JPH04225358A - 投影露光装置及び方法、並びに素子製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の回路パター
ン又は液晶表示素子のパターン等の転写に使用される投
影型露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体等の回路パターン形成には、一般
にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要である。 レチクル（マスク）上のパターンをウェハ等の試料基板
上に転写する方法が採用されている。試料基板上には感
光性のフォトレジストが塗布されており、照射影像、即
ちレチクルパターンの透過部形状に応じて、フォトレジ
ストに回路パターンが転写される。そして、投影型露光
装置では、レチクル上に描画された転写すべき回路パタ
ーンが、投影光学系を介して試料基板（ウェハ）上に投
影、結像される。

【０００３】図５は、上述の従来の投影光学系を示し、
照明光束Ｌ５０は、レチクルパターン１４のフーリエ変
換相当面もしくはその共役面に設けられたほぼ円形の開
口絞り９ａにより照明光学系もしくは投影光学系１５の
光軸ＡＸを中心とする円形領域内を通る光束Ｌ５１とな
ってコンデンサーレンズ１２を介してレチクルパターン
１４を照射する。こうしてレチクル１３のレチクルパタ
ーン１４を通過した照明光は、投影光学系１５を介して
ウェハ１７のレジスト層に結像される。ここで、光束を
表す実線は１点から出た光の主光線を表している。

【０００４】このとき照明光学系の開口数と投影光学系
１５のレチクル側開口数の比、所謂σ値は開口絞り（例
えば開口絞り９ａの開口径）により決定され、その値は
０．３〜０．６程度が一般的である。照明光Ｌ５１はレ
チクル１３にパターニングされたレチクルパターン１４
により回折され、レチクルパターン１４からは０次回折
光Ｄ０　，＋１次回折光ＤＰ　，−１次回折光Ｄｍ　が
発生する。夫々の回折光（Ｄ０　，ＤＰ　，Ｄｍ　）は
投影光学系１５により集光されウェハ（試料基板）１７
上に干渉縞を発生させる。この干渉縞がレチクルパター
ン１４の像である。

【０００５】このとき０次回折光Ｄ０　と±１次回折光
ＤＰ　，Ｄｍ　のなす角θ（レチクル側）はｓｉｎθ＝
λ／Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パターンピッチ）により決
まる。 パターンピッチが微細化するとｓｉｎθが大きくなり、
ｓｉｎθが投影光学系１５のレチクル側開口数（ＮＡＲ
　）より大きくなると±１次回折光ＤＰ　，Ｄｍ　は投
影光学系１５の瞳面１６を透過できなくなる。

【０００６】このときウェハ１７上には０次回折光Ｄ０
　のみしか到達せず干渉縞は生じない。つまりｓｉｎθ
＞ＮＡＲ　となる場合にはパターン１４の像は得られず
、パターン１４をウェハ１７上に転写することができな
くなってしまう。以上のことから、今までの露光装置に
おいては、ｓｉｎθ＝λ／Ｐ≒ＮＡＲ　となるピッチＰ
は次式で与えられていた。 Ｐ≒λ／ＮＡＲ　　　（１） 最小パターンサイズはピッチＰの半分であるから、最小
パターンサイズは、０．５×λ／ＮＡＲ　程度となるが
、実際のフォトリソグラフィーにおいてはウェハの湾曲
、プロセスによるウェハの段差等の影響、又はフォトレ
ジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点深度が必要
となる。このため、実用的な最小解像パターンサイズは
、ｋ×λ／ＮＡとして表される。ここでｋはプロセス定
数と呼ばれ０．６〜０．８程度となる。レチクル側開口
数ＮＡＲ　とウェハ側開口数ＮＡＷ　との比は、投影光
学系の結像倍率と同じであるので、結像倍率を１／５と
した時のレチクル上における最小解像パターンサイズは
ｋ×λ／ＮＡＲ　、ウェハ上における最小解像パターン
サイズはｋ×λ／ＮＡＷ　＝ｋ×λ／５ＮＡＲ　となる
。

【０００７】従って、より微細なパターンを転写するた
めには、より短い波長の露光光源を使用するか、或いは
より開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択する
必要があった。もちろん、波長と開口数の両方を最適化
する努力も考えられる。また、レチクルの回路パターン
の透過部分のうち、特定の部分からの透過光の位相を他
の透過部分からの透過光の位相よりπだけずらす、所謂
位相シフトレチクルが特公昭６２−５０８１１号公報等
で提案されている。この位相シフトレチクルを使用する
と従来よりも、より微細なパターンの転写が可能となる
。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
露光装置においては、照明光源を現在より短波長化する
ことは、透過光学部材として使用可能な適当な光学材料
が存在しない等の理由により困難であった。短波長の光
の透過率が高い石英をレチクルブランクとして使用した
としても、波長２００ｎｍ以下では、透過率が低下して
くる。

