JPH07130633A

JPH07130633A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07130633A
Application number: JP5277944A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】コンタクトホール等の孤立したパターンの投影
露光の際に、焦点深度を拡大した投影露光装置を得るこ
とを目的とし、特に比較的接近した複数の孤立パターン
に対しても忠実な転写を可能とし、同時に焦点深度拡大
効果が得られる装置及び露光方法を提供することを目的
とする。【構成】投影光学系中のマスクもしくは感光基板に対す
る光学的なフーリエ変換面の開口数を規定する半径ｒ0
とし、該フーリエ変換面上で前記投影光学系の光軸を中
心とする内半径ｒ1、外半径ｒ2の輪帯領域と内半径ｒ
2、外半径ｒ0の輪帯領域に分布する結像光の間の干渉性
を低減させると共に、半径ｒ1の円形領域の内側を遮光
する干渉性低減手段を有し、かつ、前記半径ｒ1及びｒ2
の値を０．４５ｒ0≦ｒ1≦０．５５ｒ0 ０．７５ｒ0≦ｒ2≦０．８５ｒ0 の範囲に設定したことを特徴とする投影露光装置

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、液晶
ディスプレイ用基板等の、微細パターンの転写露光に使
用される投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影型露光装置に使われている
投影光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立て調整をへて装置内に組み込
まれる。現在、半導体製造工程では水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）を照明光としてレチクル（マスク）
を照射し、そのレチクル上の回路パターンの透過光を投
影光学系を介して感光基板（ウェハ等）上に結像するス
テッパーが主に使われている。また評価用、あるいは研
究用としてエキシマレーザ（波長２４８ｎｍのＫｒＦレ
ーザ）を照明光とするエキシマステッパーも使われてい
る。エキシマステッパー用の投影光学系は屈折レンズの
みで構成した場合、使用できる硝材が石英やホタル石等
に限定される。

【０００３】一般に、投影光学系を用いた露光によって
微細なレチクルパターンを感光基板へ忠実に転写するた
めには、投影光学系の解像力と焦点深度（ＤＯＦ：デプ
スオブフォーカス）とが重要なファクタとなっている。
現在実用化されている投影光学系のうち、ｉ線用のもの
で開口数（ＮＡ）として０．６程度のものが得られてい
る。使用する照明光の波長が同じであるとき、投影光学
系の開口数を大きくすると、それに応じて解像力も向上
する。しかしながら焦点深度（ＤＯＦ）は開口数ＮＡの
増大に伴って減少する。焦点深度は照明光の波長をλと
したとき、ＤＯＦ＝±λ／ＮＡ²によって定義される。

【０００４】図１は従来の投影光学系ＰＬの結像光路を
模式的に表したものであり、投影光学系ＰＬは前群のレ
ンズ系ＧＡと後群のレンズ系ＧＢとによって構成され
る。この種の投影光学系ＰＬはレチクルＲ側とウェハＷ
側との両方をテレセントリックにしたもの、あるいはウ
ェハＷ側のみをテレセントリックにしたものが一般的で
ある。

【０００５】さて、図１においてレチクルＲのパターン
面（投影光学系ＰＬの物体面）上に任意の３つの点Ａ、
Ｂ、Ｃを想定する。点Ａから様々の方向に進む光線Ｌ1
、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌａ、Ｌａ’、Ｌａ”のうち、光線Ｌ1
は投影光学系ＰＬのレンズ系ＧＡに入射できないよう
な角度で発生する。また、前群のレンズ系ＧＡに入射し
た光線のうち、光線Ｌ2 、Ｌ3 は投影光学系ＰＬ内のフ
ーリエ変換面ＦＴＰに位置する瞳ｅｐを通過することが
できない。そして他の光線Ｌａ、Ｌａ’、Ｌａ”は瞳ｅ
ｐを通過して後群のレンズ系ＧＢに入射し、ウェハＷの
表面（投影光学系ＰＬの瞳面）上の点Ａ’に収斂する。
従って、レチクルＲ上の点Ａから発生した光線のうち、
投影光学系ＰＬの瞳ｅｐ（光軸ＡＸを中心とする円形領
域）を通過した光線が点Ａ’に点像を結像するのに寄与
する。ここで点Ａから点Ａ’に向う光線のうち瞳ｅｐの
中心点ＣＣ（光軸ＡＸの位置）を通る光線Ｌａを主光線
と呼び、この主光線Ｌａは両側がテレセントリックな投
影光学系の場合、物体面側、像面側の夫々の空間で光軸
ＡＸと平行になっている。

