JPH0567558A

JPH0567558A - 露光方法

Info

Publication number: JPH0567558A
Application number: JP3227121A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1993-03-19
Also published as: US5499137A; US6094305A; US5715089A

Abstract

(57)【要約】【目的】パターン像の解像度及び焦点深度を向上させ
ること。【構成】レチクル１１のフーリエ変換面となる照明光
学系中の面１５またはその共役面、もしくはその近傍の
面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸ＡＸから偏心
した位置に中心を有する少なくとも１つの局所領域に規
定する。これにより、シフター遮光型、またはエッジ強
調型の位相シフトレチクル１１に対して、所定の方向に
レチクル１１の回路パターン１２の微細度に応じた角度
だけ照明光束を傾けて入射させる。【効果】比較的製造が容易なシフター遮光型、または
エッジ強調型の位相シフトレチクルを用いても、空間周
波数変調型の位相シフトレチクルと同等の解像度及び焦
点深度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
表示素子等のパターン形成技術における投影露光方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の回路パターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、通常レチク
ル（マスク）に形成されたパターンを半導体ウエハ等の
基板上に転写する方法が採用される。基板上には感光性
のフォトレジストが塗布されており、照射光像、すなわ
ちレチクルパターンの透明部分のパターン形状に応じ
て、フォトレジストに回路パターンが転写される。投影
露光装置（例えばステッパー等）では、レチクルパター
ンの像が投影光学系を介して基板（ウエハ）上に結像投
影される。

【０００３】この種の装置においては、レチクル上のパ
ターンが存在する面のフーリエ変換面となる照明光学系
の面（以後、照明光学系の瞳面と称す）、もしくはその
近傍の面内において、照明光束を照明光学系の光軸を中
心としたほぼ円形（あるいは矩形）に制限してレチクル
を照明する構成を採っていた。このため、照明光束はレ
チクルに対してほぼ垂直に近い角度で入射していた。ま
た、この装置に使用されるレチクル（石英等のガラス基
板）上には、照明光束に対する透過率がほぼ１００％で
ある透過部（レチクル裸面部）と、透過率がほぼ０％で
ある遮光部（クロム等）とで構成された回路パターンが
描かれていた。

【０００４】さて、上記のようにレチクルに照射された
照明光束はレチクルパターンにより回折され、パターン
からは０次回折光と±１次回折光とが発生する。これら
の回折光は投影光学系により集光され、ウエハ上に干渉
縞、すなわちレチクルパターンの像が形成される。この
とき、０次回折光と±１次回折光とのなす角θ（レチク
ル側）は、露光光の波長をλ（μｍ）、投影光学系のレ
チクル側開口数をＮＡとすると、 sinθ＝λ／Ｐにより
決まる。

【０００５】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、さらに sinθが投影光学系のレチ
クル側開口数（ＮＡ）よりも大きくなると、±１次回折
光はレチクルパターンのフーリエ変換面となる投影光学
系の面（以後、投影光学系の瞳面と称す）の有効径で制
限され、投影光学系を透過できなくなる。つまり、ウエ
ハ上には０次回折光のみしか到達せず、干渉縞（パター
ンの像）は生じないことになる。従って、上記の如き従
来の露光方法において、前述の透過部と遮光部のみから
なるレチクル（以後、通常レチクルと称す）を使用する
場合、ウエハ上に解像できるレチクルパターンの微細度
（最小パターンピッチ）Ｐは、 sinθ＝ＮＡより、Ｐ≒
λ／ＮＡなる関係式で与えられる。

【０００６】これより、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／
ＮＡ程度となるが、実際のフォトリソグラフィ工程では
ウエハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、
また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はプロセス係数と呼ばれ、通常０．６〜０．８程
度である。

【０００７】以上のことから、従来の露光方法において
より微細なパターンを露光転写するためには、より短い
波長の露光光源を使用するか、あるいはより開口数の大
きな投影光学系を使用する必要があった。しかしなが
ら、露光光源を現在より短波長化（例えば２００ｎｍ以
下）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こと、大光量の得られる安定した
光源がないこと等の理由により現時点では困難である。
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絶望的である。仮に現
状以上の大開口化が可能であるとしても、±λ／ＮＡ ²
で定まる焦点深度は開口数の増加に伴って急激に減少す
るため、実使用に必要な焦点深度がより小さくなり、実
用的な露光装置となり得ないといった問題がある。

【０００８】そこで、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
部からの透過光に対してπ(rad) だけずらす、位相シフ
ター（誘電体薄膜等）を備えた位相シフトレチクルを使
用することも提案されている。位相シフトレチクルにつ
いては、例えば特公昭６２−５０８１１号公報に開示さ
れており、この位相シフトレチクルを使用すると、通常
レチクルを使用する場合に比べてより微細なパターンの
転写が可能となる。すなわち、解像力を向上させる効果
がある。

【０００９】さて、位相シフトレチクルについてはこれ
までに種々の方式が提案されているが、代表的なものは
空間周波数変調型、シフター遮光型、エッジ強調型であ
る。そこで、図１０〜図１３を参照して空間周波数変調
型位相シフトレチクル、シフター遮光型位相シフトレチ
クル、通常レチクル、及びエッジ強調型位相シフトレチ
クルの各々での結像特性の違いを簡単に説明する。

【００１０】図１０（Ａ）は空間周波数変調型位相シフ
トレチクルの構成を説明する図である。図１０（Ａ）に
示すようにレチクル（ガラス基板）１１Ａには、遮光パ
ターン１２ｃがピッチＰ₀で配列されるとともに、遮光
パターン１２ｃを挟む透過部のいずれか一方には位相シ
フターが被着されており、遮光パターン１２ｃ以外の開
口部（ピッチＰ_O）は、交互に透過部１２ａと位相シフ
ト透過部１２ｂとになっている。このため、図１０
（Ａ）のレチクル１１Ａを透過した光の振幅は、透過部
１２ａでは＋１（＝exp(２πｉ×０））、位相シフト透
過部１２ｂでは−１（＝exp(２πｉ×π））となってお
り、＋１から＋１までのピッチＰ_A（透過部１２ａのピ
ッチ）は、遮光パターン１２ｃのピッチＰ_Oの２倍とな
っている。従って、透過光の空間周波数（紙面左右方向
の変調度）が半分になっている（すなわちピッチが２倍
になっている）。

【００１１】ここで、このようなパターンからの１次回
折光は sinθ_A＝λ／Ｐ_Aなる方向θ_Aに発生するが、
０次回折光は透過部１２ａと位相シフト透過部１２ｂか
らの各透過光の相殺により発生しない。従って、レチク
ル１１Ａにほぼ垂直に照明光束が入射すると、レチクル
１１Ａ、投影レンズ１３Ａ、及びウエハ１４Ａ間の光
（回折光）の伝搬は図１０（Ｂ）に示すようになる。つ
まり、ウエハ上には±１次回折光Ｄ_pA、Ｄ_mAのみが到達
することになる。この結果、ウエハ１４Ａ上には＋１次
回折光Ｄ_pAと−１次回折光Ｄ_mAとによって干渉縞が形成
され、図中に示すような光強度分布ＥＡが生じる。これ
がレチクル上のパターン１２ａ、ｂ、ｃの像に他ならな
い。

