JPH05267124A

JPH05267124A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05267124A
Application number: JP4349162A
Authority: JP
Inventors: Soichi Inoue; 壮一井上; Tadahito Fujisawa; 忠仁藤澤; Satoshi Tanaka; 聡田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-20
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1993-10-15
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3293917B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フィルタの交換を要することなく、転写する
層，転写したいパターン種，パターンサイズに最適なフ
ィルタ形状（光源形状）を実現することができ、パター
ン転写の効率向上をはかり得る投影露光装置を提供する
こと。【構成】光源１からの光を集光する第１集光光学系
と、集光された光を均一化する均一化光学系と、均一化
された光を集光してマスク８に照射する第２集光光学系
と、マスク８を透過した光をウェハ１５上に投影する投
影光学系１４とを具備し、マスク８に形成されたパター
ンを投影光学系１４を介してウェハ１５上に投影露光す
る投影露光装置において、マスク８を照明する均一化光
学系の出射側の２次光源位置に、電気的制御によって開
閉する液晶シャッタを２次元に配置してなる２次光源形
成フィルタを設け、該フィルタの制御によって２次光源
の強度分布を最適形状に設定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
に要する微細レジストパターンを形成する投影露光装置
に係わり、特に光源形状や瞳形状を規定するフィルタの
改良をはかった投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光リソグラフィ技術の進歩は目覚
ましく、ｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）の投
影露光装置では、０．５μｍルールも実現できる可能性
が出てきた。これは、投影露光装置の高性能化、特にレ
ンズのＮＡ化が進んだことによる。しかし、次世代の
０．３μｍルールも今までの延長で達成できるかは疑問
である。レンズの高ＮＡ化や、露光光の短波長化により
解像度は向上するが、焦点深度は低下するため実用解像
度はあまり向上しない。従って、焦点深度の向上技術の
開発が望まれている。

【０００３】図１２に、従来一般的に用いられている投
影露光装置の概略構成を示す。この図において、１は水
銀灯からなるランプ、２は楕円反射鏡、３は楕円反射鏡
２の第２焦点、４はインプットレンズ、５はオプチカル
インテグレータ（はえの目レンズ）、６はアウトプット
レンズ、７はコリメーションレンズ、８はレチクル（マ
スク）、９は均一絞りとしての開口絞り、１０は光学系
が収差補正されている波長の光だけを通すためのフィル
タ、１１，１２は光路を曲げて装置の高さを低くするコ
ールドミラー、１３はランプハウス、１４はレンズ，ミ
ラー或いはその組み合わせによりレチクル８上のパター
ンの像をウェハ上に投影する投影光学系、１５はウェ
ハ、１６は開口数を決定する絞りである。

【０００４】従来の投影露光装置の基本構成は、図１２
に示した以外にも多数あるが、模式的には図１３（ａ）
に示すように、光源１，第１集光光学系１８，均一化光
学系１９，第２集光光学系２０，レチクル８，投影光学
系１４，ウェハ１５の順に配列されている。第１集光光
学系１８は、図１２の例で楕円反射鏡２及びインプット
レンズ４に相当する部分であり、楕円鏡のほか球面鏡，
平面鏡，レンズ等を適当に配置し、光源から出る光束を
できるだけ効率良く均一化光学系１９に入れる役目を持
つ。また、均一化光学系１９は図１２のオプチカルイン
テグレータ５に相当する部分であり、その他として光フ
ァイバや多面体プリズム等が使用されることもある。

【０００５】第２集光光学系２０は、図１２のアウトプ
ットレンズ６及びコリメーションレンズ７に相当する部
分であり、均一化光学系１９の出射光を重畳させ、さら
に像面テレセントリック性を確保する。この他、光束が
光軸平行に近い個所に図１２のフィルタ１０に相当する
フィルタが挿入され、またコールドミラー１１，１２に
相当する反射鏡も、場所は一義的でないが挿入される。

【０００６】このように構成された装置においてレチク
ル８から光が来る側を見た場合、光の性質は、第２集光
光学系２０を通して均一化光学系１９から出てくる光の
性質となり、均一化光学系１９の出射側が見掛け上の光
源に見える。このため、上記のような構成の場合、一般
に均一化光学系１９の出射側２４を２次光源と称してい
る。レチクル８がウェハ１５上に投影されるとき、投影
露光パターンの形成特性、即ち解像度や焦点深度等は、
投影光学系１４の開口数及びレチクル８を照射する光の
性状、即ち２次光源２４の性状によって決まる。