【０００６】またレチクルＲ上の他の点Ｂ、Ｃの夫々か
ら発生した光線についても全く同じであり、瞳ｅｐを通
過する光線のみが点像Ｂ’、Ｃ’の結像に寄与する。同
様に点Ｂ、Ｃの夫々から光軸ＡＸと平行に進んでレンズ
系ＧＡに入射する光線Ｌｂ、Ｌｃは、いずれも瞳ｅｐの
中心点ＣＣを通る主光線となる。このように瞳ｅｐはレ
チクルＲのパターン面とウェハＷの表面との夫々に対し
てフーリエ変換、及び逆フーリエ変換の関係にあり、レ
チクルＲ上のパターンからの光線のうち結像に寄与する
光線は全て瞳ｅｐを重畳して通ることになる。

【０００７】このような投影光学系ＰＬの開口数は一般
にウェハＷ側の値として表されている。図１において、
点像Ａ’の結像に寄与する光線のうち、瞳ｅｐ内の最外
部を通る光線Ｌａ’、Ｌａ”がウェハＷ上で主光線Ｌａ
と成す角度θwが、この投影光学系ＰＬのウェハＷ（像
面）側での開口数ＮＡw に相当し、ＮＡw＝ｓｉｎθwで
表される。従って光線Ｌａ’、Ｌａ”がレチクルＲ側で
主光線Ｌａと成す角度θrは、レチクルＲ（物体面）側
での開口数ＮＡrと呼ばれ、ＮＡr＝ｓｉｎθrで表され
る。さらに投影光学系ＰＬの結像倍率をＭ（１／５縮小
の場合はＭ＝０．２）とすると、ＮＡr＝Ｍ・ＮＡwの関
係にある。ところで解像力を高めるためには、開口数
ＮＡw（ＮＡr）を大きくする訳であるが、このことは換
言すれば瞳ｅｐの径を大きくすること、さらにレンズ系
ＧＡ、ＧＢの有効径を大きくすることに他ならない。と
ころが、焦点深度ＤＯＦの方は開口数ＮＡw の２乗に反
比例して減少してしまうため、例え高開口数の投影光学
系ＰＬが製造できたとしても、必要な焦点深度が得られ
ないことになり、実用上の大きな障害となる。

【０００８】照明光ＩＬＢの波長をｉ線の３６５ｎｍと
し、開口数ＮＡw を０．６とすると、焦点深度ＤＯＦは
幅で約１μｍ（±０．５μｍ）になってしまい、ウェハ
Ｗ上の１つのショット領域（２０ｍｍ角〜３０ｍｍ角程
度）内で表面の凹凸や湾曲がＤＯＦ以上の部分について
は解像不良を起こすことになる。またステッパーのシス
テム上でも、ウェハＷのショット領域毎のフォーカス合
わせ、レベリング等を格段に高精度に行う必要が生じ、
メカ系、電気系、ソフトウェアの負担（計測分解能、サ
ーボ制御精度、設定時間等の向上努力）が増大すること
になる。

【０００９】そこで本件出願人は、このような投影光学
系ＰＬの諸問題を解決し、しかも特公昭６２−５０８１
１号公報に開示されているような位相シフトレチクルを
使わなくとも、高い解像力と大きな焦点深度との両方を
得ることができる新たな投影露光技術を、特開平４−１
０１１４８号公報、特開平４−２２５３５８号公報等で
提案した。この露光技術は、投影光学系ＰＬは既存のま
まで、レチクルＲへの照明方法を特殊な形体に制御する
ことで解像力と焦点深度とを増大させるものであり、Ｓ
ＨＲＩＮＣ（ＳｕｐｅｒＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉ
ｏｎｂｙＩｌｌｕｍｉＮａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏ
ｌ）法と呼んでいる。このＳＨＲＩＮＣ法は、レチクル
Ｒ上のライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパタ
ーン）のピッチ方向に対称的に傾斜した２つの照明光Ｉ
ＬＢ（又は４つの照明光）をレチクルＲへ照射し、Ｌ＆
Ｓパターンから発生する０次回折光成分と±１次回折光
成分の一方とを、投影光学系ＰＬの瞳ｅｐ内で中心点Ｃ
Ｃに関して対称的に通し、２光束干渉（一方の１次回折
光と０次回折光との干渉）の原理を利用して、Ｌ＆Ｓパ
ターンの投影像（干渉縞）を生成するものである。

