが選択的にウ
ェハ１７側に通され、その他の回折光は遮断される。

このとき、０次回折光と、１次回折光か最大限得られる
ように、駆動機構７．１６を用いて、マスク１１のパタ
ーン１２に対する遮光板６、】５の位置調整を行う。

第２図は、本実施例の投影型露光装置における露光光の
光路の槙式図である。ここては、図示の都合上、遮光板
６かコンデンサレンズ１０の直上に配置されるか、この
位置はリレーレンズ８に対して第１図の遮光板６と共役
な面であり、同等な機能と効果を維持させる。

第２図において、投影光学系１３の開口数をＮＡ、露光
光の波長をλ、パターン１２のピッチをλ／ＮＡの０７
５倍、パターン１２のライン・アント・スペースの比を
１・１　（格子のデユーティを０．５）とする。

このとき、パターン１２の波長λを考慮したフーリエ変
換ｑ　（ｕ、ｖ）は、パターン】２を、ｐ（ｘ、ｙ）と
すると、 ｑ　（ｕ、ｖ）　　＝　ｌ　ｌ　ｐ　（ｘ、ｙ）　　ｘ
　　ｅｘｐ（−２π１（ｕｘ＋ｖｙ）／λ）　ｄｘｄｙ で得られるが、パターン１２が第４図に示されるように
、上下すなわちＸ方向には一様で、Ｘ方向へのライン・
アンド・スペースの比が１：１、ピッチが０．７５Ｘλ
／ＮＡの場合には、ｑ　（ｕ、ｖ）　＝　ｑ　＋　（ｕ
）　Ｘ　ｑ　２（Ｖ）と表わせ、 ｑ＋（ｕ）＝＋、Ｕ＝Ｏ Ｑ　　＋　　（ｕ）＝　　（１，５３）　、　　Ｕ　−
±　Ｎ　　Ａ　　１０．７５Ｑ　＋　（ｕ）　＝−０，
２１２、Ｕ＝±３　ｘ　Ｎ　Ａ　７０．７５ｑ　＋　（
ｕ）　＝　０．６：１７／（２ｎ−１）　ｘ　（−１）
　””’ｕ　＝　＋−（２ｎ　−１）　　Ｘ　Ｎ　Ａ　
／　０．７５ｑ＋（ｕ）−０、Ｕは上Ｊ己以外 また、 ９１（Ｖ）＝］　　、　Ｖ＝Ｏ ｑ＋（ｖ）＝ｏ　、　■　≠　０ と表わせる。

第３図と第５図は、それぞれ本実施例に供される照明光
学系用の遮光板６と、投影光学系用の遮光板１５の平面
図である。

遮光板６．１５は、上記フーリエ変換のエネルギー分布
、すなわちｌ　ｑ　（ｕ、ｖＮ２のピーク値、（υ、ｖ
）＝（０，０）、（±Ｎ　Ａ　１０．７５．０）　　（
±３　Ｎ　Ａ　１０．７５、Ｏ）、・・・　の１／２で
ある、（ｕ、ｖ）　　＝　（０，０）、　（±Ｎ　Ａ／
１．５　　、　０　）　　、　（±２ＮＡ、０）、・・
・　のうち、投影光学系１３の開口数以内である、 （ｕ、ｖ）　＝　（±ＮＡ／１．５　、Ｏ）およびその
近傍を透光部１８．１５とし、（ｕ、ｖ）　＝　（０，
０） を遮光部としたものである。ここで、遮光板６．１５に
おいて、 （ｕ、ｖ）　　＝　　（０、０） は、それぞれ照明光学系、および投影光学系１３の光軸
と一致するように、第１図の機構７．１６により調整を
行う。遮光板６．１５は、金属板の一部を取り去ったも
のでも、またガラス等の透明保持体上に、金属薄膜等を
パターン解像度したものでもよい。第１図の構成として
水銀ランプ１を想定したが、レーザ光源等の別の光源で
あってもよい。また、マスク１１のパターン１２はデユ
ーティ１１のラインづンド・スペース・パターンとした
が、任意のパターンについて本発明は適用可能である。

第２図において、ピッチ０．７５Ｘλ／ＮＡであるパタ
ーン１２に対して、照明光学系中のパターン１２のフー
リエ変換面に遮光板６を設けることにより、パターン１
２を照明する照明光ＬｉはＬｉｊ２．Ｌｉｒのごとく制
限される。この照明光Ｌｉ１、Ｌｉｒがパターン１２に
照射されるとパターン１２により回折光が発生する。