【０００７】図１３（ｂ）は同図（ａ）に示した投影露
光装置におけるレチクル照明光線，結像光線に関する説
明図である。図１３（ｂ）において、投影光学系１４は
通常内部に開口絞り１６を有しており、レチクル８を通
った光が通過し得る角度θａを規制すると共に、ウェハ
１５上に落射する光線の角度θを決めている。

【０００８】一般に、投影光学系の開口数ＮＡと称して
いるのは、ＮＡ＝ｓｉｎθで定義される角度であり、投
影倍率を１／ｍとすると、ｓｉｎθａ＝ｓｉｎθ／ｍの
関係にある。また、この種の装置においては「像面テレ
セントリック」、即ち像面に落ちる主光線が像面に垂直
に構成されるのが普通であり、この「像面テレセントリ
ック」の条件を満たすため、図１３（ａ）の均一化光学
系１９の出射面、即ち２次光源２４の光源面の実像が開
口絞り１６の位置に結像される。

【０００９】このような条件下でレチクル８から第２集
光光学系２０を通して２次光源面を見た時の立体角をレ
チクル８に入射する光の範囲してとらえ、その半角をφ
とし照明光のコヒーレンシイσをσ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎ
θａで定義した場合、パターン形成特性はＮＡとσで決
定せられるものと考えていた。

【００１０】次に、ＮＡ及びσとパターン形成特性との
関連について詳細に説明する。ＮＡが大きい程解像度は
上がるが、焦点深度が浅くなり、また投影光学系１４の
収差のため広露光領域の確保が難しくなる。ある程度の
露光領域と焦点深度（例えば１０mm角、±１μｍ）がな
いと実際のＬＳＩ製造等の用途に使えないため、従来の
装置ではＮＡ＝０．３５程度が限界となっている。

【００１１】一方、σ値は主としてパターン断面形状，
焦点深度に関係し、断面形状と相関を持って解像度に関
与する。σ値が小さくなるとパターンの淵が強調される
ために、断面形状は側壁が垂直に近づいて良好なパター
ン形状となるが、細かいパターンでの解像性が悪くなり
解像し得る焦点範囲が狭くなる。逆に、σ値が大きいと
細かいパターンでの解像性，解像し得る焦点範囲が若干
良くなるが、パターン断面の側壁傾斜が緩く、厚いレジ
ストの場合、断面形状は台形ないし三角形となる。この
ため、従来の投影露光装置では、比較的バランスのとれ
たσ値として、σ＝０．５〜０．７に固定設定されてお
り、実験的にσ＝０．３等の条件が試みられているにす
ぎない。σ値を設定するには２次光源２４の光源面の大
きさを決めれば良いため、一般に２次光源２４の光源面
の直後にσ値設定用の円形開口絞り９を置いている。

【００１２】一般的な投影露光装置の焦点深度を向上さ
せる１つの方法として、投影露光装置の２次光源の強度
分布を周辺部強度が中央部強度より大とせしめる特殊絞
りを挿入する輪帯照明露光法がある（特開昭６１−９１
６６２号公報）。即ち、図１５に示すように、図１２の
σ値設定用円形開口絞り９の代わりに図１４（ａ）〜
（ｄ）に示すフィルタ９′を挿入する。この手法によっ
て得られる焦点深度向上効果をシミュレーションによっ
て評価した。

【００１３】図１６は、ラインとスペースの比率が１：
１のＬ／Ｓ＝０．６μｍのマスクパターンサイズに対す
る焦点深度を示しており、横軸がσ値を、縦軸が輪帯照
明フィルタの中心遮蔽率εを示している。なお、露光装
置のＮＡは０．５４、露光波長は４３６ｎｍである。σ
値が０．５〜０．７程度では、εが大きいほど焦点深度
の向上効果が大きいことが判る。同様に、図１７には孤
立ライン（線幅０．６μｍ）における焦点深度のσ，ε
依存性を示した。Ｌ／Ｓの場合と同様に、σ値が０．５
〜０．７程度では、εが大きいほど焦点深度の向上効果
が大きいことが判る。