【００１０】このように２光束干渉を利用した結像によ
ると、デフォーカス時の波面収差の発生が従来の方法
（通常の垂直照明）の場合よりも押さえられるため、焦
点深度が大きくなるのである。ところが、このＳＨＲＩ
ＮＣ法はレチクルＲ上に形成されるパターンがＬ＆Ｓパ
ターン（格子）のように、周期構造を持つときに所期の
効果が得られるのであり、コンタクトホール等の孤立し
たパターンに対してはその効果が得られない。一般に、
孤立した微小パターンの場合、そこからの回折光は回折
角についてほとんど一様に発生するため、投影光学系Ｐ
Ｌの瞳ｅｐ内では０次回折光と高次回折光とに明確に分
離しないためである。そこでコンタクトホール等の孤
立パターンに対して見かけ上の焦点深度を拡大させる露
光方法として、ウェハＷの１つのショット領域に対する
露光を複数回に分け、各露光の間にウェハＷを光軸方向
に一定量だけ移動させる方法が、例えば特開昭６３−４
２１２２号公報で提案された。この露光方法はＦＬＥＸ
（ＦｏｃｕｓＬａｔｉｔｕｄｅｅｎｈａｎｃｅｍｅ
ｎｔＥＸｐｏｓｕｒｅ）法と呼ばれ、コンタクトホー
ル等の孤立パターンに対しては十分な焦点深度拡大効果
を得ることができる。ただしＦＬＥＸ法は、わずかにデ
フォーカスしたコンタクトホール像を多重露光すること
を必須とするため、現像後に得られるレジスト像は必然
的に鮮鋭度が低下したものとなる。この鮮鋭度低下（プ
ロファイル悪化）の問題は、ガンマ値が高いレジストを
用いたり、多層レジストを用いたり、あるいはＣＥＬ
（ＣｏｎｔｒａｓｔＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＬａｙ
ｅｒ）を用いたりすることで補うことができる。

【００１１】またＦＬＥＸ法のように露光動作中にウェ
ハＷを光軸方向に移動させなくても、コンタクトホール
パターンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、１
９９１年春季応用物理学会の予稿集２９ａ−ＺＣ−８，
９で発表されたＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法も知られてい
る。このＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法は、投影光学系ＰＬの
瞳ｅｐに透明な位相板を設け、この位相板によって結像
光に与えられる複素振幅透過率が光軸ＡＸから周辺に向
かって順次変化するような特性を持たせたものである。
このようにすると、投影光学系ＰＬによって結像された
像はベストフォーカス面（レチクルＲと共役な面）を中
心に光軸方向に一定の幅（従来よりは広い）でシャープ
さを保つことになり、焦点深度が増大するのである。
なお、ＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法のような多重焦点フィル
ター、いわゆる瞳フィルターについては、昭和３６年１
月２３日付で発行された機械試験所報告第４０号の「光
学系における結像性能とその改良方法に関する研究」と
題する論文中の第４１頁〜第５５頁に詳しく述べられて
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上で述べた各種従来
技術のうち、ＦＬＥＸ法、及びＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法
では、孤立的なコンタクトホールパターンに対して十分
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、ある程度接近した複数のコンタクトホールパターン
では、両方法共にホール間のフォトレジストに不要な膜
べりを生じさせてしまい、事実上使用することが困難に
なることがわかった。

【００１３】さらに、ＦＬＥＸ法では、孤立的なコンタ
クトホールパターンについてもその像（多重露光で得ら
れる合成光学像）のシャープネスを必然的に悪化させる
ために、焦点深度は増大しても露光量裕度が減少すると
いう問題もある。また露光作業中にウェハＷを光軸方向
に連続的に移動又は振動する方式のＦＬＥＸ法では走査
露光方式の露光装置への適用が難しく、また露光を第１
の露光と第２の露光に分割し、各露光間にウェハＷを光
軸方向に移動する方式では処理能力の低下が大きく、ス
ループットが著しく低下するという問題がある。

【００１４】そこで本発明は、コンタクトホール等の孤
立したパターンの投影露光の際に、焦点深度を拡大した
投影露光装置を得ることを目的とし、特に比較的接近し
た複数の孤立パターンに対しても忠実な転写を可能と
し、同時に焦点深度拡大効果が得られる装置及び露光方
法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決する手段】上記目的のために本発明では、
微細パターンが形成されたマスク（レチクル）を露光用
の照明光ＩＬＢで照明する照明手段と、レチクルＲのパ
ターンから発生した光（回折光）を入射してそのパター
ンの像を感光基板（ウェハ等）上に結像投影する投影光
学系ＰＬとを備えた投影露光装置において、前記投影光
学系ＰＬ中の前記マスク及び前記感光基板に対する光学
的フーリエ変換面（以後瞳面と略す）ＦＴＰ又はその近
傍に分布する結像光に対し、投影光学光軸ＡＸを中心と
して内半径ｒ1、外半径ｒ2の輪帯領域と、内半径ｒ2以
上の輪帯領域との間の干渉性を低減せしめると共に、半
径ｒ1以内の円形領域は遮光（もしくは十分に減光）す
る干渉性低減部材ＣＣＭを設けた。

【００１６】また、上記ｒ1及びｒ2の値は、投影光学系
ＰＬの開口数に対応する前記瞳面ＦＴＰの半径ｒ0に対
して、０．４５ｒ0≦ｒ1≦０．５５ｒ0 ０．７５ｒ0≦ｒ2≦０．８５ｒ0 の範囲に設定した。