照明光ＬｉＪ２のＯ次回折光をＬＩＯ１＋１次回折光を
Ｌ４１とし、照明光ＬｉｒのＯ次回折光をＬｒ０１−１
次回折光をＬｒｌとすると、回折光ＬＪ２０と回折光Ｌ
ρ１、回折光ＬｒＯと回折光Ｌｒ１の離角はともに、 ｓｉｎθ＝λ／（パターン１２のピッチ）＝λ／　（０
，７５Ｘλ／ＮＡ） ＝　Ｎ　Ａ　１０．７５ となるが、もともと、入射光Ｌｉρと入射光Ｌｉｒは２
ＸＮＡ／１．５だけ離れているのて、回折光Ｌｊ２０と
回折光Ｌｒｌ、また、回折光ＬｒＯと回折光ＬＪ２１は
、それぞれ同じ光路を通ることになる。

第６図は、投影光学系１３の瞳面１４ての回折光の強度
分布を表わす線図である。

第６図において、瞳面１４に形成されたスポット２２１
は回折光Ｌｒ０１ＬＪ２１が、また、スポット２２ｒは
回折光Ｌ４０、Ｌｒｌかそれぞれ集束したものである。

第６図より明らかなように、本実施例の投影型露光装置
においては、ピッチがλ／ＮＡより微細な０．７５Ｘλ
／ＮＡのパターン１２のＯ次回折光と＋１次または一１
次回折光を投影光学系１３を介してほぼ１００％ウェハ
ー１７上へ集光させることができ、従って、従来の投影
型露光装置の解像度の限界であったピッチ（λ／ＮＡ）
よりもさらに細いパターンの場合も、ピッチに応じた遮
光板を用いて、露光転写が可能である。

次に、本実施例の投影型露光装置における試料基板上の
パターン解像度を比較するための種々の参考例の投影型
露光装置を説明する。

［参考例］ 第７図、第８図は、参考例として掲げる特開平２−５０
４１７号の投影型露光装置における露光光の光路を説明
するためのものて、それぞれ光路の模式図と、投影光学
系の瞳面における光量分布の線図である。なお、本実施
例（第２図）による装置と同し作用、機能の部材には同
一の符号を付しである。

第７図において、照明光学系の瞳面には開口絞り（円形
の透光部を備えた遮光板、いわゆる空間フィルター）６
Ａが設けられ、マスク１１に対する露光光の入射角を制
限している。マスク１１のパターン１２で発生した、実
線で示されるＯ次回折光と、破線で示される±１次回折
光とは投影光学系１３に入射して別々の光路を進み、こ
こでは第８図に示すごとく瞳面１４において＋１次回折
光のスポット２０１と、０次回折光のスポット２０ｃと
、−１次回折光のスポット２Ｏｒとが形成される。

第９図、第１０図は、別の参考例として掲げる投影型露
光装置における露光光の光路を説明するためのもので、
それぞれ側面から見た光路の模式図と、投影光学系の瞳
面における光量分布の線図である。この参考例では、第
７図の開口絞り６Ａの替わりに円環状の透光部を設けた
遮光板６　Ｂ　ｈ）取付けられている。

第９図において、照明光学系の瞳面には円環状の透光部
を形成した遮光板６Ｂか設けられ、マスク１１に対して
露光光か斜めに（逆円錐状に）入射される。これにより
、少なくともパターン】２の格子を垂直に横切る面内て
は、本実施例の場合と同様に、実線で示される０次回折
光は破線で示される１次回折光並みに斜めに投影光学系
に入射し、反対側から来た別の１次回折光と一部重なっ
て進み、ウェハ１７にまで達して投影像を形成する。こ
のとき、投影光学系１３の瞳面１４にはトーナッツ状の
０次回折光のスポット２１ｃと、＋１次回折光のスポッ
ト２１１Ｌと、−１次回折光のスポット２１ｒとが形成
されるが、スポット２１ρ、２１ｒの大部分は投影光学
系１３の外側にはみ出している。

［本発明の実施例（続き）］ ＝＋１図〜第１４図は、本実施例におけるウェハ１７上
の投影像の格子パターンの強度分布を第７図と第９図の
場合と比較した線図である。この強度分布は、投影光学
系のＮＡを０５、露光光の波長λを０３６５μｍ、パタ
ーンのピッチはウェハ１７上換算て０．５μｍ（はぼ０
６８５×λ／ＮＡ）として計算により求めた。