【００１４】ところが、孤立スペース，コンタクトホー
ル等の孤立抜きパターンを転写する場合には、図１８に
示すように輪帯フィルタよりもむしろ小さいσ値を設定
する円形開口絞りを挿入した方が効果が高い。従って、
Ｌ／Ｓ及び孤立残しパターンで構成される層を転写する
場合には輪帯フィルタを用い、孤立スペース及びコンタ
クトホール等の孤立抜きパターンで構成される層ではσ
値が小さい円形開口絞りを用いるといったように、転写
する層，転写したいパターン種，パターンサイズによっ
てフィルタを交換することが必要となり、実用上非常に
効率が悪くなってしまう。

【００１５】また、投影露光装置の焦点深度を向上させ
る他の方法として、図１９に示すように、投影露光装置
の瞳位置に空間周波数フィルタ１６′を挿入するスーパ
ーフレックス法がある（第38回応用物理学関係連合講演
会予稿集，29a-ZC-8）。これによると、光軸方向の異な
る位置ｚ＝±βに結像し、各々位相の±Δφずれた２つ
の像の振幅を合成すると、(1) 多重結像（ＦＬＥＸ）効
果による焦点深度増大と、(2) パターンエッジにおける
位相の打ち消し合いによる疑似位相シフト効果と、が同
時に得られる。ここで、横（ｘ）方向及び光軸（ｚ）方
向の振幅分布をＵ（ｘ，ｚ）とすると、このような振幅
合成は、Ｕ′（ｘ，ｚ）＝［ｅｘｐ（ｉΔφ）Ｕ（ｘ，ｚ−β）＋ｅｘｐ（−ｉΔφ）Ｕ（ｘ，ｚ＋β）］／２

【００１６】で与えられる。この振幅は、投影レンズ瞳
（開口）に、次式で表される複素振幅透過率の半径方向
分布を持つ空間フィルタを設けることにより得られるも
のに等しい。ｔ（ｒ）＝ｃｏｓ（２πβｒ² −θ／２）、（但し、＝２Δφ−８πβ／ＮＡ² ）

【００１７】β，θを適当に選択すると、２つの像の間
の結像面間距離と干渉効果（又は空間周波数伝達特性）
を任意に制御することができる。つまり、β，θを適当
に選択することによってＬ／Ｓに対して効果が大きいフ
ィルタ、コンタクトホールに対して効果が大きいフィル
タ等をそれぞれ設計できる。

【００１８】しかしながら、実用面では前述した例と同
様の問題点が発生する。即ち、Ｌ／Ｓ及び孤立残しパタ
ーンで構成される層を転写する場合と、孤立抜きパター
ンで構成される層を転写する場合とによってフィルタを
交換することが必要となり、実用上非常に効率が悪くな
ってしまう。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このように、前述した
２つの焦点深度向上のための手法は、共通した以下の問
題点を有している。即ち、転写する層，転写したいパタ
ーン種，パターンサイズによって最適なフィルタ形状
（光源形状）が異なるため、転写する層，転写したいパ
ターン種，パターンサイズ毎にフィルタの交換が必要と
なり、実用上非常に効率が悪くなる。

【００２０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、フィルタの交換を要す
ることなく、転写する層，転写したいパターン種，パタ
ーンサイズに最適なフィルタ形状（光源形状）を実現す
ることができ、パターン転写の効率向上をはかり得る投
影露光装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、光源形
状又は瞳形状を規定するフィルタとして、電気的制御に
よって開閉する微細シャッタを用いたことにある。

【００２２】即ち本発明（請求項１）は、光源からの光
を集光する第１集光光学系と、この第１集光光学系で集
光された光を均一化する均一化光学系と、この均一化光
学系で均一化された光を集光してマスクに照射する第２
集光光学系と、マスクを透過した光をウェハ上に投影す
る投影光学系とを具備し、マスクに形成されたパターン
を投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投影露光
装置において、マスクを照明する均一化光学系の出射側
の２次光源位置又は該マスクの像を転写する投影光学系
の瞳位置の少なくとも一方に、電気的制御によって透過
率を変化させる微細シャッタを２次元に配置してなるフ
ィルタを設け、該フィルタの制御により２次光源の強度
分布又は瞳の透過率分布を任意の形状に設定するように
したものである。