【０００９】また投影光学系の開口数は、現状でも既に
理論的限界に近く、これ以上の大開口化はほぼ望めない
状態であった。また、もし現状以上の大開口化が可能で
あるとしても、±λ／２ＮＡ２　で表される焦点深度は
開口数の増加に伴って急激に減少し、実使用に必要な焦
点深度がますます少なくなるという問題が顕著になって
くる。

【００１０】一方、位相シフトレチクルについては、そ
の製造工程が複雑であり、従ってコストも高く、また検
査及び修正方法も未だ確立されていないなど多くの問題
が残されており、昨今の早急な微細化要求に確実に対応
できるか不安視されている。本発明は上記問題点に鑑み
てなされたもので、通常のレチクルを使用して高解像度
、且つ大焦点深度が得られる投影型露光装置の実現を目
的とする。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】従来の投影露光装置では、
レチクルに対する入射光の入射角及び方向の範囲は、垂
直（光軸方向）を中心とする円形の方向内に限定されて
いた。これに対して、本発明の投影型露光装置では、第
４図に示す如く、照明光は光束分割部材７へ入射部７ｉ
から入射し、複数の光束に分割され、射出部７ａ，７ｂ
より射出される（Ｌ４０ａ，Ｌ４０ｂ）。このとき、射
出部７ａ，７ｂはそれぞれレチクルパターン１４のフー
リエ変換面（瞳面）９近傍に配置されており、フーリエ
変換面内において射出部７ａ，７ｂの位置を照明光学系
もしくは投影光学系の光軸ＡＸと垂直な方向に移動させ
ることにより、フーリエ変換面内での光量分布をほぼ任
意に制御可能である。また、フーリエ変換面における面
内方向での光軸ＡＸを中心とした各光量分布の夫々の重
心位置は、レチクル１３に入射する光束の入射角度や方
向を決定するので、本発明における投影型露光装置にお
いては、レチクル１３に入射する照明光束の入射角度ψ
、入射方向をほぼ任意に制御することが可能である。

【００１２】

【作　　用】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン１４は、一般に周期的なパターンを多く含んでい
る。従って、射出部７ａ，７ｂから射出され、コンデン
サーレンズ１２を介した照明光Ｌ４１ａ，Ｌ４１ｂが照
射されたレチクルパターン１４からは、０次回折光成分
Ｄ０　及び±１次回折光成分ＤＰ　，Ｄｍ　、及びさら
に高次の回折光成分がパターンの微細度に応じた方向に
発生する。ここでも、光束を表す実線は１点からでた光
の主光線を表している。まず照明光束Ｌ４１ｂによる回
折光について説明する。

【００１３】図４のごとく照明光束Ｌ４１ｂ（主光線）
が光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いた角度でレチクルに
入射するから、発生した各次数の回折光成分も垂直に照
明された場合に比べ、傾き（角度ずれ）をもってレチク
ルパターン１４より発生する。照明光Ｌ４１ｂはレチク
ルパターン１４により回折され光軸ＡＸに対してψだけ
傾いた方向に進む０次回折光成分Ｄ０　，　０次回折光
成分Ｄ０　に対してθＰ　だけ傾いた方向に進む＋１次
回折光成分ＤＰ　，及び０次回折光成分Ｄ０　に対して
θｍ　だけ傾いて進む−１次回折光成分Ｄｍ　を発生す
る。ここで、照明光Ｌ４１ｂは両側テレセントリックな
投影光学系１５の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いてレ
チクルパターン１４に入射するので、０次回折光成分Ｄ
０　もまた投影光学系の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾
いた方向に進行する。

【００１４】従って、＋１次光回折光成分ＤＰ　は光軸
ＡＸに対してθＰ　＋ψの方向に進行し、−１次回折光
成分Ｄｍ　は光軸ＡＸに対してθｍ　−ψの方向に進行
する。このとき回折角θＰ　，θｍ　は夫々、 ｓｉｎ（θＰ　＋ψ）−ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　（２）ｓ
ｉｎ（θｍ　−ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　（３）であ
る。

【００１５】ここでは、＋１次回折光成分ＤＰ　，−１
次回折光成分Ｄｍ　の両方が投影光学系１５の瞳面１６
を通過しているものとする。レチクルパターン１４の微
細化に伴って回折角が増大すると先ず、角度θＰ　＋ψ
の方向に進行する＋１次回折光成分ＤＰ　が投影光学系
１５の瞳面１６を透過できなくなる。すなわちｓｉｎ（
θＰ　＋ψ）＞ＮＡＲ　の関係になってくる。しかし照
明光Ｌ４１ｂが光軸ＡＸに対して傾いて入射しているた
め、このときの回折角でも−１次回折光Ｄｍ　は、投影
光学系１５を通過可能となる。すなわちｓｉｎ（θｍ　
−ψ）＜ＮＡＲ　の関係になる。