第１１図は、本実施例の投影像の格子パターンの強度分
布の線図である。これは、明部と暗部の光量差を十分に
確保した分布となっている。

第１２図は、第７図の場合の投影像の格子パターンの強
度分布の線図である。ここでは開口絞り６Ａの孔は比較
的小さく、照明光学系の開口数と投影光学系の開口数と
の比、いわゆるＣ１　（ｔｉを０５としている。これは
、明部と暗部の光量差かほとんど無い平坦な分布である
。

第１３図は、第７図の場合の投影像の格子パターンの強
度分布の線図である。ここでは開口絞り６Ａの孔は比較
的大キ＜、照明光学系の開口数と投影光学系の開口数と
の比、いわゆる０を０９としている。これは、第１２図
よりも明部と暗部の光量差か有るか、やはり０次回折光
成分か強調された平坦な分布である。

第１４図は、第９図の場合の投影像の格子パターンの強
度分布の線図である。ここで、遮光板６Ｂの円環状の透
光部の内縁は０で０．７、外縁は０で０．９に相当して
いる。これは、第１２図よりも明部と暗部の光量差が有
るが、やはりＯ次回折光成分が強調された平坦な分布で
ある。

第１１図〜第１４図に明らかなように、第７図や第９図
の場合と比較して、本実施例では実質的な解像度が大幅
に向上している。

ところで、第９図の場合において、投影光学系１３の瞳
面１４に本実施例と同様な遮光板を配置すれば、第１０
図で網線て示される部分の０次および±１次の回折光を
選択透過させて、ウェハ１７上における本実施例と同様
な解像度を達成することも可能である。

従来においても、マスクパターンにおける回折光を積極
的に利用して投膨光学系の解像度を向上する技術として
、パターンの透過部のｌっおぎに露光光の位相を反転さ
せる話電体、いわゆる位相シフターを設ける技術か報告
されている。しかしながら複雑な半導体回路パターン上
に位相シフターを設けることは現実にはテ「シく、位相
シフタ付フォトマスクの検査方法も未たに確立されてい
ない。

本実施例における解像度向上の効果は、位相シフターに
匹敵するものでありなから、従来のフォトマスクかその
まま使用でき、従来のフォトマスク検査技術もそのまま
！襲することかてきる。

また、位相シフターを採用すると、焦点深度が増大する
効果も得られるか、本実施例においても第６図に示され
るとおり、瞳面１４てのスポット２２ｊ２．２２ｒは、
瞳の中心より等距離の位置にあり、従って、デフォーカ
スによる波面収差の影響を受けにくく、従）て、深い焦
点深度か得られる。

本実施例では、回路パターンとしてライン・アント・ス
ペースのみを取り上げたか、以上の効果はライン・アン
ド・スペース以外の一般的なパターンについても、それ
ぞれ適正な遮光板を組合せることにより、十分に達成さ
れる。ここで、回路パターンが１次元のライン・アンド
・スペースのときには遮光板上の透光部は２個であるか
、他の任意のパターンの場合は、パターンの空間周波数
に応して２０個の透光部を持つことになる。例えは２次
元の回折格子パターンでは、十字に配置した２個づつ、
計４個の透光部を遮光板に形成すれはよい。

本実施例では、また、ここまて、説明を簡略化するため
、遮光板の遮光部は露光光を全く透過させないものとし
てきたか、これを半透過性とする等して、従来同様の露
光を行いながら、特定の微細パターンについてのみ、そ
の投し像のコントラストを上昇させるようにしてもよい
。

本実施例では、特に照明光学系中の遮光板を中心に説明
を行ったか、投影光学系中の遮光板についても作用およ
び効果は基本的に同様なものと考えることかてぎる。つ
まり、照明光学系のほぼ瞳面もしくはその共役面と、投
影光学系のほぼ瞳面との少なくとも一方に上記条件を満
足する空間フィルターを配置すれは、本実施例と同社の
効果を得ることかてぎる。また、例えは、照明光学系の
瞳面に第３図に示したような空間フィルターを設けると
ともに、投影光学系の瞳面に円環状の透、先部を備えた
空間フィルターを配置してもかまわない。なお、この場
合、後者の空間フィルターにおいては、マスクパターン
からのＯ次回折光と＋１次（または−１次）回折光とが
ともに透過するように、円環状の透光部を配Ｉすること
か必要であることは言うまでもない。また、両方の空間
フィルターを併用することにより、投影光学系またはウ
ェハーによる乱反射光をカットし、迷光を防止する効果
もある。