【００２３】また本発明（請求項２）は、光源からの光
を集光する第１集光光学系と、この第１集光光学系で集
光された光を均一化する均一化光学系と、この均一化光
学系で均一化された光を集光してマスクに照射する第２
集光光学系と、マスクを透過した光をウェハ上に投影す
る投影光学系とを具備し、マスクに形成されたパターン
を投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投影露光
装置において、マスクを照明する均一化光学系の出射側
の２次光源位置又は該マスクの像を転写する投影光学系
の瞳位置の少なくとも一方に、電気的制御によって透過
率を変化させる複数の円環状シャッタを同心円状に配置
してなるフィルタを設け、該フィルタの制御により２次
光源の動径方向強度分布又は瞳の動径方向透過率分布を
任意の形状に設定するようにしたものである。また、本
発明の望ましい実施態様としては、次の (1)〜(9) があ
げられる。 (1) マスクとして、レチクル又は位相シフトマスクを用
いること。 (2) 電気的制御によって透過率を変化させる微細シャッ
タを２次元に配置してなるフィルタとして、液晶シャッ
タよりなる２次元アレイパネルを用いたこと。 (3) 電気的制御によって透過率を変化させる複数の円環
状シャッタが、液晶シャッタよりなること。

【００２４】(4) 電気的制御によって透過率を変化させ
る微細シャッタを２次元に配置してなるフィルタとし
て、光ファイバ束と光導波路による光変調機能を有する
ものを用いたこと。 (5) ２次光源の強度分布を、周辺部強度が中央部強度よ
り大にせしめること。 (6) コヒーレンスファクタを、任意に変化できること。

【００２５】(7) マスクを照明する２次光源に配置され
た液晶シャッタよりなる２次元アレイパネルを制御する
ことによって、２次光源形状を光軸に対して回転対象な
４つの領域に分割してなる形状にすること。 (8) 投影光学系の瞳における半径ｒ方向透過率分布ｔをｔ（ｒ）＝ｃｏｓ（２πβｒ² −θ／２）、（但し、＝２Δφ−８πβ／ＮＡ² ）に従うようにせし
めること。 (9) 転写するマスク毎に２次光源の強度分布を変化させ
ること。 (10)転写するマスク毎に適した瞳の透過率分布を(9) の
式に従って変化させること。

【００２６】

【作用】本発明によれば、転写する層，転写したいパタ
ーン種，パターンサイズにとって最適な照明光学系の２
次光源の形状又は投影光学系の瞳位置に配置された空間
周波数フィルタの形状を、電気的制御によって瞬時に且
つ簡便に形成することができるのみならず、フィルタの
形状を瞬時且つ簡便に変化させることができる。従っ
て、フィルタの交換を必要とすることなく、転写する
層，転写したいパターン種，パターンサイズに最適なフ
ィルタ形状を実現することができ、パターン転写の効率
向上をはかることが可能となる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００２８】図１は本発明の第１の実施例に係わる投影
露光装置を示す概略構成図である。図１において、１は
ランプ（光源）、２は楕円反射鏡、３は楕円反射鏡２の
第２焦点、４はインプットレンズ、５はオプチカルイン
テグレータ、６はアウトプットレンズ、７はコリメーシ
ョンレンズ、８はレチクル、３０は本実施例の特徴とす
る液晶シャッタからなるフィルタ（特殊絞り）、１０は
フィルタ、１１，１２はコールドミラー、１３はランプ
ハウス、１４はレンズ，ミラー或いはその組み合わせに
よりレチクル８上のパターンの像をウェハ上に投影する
投影光学系、１５はウェハ、１６は開口数を決定する絞
りである。

【００２９】光源のランプ１として水銀灯を使用し、ｇ
線４３６nm，ｈ線４０５nm，ｉ線３６５nm等の輝線、又
はこれらの波長近辺の連続スペクトルを取り出して用い
ている。このため、光源のランプ１は高い輝度が必要で
あるとともに集光効率や照射均一性を考えると点光源に
近い方がよい。しかし、実際にはそのような理想的な光
源は存在しないため、有限の大きさでしかも強度に分布
を持つランプ１を使用せざるを得ず、そのようなランプ
１から発せられる光をいかに高効率で、且つ照射均一性
の良い光に変換するかが課題となる。