【００１６】従って、ウェハ１７上には０次回折光成分
Ｄ０　と−１次回折光成分Ｄｍ　の２光束による干渉縞
が生じる。この干渉縞はレチクルパターン１７の像であ
り、レチクルパターン１４が１：１のラインアンドスペ
ースのとき、約９０％のコントラストとなって、ウェハ
１７上に塗布されたレジストにレチクルパターン１４の
像をパターニングすることが可能となる。

【００１７】このときの解像限界は、 ｓｉｎ（θｍ　−ψ）＝ＮＡＲ　　　　　（４）となる
ときであり、従って、ＮＡＲ　＋ｓｉｎψ＝λ／ＰＰ＝
λ／（ＮＡＲ　＋ｓｉｎψ）　　（５）が転写可能な最
小パターンのレチクル側でのピッチである。

【００１８】一例として今ｓｉｎψを０．５×ＮＡＲ　
程度に定めるとすれば、転写可能なレチクル上の最小ピ
ッチは、 Ｐ＝λ／（ＮＡＲ　＋０．５×ＮＡＲ　）＝２λ／３Ｎ
ＡＲ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）と
なる。

【００１９】一方、図５に示す照明光の瞳面１６上での
光量分布が投影光学系１６の光軸ＡＸを中心とする円形
領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は（１）
式に示したようにＰ≒λ／ＮＡＲ　であった。従って、
従来の露光装置より高い解像度が実現できることがわか
る。次に、レチクルパターン１４に対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウェハ上に結像パターン形成方法
によって、焦点深度も大きくなる理由について説明する
。

【００２０】図４のようにウェハ１７が投影光学系１５
の焦点位置に一致している場合には、レチクルパターン
１４中の１点を出てウェハ上の１点に達する各回折光は
、投影光学系１５のどの部分を通るものであっても全て
等しい光路長を有する。このため従来のように０次回折
光成分が投影光学系１５の瞳面１６のほぼ中心（光軸近
傍）を貫通する場合でも、０次回折光成分とその他の回
折光成分とで光路長は相等しく、相互の波面収差も零で
ある。しかし、ウェハ１７が投影光学系１５の焦点位置
に一致していないデフォーカス状態の場合、斜めに入射
する高次の回折光の光路長は光軸近傍を通る０次回折光
に対して焦点前方（投影光学系１５から遠ざかる方）で
は短く、焦点後方（投影光学系１５に近づく方）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ボケを生じることとなる。

【００２１】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
ェハ１７の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光がウ
ェハ１７に入射するときの入射角θｗ　の正弦をｒ（ｒ
＝ｓｉｎθｗ　）とすると、ΔＦｒ２　／２で与えられ
る量である（このときｒは各回折光の瞳面１６での光軸
ＡＸからの距離を表す。）。従来の図５に示した投影型
露光装置では、０次回折光成分Ｄ０　は光軸ＡＸの近傍
を通るので、ｒ（０次）＝０となり、一方、±１次回折
光成分ＤＰ　，Ｄｍ　は、ｒ（１次）＝Ｍλ／Ｐとなる
（Ｍは投影光学系の倍率）。従って、０次回折光成分Ｄ
０　と±１次回折光成分ＤＰ　，Ｄｍ　のデフォーカス
による波面収差は、ΔＦ・Ｍ２　（λ／Ｐ）２　／２と
なる。

【００２２】一方、本発明における投影型露光装置では
、図４に示すように０次回折光成分Ｄ０　は、光軸ＡＸ
から角度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面１９に
おける０次回折光成分Ｄ０　の光軸ＡＸからの距離は、
ｒ（０次）＝Ｍｓｉｎψである。一方、−１次回折光成
分Ｄｍ　の瞳面１６における光軸ＡＸからの距離は、ｒ
（−１次）＝Ｍｓｉｎ（θｍ　−ψ）となる。このとき
、ｓｉｎψ＝ｓｉｎ（θｍ　−ψ）となれば、０次回折
光成分Ｄ０　と−１次回折光成分Ｄｍ　のデフォーカス
による相対的な波面収差は零となり、ウェハ１７が焦点
位置より光軸方向に若干ずれてもパターン１４の像ボケ
は従来程大きく生じないことになる。即ち、焦点深度が
増大することになる。

【００２３】また、（３）式のようにｓｉｎ（θｍ　−
ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐであるから、照明光束Ｌ４１ｂ
のレチクル１３への入射角ψをピッチＰのパターンに対
して、ｓｉｎψ＝λ／２Ｐの関係にすれば、焦点深度を
極めて増大させることが可能である。照明光Ｌ４１ａに
ついても同様に考えて、＋１次光ＤＰ１は光軸ＡＸに対
してθＰ１−ψの方向に進行し、−１次回折光Ｄｍ１　
は光軸ＡＸに対してθｍ１＋ψの方向に進行する。Ｄ０
１は０次回折光を表している。