【００１７】

【作用】本発明においては、瞳面ＦＴＰ又はその近傍面
に干渉性低減部材ＣＣＭを設け、その瞳面ＦＴＰ内で光
軸近傍を遮光し、かつ、瞳面ＦＴＰ内の特定領域に分布
する結像光と、それ以外の部分に分布する結像光とを互
いに干渉し合わない状態とする。この結果レチクルパタ
ーン中の、特にコンタクトホールパターンを透過、回折
した露光光束（結像光）は瞳面ＦＴＰ内で干渉し合わな
い２つの光束に空間的に分割され、ウェハ等の被露光体
に到達する。ウェハＷ上でも２つの光束は干渉し合わな
い（インコヒーレントである）ために、それぞれの光束
が作り出す像（コンタクトホールの像）の光量上での強
度合成像が得られる。従来の露光方式ではレチクルＲ上
の微小コンタクトホールパターンを透過、回折した光束
は投影光学系ＰＬを経てウェハ面に達すると、ここです
べて振幅的に合成（コヒーレント加算）されてレチクル
パターンの像（光学像）を形成していた。従来のＳｕｐ
ｅｒ−ＦＬＥＸ法においても、瞳面ＦＴＰに分布する結
像光を部分的に位相シフトさせているだけなので、コヒ
ーレント加算であることに変わりはない。

【００１８】さて、投影光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰに位相
シフト板等の特別なフィルターがないものとすると、ベ
ストフォーカス（合焦状態）では、レチクルＲ上の任意
の１点からウェハＷ上の対応する像点までの光路長は投
影光学系ＰＬ中のどこの光線路を通るかにかかわらずす
べて等しく（フェルマーの原理）、従ってウェハＷ上の
振幅合成は位相差のない光の合成となり、すべてコンタ
クトホールパターンの強度を増大する方向に作用する。

【００１９】ところがウェハＷがデフォーカス（ウェハ
表面とベストフォーカス面との光軸方向のずれ）する
と、上記の光路長は投影光学系ＰＬ内の光線路によって
異なった長さとなる。この結果上記の振幅合成は光路差
（位相差）を有する光の加算となり、一部で相殺効果が
生じ、コンタクトホールパターンの中心強度を弱めるこ
とになる。このとき生じる光路差はウェハＷ上の１つの
像点に入射する任意の光線の入射角をθとし、かつウェ
ハＷに垂直に入射する光線（主光線）の光路長を基準
（＝０）とすると、ほぼ１／２（ΔＦ・ｓｉｎ²θ）と
表される。ここでΔＦはデフォーカス量を表す。ｓｉｎ
θの最大値は投影光学系ＰＬのウェハ側の開口数ＮＡw
であるから、従来の如く微小ホールパターンからの回折
光のうち瞳ｅｐを通過したすべての光がウェハＷ上で振
幅合成される場合、最大で１／２（ΔＦ・ＮＡw² ）の
光路差を生じてしまうことになる。このとき焦点深度と
してλ／４の光路差までを許容すると仮定すれば、以下
の関係が成り立つ。

【００２０】１／２（ΔＦ・ＮＡw² ）＝λ／４この式をまとめ直すと、ΔＦ＝λ／（２ＮＡw² ）とな
って一般に言われる焦点深度幅と一致する。例えば露光
用照明光波長として現在使われているｉ線（波長０．３
６５μｍ）を前提とし、開口数としてＮＡw＝０．５０
を想定すると、焦点深度±ΔＦ／２は±０．７３μｍと
なり、ウェハＷ上のプロセス段差１μｍ程度に対してほ
とんど余裕のない値となっている。

【００２１】一方、本発明では図２に示すように、投影
光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰに干渉性低減部材ＣＣＭを設け
る。このとき、レチクルＲのパターン面に形成された孤
立パターンＰrで回折した結像光束（主光線はＬＬｐ）
は投影光学系ＰＬの前群レンズ系ＧＡに入射した後、フ
ーリエ変換面ＦＴＰに達する。そしてフーリエ変換面Ｆ
ＴＰにおいて、瞳ｅｐ内の中心部の光軸ＡＸを中心とす
る半径ｒ1の円形領域ＦＣを遮光すると共に、半径ｒ1か
らｒ2までの中間の輪帯状の透過部ＦＡと、半径ｒ2以上
の周辺の輪帯状の透過部ＦＢとの夫々を透過する光束が
互いに干渉し合わない状態に制御（変換）される。この
ためウェハＷ上では干渉性低減部材ＣＣＭの中間の透過
部ＦＡを透過した光束ＬＦａと周辺の透過部ＦＢを通過
した光束ＬＦｂは干渉を起こさない。その結果、中間の
透過部ＦＡからの光束ＬＦａと周辺部ＦＢからの光束Ｌ
Ｆｂはそれぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、そ
れぞれホールパターンの像（強度分布）Ｐr’を形成す
る。すなわち光束ＬＦａのみの干渉によってウェハＷ上
に生成される像と、光束ＬＦｂのみの干渉によって生成
される像とを、単純に強度的に加算したものが、本発明
によって得られるコンタクトホール等の孤立パターンの
像Ｐr’となる。