【００３０】図１に示した装置では、楕円反射鏡２の第
１焦点にランプ１を置き、楕円反射鏡２の第２焦点３付
近に一旦光束を集める。そして、第２焦点３とほぼ焦点
位置を共有するインプットレンズ４により光束をほぼ平
行光束に直し、オプチカルインテグレータ５に入れる。
オプチカルインテグレータ５は多数の棒状レンズを束ね
たもので、はえの目レンズとも称される。このオプチカ
ルインテグレータ５を通すことが照射均一性を高める主
因となっており、インプットレンズ４はオプチカルイン
テグレータ５を通る光線のケラれを少なくして集光効率
を高める役目をなす。

【００３１】オプチカルインテグレータ５を出た光は、
アウトプットレンズ６及びコリメーションレンズ７によ
って、オプチカルインテグレータ５の各小レンズから出
た光束がレチクル８上に重畳して当たるよう集光され
る。オプチカルインテグレータ５に入射された光線は場
所による強度分布を有するが、オプチカルインテグレー
タ５の各小レンズから出る光がほぼ等しく重畳される結
果、レチクル８上では照射強度がほぼ均一となる。当然
のことながらオプチカルインテグレータ５に入射する光
の強度分布が均一に近ければ、出射光を重畳させたレチ
クル８の照度分布はより均一になる。オプチカルインテ
グレータ５の出射側には、後述するフィルタ３０が配置
され、オプチカルインテグレータ５の出射側寸法を決め
ている。

【００３２】ランプ１として水銀灯を用いて楕円反射鏡
２で集光する場合、水銀灯の構造が図１に示すように縦
長であり両端が電極となっているため、ランプ１の軸方
向の光線を取り出すことができない。そのため、図１に
示すように、インプットレンズ４として凸レンズを使用
したのみではオプチカルインテグレータ５の中心部に入
る光の強度分布が落ちる場合がある。そこで、インプッ
トレンズ４とオプチカルインテグレータ５との間に両凸
又は片凸片凹の円錐レンズを挿入し、オプチカルインテ
グレータ５に入る光の強度分布をより一様にする場合も
ある。

【００３３】フィルタ１０は光学系が収差補正されてい
る波長の光だけを通すためのものであり、コールドミラ
ー１１，１２は光路を曲げて装置の高さを低くすると共
に、長波長光熱線を透過させてランプハウス１３の冷却
可能部分に吸収させる役目を担う。レチクル８を照射し
た光は投影光学系１４を通り、レチクル８上の微細パタ
ーンの像がウェハ１５上のレジストに投影露光転写され
る。投影光学系１４の中には、開口数を決定する絞り１
６が存在する。

【００３４】この実施例が、図１５に示した従来装置と
異なるのは、輪帯フィルタ９′の代わりに、微細な液晶
シャッタを２次元配置してなる液晶アレイパネルより構
成される２次光源形成フィルタ３０を設置したことであ
る。この２次光源形成フィルタ３０の具体的構成例を、
図２に示している。３１，３２は液晶アレイパネルのピ
クセルを示しており、３１はシャッタがオープンしてい
る状態、３２はクローズしている状態を示している。こ
の図では、液晶アレイパネルのピクセルが縦２０，横２
０配列されているのを示しているが、要求に合わせさら
に多く配列してもかまわない。また、３３は光軸に相当
する位置である。

【００３５】いま、Ｌ／Ｓ及び孤立残しパターンで構成
される層を転写する場合は、液晶アレイパネルによって
図２（ａ）に示すように輪帯状のパターンを形成する。
すると、この液晶アレイパネルが輪帯フィルタの役目を
することとなる。また、孤立抜きパターンで構成される
層では、液晶アレイパネルによって図２（ｂ）に示すよ
うな小さいσ値を与える開口を形成する。すると、この
液晶パネルがσ値が小さい円形開口絞りの役目を果たす
こととなる。このように転写する層によって液晶アレイ
パネルのパターンを変化させることによって、瞬時且つ
簡便にあらゆる種類のＬＳＩパターン転写に対して、有
効な光源形状を形成することが可能となる。

【００３６】また、図４に示すように液晶アレイパネル
のパターンをバイナリーな分布ではなく諧調を有する透
過率分布とすることも可能である。即ち、あるパターン
に対して最適な光源形状は上記のようなバイナリーな分
布ではなく、諧調を有する分布である場合が多い。この
ような場合でも液晶アレイパネルによって、所望の光源
形状を反映したフィルタ形成が可能である。さらに、液
晶アレイパネルを用いることによって、図３に示すよう
に４分割照明のためのフィルタパターンを形成すること
も可能である。