【００２４】このときθＰ１，　θｍ１はそれぞれｓｉ
ｎ（θｍ１＋ψ）−ｓｉｎ　ψ＝λ／Ｐ　　（７）ｓｉ
ｎ（θＰ１−ψ）＋ｓｉｎ　ψ＝λ／Ｐ　　（８）であ
り、解像限界はｓｉｎ（θＰ１−ψ）＝ＮＡＲ　のとき
である。従って、照明光Ｌ４１ｂの場合と同様に（５）
式に示すパターンピッチが転写可能なパターンの最小ピ
ッチとなる。照明光Ｌ４１ａとＬ４１ｂとを同じ入射角
で光軸に対して対称にレチクル１３に入射させることに
より投影光学系の光軸に対して光量重心が偏らないよう
にすることが可能である。このため、ウェハー１７のデ
フォーカスに伴う位置ずれ（いわゆるテレセンずれ）を
防止することができる。

【００２５】以上本発明によれば、解像度向上の効果は
位相シフトレチクルに匹敵するものがありながら、従来
のレチクルがそのまま使用でき、従来のレチクル検査技
術もそのまま踏襲することができる。更に位相シフトレ
チクルを使用すると、焦点深度が増大する効果が得られ
るが、本発明においても、デフォーカスによる波面収差
の影響を受けにくく、従って深い焦点深度が得られる。

【００２６】

【実施例】本発明の第１の実施例について図面を参照に
して説明する。図１は本発明の実施例に好適な投影型露
光装置（ステッパー）の全体構成の概略を示す平面図で
ある。水銀ランプ等の輝線ランプよりなる光源１より射
出された照明光は、楕円鏡２の第２焦点ｆ０　に集光し
た後、ミラー３により反射され、リレーレンズ系４を透
過して、フライアイレンズ５に入射する。

【００２７】フライアイレンズ５を射出した照明光は、
リレーレンズ６により光束分割部材７の入射部７ｉに所
定の開口数（ＮＡ）に調整されて入射する。入射部７ｉ
より光分割部材７に入射した照明光束は複数の光束に分
割され、レチクルパターン１４のフーリエ変換相当面（
照明光学系の瞳面）９近傍に光軸ＡＸから偏心した位置
に配置された複数の射出部７ａ、７ｂより射出される。 射出部７ａ、７ｂより射出された照明光Ｌ４１ｃ、Ｌ４
１ｄは、コンデンサーレンズ１０、１２、ミラー１１を
介してレチクル１３を照明する。ここで、フーリエ変換
相当面９近傍には、射出部７ａ，７ｂから射出される光
束（２次光源像からの光束）のみが形成され、レチクル
パターン１４を照明する照明光は特定の入射角（複数）
を持つものに制限される。また、光束分割部材７として
は、光ファイバー束等の光導波部材等を使用するものと
する。また、射出部７ａ、７ｂの射出面に、拡散板等の
光散乱部材や、開口を制限する開口絞りを設けても良い
。

【００２８】こうして照明されたレチクル１３上のレチ
クルパターン１４を透過回折した回折光は、投影光学系
１５により集光結像され、ウェハー１７上に、レチクル
パターン１４の像を形成する。レチクル１３、及びレチ
クルパターン１４に入射する照明光Ｌ４１ｃ，Ｌ４１ｄ
の入射角は、光軸に垂直な面内での射出部７ａ、７ｂの
光軸ＡＸからの位置により決定される。このため、上記
面内での射出部７ａ，７ｂの位置を調整するための可動
部材８ａ、８ｂにより、射出部７ａ、７ｂはそれぞれ独
立に移動可能である。ところで、図１には装置を統括制
御する主制御系５０と、レチクル１３が投影光学系１５
の直上に搬送される途中でレチクルパターン１４の脇に
形成された名称を表すバーコードＢＣを読み取るバーコ
ードリーダ５２と、オペレータからのコマンドやデータ
を入力するキーボード５４と、ファイバーの射出端７ａ
，７ｂを動かす可動部材８ａ，８ｂの駆動系（モータ，
ギャトレン等）５６が設けられている。主制御系５０内
には、このステッパーで扱うべき複数枚のレチクルの名
称と、各名称に対応したステッパーの動作パラメータと
が予め登録されている。そして、主制御系５０はバーコ
ードリーダ５２がレチクルバーコードＢＣを読み取ると
、その名称に対応した動作パラメータの１つとして、予
め登録されているファイバーの射出端７ａ，７ｂの移動
位置（瞳共役面内の位置）の情報を、駆動系５６に出力
する。これによって各ファイバーの射出端７ａ，７ｂは
図４で説明したように位置調整される。以上の動作は、
キーボード５４からオペレータがコマンドとデータを主
制御系５０へ直接入力することによっても実行できる。