【００１２】図１１（Ａ）はシフター遮光型位相シフト
レチクルの構成を説明する図であって、レチクル（ガラ
ス基板）１１Ｂ上には投影光学系１３Ｂの解像限界程度
以下の幅の位相シフトパターン１２ｂがピッチＰ_Bでパ
ターニングされている。ここで、ピッチＰ_Bは図１０
（Ａ）中のピッチＰ_Oと同一であるものとする。図１１
（Ａ）のシフター遮光型では、透過光の振幅の空間周波
数はＰ_Bのままである。従って、このパターンからの１
次回折光は０次回折光に対して sinθ_B＝λ／Ｐ_Bなる
方向θ_Bに発生する。ところで、回折角θ_Bは図１０
（Ａ）中の回折角θ_Aに比べてほぼ２倍の角度となって
いる。従って、パターンピッチＰ_Bが微細化すると、図
１１（Ｂ）に示すように±１次回折光Ｄ_pB、Ｄ_mBは投影
光学系１３Ｂを透過することができなくなる。このた
め、ウエハ１４Ｂ上には０次回折光Ｄ_0Bしか到達しない
ので、０次、±１次回折光による干渉縞は生じず、光強
度分布ＥＢはフラットなものとなる、すなわちレチクル
パターンの像は生じない。

【００１３】ここで、先に述べたようにパターン像がウ
エハ上に生じるためには sinθ_B＜ＮＡ_R（ＮＡ_Rは投
影光学系１３Ｂのレチクル側開口数）なる関係を満足す
る必要がある。従って、 sinθ_B＝λ／Ｐ_B＜ＮＡ_Rよ
り、図１１（Ｂ）において転写可能な最小パターンピッ
チＰ_BはＰ_B＞λ／ＮＡ_Rとなる。一方、図１０（Ａ）
の空間周波数変調型では sinθ_A＝λ／Ｐ_A＜ＮＡ_Rと
なり、Ｐ_A＝２Ｐ_O＝２Ｐ_B＞λ／ＮＡ_Rであることか
ら、転写可能な最小パターンピッチＰ_OはＰ_O＞λ／
（２・ＮＡ_R）＝Ｐ_B／２となる。従って、空間周波数
変調型ではシフター遮光型と比較して半分のピッチのパ
ターンまで転写可能となっている。

【００１４】図１２（Ａ）は通常レチクルの構成を説明
する図であって、レチクル（ガラス基板）１１Ｃ上には
遮光（クロム）パターン１２ｃがピッチＰ_Cでパターニ
ングされている。尚、ピッチＰ_Cは図１１（Ａ）中のピ
ッチＰ_Bと同一であるものとする。このため、レチクル
１１Ｃ（透過部１２ａ）を透過した光の空間周波数は、
図１１（Ａ）のシフター遮光型と同一となっている。従
って、このパターンからの１次回折光の発生方向（回折
角）θ_Cも、図１１（Ｂ）中の回折角θ_Bと同一にな
る。このため、シフター遮光型と同様にパターンピッチ
Ｐ_Cが微細化すると、図１２（Ｂ）に示すように±１次
回折光Ｄ_pC、Ｄ_mCは投影光学系１３Ｃを透過できず、ウ
エハ１４Ｃ上には０次回折光Ｄ_0Cしか到達しないので、
光強度分布ＥＣはフラットなものとなる、すなわちレチ
クルパターンの像は生じない。従って、ウエハ上に転写
可能な最小パターンピッチはシフター遮光型も通常レチ
クルも差がないということになる。

【００１５】図１３はエッジ強調型位相シフトレチクル
の構成を説明する図であって、レチクル（ガラス基板）
１１Ｄには遮光パターン１２ｃがピッチＰ_Dでパターニ
ングされるとともに、透過部１２ａの周囲だけに位相シ
フター１２ｂが被着されている。ここではエッジ強調型
の詳しい説明は省略するが、原理的にはシフター遮光型
と同様に解像度向上の効果は望めない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空間周
波数変調型の位相シフトレチクルを使用すると、通常レ
チクルを使用した場合に比べ、より微細なパターンの形
成は可能であるが、空間周波数変調型の位相シフトレチ
クルは製造が困難である。例えば、通常レチクルは遮光
部と透過部（レチクル裸面部）のみで構成されているた
め、１回のパターニングでガラス基板に遮光部を形成す
るだけでよい。これに対して空間周波数変調型の位相シ
フトレチクルの場合、遮光部のパターニングの他に、さ
らに透過部に対して位相シフターのパターニングを行わ
なければならず、少なくとも合計２回のパターニングが
必要となる。さらに、２回のパターニング間の位置合わ
せを厳密に行う必要もある。

【００１７】一方、シフター遮光型の位相シフトレチク
ルは位相シフト透過部と透過部（レチクル裸面部）のみ
で構成されるので、遮光部（金属膜等）のパターニング
を特に必要としない。このため、１回のパターニングで
ガラス基板に位相シフターを被着して、回路パターン部
（ウエハ上での投影像の暗部に相当）に微細な（投影光
学系の解像限界程度以下の）位相シフトパターンを形成
するのみで完成する。しかしながら、通常（従来通り）
の照明光学系を使用する限り、シフター遮光型では解像
度の向上効果は望めない。

【００１８】また、エッジ強調型の位相シフトレチクル
においても、シフター遮光型と同様に解像度の向上効果
を望むことはできず、さらには遮光パターンと位相シフ
トパターンとの厳密な位置合わせが必要となる。但し、
エッジ強調型については自己整合的に重ね合わせを行う
ことが可能であるという報告がなされている。本発明は
以上の問題点に鑑みてなされたものであり、レチクル製
造の容易なシフター遮光型（またはエッジ強調型）の位
相シフトレチクルを使用して、空間周波数変調型の位相
シフトレチクルと同等の解像度向上効果が得られる露光
方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決する為の手段】上記目的の為に本発明で
は、照明光学系（１〜１０）からの照明光束でマスク
（１１）上の微細パターン群（１２）を照明し、微細パ
ターン群（１２）の像を投影光学系（１３）を介して感
光性基板（１４）に投影露光する露光方法において、微
細パターン群（１２）中の各微細パターンは、照明光束
に対する透過率がほぼ１である透過部（１２ａ）と、透
過部（１２ａ）を透過する光束に対してほぼ（２ｎ＋
１）π（ｎは整数）の位相差を与えるとともに、そのパ
ターン幅が投影光学系の解像限界程度以下である位相シ
フト透過部（１２ｂ）とで構成され、マスク（１１）の
微細パターン群（１２）が存在する面のフーリエ変換面
となる照明光学系中の面（１５）またはその共役面、も
しくはその近傍の面内を通る照明光束を、照明光学系の
光軸（ＡＸ）から偏心した位置に中心を有する少なくと
１つの局所領域に規定することによって、マスク（１
１）を照射する照明光束を所定の方向に微細パターン群
（１２）の微細度に応じた角度だけ傾けることとした。