【００３７】図５は、本発明の第２の実施例に係わる投
影露光装置の要部構成を説明するためのもので、円環状
の液晶シャッタを同心円上に配置してなる液晶パネルよ
り形成される２次光源形成フィルタ４０の具体的構成を
示している。４１，４２は液晶パネルのリングを示して
おり、４１はシャッタがオープンしている状態、４２は
クローズしている状態を示している。この図では液晶パ
ネルのリング数が同心円上に１０個配置されているのを
示しているが、要求に合わせさらに多く配置してもかま
わない。また、４３は光軸に相当する位置である。

【００３８】いま、Ｌ／Ｓ及び孤立残しパターンで構成
される層を転写する場合には、液晶パネルによって図５
（ａ）に示すように輪帯状のパターンを形成する。する
と、この液晶パネルが輪帯フィルタの役目をすることと
なる。また、孤立抜きパターンで構成される層では、液
晶パネルによって図５（ｂ）に示すような小さいσ値を
与える開口を形成する。すると、この液晶パネルがσ値
が小さい円形開口絞りの役目を果たすこととなる。この
ように転写する層により液晶パネルのパターンを変化さ
せることによって、瞬時且つ簡便にあらゆる種類のＬＳ
Ｉパターン転写に対して、有効な光源形状を形成するこ
とが可能となる。

【００３９】また、図６に示すように液晶パネルのパタ
ーンをバイナリーな分布ではなく諧調を有する透過率分
布とすることも可能である。即ち、あるパターンに対し
て最適な光源形状は上記のようなバイナリーな分布では
なく、諧調を有する分布である場合が多い。このような
場合でも液晶パネルによって、所望の光源形状を反映し
たフィルタ形成が可能である。

【００４０】図７（ａ）は、今まで述べてきた液晶パネ
ルを用いる代わりに、光ファイバ束と光導波路による光
変調機能を有するものを用いる実施例を示す概略構成図
である。従来装置と異なるのは、第１に光源（光源１又
はオプチカルインテグレータ５）と投影光学系１４との
間をファイバ束７０で接続していること、第２にファイ
バ束７０の中間に光変調器８０を設けていることであ
る。ファイバ束７０は図７（ｂ）のように光ファイバ７
１を多数本まとめたものである。互いの光ファイバ７１
は光学的に独立であり、中を通過する光量を交換するこ
となしに、それぞれの光を伝搬できるものとする。

【００４１】図８（ａ）は、光変調器８０の部分の概略
構成を示したものである。光源より得られた光は、光量
を均一化した後、ファイバ束７０に入射する。ファイバ
束７０は途中に設けられた光変調器８０に接合する。こ
こで、ファイバ束７０はいくつかの束に分けられ、それ
ぞれに異なる変調をかけられるようになっている。ここ
では図を見易くするためにファイバを４本にしている。
変調をかけられた光は再び、ファイバ束７０に入光す
る。この各光ファイバに対しそれぞれに異なる変調をか
けることによって、任意の空間的な強度分布を有する光
を投影系側で得ることができる。

【００４２】そして、液晶フィルタを用いる場合と同様
に、Ｌ／Ｓ及び孤立残しパターンで構成される層を転写
する場合は、輪帯状或いは４つ目状に光ファイバに変調
をかける。また、孤立抜きパターンの場合には、低σ値
を与えるように光ファイバに変調をかける。このよう
に、転写する層によって変調のかけ方を変えることで、
瞬時かつ簡便にあらゆる種類のＬＳＩパターン転写に対
して、有効な光源形状を形成することが可能となる。ま
た、形状のみならず強度分布を連続的に変化させること
も当然可能である。そして、得られた光を２次光源とし
て利用する。

【００４３】変調器８０としては、光導波路によるもの
が考えられる。具体的には、図８（ｂ）に示すように、
基板８１上に入力側と出力側が光学的に結合した２本の
光路８２，８３を形成し、一方の光路８２を通して光を
取り出す。ここで、他方の光路８３の途中に電気光学結
晶８４と電極８５を設け、光学結晶８４に電界を印加す
ることにより電気的に光路長を変化させる。これによっ
て、光路８２の出力側の光強度を自由に制御することが
できる。