【００２９】次にファイバー射出端を可動する可動部の
実施例を図２及び図３を用いて説明する。図２は図１同
様光軸に垂直な方向から見た断面図であり、図３は光軸
方向から見た平面図を表わす。ここでは、瞳面上に任意
の光量分布を作成する手段として４個のファイバー射出
端７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを使用するものとし、夫々の
ファイバー射出端を光軸ＡＸから偏心した離散的な位置
であり、かつ、光軸ＡＸからほぼ等距離に配置する。さ
て、図２、図３において、ファイバー射出端７ａ，７ｂ
，７ｃ，７ｄは支持棒８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ
を介して可動部材８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに含まれるモ
ータ及びギア等の駆動素子により光軸に垂直な方向に伸
縮可能となっている。また、可動部材８ａ，８ｂ，８ｃ
，８ｄ自体も固定ガイド８ｅに沿って光軸を中心とした
円周方向に可動であり、従って個々のファイバー射出端
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは光軸ＡＸと垂直な面内方向に
、それぞれ独立に可動となっている。

【００３０】つまり、任意の位置（ただし互いに重なら
ない位置）に、独立に移動することが可能である。図２
、及び図３に示したファイバー射出端７ａ，７ｂ，７ｃ
，７ｄの各位置（光軸ＡＸと垂直な面内での位置）は、
転写すべきレチクルパターンに応じて決定（変更）され
るのが良い。この場合の位置決定方法は作用の項で述べ
たとおり、各ファイバー射出端７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ
からの照明光束が転写すべきパターンの微細度（ピッチ
）に対して最適な解像度、及び焦点深度の向上の効果を
得られるようにレチクルパターンに入射する位置（入射
角ψ）とすればよい。

【００３１】次に射出部の位置決定の具体例を、図６、
図７、図８（Ａ）、（Ｂ）、図９、図１０（Ａ）、（Ｂ
）を用いて説明する。図６は射出部７ａ、７ｂの射出面
からレチクルパターン１４までの部分を模式的に表わす
図であり、射出面がレチクルパターン１４のフーリエ変
換面９と一致している。またこのとき両者をフーリエ変
換の関係とならしめるレンズ、またはレンズ群を、一枚
のレンズ１２として表わしてある。さらに、レンズ１２
の射出面側主点から射出面までの距離と、レンズ１２の
レチクル側主点からレチクルパターン１４までの距離は
共にｆであるとする。図７、図９はともに、レチクルパ
ターン１４中に形成される一部分のパターンの例を示す
図であり、図８（Ａ）、（Ｂ）、図１０（Ａ）、（Ｂ）
は、レチクルパターン１４に対するフーリエ変換面９を
光軸ＡＸ方向から見た図であり、破線円９ａは前述と同
様に、投影光学系１５の瞳１６の大きさに相当する。

【００３２】次にレチクルパターン１４に対する射出部
の配置（射出面近傍に形成される２次光源像の中心の配
置）について説明する。図７は、所謂１次元ラインアン
ドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等しい
幅でＹ方向に並び、それらがＸ方向にピッチＰで規則的
に並んでいるパターン１４ａを示している。図８（Ａ）
、（Ｂ）の面９ａ内の座標系Ｘ，Ｙは図７と同一にして
ある。このときのレチクルパターン１４ａに対する射出
部７ａの中心位置（射出部７ａ近傍に形成される２次光
源像の作る光量分布の重心位置）は、図８（Ａ）に示し
たフーリエ変換面９ａ内に仮定したＹ方向の線分Ｌａ上
又は線分Ｌｂ上の任意の位置に設定される。線分Ｌａ、
Ｌｂと光軸ＡＸからのＸ方向（ピッチ方向）の距離αは
、レチクルパターン１４ａのピッチＰ等により決定され
、ピッチや線幅が細かれば、距離αを大きくとり、ピッ
チや線幅が大きければ、間隔αは小さくすると良い。距
離αは、λを露光波長としたとき、α＝ｆ・（１／２）
・（λ／Ｐ）に等しい。この距離αをｆ・ｓｉｎψと表
わせれば、ｓｉｎψ＝λ／２Ｐであり、これは作用の項
で述べた数値と一致している。

【００３３】射出部７ｂについても同様であり、Ｘ方向
の線分Ｌａ上、又は線分Ｌｂ上の任意の位置に設定され
る。また、照明光量の重心を光軸と一致させる為、射出
部７ａ、７ｂを光軸ＡＸを挟んで対称に配置するのが望
ましい。図８（Ａ）は、光軸ＡＸを含むＸ方向の線分Ｌ
ｃと線分Ｌａ、Ｌｂとの交点上に射出部７ａ、７ｂを配
置した例を示している。　　図８（Ｂ）は、線分Ｌａ、
Ｌｂ上に配置される射出部（７ａ、７ｃ）、（７ｂ、７
ｄ）の夫々の中心（射出面近傍に形成される夫々の２次
光源像の作る光量分布の夫々の重心）を光軸ＡＸを含む
Ｘ方向の線分Ｌｃとの交点上以外に設けた例を示してい
る。射出部（７ａと７ｃ）、射出部（７ｂと７ｄ）の中
心と光軸ＡＸからのピッチ方向の距離αは前述と同様の
条件で定められる。この場合も、照明光量の重心を光軸
と一致させる為、射出部（７ａ、７ｃ）、（７ｂ、７ｄ
）の夫々の中心を光軸ＡＸを挟んで対称に配置するのが
望ましい。