【００２０】さらに本発明では、照明光束に対する透過
率がほぼ１である透過部と、照明光束に対する透過率が
ほぼ零である遮光部と、遮光部の周辺にあって、透過部
を透過する光束に対してほぼ（２ｎ＋１）π（但し、ｎ
は整数）の位相差を与えるとともに、パターン幅が投影
光学系の解像限界程度以下である位相シフト透過部とで
構成される位相シフトマスクに対しても、マスクのフー
リエ変換面となる照明光学系中の面またはその共役面、
もしくはその近傍の面内を通る照明光束を、照明光学系
の光軸から偏心した位置に中心を有する少なくとも１つ
の局所領域に規定することによって、所定の方向に前記
微細パターン群の微細度に応じた角度だけ照明光束を傾
けて入射させることとした。

【００２１】また、マスクに入射する照明光束の角度
は、微細パターン群中の各微細パターンの線幅及び周期
性によって決定されるとともに、その方向は微細パター
ンの方向性等によって決定され、この角度及び方向によ
って決定される照明光束の入射方向に応じて、フーリエ
変換面またはその共役面、もしくはその近傍の面内にお
ける照明光束の通過する局所領域の中心位置を調整する
こととした。

【００２２】

【作用】本発明においては、照明光束に対する透過率が
ほぼ１である透過部（マスク裸面部）と、この透過部を
透過する光束に対してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）
の位相差を与えるとともに、パターン幅が投影光学系の
解像限界以下程度である位相シフト透過部とで構成され
た回路パターンを有する、いわゆるシフター遮光型の位
相シフトマスク、または照明光束に対する透過率がほぼ
１である透過部と、照明光束に対する透過率がほぼ零で
ある遮光部と、遮光部の周辺にあって、透過部を透過す
る光束に対してほぼ（２ｎ＋１）π（但し、ｎは整数）
の位相差を与えるとともに、パターン幅が投影光学系の
解像限界程度以下である位相シフト透過部とで構成され
た回路パターンを有する、いわゆるエッジ強調型の位相
シフトマスクを使用する。さらに、マスクのフーリエ変
換面となる照明光学系中の面またはその共役面、もしく
はその近傍の面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸
から偏心した位置に中心を有する少なくとも１つの局所
領域に規定することによって、所定の方向に前記微細パ
ターン群の微細度に応じた角度だけ照明光束を傾けて入
射させることとした。

【００２３】このため、従来通りの照明方式では投影光
学系の解像限界以下である微細なマスクパターンから発
生する±１次回折光のうちのいずれか一方は、照明光が
傾いているために投影光学系（瞳面）を透過することが
できる。従って、±１次回折光のいずれか一方と０次回
折光との２光束がウエハに到達することになり、この２
光束による干渉縞、すなわちレチクルパターンの像が形
成される。また、シフター遮光型、またはエッジ強調型
の位相シフトレチクルに対して傾斜照明を行うと、通常
レチクルの場合と比較して、マスクパターンから発生す
る各回折光の光量比、特に±１次回折光のいずれか一方
と０次回折光との光量比が１対１に近づいている。この
結果、上記２光束による干渉縞（レチクルパターンの
像）のコントラストが向上し、パターン像としてより一
層好ましい像が得られる。さらに、照明光学系の瞳面内
での照明光束の通過する局所領域の中心位置を可変とし
たため、パターンの線幅や方向性等に応じた最適な照明
を行うことができる。これにより、パターンの解像度、
及び焦点深度を向上させることができる。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の実施例による露光方法を適
用するのに好適な投影型露光装置の概略的な構成を示す
図である。図１において、光源（超高圧水銀ランプ等）
１で発生した照明光（ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ等）
は楕円鏡２、反射鏡３で反射され、レンズ系４を介して
オプチカルインテグレータ（フライアイレンズ等）５に
入射する。楕円鏡２の第２焦点には、照明光の光路の閉
鎖、開放を行うとともに、レチクル１１に照射される光
量を制御するためのシャッター１９が配置されている。
フライアイレンズ５を射出した光束は、レンズ系６を介
して光ファイバー等の光分割器７に入射する。

【００２５】光分割器７は、入射部７ｉより入射した光
束を複数に分割して複数の射出部７ａ、７ｂより射出す
る。ここでは射出部７ａ、７ｂを２つとしたが、レチク
ル１１の微細パターン１２の周期性に応じていくつに分
割してもよい。射出部７ａ、７ｂの射出面は、レチクル
１１上のパターン１２の存在する面に対してレンズ系
８、１０、及び反射鏡９を介してフーリエ変換面となる
面（照明光学系の瞳面）１５（またはその共役面でもよ
い）、もしくはその近傍の面内に設けられている。これ
ら射出部７ａ、７ｂの位置の光軸ＡＸからの距離は、微
細パターン１２の微細度（最小パターンピッチ）に対応
した照明光束のレチクル１１への入射角に応じて一義的
に決まるものである。

【００２６】さて、射出部７ａ、７ｂから射出した複数
の光束は、レンズ系８、反射鏡９、及びレンズ系１０を
介して夫々所定の入射角を以て、レチクルステージＲＳ
上に載置されたレチクル１１をほぼ均一な照度で照明す
る。レチクル１１のパターン１２で発生した回折光は、
両側（もしくは片側）テレセントリックな投影光学系１
３に入射し、投影光学系１３はパターン１２の像を、ウ
エハステージＷＳに載置されたウエハ１４上に結像、転
写する。制御装置２０はシャッター１９の開閉を制御す
るとともに、レチクルパターン１２の微細度（周期性や
方向性を含む）に応じて、瞳面１５内における射出部７
ａ、７ｂの位置（すなわち射出部７ａ、７ｂの各中心位
置の光軸ＡＸからの距離）を調整する他、装置全体を統
括制御する。

【００２７】尚、上記構成の装置では、光源１として水
銀ランプ等の輝線ランプ、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレー
ザ等のレーザ光源、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレ
ーザ等の高調波等が用いられる。さらに照明光束を分割
する光分割器７として光ファイバーを用いたが、他の部
材、例えば回折格子や多面プリズム等を用いてもよい。
また、光分割器７を用いずとも、フライアイレンズ５の
各エレメントを細かくする（断面積を小さくする）とと
もに、その射出面（レチクル側焦点面）近傍に、複数の
開口（射出部７ａ、７ｂに相当）を有する空間フィルタ
ーを配置するだけでも構わない。要はレチクルパターン
１２の微細度に対応して、照明光学系の瞳面またはその
共役面内を通る照明光束を、照明光学系の光軸から偏心
した位置に中心を有する少なくとも１つの局所領域に制
限できればよい。

【００２８】また、図１において光源１とフライアイレ
ンズ５の射出面（照明光学系の瞳面１５）、光分割器７
の射出面、及び投影光学系１３の瞳面（フーリエ変換
面）１８は互いにほぼ共役である。さらに、フライアイ
レンズ５の入射面と光分割器７の入射面、レチクル１１
のパターン面、及びウエハ１４の表面も互いにほぼ共役
である。尚、投影光学系１３、及び照明光学系１〜１０
の色収差の補正状態によっては、照明光学系中に波長選
択素子（干渉フィルター等）を加えてもよい。