【００２２】尚、レチクルＲへの照明光ＩＬＢは従来と
同様に一定の開口数ｓｉｎψ／２をもつものとする。た
だし投影光学系ＰＬのレチクル側の開口数ＮＡrに対し
ては、ＮＡr＞ｓｉｎψ／２の条件に設定される。そこ
で、本発明における結像原理を、さらに図３を参照して
説明する。図３は干渉性低減部材ＣＣＭの構造と、コン
タクトホールの像Ｐr’を生成する結像光束の様子と、
デフォーカス時の各光束の光路差ΔＺとの各関係を模式
的に示したものである。

【００２３】図３（Ａ）に示す如く、瞳面ＦＴＰで光軸
近傍が遮光されるため、結像光束ＬＦａ，ＬＦｂのウェ
ハＷへの入射角度範囲はθ1からθwまでとなる。ここ
で、上記θ1とθwと、ｒ0、ｒ1、ｒ2との関係は、正弦
条件により定数αを介して、

【００２４】

【数１】

【００２５】となっている。従って、瞳面ＦＴＰの半径
ｒ0は、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡwに対応した量とな
る。また、結像光束ＬＦａ，ＬＦｂのうち、瞳面ＦＴＰ
上で半径ｒ1からｒ2までの中間の輪帯上領域ＦＡを通る
光束ＬＦａのウェハＷへの入射角度範囲はθ1からθ2ま
でであり、半径ｒ2からｒ0の周辺領域を通る。光束ＬＦ
ｂのウェハＷへの入射角度範囲はθ2からθwまでとな
る。

【００２６】図３（Ｂ）は、ウェハＷがΔＦだけデフォ
ーカスした場合の本発明におけるデフォーカスによる表
面収差を表わす図である。このグラフ（放物線）自体
は、前述の従来の投影光学系による波面収差１／２（ΔＦ・ｓｉｎ²θ）と全く変わりはない。しかしながら本発明においては、
瞳面ＦＴＰの中心近傍ＦＣが遮光されかつ中間部ＦＡと
周辺部ＦＢの輪帯上領域が相互に干渉し合わないために
ウェハＷ上での実質的な波面収差量従来の投影光学系に
比べて著しく減少する。

【００２７】なぜなら先ず、瞳面中心部ＦＣの遮光によ
り、ウェハＷへの入射角が０（垂直入射）からθ1に相
当する光束が遮光され、図３（Ｂ）のΔＺ０の波面収差
は本発明では結像に悪影響を及ぼすことがない。さらに
残りの結像光束が２つのインコヒーレントな光束ＬＦ
ａ、ＬＦｂに分割されており、両光束は相互には干渉性
を持たないため、各領域ＦＡ、ＦＢを通る各光束ＬＦ
ａ，ＬＦｂの結像に悪影響を与える波面収差はそれぞれ
ΔＺａ、ΔＺｂのみとなる。なお、図３（Ｂ）の中で、
ＮＡ１＝ｓｉｎθ1、ＮＡ２＝ｓｉｎθ2 とした。

【００２８】一方、従来の投影光学系では、瞳面ＦＴＰ
に遮光部材ＦＣＳも、干渉性低減部材もなく、従って図
３（Ｂ）中のΔＺ０、ΔＺａ、ΔＺｂの和が波面収差

【００２９】

【数２】

【００３０】として結像に悪い影響を与える。本発明に
おいて、半径ｒ1、ｒ2の大小関係をそれぞれｒ1＝０．５・ｒ0、ｒ2＝０．８・ｒ0 程度に設定すると

【００３１】

【数３】

【００３２】

【数４】

【００３３】となり、デフォーカスによる実質的な波面
収差量を、従来の約４割以下とすることができる。逆に
言えば、より大きなデフォーカスに対しても、十分に良
好な結像性能を有することになる。このように投影光学
系ＰＬの瞳面ＦＴＰにおいて、結像光束を互いに干渉し
ない複数の光束に交換する手法を、以後ＳＦＩＮＣＳ
（ＳｐａｔｉａｌＦｉｌｔｅｒｆｏｒＩＮＣｏｈ
ｅｒｅｎｔＳｔｒｅａｍ）法と呼ぶことにする。