【００４４】また、図８（ｃ）に示すように、基板８１
上に形成した光路８２の途中に、音響光学変調素子８６
と電極８７からなるＡＯＭ（音響光学変調器）を設けて
もよい。この場合、ＡＯＭの中に回折格子を電気的に発
生させることで、ここを通過する光強度を制御すること
ができ、光路８２の出力側の光強度を自由に制御するこ
とができる。また、出射側ファイバにモニタリング機能
を付与してフィードバックをかけることにより、より安
定的に光源強度分布を決定することも可能である。

【００４５】このように、ファイバを用いるタイプで
は、前述した液晶シャッタを用いる例と同様の効果が得
られるのは勿論のこと、光源の位置を２次光源位置に対
して自由に設定できる、露光光の空間光強度分布をモニ
タリングができる、等の利点が得られる。

【００４６】図９は本発明の第３の実施例に係わる投影
露光装置を示す概略構成図である。この実施例は、図１
９の装置における投影光学系の瞳位置に設置される空間
周波数フィルタ１６′の代わりに、液晶アレイパネルよ
り構成される空間周波数フィルタ５０を設置したもので
ある。

【００４７】図１０（ａ）は、液晶アレイパネルより構
成される空間周波数フィルタ５０の具体的構成を示して
いる。５１，５２は液晶アレイパネルの各ピクセルを示
しており、５１はシャッタがオープンしている状態、５
２は半透明の状態であることを示している。この図で
は、液晶アレイパネルのピクセルが縦２０，横２０配列
されているのを示しているが、要求に合わせさらに多く
配列してもかまわない。また、５３は光軸に相当する位
置である。この液晶アレイパネルを投影光学系の瞳位置
に配置する。この２次元アレイパネルを制御することに
よって、瞳における半径ｒ方向透過率分布ｔをｔ（ｒ）＝ｃｏｓ（２πβｒ² −θ／２）、（但し、＝２Δφ−８πβ／ＮＡ² ）

【００４８】に従うように各ピクセルの透過率を決定し
てある。図１０（ａ）のＡ−Ａ′における振幅透過率分
布を図１０（ｂ）に示した。点線が上式から計算された
理想的な振幅透過率分布、実線が液晶アレイパネルで形
成した分布である。精度を向上するためにはピクセルを
小さくすればよい。上式のβ，θを変化させるとフィル
タの特性が変化し、ＬＳＩパターンサイズによって焦点
深度の向上効果の特性が変わる。従って、転写する層に
応じて液晶アレイパネルを制御することによって、転写
する層に適切な形状のフィルタを、瞬時且つ簡便に形成
することが可能となった。

【００４９】図１１（ａ）は、本発明の第４の実施例に
係わる投影露光装置の要部構成を説明するためのもの
で、円環状の同心円液晶パネルより構成される空間周波
数フィルタ６０の具体的構成例を示している。６１，６
２は液晶パネルのリングを示しており、６１はシャッタ
がオープンしている状態、６２は半透明の状態であるこ
とを示している。この図では液晶パネルのリング数が同
心状に１０個配置されているのを示しているが、要求に
合わせさらに多く配置してもかまわない。また、６３は
光軸に相当する位置である。この液晶パネルを投影光学
系の瞳位置に配置する。そして、この液晶パネルを制御
することによって、瞳における半径ｒ方向透過率分布ｔ
を、ｔ（ｒ）＝ｃｏｓ（２πβｒ² −θ／２）、（但し、＝２Δφ−８πβ／ＮＡ² ）

【００５０】に従うように各リングの透過率を決定して
ある。図１１（ａ）のＡ−Ａ′における振幅透過率分布
を図１１（ｂ）に示した。点線が上式から計算された理
想的な振幅透過率分布、実線が液晶パネルで形成した分
布である。精度を向上するためにはリング幅を小さくす
ればよい。上式のβ，θを変化させるとフィルタの特性
が変化し、ＬＳＩパターンサイズによって焦点深度の向
上効果の特性が変わる。従って、転写する層に応じて液
晶パネルを制御することにより、転写する層に適切な形
状のフィルタを瞬時且つ簡便に形成することが可能とな
った。