【００２９】また、光分割器７よりレチクル１１側、す
なわち射出部７ａ、７ｂの射出面近傍に、レチクル（ま
たはウエハ）上での照度均一性を向上させるために、さ
らに別のフライアレイレンズを追加して、２段のインテ
グレータ構造としてもよい。このとき、２段目（レチク
ル側）のフライアイレンズは単独のもの、すなわち照明
光学系の瞳面１５の全面に広がる１つの大きなフライア
イレンズであっても、射出部の個数に合わせて複数のフ
ライアイレンズ群より構成したものであってもよい。
尚、１段目（光源側）のフライアイレンズ５も複数のフ
ライアイレンズ群より構成してもよい。また、２段目の
フライアイレンズのレチクル側焦点面（射出側焦点面）
は、照明光学系の瞳面１５の近傍面内に配置されること
になる。さらにフライアイレンズ５の射出面は、２段目
のフライアイレンズの入射面に対するフーリエ変換面に
なっている。但し、厳密にフーリエ変換の関係に維持さ
れる必要はなく、要はフライアイレンズ５の各エレメン
トから射出した光束が、２段目のフライアイレンズの入
射面上で重畳されるような関係が維持されていればよ
い。また、本実施例ではオプチカルインテグレータ５と
してフライアイ型インテグレータを用いていたが、例え
ば角柱状のロッド型インテグレータを用いても構わな
い。さらに、角柱状のロッド型インテグレータとフライ
アイ型インテグレータとを組み合わせて、上記の如き２
段のインテグレータ構造としても良い。このような構成
については特開平１−２７１７１８号公報等に開示され
ているので、ここでは説明は省略する。

【００３０】ところで、従来の装置を用いて解像限界以
下のピッチのパターンを有するレチクルを照明した場合
には、レチクルパターンで発生した回折光のうち０次回
折光しか投影光学系１３を通過することができず、パタ
ーンを解像することができなかった。しかしながら、上
記構成の装置を用いてレチクルの照明を行えば、光分割
器７の射出部７ａ、７ｂより射出した照明光束はレチク
ル１１に所定の角度を以て入射するので、レチクルのパ
ターンから発生した±１次回折光のうちのいずれか一方
と０次回折光との合わせて２光束が投影光学系１３を通
過することが可能となり、ウエハ１４上にはこの２光束
による干渉縞が形成されることになって、よりピッチの
小さい（微細な）パターンまで解像することが可能とな
る。

【００３１】次に、図４を参照して本発明の実施例で使
用されるレチクルのパターンについて説明する。図４は
本実施例による露光方法に好適なレチクルパターンの一
例を示す図であって、ここでは特にシフター遮光型の位
相シフトレチクルを示す。図４において、レチクル１１
は光透過性のガラス基板（例えば石英等であって、照明
光に対する透過率が９０％以上のもの）の一方の面に、
回路パターン１２として位相シフトパターン（誘電体薄
膜等からなる光透過部）１２ｂが周期Ｐで配列されたも
のであって、回路パターン１２は透過部（レチクル裸面
部）１２ａと位相シフト透過部１２ｂとが交互に繰り返
す、いわゆるラインアンドスペースパターン（デューテ
ィ比（ａ＝Ｗ／Ｐ）については後述する）となってい
る。位相シフト透過部１２ｂを透過する光の位相は、透
過部１２ａを透過する光の位相に比べて（２ｎ＋１）π
（ｎは整数）だけ異なっており、かつ位相シフト透過部
１２ｂのパターン幅Ｗは投影光学系１３の解像限界程度
以下に定められている。位相シフト透過部１２ｂは、ガ
ラス基板のほぼ全面に位相シフト材料（透明誘電体）、
例えばＳｉＯ₂やＳｉＯ₂に有機物等を含む材料（ＳＯ
Ｇ、ＰＳＧ等）を上記位相差に対応した膜厚で被着した
後に、電子ビーム描画機等によってパターニングして形
成したものである。従って、図４中に示した回路パター
ン１２は１度のパターニングにより形成可能であるた
め、空間周波数変調型の位相シフトレチクルと比べ、遮
光層と位相シフター層との厳密な重ね合わせが不要とな
る上、格段に製造が容易である。

【００３２】尚、図４では上述の位相シフト材料が残留
する部分を位相シフト透過部としたが、逆に位相シフト
材料が残留する部分を透過部とし、位相シフト材料を除
去した部分を位相シフト透過部（そのパターン幅は投影
光学系の解像限界程度以下に定められる）としてもよ
い。また、図４に示したレチクル１１のパターン面の一
部に、遮光部（クロム等の金属膜等）から成るパターン
を含んでいても構わない。但し、微細パターン部の形成
は上述の透過部と位相シフト透過部のみで行うため、位
相シフト材料のパターニングと遮光材料のパターニング
との間に厳密な重ね合わせを必要としない。従って、た
とえ遮光パターン部を有する構造であるとしても、本発
明の実施例で使用するレチクルの製造は、空間周波数変
調型の位相シフトレチクルのように困難になることはな
い。

【００３３】次に、図４に示したシフター遮光型の位相
シフトレチクルを、照明光学系の瞳面１５において光軸
ＡＸから偏心した位置に中心を有する少なくとも１つの
局所領域を通過する照明光束で傾斜照明し、投影光学系
によってレチクルパターンの像をウエハ上に結像投影す
る露光方法について、図５を参照して説明する。図５
は、本発明の実施例による露光方法を用いてレチクルの
照明を行ったときの回路パターンからの回折光の発生、
及び結像の様子を示す図である。レチクル１１の下面
（投影光学系１３側）には、回路パターン１２として透
過部１２ａと位相シフト透過部１２ｂから成る１次元の
ラインアンドスペースパターンが描画されている（図
４）。

【００３４】本実施例で使用する投影型露光装置（図
１）では、前述のように照明光束の通過する局所領域
は、照明光学系の瞳面１５内において光軸から偏心した
位置に中心を有する構成となっている。従って、レチク
ル１１を照明する照明光束Ｌ０は、レチクル１１のパタ
ーン１２が描画されている方向（周期方向）に対してほ
ぼ垂直な方向（Ｘ方向）から、レチクル１１に対して所
定の入射角ψを以て入射する。尚、入射角ψ、及び入射
方向は、レチクル上のパターンで生じる回折光の投影光
学系の瞳面内での位置によって一義的に決まるものであ
る。

【００３５】レチクル上のパターンからはパターンの微
細度（幅、ピッチ）に応じた回折角の方向に０次回折光
Ｄ_o、＋１次回折光Ｄ_p、−１次回折光Ｄ_mが発生す
る。図５では、投影光学系１３を透過してウエハ１４に
到達するものは、上記３光束のうち０次回折光Ｄ_oと＋
１次回折光Ｄ_pの２光束として示しており、これら２光
束はウエハ１４上で干渉縞、すなわちパターン１２の像
を形成する。この場合の投影光学系１３の瞳面１８にお
ける０次回折光Ｄ_oと＋１次回折光Ｄ_pの位置を図７
（Ｂ）に示す（詳細後述）。