【００３４】

【実施例】図４は本発明の第１の実施例による投影露光
装置の全体的な構成を示す。図４において、水銀ランプ
１から放射された高輝度光は楕円鏡２によって第２焦点
に収斂した後、発散光となってコリメータレンズ４に入
射する。その第２焦点の位置にはロータリーシャッター
３が配置され、照明光ＩＬＢの通過、遮断を制御する。
コリメータレンズ４によってほぼ平行光束に変換された
照明光ＩＬＢは、干渉フィルター５に入射し、ここで露
光に必要とされる所望のスペクトル、例えばｉ線のみが
抽出される。干渉フィルター５を射出した照明光ＩＬＢ
（ｉ線）は、オプチカルインテグレータとしてのフライ
アイレンズ７に入射する。図中の照明系偏光制御部材６
は本発明の実施形態によっては必要となるが、以下の第
１の実施例では不要である。

【００３５】さて、フライアイレンズ７に入射した照明
光ＩＬＢ（ほぼ平行光束）は、フライアイレンズ７の複
数のレンズエレメントによって分割され、各レンズエレ
メントの夫々の射出側には２次光源像（水銀ランプ１の
発光点の像）が形成される。従ってフライアイレンズ７
の射出側にはレンズエレメントの数と同じ数の点光源像
が分布し、面光源像が作られる。フライアイレンズ７の
射出側には、面光源像の大きさを調整するための可変絞
り８が設けられる。この絞り８を通った照明光ＩＬＢ
（発散光）はミラー９で反射され、集光レンズ系１０に
入射した後、レチクルブラインド１１の矩形の開口部を
均一な照度分布で照射する。図４では、フライアイレン
ズ７の射出側に形成される複数の２次光源像（点光源）
のうち、光軸ＡＸ上に位置する１つの２次光源像からの
照明光ＩＬＢのみを代表的に図示してある。また集光レ
ンズ系１０によって、フライアイレンズ７の射出側（２
次光源像が形成される面）はレチクルブラインド１１の
矩形開口面に対するフーリエ変換面になっている。従っ
てフライアイレンズ７の複数の２次光源像の夫々から発
散して集光レンズ系１０に入射した各照明光ＩＬＢは、
レチクルブラインド１１上で互いにわずかずつ入射角が
異なる平行光束となって重畳される。

【００３６】レチクルブラインド１１の矩形開口を通過
した照明光ＩＬＢはレンズ系１２、ミラー１３を介して
コンデンサーレンズ１４に入射し、コンデンサーレンズ
１４を射出する光が照明光ＩＬＢとなってレチクルＲに
達する。ここでレチクルブラインド１１の矩形開口面と
レチクルＲのパターン面とは、レンズ系１２とコンデン
サーレンズ１４との合成系によって互いに共役に配置さ
れ、レチクルブラインド１１の矩形開口の像が、レチク
ルＲのパターン面内に形成された矩形のパターン形成領
域を含むように結像される。図４に示すように、フライ
アイレンズ７の２次光源像のうち光軸ＡＸ上に位置する
１つの２次光源像からの照明光ＩＬＢは、レチクルＲ上
では光軸ＡＸに対して傾きのない平行光束になっている
が、これは投影光学系ＰＬのレチクル側がテレセントリ
ックだからである。もちろん、フライアイレンズ７の射
出側には光軸ＡＸ上からずれて位置する多数の２次光源
像（軸外の点光源）が形成されるから、それらからの照
明光ＩＬＢはいずれもレチクルＲ上では光軸ＡＸに対し
て傾いた平行光束となってパターン形成領域内で重畳さ
れる。尚、レチクルＲのパターン面とフライアイレンズ
７の射出側面とが、集光レンズ系１０、レンズ系１２、
コンデンサーレンズ１４の合成系によって光学的にフー
リエ変換の関係になっていることは言うまでもない。ま
たレチクルＲへの照明光ＩＬＢの入射角度範囲ψ（図２
参照）は絞り８の開口径によって変化し、絞り８の開口
径を小さくして面光源の実質的な面積を小さくすると、
入射角度範囲ψも小さくなる。そのため絞り８は、照明
光ＩＬＢの空間的コヒーレンシィを調整することにな
る。その空間的コヒーレンシィの度合いを表すファクタ
として、照明光ＩＬＢの最大入射角ψ／２の正弦と投影
光学系ＰＬのレチクル側の開口数ＮＡrとの比（σ値）
が用いられている。このσ値は通常、σ＝ｓｉｎ（ψ／
２）／ＮＡrで定義され、現在稼働中のステッパーの多
くは、σ＝０．５〜０．７程度の範囲で使われている。
本発明では、そのσ値がどのような値であってもよく、
極端な場合σ＝０．１〜０．３程度であってもよい。