【００５１】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、光源形状又は瞳形状を
規定するフィルタとして、液晶シャッタや光ファイバと
光変調機能を有する光導波路を用いたが、これに限らず
電気的制御によって光の透過率が異なるシャッタ機能を
有するデバイスを用いることができる。さらに、必ずし
も電気的制御に限らず何等かの制御手段、例えば光によ
って光の透過率が異なるシャッタ機能を有するデバイス
を用いることも可能である。また、マスクとしてはレチ
クルに限らず、位相シフトマスクを用いることも可能で
ある。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、照
明光学系の２次光源形状又は投影光学系の瞳形状を規定
するフィルタとして、電気的制御によって開閉する微細
シャッタを用いることにより、フィルタの交換を要する
ことなく、転写する層，転写したいパターン種，パター
ンサイズに最適なフィルタ形状（光源形状）を実現する
ことができ、パターン転写の効率向上をはかることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる投影露光装置を
示す概略構成図、

【図２】液晶アレイパネルからなる２次光源形成フィル
タの具体的構成例を示す図、

【図３】４分割照明のためのフィルタパターンを示す
図、

【図４】液晶アレイパネルのパターンを諧調を有する透
過率分布とした例を示す図、

【図５】第２の実施例に係わる投影露光装置のフィルタ
部構成を示す図、

【図６】液晶パネルのパターンを諧調を有する透過率分
布とした例を示す図、

【図７】フィルタとして光ファイバと光変調器を用いた
例を示す図、

【図８】光変調器の具体的構成を示す図。

【図９】本発明の第３の実施例に係わる投影露光装置を
示す概略構成図、

【図１０】液晶アレイパネルからなる空間周波数フィル
タの具体的構成例を示す図、

【図１１】本発明の第４の実施例に係わる投影露光装置
のフィルタ部構成を示す図、

【図１２】従来一般的に用いられている投影露光装置の
概略構成を示す図、

【図１３】従来装置の問題点を説明するための図、

【図１４】開口絞りの代わりに用いるフィルタの例を示
す図、

【図１５】開口絞りの代わりに示すフィルタを用いた投
影露光装置を示す概略構成図、

【図１６】Ｌ／Ｓパターンにおける焦点深度のσ，ε依
存性を示す図、

【図１７】孤立残しパターンにおける焦点深度のσ，ε
依存性を示す図、

【図１８】孤立抜きパターンにおける焦点深度のσ，ε
依存性を示す図、

【図１９】瞳位置に空間周波数フィルタを設置した投影
露光装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１…ランプ、２…楕円反射鏡、３…楕円反射鏡２の第２焦点、４…インプットレンズ、５…オプチカルインテグレータ、６…アウトプットレンズ、７…コリメーションレンズ、８…レチクル（マスク）、９′…特殊絞り、１０…フィルタ、１１，１２…コールドミラー、１３…ランプハウス、１４…投影光学系、１５…ウェハ、１６′…フィルタ。３０，４０…２次光源形成フィルタ、３１，３２，５１，５２…液晶アレイパネルのピクセ
ル、４１，４２，６１，６２…液晶パネルのリング、５０，６０…空間周波数フィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介してウェハ上に投影露光する投影露光装置におい
て、前記マスクを照明する２次光源位置又は該マスクの像を
転写する投影光学系の瞳位置の少なくとも一方に、電気
的制御によって透過光量を変化させる微細シャッタを２
次元に配置してなるフィルタを設け、該フィルタの制御
により２次光源の強度分布又は瞳の透過率分布を任意の
形状に設定することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介してウェハ上に投影露光する投影露光装置におい
て、前記マスクを照明する２次光源位置又は該マスクの像を
転写する投影光学系の瞳位置の少なくとも一方に、電気
的制御によって透過光量を変化させる複数の円環状シャ
ッタを同心円状に配置してなるフィルタを設け、該フィ
ルタの制御により２次光源の動径方向強度分布又は瞳の
動径方向透過率分布を任意の形状に設定することを特徴
とする投影露光装置。
【請求項３】前記電気的制御によって透過光量を変化さ
せる微細シャッタ又は円環状シャッタは、印加電圧によ
って所望光の透過率を異なせる液晶シャッタであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記電気的制御によって透過光量を変化さ
せる微細シャッタは、光ファイバ束と該ファイバ束の途
中に設けられた光導波路とからなり、かつ光導波路の一
部に電気光学結晶又は音響光学素子からなる光変調器が
形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の投影露光装置。