【００３６】尚、従来の露光方法によるパターンの解像
限界は、図１２で説明したように±１次回折光が投影光
学系を透過することが可能か否かで決定される。すなわ
ち、従来ではパターンピッチをＰとしたときにＰ＞λ／
ＮＡ程度で与えられるパターンサイズが解像限界となっ
ていた。これに対して、本発明の実施例による露光方法
では、ほぼＰ＞λ／２ＮＡが解像限界となる。このこと
は、本発明の実施例による露光方法に使用されるレチク
ルのパターンの場合（例えば図４）に限らず、従来のレ
チクルのパターンの場合にも言えることである。

【００３７】また、図５中において０次回折光Ｄ_oと＋
１次回折光Ｄ_pは光軸ＡＸに対してほぼ対称な光路を通
るものとした。これは、照明光束Ｌｏの入射角ψを sin
ψ＝sinθ／２＝λ／２Ｐとすることにより実現でき
る。このとき、ウエハ１４のデフォーカス時において、
０次回折光Ｄ_oと＋１次回折光Ｄ_pとはほぼ同量の波面
収差（デフォーカスによる）を生じる。これはデフォー
カス量ΔＦに対する波面収差は１／２×ΔＦ sin²ｔ
（但し、ｔは各回折光のウエハへの入射角）であり、こ
こでは０次回折光と＋１次回折光とでウエハへの入射角
ｔがほぼ等しいためである。ところで、ウエハ上でのパ
ターン像を崩す（ボケさせる）原因は、各光束間の波面
収差の差である。しかしながら、本発明の実施例で使用
する装置（例えば図５）では、ウエハ上に照射される０
次回折光Ｄ_oと＋１次回折光Ｄ_pの波面収差がほぼ等し
くなるため、同等のデフォーカス量ΔＦであっても、従
来の露光装置に比べてボケの程度が少ない。すなわち焦
点深度が深いことになる。

【００３８】尚、従来の露光装置においては、図１２
（Ｂ）に示した如く０次回折光Ｄ_0Cはほぼ光軸上を通り
（ｔ＝０）、±１次回折光Ｄ_pC、Ｄ_mCはウエハに対して
sinｔ＝λ／Ｐ’（Ｐ’はウエハ上でのパターン像の明
暗ピッチ）なる角度ｔを以て入射することになる（但し
sinθ_C＜ＮＡ_Rとする）。従って、相互の波面収差の
差は１／２×ΔＦ（λ／Ｐ' ）²−１／２×Δ（０²）
となり、デフォーカス量ΔＦにより１／２×ΔＦ（λ／
Ｐ' ）²だけの収差を生じることになる。

【００３９】また、図５においては０次回折光Ｄ_oと＋
１次回折光Ｄ_pとが光軸ＡＸに対してほぼ対称となるも
のとしたが、焦点深度を増大させるためには、瞳面１８
内でこの２つの回折光が光軸ＡＸに関して対称となって
いる必要はなく、光軸ＡＸからほぼ等距離となる位置を
通過すればよい。ここで、露光装置で使用するレチクル
のパターンの微細度（線幅、ピッチ）や方向性は一種類
に特定されるものではないため、本発明の実施例で使用
する投影型露光装置の照明光学系の瞳面１５において照
明光束が通過する局所領域の中心位置、すなわち図１に
示す光分割器（光ファイバー）７の射出部７ａ，７ｂの
照明光学系の瞳面１５での位置は、パターンの種類に応
じて可変であることが望ましい。つまり、これはレチク
ルへの照明光束の入射方向や入射角の各々がパターンの
描かれた方向や幅、ピッチによって決定されるからであ
る。例えば、図５に示すようなＸ方向に配列された１次
元のラインアンドスペースパターンの場合、照明光束Ｌ
０はパターン１２に対して、図に示すような方向から入
射すればよい。すなわち照明光束Ｌ０は、紙面に平行に
レチクル１１に入射するものである。また、パターン１
２から発生する０次回折光Ｄ₀と＋１次回折光Ｄ_pと
が、瞳面１８において光軸ＡＸからほぼ等距離となる位
置を通るように照明光束Ｌ０の入射角を決定すると、ウ
エハ１４上での像の焦点深度を大きくすることができ
る。

【００４０】このようにして決定された入射方向に応じ
て照明光学系の瞳内での照明光束の通過する局所領域の
中心位置の光軸ＡＸからの偏心方向を決定し、またパタ
ーンの線幅や周期性で決定される入射角に応じて光軸Ａ
Ｘからの偏心量を決定することになる。照明光学系の瞳
面内での照明光束の通過する局所領域の中心位置は、以
上のように決定される。

【００４１】２次元方向に描かれたパターンを照明する
場合、前にも述べたように、照明光束の方向も各パター
ンの方向に合わせて２方向から照明するとよい。また、
照明光束は２方向、すなわち２本であるよりも、その２
光束に対して夫々、投影光学系の光軸について対称とな
る２光束を加えた計４光束を用いると良い。その場合、
これらの光束の光量重心方向は投影光学系の光軸と一致
するため、ウエハが微小にデフォーカスした際に生じる
像の横方向の位置ずれ（テレセンずれ）を防止すること
ができる。また、図５に示すような１次元のラインアン
ドスペースパターンを有するレチクルを照明する場合
も、同様に投影光学系の光軸についてほぼ対称な２光束
で傾斜照明を行なうとよい。尚、１次元のパターンを照
明する場合、パターンから発生する０次回折光と１次回
折光との強度比が正確に１：１になるのであれば、光軸
に対称な方向から２光束で照明する必要はない。但し、
これはパターンのピッチが１通りの場合に限定される。
以上のことについて、次に図６及び図７を用いて詳述す
る。

【００４２】図６は、本実施例で使用する装置（図１）
の一部を模式的に示した図であり、ここでは図１中の光
ファイバー７の射出部７ａ、ｂから投影光学系１３まで
を示す。尚、図６中ではレンズ系８を省略してある。さ
て、光ファイバー射出部７ａ、７ｂの射出端は、レチク
ルパターン１２のフーリエ変換面（照明光学系の瞳面）
１５にほぼ一致している。ここで、照明光学系の瞳面１
５とレチクル１１のパターン面とをフーリエ変換の関係
とならしめるコンデンサーレンズ１０の焦点距離を図６
の如くｆとする。

【００４３】図７（Ｂ）、（Ｄ）は、図７（Ａ）、
（Ｃ）に示すレチクルパターン１２、２１の各々に対し
て焦点深度を最大とするための照明光束（局所領域）の
照明光学系の瞳面１５内での位置（以下、簡単に２次光
源群（面光源）の位置と称す）を表す。また、前述の如
く照明光学系の瞳面１５とレチクルパターン１２とはフ
ーリエ変換の関係であるので、照明光学系の瞳面１５内
での２次光源群（射出部７ａ、７ｂ、あるいはフライア
イレンズ群の射出端面に相当）の位置は、レチクル１１
への照明光Ｌ０の入射角ψ（図５）の sinψと対応す
る。このとき、図６に示す如くコンデンサーレンズ１０
の焦点距離がｆであるので、照明光学系の瞳面１５にお
ける射出部７ａ、７ｂの各中心位置の光軸ＡＸからの距
離はｆ×sin ψとなる。