【００３７】さて、レチクルＲのパターン面にはクロム
層によって所定のレチクルパターンが形成されている
が、ここではクロム層が全面に蒸着され、その内に微小
な矩形開口部（クロム層のない透明部）で形成された複
数のコンタクトホールパターンが存在するものとする。
コンタクトホールパターンはウェハＷ上に投影したと
き、０．５μｍ角（又は径）以下の寸法になるように設
計されていることもあり、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍ
を考慮してレチクルＲ上での寸法が決められている。ま
た互いに隣接するコンタクトホールパターン間の寸法
は、通常１つのコンタクトホールパターンの開口部寸法
に対してかなり大きくなっているため、孤立的な微小パ
ターンとして存在する。すなわち、隣接する２つのコン
タクトホールパターンは、それぞれから発生した光（回
折、散乱光）が、回折格子のように互いに強く影響し合
うことがない程度に離れていることが多い。ところが後
で詳しく述べるが、かなり接近した配置でコンタクトホ
ールパターンを形成したレチクルＲも存在する。図４
において、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴに保持
され、レチクルＲのコンタクトホールパターンの光学像
（光強度分布）は投影光学系ＰＬを介してウェハＷの表
面のフォトレジスト層に結像される。ここで、図４中の
レチクルＲからウェハＷまでの光路は、結像光束の主光
線のみで示す。そして投影光学系ＰＬ内のフーリエ変換
面ＦＴＰには、先の図２、図３で説明した干渉性低減部
材ＣＣＭが設けられる。この干渉性低減部材ＣＣＭは、
瞳ｅｐの最大径をカバーする直径を有し、スライダー機
構２０によって光路外へ退出したり、光路内に進入した
りすることができる。仮りにそのステッパーが専らコン
タクトホールパターンを露光するために使われるのであ
れば、干渉性低減部材ＣＣＭは投影光学系ＰＬ内に固定
しておいてもよい。しかしながら、複数台のステッパー
によってリソグラフィ工程の露光作業を行う場合、各ス
テッパーのもっとも効率的な運用を考えると、特定の一
台のステッパーをコンタクトホールパターン専用の露光
に割り当てることは躊躇される。そのため、干渉性低減
部材ＣＣＭは投影光学系ＰＬの瞳ｅｐに対して挿脱可能
に設け、コンタクトホールパターン以外のレチクルパタ
ーンの露光時にも、そのステッパーが使えるようにして
おくことが望ましい。尚、投影光学系によっては、その
瞳位置（フーリエ変換面ＦＴＰ）に実効的な瞳径を変え
るための円形開口絞り（ＮＡ可変絞り）を設けることも
ある。この場合、その開口絞りと干渉性低減部材ＣＣＭ
は機械的に干渉しないように、かつできるだけ接近して
配置される。

【００３８】さて、ウェハＷは、光軸ＡＸと垂直な面内
で２次元移動（以下、ＸＹ移動とする）するとともに、
光軸ＡＸと平行な方向に微動（以下、Ｚ移動とする）す
るウェハステージＷＳＴ上に保持される。ウェハステー
ジＷＳＴのＸＹ移動、Ｚ移動は、ステージ駆動ユニット
２２によって行われ、ＸＹ移動に関してはレーザ干渉計
２３による座標計測値に従って制御され、Ｚ移動に関し
てはオートフォーカス用のフォーカスセンサー２４の検
出値に基づいて制御される。ステージ駆動ユニット２
２、スライダー機構２０等は、主制御ユニット２５から
の指令で動作する。この主制御ユニット２５は、さらに
シャッタ駆動ユニット２６へ指令を送り、シャッター３
の開閉を制御するとともに、開口制御ユニット２７へ指
令を送り、絞り８、又はレチクルブラインド１１の各開
口の大きさを制御する。また主制御ユニット２５は、レ
チクルステージＲＳＴへのレチクルＲの搬送路中に設け
られたバーコードリーダー２８が読み取ったレチクル名
を入力できるようになっている。従って主制御ユニット
２５は、入力したレチクル名に応じてスライダー機構２
０の動作、開口駆動ユニット２７の動作等を統括的に制
御し、絞り８、レチクルブラインド１１の各開口寸法、
及び干渉性低減部材ＣＣＭの要、不要を、そのレチクル
Ｒに合わせて自動的に調整することができる。