また、本実施例ては、空間フィルター（遮光板６．１５
）をマスクパターンに応してｍ械的に交換することとし
たか、例えは液晶表示素子やＥＣ（エレクトロクロミッ
ク）素子等を用いたフィルターを採用してもよく、この
場合には交換機構かコンパクトになるとともに、透光部
の大きさ、形状、位置の調整等が簡単に、しかも高速に
行うことか可能になるといった利点がある。

［発明の効果］ 本発明の請求項第１項の投影型露光装置においては、遮
光板により、好ましい入射角の露光光かマスクの微細パ
ターンで発生する一回折光のうちの好ましい次数のもの
を選択的に試料基板に到達させて結像させるから、従来
解像不能とされた微細なパターンても、露光光や投影光
学系の変更なしに、試料基板上の結像パターンにおける
レジスト層の感光に十分な明暗の光量差と十分に深い焦
点深度とを確保てきる。

本発明の請求項第２項の投影型露光装置においては、マ
スクの微細パターンに応じた遮光板を選択して、その角
度と中心位置とを適正に調整することにより、試料基板
上の結像パターンにおけるより大きな明暗の光量差とよ
り深い焦点深度とが達成される。

本発明の請求項第３項の投影型露光装置においては、調
整機構により、遮光板の透光部の位置または間隔を変化
させて、マスクと遮光板の最適な位置関係を得ることか
可能で、また、別のパタンを有するマスクに対しても同
一の遮光板を併用てきる。

本発明の請求項第４項の投影型露光装置においては、電
気光学素子により１、遮光板の任意の位置を透明、不透
明に自由に調整てぎるから、マスクと遮光板の最適な位
置関係を得ることか可能であり、別のパターンを有する
マスクに対しても同の遮光板を併用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の投影型露光装置の構成を示す斜視図
である。 第２図は、実施例の投影型露光装置の光路を示す模式図
である。 第３図は、実施例の投影型露光装置の照明光学系に配置
される遮光板の平面図である。 第４図は、実施例の投影型露光装置のマスクのパターン
平面図である。 第５図は、実施例の投影型露光装置の投影光学系に配置
される遮光板の平面図である。 第６図は、実施例の投影型露光装置の投影光学系の瞳面
における回折光の強度分布を示す線図である。 第７図は、参考例の投影型露光装置の光路を示す模式図
である。 第８図は、参考例の投影型露光装置の投影光学系の瞳面
における回折光の強度分布を示す線図である。 第９図は、別の参考例の投影型露光装置の光路を示す模
式図である。 第１０図は、別の参考例の投影型露光装置の投影光学系
の瞳面における回折光の強度分布を示す線図である。 第１１図は、本実施例における投影像の格子パターンの
光１分布を示す線区である。 第１２図は、参考例（ｏ＝０．５とした）における投影
像の格子パターンの光量分布を示す線図である。 第１３図は、参考例（ｏ＝０．９とした）における投影
像の格子パターンの光量分布を示す線図である。 第１４図は、別の参考例における投影像の格子パターン
の光量分布を示す線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・水銀ランプ　　　　２・・・楕円面鏡３・・・
コールドミラー　　４・・・集光光学素子５・・・イン
テグレータ素子 ６・・・遮光板　　　　　　７・・・駆動機構８・・・
リレーレンズ　　　９・・・ミラ１０・・・コンデンサ
ーレンズ １１・・・マスク　　　　　１２・・・パターン１３・
・・投影光学系　　　１４・・・瞳面１５・・・遮光板
　　　　　１６・・・駆動機構１７・・・ウェハ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）微細パターンが形成されたマスクを照明するため
   の照明光学系と、該微細パターンを試料基板上に投影す
   るための投影光学系とを有する投影型露光装置において
   、 前記微細パターンのフーリエ変換パターンに基いて定め
   た透光部を有する遮光板を、前記照明光学系のほぼ瞳面
   、該瞳面のほぼ共役面、前記投影光学系のほぼ瞳面のう
   ち、少なくとも１個所に設けたことを特徴とする投影型
   露光装置。
2. （２）前記遮光板は、前記微細パターンの方向に応じた
   角度位置と、前記微細パターンの微細度および露光光の
   波長に応じた間隔とを持たせた一対の透光部、を１組以
   上有することを特徴とする請求項第１項の投影型露光装
   置。
3. （３）前記遮光板の透光部の位置および間隔の少なくと
   も一方を変化させる調整機構を備えたことを特徴とする
   請求項第２項、第３項いずれかの投影型露光装置。
4. （４）前記調整機構は、前記遮光板の任意の位置を透明
   、不透明に自由に調整できる電気光学素子からなること
   を特徴とする請求項第４項の投影型露光装置。