【００４４】図７（Ａ）は、いわゆる１次元ラインアン
ドスペースパターンであって、透過部１２ａ及び位相シ
フト透過部１２ｂがＹ方向に伸び、かつＸ方向にピッチ
Ｐで規則的に並んでいる。このとき、個々の射出部７
ａ、７ｂ（すなわち２次光源群の位置）の最適位置は、
図７（Ｂ）に示すように照明光学系の瞳面１５内に仮定
したＹ方向の線分Ｌα上、及び線分Ｌβ上の任意の位置
となる。図７（Ｂ）はレチクルパターン１２に対応する
照明光学系の瞳面１５を光軸ＡＸ方向から見た図であっ
て、瞳面１５内の規定した座標系ＸＹは、同一方向から
レチクルパターン１２を見た図７（Ａ）と同一にしてあ
る。

【００４５】さて、図７（Ｂ）に示すように瞳面１５に
おいて、光軸ＡＸ（瞳中心）から各線分Ｌα、Ｌβまで
の距離α、βはα＝βであり、λを露光波長としたと
き、α＝β＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐ）に等しい。前
述の如くこの距離α、βをｆ×sinψと表せれば、 sin
ψ＝λ／２Ｐであり、これは前述の数値と一致してい
る。従って、射出部７ａ、７ｂの各中心（すなわちフラ
イアイレンズ５によって射出部７ａ、７ｂの射出端近傍
に作られる２次光源群の光量分布の各重心）位置が線分
Ｌα、Ｌβ上にあれば、図７（Ａ）に示す如きラインア
ンドスペースパターンに対して、射出部７ａ、７ｂの各
々からの照明光により発生する０次回折光と±１次回折
光のうちのいずれか一方との２つの回折光は、投影光学
系１３の瞳面１８において光軸ＡＸからほぼ等距離とな
る位置を通ることになる。従って、前述の如くラインア
ンドスペースパターン（図７（Ａ））に対する焦点深度
を最大とすることができ、かつ高解像度を得ることがで
きる。

【００４６】一方、図７（Ｃ）はレチクルパターンがい
わゆる孤立スペースパターンである場合であり、かつパ
ターン２１のＸ方向（横方向）ピッチがＰｘ、Ｙ方向
（縦方向）ピッチがＰｙとなっているものとする。図７
（Ｄ）は、この場合の各射出部７ａ、７ｂ（２次光源
群）の最適位置を表す図であり、図７（Ｃ）との位置、
回転関係は図７（Ａ）、（Ｂ）の関係と同じである。
尚、２次元パターン２１の場合には照明光学系の瞳面１
５において４つの局所領域（照明光束）を形成しておく
ことが望ましく、従って上記構成の装置（図１）では光
分割器７の射出部を４つ設けておけばよい。

【００４７】さて、図７（Ｃ）の如き２次元パターン２
１に照明光が入射すると、パターン２１の２次元方向の
周期性（Ｘ：Ｐｘ、Ｙ：Ｐｙ）に応じた２次元方向に回
折光が発生する。図７（Ｃ）の如き２次元パターン２１
においても、回折光中の０次回折光と±１次回折光のう
ちのいずれか一方とが投影光学系１３の瞳面１８におい
て光軸ＡＸからほぼ等距離となる位置を通るようにすれ
ば、焦点深度を最大とすることができる。図７（Ｃ）の
パターン２１ではＸ方向のピッチはＰｘであるから、図
７（Ｄ）に示す如くα＝β＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐ
ｘ）となる線分Ｌα、Ｌβ上に２つの射出部（２次光源
群）の各中心があれば、２次元パターン２１のＸ方向成
分について焦点深度を最大とすることができる。同様
に、γ＝ε＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐｙ）となる線分
Ｌγ、Ｌε上に２つの射出部（２次光源群）の各中心が
あれば、２次元パターン２１のＹ方向成分について焦点
深度を最大とすることができる。

【００４８】以上、図７（Ｂ）または（Ｄ）に示した瞳
面１５内の各位置に配置した射出部（２次光源群）から
の照明光束がレチクルパターン１２または２１に入射す
ると、レチクルパターンからの＋１次回折光成分Ｄ_pま
たは−１次回折成分Ｄ_mのいずれか一方と０次光回折光
成分Ｄ_oとが、投影光学系１３の瞳面１８において光軸
ＡＸからほぼ等距離となる位置を通過することになる。
従って、前述の通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。

【００４９】ここでは、レチクルパターンとして図７
（Ａ）または（Ｃ）に示した２例のみについて考えた
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１３の瞳面１８において光軸ＡＸから
ほぼ等距離となる位置を通過するように、照明光学系の
瞳面１５における各射出部（２次光源群）の中心位置を
設定すればよい。尚、他の回折光、例えば±２次回折光
のうちのいずれか一方と０次回折光との位置関係が、投
影光学系の瞳面において光源ＡＸからほぼ等距離となる
ようにしてもよい。

【００５０】また、レチクルパターンが図７（Ｄ）の如
く２次元の周期性パターンを含む場合、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１８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１８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（１つの
２次光源群としての射出部）の位置を調節すればよい。
例えば、図７（Ｄ）中で２次光源群の各中心位置を点Ｐ
ζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμのいずれかと一致させるとよい。
点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμはいずれも線分ＬαまたはＬ
β（Ｘ方向の周期性について最適な位置、すなわち０次
回折光とＸ方向の±１次回折光の一方とが投影光学系の
瞳面１８上で光軸からほぼ等距離となる位置）、及び線
分ＬγまたはＬε（Ｙ方向の周期性について最適な位
置）の交点であるため、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれかのパ
ターン方向についても最適な光源位置である。

【００５１】尚、以上において２次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に２次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
は上記の方法を適用することができる。また、レチクル
上のパターンが複数の方向性、または微細度を有してい
る場合、各２次光源群の最適位置は、上述のようにパタ
ーンの各方向性及び微細度に対応したものとなるが、あ
るいは各最適位置の平均位置に各２次光源群を配置する
ようにしてもよい。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。

【００５２】さらに、各射出部（２次光源群）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、ウエハ１４の
微小デフォーカス時に、転写像の位置がウエハ面内方向
にシフトするという問題が発生する。これを防止するた
めに、各２次光源群からの照明光束（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
と平行であるようにする。つまり、各２次光源群（射出
部）に光軸（中心線）を仮定したとき、投影光学系１３
の光軸ＡＸを基準としたその光軸（中心線）のフーリエ
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ようにすればよい。

【００５３】また、より簡単な方法としては、２次光源
を２ｍ個（ｍは自然数）とし、そのうちのｍ個の位置を
前述の最適化方法（図７）により決定し、残るｍ個は前
記ｍ個と光軸ＡＸについてほぼ対称となる位置に配置す
ればよい。ところで、本発明の実施例による露光方法を
適用する投影型露光装置には図２、及び図３に示すよう
な光量分布調整機能を有していることが望ましい。ここ
で、この射出部と駆動部材との構成の一例を、図２，図
３を参照して簡単に説明する。