【００３４】Ｙ軸方向にピッチ方向を持つパターン１４
についても同様にして、射出部７ａ、７ｂの配置は図８
（Ａ）、（Ｂ）の関係を９０°回転した位置関係で定め
られる。次に図９は、レチクルパターン１４がいわゆる
孤立スペースパターン１４ｂである場合であり、かつ、
パターンのＸ方向（横方向）ピッチがＰｘ、Ｙ方向（縦
方向）ピッチがＰｙとなっている。図１０（Ａ）、（Ｂ
）は射出部の位置関係を表す図であり、図９との位置、
回転関係は図８（Ａ）、（Ｂ）の関係と同じである。ま
た線分Ｌｄ、ＬｅとのＹ方向の距離をβとしている。図
１０（Ａ）は、光軸ＡＸを含むＸ方向の線分Ｌｃと線分
Ｌａ、Ｌｂとの交点上に射出部７ｂ、７ｄの夫々の中心
を配置し、光軸ＡＸを含むＹ方向の線分Ｌｄと線分Ｌｅ
、Ｌｆとの交点上に射出部７ａ、７ｃの夫々の中心を配
置した例を示している。Ｘ方向の線分（Ｌａ、Ｌｂ）上
、Ｙ方向の線分（Ｌｅ、Ｌｆ）上での射出部の配置は図
８（Ａ）の場合と同様に定めら、距離αはＸ方向のピッ
チＰｘにより定まり、距離βはＹ方向のピッチＰｙによ
り定まる。尚、各射出部は線分Ｌｃ、Ｌｄ上に配置され
なくともよい。また距離αと距離βは必ずしも一致する
必要はない。ただしこのとき、同図中に示した距離α，
βはα＝ｆ・λ／２Ｐｘ，β＝ｆ・λ／２Ｐｙの関係を
満たしている。

【００３５】ここで、図９に示すようなパターンに対す
る複数の射出部の中心の最適位置は、図１０（Ｂ）に示
すようにフーリエ変換面９ａ中の点Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、
Ｌεの４点である。また、２次元に方向性を持つパター
ンは、図９に示したパターン１４ｂのみでなく、１方向
のラインアンドスペースと、それに交差する方向のライ
ンアンドスペースを別々に含むレチクルパターンであっ
てもよい。

【００３６】また、図１０（Ｂ）に示された射出部７ａ
、７ｂ、７ｃ、７ｄの配置は、図６に示す様な１次元の
方向性を持つパターンに対して行なわれてもよい。以上
、図８、図１０に示した各位置に配置した射出部に対応
する照明光束がレチクルパターン１４に入射すると、０
次光回折光成分Ｄ０　と、＋１次回折光成分ＤＰ　また
は−１次回折光成分Ｄｍ　のいずれか一方とが、投影光
学系１５内の瞳面１６では光軸ＡＸから等距離となる光
路を通る。従って作用の項で述べたとおり、高解像及び
大焦点深度の投影型露光装置が実現できる。以上、レチ
クルパターン１４として図７、図９に示した２例のみを
考えたが、他のパターンであってもその周期性（微細度
）に着目し、そのパターンからの＋１次回折光成分また
は−１次回折光成分のいずれか一方と０次回折光成分と
の２光束が、投影光学系内の瞳面１６では光軸ＡＸから
ほぼ等距離になる光路を通る様な位置に射出部を設定す
ればよい。また図７、図９のパターン例は、ライン部と
スペース部の比（デューティ比）が１：１のパターンで
あった為、発生する回折光中では±１次回折光が強くな
る。 このため、±１次回折光のうちの一方と０次回折光との
位置関係に着目したが、パターンがデューティ比１：１
から異なる場合等では他の回折光、例えば±２次回折光
のうちの一方と０次回折光との位置関係が、投影光学系
瞳面１６において光軸ＡＸからほぼ等距離となるように
してもよい。