【００５４】図２及び図３は、本発明の実施例による露
光方法を適用するのに好適な投影型露光装置の光分割器
及び駆動部材の概略的な構成の一例を示す図である。図
２は、露光装置の光軸に対して垂直な方向から見た構成
を示したものであり、図３は、光軸方向から見た構成を
示したものである。これらは、照明光学系の瞳面におけ
る照明光束の主光線の通過点を４点とした場合の構成を
示してある。射出部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、夫々可
変長支持棒１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを介して駆
動部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに接続され、矢
印Ａの方向に移動可能になっている。また駆動部材１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、支持部材１６ｅ上に移
動可能に支持され、光軸ＡＸを中心とした円周（図２に
おいては紙面に垂直な面内）上を移動可能になってい
る。これらの機構により、主光線の通過する点はフーリ
エ面１５の任意の位置に移動可能となる。上記構成の機
構は、特に図７（Ｃ）に示した２次元パターン２１に対
して適用される。尚、射出部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの
数は４個に限定されるものではなく、使用するレチクル
のパターンの種類に応じて最適な数にすればよい。

【００５５】さて、シフター遮光型の位相シフトレチク
ル１１（図４）に対して、図５に示したような傾斜照明
を行ったとき、レチクルパターン１２からの０次回折光
Ｄ_oと＋１次回折光Ｄ_pとの強度比は、位相シフト透過
部１２ｂの幅Ｗによって変化する。定量的に強度比（０
次回折光：１次回折光）は、ａ＝Ｗ／Ｐとして、（１−２ａ）²：４・sin ²（πａ）／π² となる。

【００５６】ここでａ＝１／２、すなわちＷ＝Ｐ／２で
あれば、０次回折光は光強度は零となる。これは、空間
周波数変調型の位相シフトレチクル（図１０）と同様の
理由、すなわち透過部１２ａの透過光（＋）と位相シフ
ト透過部１２ｂの透過光（−）とが相殺するためであ
る。尚、本発明では幅Ｗの値はＰ／２よりも小さい場合
を対象とする。これは、パターン幅Ｗが投影光学系の解
像限界程度以下に定められるためである。

【００５７】さて、上記強度比においてａ＝０．２６５
程度であると、０次回折光と＋１次回折光の強度はほぼ
等しくなる。つまり、光強度がほぼ等しい（可干渉性
の）２光束の干渉縞のコントラストは１００％となるの
で、ａ＝０．２６５なるレチクルを使用すると、ウエハ
上での０次回折光と＋１次回折光との干渉縞（レチクル
パターンの像）のコントラストは１００％となる。一
方、本発明の実施例で使用する装置（図１）に、従来の
レチクル（図１２（Ａ））を使用すると、遮光部と透過
部とのデューティが１：１であるとき、０次回折光と＋
１次回折光の強度比は１：０．４となる。このとき、干
渉縞（像）のコントラストは約９０％である。

【００５８】次に、ウエハ上でのパターン像の光量を比
較すると、上記の如くａ＝０．２６５なるシフター遮光
型の位相シフトレチクルを用いる場合でのパターン像の
最大値と最小値との平均値を１とすると、本実施例と同
様の装置（図１）に従来のレチクル（デューティ比１：
１）を使用した場合は、最大値と最小値の平均値は約
０．８０である。逆に言えば、本実施の如くシフター遮
光型の位相シフトレチクルを使用すると、全く同一の回
路パターンを転写するのに、従来の約８０％の露光量で
済むことになる。従って、露光時間が短縮され、その分
処理能力（スループット）が向上することになる。

【００５９】さらに露光量が８０％で済むということ
は、パターンのない大面積透過部を透過してウエハに到
達する光量もまた８０％で済むということであり、投影
光学系を透過する光量もその分減少することとなる。つ
まり、ウエハへの照射光量の減少は、照射光のエネルギ
ーによるウエハの熱的な変形（膨張）を低減する効果も
ある。また、投影光学系を透過する光量の減少は、投影
光学系が吸収する光エネルギー（熱エネルギー）の減少
でもあり、従って発熱により生じ得る投影光学系の像質
の劣化（ディストーション、像面湾曲）等を低減すると
いう効果もある。但し、これらの効果は副次的なもので
あり、大面積透光部の透過光量の減少により、特にデフ
ォーカス時の微細パターンの結像特性が向上するという
本質的な効果がある。そこで、この効果について、図８
及び図９を用いて説明する。

【００６０】図８（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例に
おいて得られる図４、図１１（Ａ）に示すレチクルパタ
ーン、特にラインアンドスペースパターンの像（光量分
布）を示す。図８（Ａ）は、ラインアンドスペースパタ
ーンの垂直断面方向（周期方向）のパターン像を示し、
図８（Ｂ）は平行断面方向（周期方向と垂直な方向）の
パターン像を示す。両図とも、図中の暗部（光量が零）
は位相シフト透過部１２ｂに相当し、さらに実線は合焦
時の光量分布を、破線は焦点外れ（デフォーカス時）の
光量分布を表す。

【００６１】図９（Ａ）、（Ｂ）も図８（Ａ）、（Ｂ）
と同様の図であるが、図９ではレチクルパターンとして
透過部と遮光部のみから成る従来のレチクルパターンを
用いた場合について示してある。図８、図９中のＥthは
ポジレジストを完全に除去するに必要な光量（露光量）
であり、図８中のＥ₁及び図９中のＥ₀はともに大面積
透光部での光量を表す。尚、図８、図９ではラインアン
ドスペースパターンのレジスト像の線幅を同一とするよ
うに、ともに露光量Ｅthによる光量分布の切点が１：１
になるような光量とした（図８（Ａ）、図９（Ａ）
中）。

【００６２】この結果、前述の通り光量Ｅ₀と光量Ｅ₁
とは１：０．８の比率となっている。従って、本発明の
実施例で使用するシフター遮光型のレチクルの場合（図
８）に比べて、通常のレチクルの場合ではラインアンド
スペースパターン部の光量が約２５％多くなる。また、
合焦（ベストフォーカス）時（実線）においては、いず
れのレチクルであっても、図８、図９から明らかなよう
に、ラインアンドスペースの像特性に極端な差異はな
い。しかしながら、デフォーカス時（破線）において
は、従来レチクル使用時にパターン部以外（周辺部）か
らの光のまわり込み（ボケ）の影響が大きく、図９
（Ａ）に示す通りラインアンドスペースパターンの両端
の各々の像（光量Ｅｅ）は十分な暗さを得ることができ
なくなる。この結果、ポジレジスト使用時には線幅の細
りや膜べりが生じる。また、図９（Ｂ）に示す通り長手
方向（平行断面方向）での両端でも十分な暗さを得るこ
とができない。従って、ポジレジストを使用すると、ラ
インパターンの長手両端に著しい膜べりを生じることと
なる。

【００６３】ところが、図８から明らかなようにシフタ
ー遮光型の位相シフトレチクルを使用する場合には、パ
ターン部以外からの光量が相対的に少ないため、パター
ン部以外からの光のまわり込み（ボケ）の影響を受けに
くいという特徴がある。従って、デフォーカス時におけ
るラインアンドスペースパターンの両端に位置する各ラ
インパターンの線幅の細りや膜べり、さらにはラインパ
ターンの長手両端での膜べりを低減することができる。
従って、デフォーカス時においても良好なレジストプロ
ファイルが得られ、実用上の焦点深度は大幅に向上す
る。この効果は、従来通りの照明方式の露光装置に、製
造の難しい空間周波数変調型の位相シフトレチクルを組
み合わせて使用した場合とほぼ同等である。ところで、
空間周波数変調型の位相シフトレチクルを用いる場合は
その構成上、ネガ型のフォトレジストが必要となる。し
かしながら、ネガ型のフォトレジストについては解像度
や安定性の点でポジ型のフォトレジストに比べて劣って
いるのが現状であるが、本発明の実施例によるシフター
遮光型の位相シフトレチクルと傾斜照明との組み合わせ
では、従来から使用されている高性能のポジ型のフォト
レジストを用いることができる。

【００６４】尚、本発明の実施例で使用する装置（図
１）において、レチクルを照射する各光束の開口数は、
露光装置としてのコヒーレンスファクター（いわゆるσ
値）が０．１〜０．３程度であることが望ましい。σ値
があまり小さいと、レチクルまたはウエハ上での照度均
一性等が低下し易く、逆に大きいと本発明の効果が薄ら
ぐことになる。

【００６５】また、上記実施例ではシフター遮光型の位
相シフトレチクルを適用した例について説明したが、自
己整合的に重ね合わせを行うことが可能なエッジ強調型
の位相シフトレチクルを用いても上記と全く同等の効果
を得ることができる。さらに、上記実施例では照明光学
系の瞳面１５において照明光束を、照明光学系の光軸か
ら偏心した位置に中心を有する局所領域に規定していた
が、例えば瞳面１５において照明光束を輪帯状に規定し
て傾斜照明を行うようにしても、本実施例とほぼ同等の
効果を得ることができる。このとき、瞳面１５の近傍
（レチクル側）に遮光部材（シャッター等）を配置し、
輪帯領域から射出する光束を部分的に遮光するような構
成を採ってもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、比較的製
造の容易なシフター遮光型、あるいはエッジ強調型の位
相シフトレチクルに対して傾斜照明を行うことによっ
て、製造の難しい空間周波数変調型の位相シフトレチク
ルを使用した場合とほぼ同等に解像度及び焦点深度を向
上させることができる。

【００６７】また、通常レチクル（従来の透過部と遮光
部のみから成るレチクル）を使用した場合に比べ、パタ
ーン部以外の大面積透光部からの光量をパターン部に対
して相対的に低下させることができ、それによってデフ
ォーカス時においてもパターン部以外の大面積透過部か
らの光のまわり込みを防ぎ、良好なレジストプロファイ
ルを得ることができる。

【００６８】さらに、シフター遮光型、またはエッジ強
調型の位相シフトレチクルに対して傾斜照明を行えば、
従来から使用されている高性能のポジレジストをそのま
ま使えるといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による露光方法を適用するのに
好適な投影型露光装置の概略的な構成を示す図。

【図２】図１中に示した投影型露光装置の光分割器及び
駆動部材の具体的な構成の一例を示す図。

【図３】図１中に示した投影型露光装置の光分割器及び
駆動部材の構成の別の例を示す図。

【図４】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの構成の一例を示す図。

【図５】本発明の実施例による露光方法を用いてレチク
ルの照明を行ったときの回路パターンからの回折光の発
生、及び結像の様子を示す図。

【図６】図１中に示した投影型露光装置の一部を模式的
に示す図。

【図７】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの構成、及びレチクルパターンに対応した照明光学系
の瞳面における光ファイバー射出部の配置を説明する
図。

【図８】本発明の実施例において得られる図４に示した
レチクルパターンの像（光量分布）を示す図。

【図９】従来のレチクルパターンに対して傾斜照明を行
ったときに得られるパターン像（光量分布）を示す図。

【図１０】空間周波数変調型の位相シフトレチクルの構
成、及びこのレチクルを用いて露光を行ったときのウエ
ハ上でのパターン像の光強度分布を示す図。

【図１１】シフター遮光型の位相シフトレチクルの構
成、及びこのレチクルを用いて露光を行ったときのウエ
ハ上でのパターン像の光強度分布を示す図。

【図１２】従来のレチクルの構成、及びこのレチクルを
用いて露光を行ったときのウエハ上でのパターン像の光
強度分布を示す図。

【図１３】エッジ強調型の位相シフトレチクルの構成を
示す図。

【符号の説明】

７光分割器（光ファイバー）１１、２１レチクル１２パターン１２ａ透過部１２ｂ位相シフト透過部１３投影光学系１５照明光学系の瞳面（フーリエ変換面）１６ａ〜１６ｄ駆動部材１６ｅ支持部材１７ａ〜１７ｄ可変長支持棒１８投影光学系の瞳面Ｌ０照明光束Ｄ_o ０次回折光Ｄ_p ＋１次回折光Ｄ_m −１次回折光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系からの照明光束によってマス
ク上の微細パターン群を照明し、該微細パターン群の像
を投影光学系を介して感光性基板に投影露光する露光方
法において、前記微細パターン群中の各微細パターンは、前記照明光
束に対する透過率がほぼ１である透過部と、該透過部を
透過する光束に対してほぼ（２ｎ＋１）π（但し、ｎは
整数）の位相差を与えるとともに、パターン幅が前記投
影光学系の解像限界程度以下である位相シフト透過部と
で構成され；前記マスクのフーリエ変換面となる前記照
明光学系中の面またはその共役面、もしくはその近傍の
面内を通る前記照明光束を、前記照明光学系の光軸から
偏心した位置に中心を有する少なくとも１つの局所領域
に規定することによって、前記マスクを照射する照明光
束を所定の方向に前記微細パターン群の微細度に応じた
角度だけ傾けたことを特徴とする露光方法。
【請求項２】照明光学系からの照明光束によってマス
ク上の微細パターン群を照明し、該微細パターン群の像
を投影光学系を介して感光性基板に投影露光する露光方
法において、前記微細パターン群中の各微細パターンは、前記照明光
束に対する透過率がほぼ１である透過部と、前記照明光
束に対する透過率がほぼ零である遮光部と、該遮光部の
周辺にあって、前記透過部を透過する光束に対してほぼ
（２ｎ＋１）π（但し、ｎは整数）の位相差を与えると
ともに、パターン幅が前記投影光学系の解像限界程度以
下である位相シフト透過部とで構成され；前記マスクの
フーリエ変換面となる前記照明光学系中の面またはその
共役面、もしくはその近傍の面内を通る前記照明光束
を、前記照明光学系の光軸から偏心した位置に中心を有
する少なくとも１つの局所領域に規定することによっ
て、前記マスクを照射する照明光束を所定の方向に前記
微細パターン群の微細度に応じた角度だけ傾けたことを
特徴とする露光方法。
【請求項３】前記角度は、前記微細パターン群中の各
微細パターンの線幅及び周期性によって決定されるとと
もに、前記方向は前記パターンの方向性等によって決定
され、前記角度及び方向によって決定される前記照明光
束の入射方向に応じて、前記フーリエ変換面またはその
共役面、もしくはその近傍の面内における前記照明光束
の通過する局所領域の中心位置を調整することを特徴と
する請求項１または２に記載の露光方法。