【００３７】また、レチクルパターン１４が２次元の周
期性パターンを含む場合、図１０（Ｂ）に示すように、
特定の１つの０次回折光成分に着目したとき、投影光学
系の瞳面１６上ではその１つの０次回折光成分を中心と
してＸ方向（第１方向）に分布する１次以上の高次回折
光成分と、Ｙ方向（第２方向）に分布する１次以上の高
次回折光成分とが存在し得る。そこで、特定の１つの０
次回折光成分に対して２次元のパターンの結像を良好に
行うものとすると、第１方向に分布する高次回折光成分
の１つと、第２方向に分布する高次回折光成分の１つと
、特定の０次回折光成分との３つが、瞳面１６上で光軸
ＡＸからほぼ等距離に分布するように、特定の０次回折
光成分の位置を調節すればよい。図１０（Ｂ）に示すよ
うな４つの射出部は各々この関係を満たしており、また
４つの光束による照明光がレチクルパターン１４に入射
することにより発生する＋１次または−１次のどちらか
一方の１次回折光と０次回折光の組み合わせは全てウェ
ハ１７に達するのでコントラストがほぼ９０％の像が形
成される。

【００３８】レチクル上のパターンが複数の方向性又は
微細度を有している場合、射出部（２次光源像）の最適
位置は、上述の様にパターンの各方向性及び微細度に対
応したものとなるが、或いは各最適位置の平均位置に射
出部を配置してもよい。また、この平均位置は、パター
ンの微細度や重要度に応じた重みを加味した荷重平均と
してもよい。

【００３９】複数の射出部は、４個に限るものではなく
、レチクルパターン１４に応じて任意に定められ、たと
えば３個でも構わない。また、１つの射出部により形成
される１つの２次光源像の中心を光軸ＡＸからレチクル
パターン１４に応じた量だけ偏心した位置に設け、２次
光源像を時間によって変更するようにしてもよい。また
、各射出部を射出した光束は、それぞれレチクルに対し
て傾いて入射する。このときこれらの傾いた入射光束（
複数）の光量重心の方向がレチクルに対して垂直でない
と、ウェハ１７の微小デフォーカス時に、転写像の位置
がウェハ面内方向にシフトするという問題が発生する。 これを防止する為に、各射出部からの照明光束（複数）
の光量重心の方向は、レチクルパターンと垂直、すなわ
ち光軸ＡＸと平行である様にする。

【００４０】つまり、各射出部の射出面近傍に形成され
る２次光源像の作る光量分布の各重心の投影光学系１５
の光軸ＡＸからフーリエ変換面内での位置ベクトルと、
各射出部から射出される光量との積のベクトル和が零に
なる様にすればよい。また、より簡単な方法としては、
射出部を２ｍ個（ｍは自然数）とし、そのうちのｍ個の
位置を前述の条件（図４）により決定し、残るｍ個は前
記ｍ個と光軸ＡＸについて対称となる位置に配置すれば
よい。

【００４１】また必要によっては射出部のうち、特定の
ものからの照明光がレチクル１３に照射されないように
しても良い。例えば図３中の破線円９ａを投影光学系１
５の瞳１６の大きさに相当する円とすると、この破線円
９ａの外側となる部分に、照明系の瞳面９（図１）で遮
光部材を設け、不必要な射出部を、この遮光部へ（図３
の破線円９ａの外側へ）退避させるようにすれば、所望
の個数の射出部を得ることが可能となる。

【００４２】また、各射出部の開口部の径は、いわゆる
σ値（照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の比）
が、１光束あたり０．１〜０．３程度となるようにする
と良い。　　σ値が０．１以下であると像の忠実度が低
下し、０．３以上であると焦点深度の増大効果が少なく
なる。次に本発明の第２の実施例について図１２を参照
にして説明する。図１２は光束分割手段としてビームス
プリッターを用いた例を示すものである。第１図のフラ
イアイレンズ５より光源側及びフーリエ変換面９よりウ
ェハ側は本実施例においても同様であるものとする。図
１２に示すようにリレーレンズ系６ａで平行光束となっ
た照明光は、照明光学系中に設けられたビームスプリッ
タ２０１でＬＡ１，ＬＡ２の２光束に分割される。光束
ＬＡ１，ＬＡ２はレンズ系２０２，２０３とプレーンパ
ラレル２０４，２０５を介してレチクルパターン１４の
フーリエ変換面９上にある大きさ（太さ）を持ったスポ
ット光として分布する。レンズ系２０２，２０３適切に
選択してやることによりフーリエ変換面９上の照明光量
分布の大きさを任意に設定することが可能となる。又、
プレーンパラレル２０４，２０５は駆動系２０６，２０
７により微動（傾き）可能となっており、フーリエ変換
面９上に分布するスポット光の分布位置を微調整可能と
することが可能となる。これは、レチクルパターンに入
射する光束の角度をこのレチクルパターンに合わせて微
調整可能であることを意味する。駆動系２０６，２０７
はモータ及びギア等、又はピエゾ素子等により構成され
るものとする。本実施例では光束分割の数は２つとした
がこれに限るものではなく、レチクルパターンに合わせ
て設ければ良い。又この駆動系２０６，２０７の制御は
主制御系５０により行われるものとする。

【００４３】以上いずれの実施例においてもレチクルの
パターンのフーリエ変換面近傍に光量分布を作成するも
のであり、光束分割手段（光ファイバー、ビームスプリ
ッタ）の入射部側の配置位置（共役関係）は任意の位置
でかまわない。以上の実施例に於て、光源は水銀ランプ
１を用いて説明したが、他の輝線ランプやレーザー（エ
キシマ等）、あるいは連続スペクトルの光源であっても
良い。また照明光学系中の光学部材の大部分をレンズと
したが、ミラー（凹面鏡、凸面鏡）であっても良い。投
影光学系としては屈折系であっても、反射系であっても
、あるいは反射屈折系であってもよい。また実施例とし
て両側テレセントリック系を使用したが片側テレセント
リック系でも、非テレセントリック系でもよいまた各光
学系の色収差補正が十分でないときは、照明系光路中に
バンドパスフィルターやダイクロイックミラー等を入れ
て、単色光のみを利用するようにすれば良い。

【００４４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、通常のレチクル
を使用しながら、従来よりも高解像度、大焦点深度の投
影型露光装置を実現することが可能となる。しかも本発
明によれば、別のパターンが形成されているレチクルに
交換された場合でも、駆動系を有しているためレチクル
パターンのフーリエ変換面での光量分布をレチクルのパ
ターンの微細度に応じた任意の位置に配置することが可
能となり、スループットを低下させることがない。

【００４５】また、従来のレチクル検査技術を、そのま
ま踏襲することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例による光束分割部材と可
動部を光軸方向から見た図である。

【図３】本発明の第１の実施例による光束分割部材と可
動部を光軸方向と垂直な方向から見た図である。

【図４】本発明の原理を説明する図である。

【図５】従来の投影型露光装置の構成を示す図である。

【図６】射出部から投影光学系までの光路模式的に表し
た図である。

【図７】一次元のレチクルパターンを示す図である。

【図８】（Ａ）、（Ｂ）は図６のパターンに対応した瞳
共役面におけるファイバー射出部の配置を説明する図で
ある。

【図９】二次元のレチクルパターンを示す図である。

【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は図９のパターンに対応した
瞳共役面におけるファイバー射出部の配置を説明する図
である。

【図１１】本発明の第２の実施例による光束分割部材と
駆動部系を光軸方向から見た図である。

【符号の説明】

６　　レンズ系 ７　　光ファイバー（光束分割部材） ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ　　光ファイバー射出部８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ　　可動部材９　　レチクルパ
ターンのフーリエ変換相当面１２　　レチクル １３　　レチクルパターン １５　　投影光学系 １６　　瞳 １７　　ウェハ ２０１　　ビームスプッター ２０４，２０５　　プレーンパラレル ２０６，２０７　　駆動系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源からの照明光を周期性のパターン
   部分を有するマスクに照射する照明光学系と、前記マス
   クのパターンの像を感光基板に結像投影する投影光学系
   とを備えた投影型露光装置において、前記照明光学系の
   光路中で、前記照明光を複数の光束に分割し、前記マス
   クパターンのフーリエ変換相当面もしくはその共役面位
   置近傍に、互いに分離した少なくとも２つの光量分布を
   作成する光束分割部材と； 前記少なくとも２つの光量分布の夫々の重心を、前記マ
   スク上のパターン周期に応じて決まる量だけ、前記照明
   光学系、もしくは前記投影光学系の光軸に対して偏心し
   た離散的な位置に設定する位置調整部材とを備えたこと
   を特徴とする投影型露光装置。
2. 【請求項２】　　前記光量分布は２ｍ（ただしｍ≧１）
   個で形成されるとともに、前記位置調整部材は該２ｍ個
   の光量分布のうちｍ個の光量分布各重心を、前記マスク
   のパターンから発生する０次回折光成分と、該０次回折
   光成分に対して前記パターンの微細度に応じた角度で広
   がる±１次回折光成分のうちの少なくとも一方とが、前
   記投影光学系の瞳面で前記光軸からほぼ等距離に分布す
   るように、前記フーリエ変換面、あるいはその共役面内
   で偏心した位置に設定し、残りのｍ個の光量分布各重心
   は先のｍ個の光量分布の重心と前記光軸を挟んでほぼ対
   称に配置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】　　前記位置調整部材は、前記光束分割部
   材からの照明光の照射によって前記マスクから発生する
   回折光に着目したとき、前記投影光学系の瞳面上に分布
   する０次回折光成分と、前記マスクのパターンの２次元
   的な周期構造に依存して前記０次回折光成分を中心に前
   記瞳面上で第１方向に分布する１次以上の高次回折光成
   分の１つと、前記瞳面上で前記０次回折光成分を中心に
   前記第１方向と交差する第２方向に分布する１次以上の
   高次回折光成分の１つとの３つの回折光成分が、前記瞳
   面上で前記光軸からほぼ等距離に分布するように、前記
   任意の１つの光量分布の重心を前記光軸から偏心させて
   配置したことを特徴とする請求項１に記載の装置