【００３９】ここで図４中の投影光学系ＰＬの一部分の
構造を、図５を参照して説明する。図５は全て屈折性硝
材で作られた投影光学系ＰＬの部分的な断面を示し、前
群のレンズ系ＧＡの最下部のレンズＧＡ1 と後群のレン
ズ系ＧＢの最上部のレンズＧＢ1 との間の空間中にフー
リエ変換面ＦＴＰが存在する。投影光学系ＰＬは複数枚
のレンズを鏡筒で保持しているが、干渉性低減部材ＣＣ
Ｍの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。また
干渉性低減部材ＣＣＭ、及びスライダー機構２０の全
部、又は一部を、外気に直接露出させないようなカバー
２０Ｂを、鏡筒の開口部から延設する。このカバー２０
Ｂは外気に浮遊する微小なダストが投影光学系ＰＬの瞳
空間内に進入するのを防ぐ。スライダー機構２０には、
回転モータ、ペンシリンダー、ソレノイド等のアクチュ
エータ２０Ａが結合されている。さらに、鏡筒の一部に
瞳空間に連通する流路Ａｆを設け、パイプ２９を介して
温度制御されたクリーンエアを瞳空間へ供給すること
で、干渉性低減部材ＣＣＭの露光光の一部吸収による温
度上昇、及び瞳空間全体の温度上昇を押さえるようにす
る。尚、瞳空間へ強制的に供給されたクリーンエアを、
スライダー機構２０、アクチュエータ２０Ａを介して強
制的に排出するようにすれば、スライダー機構２０等で
発生した埃塵が瞳空間内に進入することを防止すること
ができる。図６は干渉性低減部材ＣＣＭの第１の実施例
による構造を示し、図６（Ａ）は光軸ＡＸを通る点での
断面図、図６（Ｂ）は平面図である。

【００４０】干渉性低減部材ＣＣＭは、段差ｄを有する
透過平行平板より成り、外周の半径ｒ0（すなわち瞳面
の半径）に対して、段差部の半径ｒ2は、ｒ2＝０．８ｒ0 となっている。また、中心近傍には、遮光部材ＦＣＳが
金属の蒸着等で形成され、その半径ｒ1はｒ1＝０．５ｒ0 となっている。この遮光領域が前述のＦＣに対応し、半
径がｒ1からｒ2までの輪帯領域がＦＡに、半径がｒ2か
らｒ0までの輪帯領域がＦＢに相当する。

【００４１】さて、図４中の光源（水銀ランプ１）から
の光はランダムな偏光状態（種々の偏光状態の光の合成
された光であり、かつその偏光状態が時間とともに変化
する）であるとともに、そのコヒーレント長ΔＬｃは極
めて短い。今、照明光ＩＬＢをｉ線として、中心波長λ
0＝３６５ｎｍ、波長幅Δλ＝５ｎｍであると、コヒー
レント長ΔＬｃは以下のように求まる。

【００４２】ΔＬｃ＝λ0²／Δλ≒２６μｍ従って上記の段差ｄを（ｎ−１）ｄ≧ΔＬｃ（ｎは透過平行平板の屈折率）とすると、ＦＡ部の透過
光とＦＢ部の透過光にはコヒーレント長ΔＬｃ以上の光
路差が生じるため、両光束をインコヒーレントとするこ
とができる。例えばｎを１．５とすると０．５ｄ≧２６μｍよりｄは５２μｍ以上であればよい。

【００４３】また、干渉性低減部材ＣＣＭとして図６に
示したものの変形として、一枚の基板の周辺部を段差ｄ
だけ薄くする代わりに、中心部（ＦＡ，ＦＣ部）をｄだ
け薄くしてもよく、あるいは、均一厚の平行平板の中心
部（ＦＡ、ＦＣ部）又は周辺部（ＦＢ部）のいずれか一
方に、厚さｄの透明板を張り付けてもよい。また、別の
形態として、中心部（ＦＡ、ＦＣ部）と周辺部（ＦＢ
部）で屈折率の異なるガラス等を組み合わせて用いても
よく、さらには他のいかなる方法であってもＦＡ部の透
過光（ＬＦａ）と、ＦＢ部の透過光（ＬＦｂ）にコヒー
レント長ΔＬｃ以上の光路差を与えるものであれば良
い。

【００４４】図７は干渉性低減部材ＣＣＭの第２の実施
例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は、上
面図を表わす。ここでの干渉性低減部材ＣＣＭは、偏光
状態を制御するものであり、以下瞳面偏光制御部材ＰＣ
Ｍと呼ぶ。瞳面偏光制御部材ＰＣＭは半径ｒ2の円形偏
光板と、半径ｒ2からｒ0の輪帯状の偏光板とから成り、
両偏光板は、各透過光の偏光方向が直行するように回転
位置関係を設定してある。従って透過部ＦＡと透過部Ｆ
Ｂを透過した各光束ＬＦａ，ＬＦｂは互いに直交する直
線偏光となり、干渉し合うことがない。

【００４５】このように、本発明の干渉性低減部材ＣＣ
Ｍは偏光状態を制御する方式によっても実現することが
できる。また偏光板の代わりに１／２又は１／４波長板
を用いて瞳面偏光制御部材ＰＣＭを実現することもでき
る。図８はこの実施例であって透過基板ＰＰ上の中心部
（ＦＡ、ＦＣ部）に水晶等の１／２波長板ＨＷＰを張り
合わせたものである。このような瞳面偏光制御部材ＰＣ
Ｍに直線偏光の結像光が入射すると１／２波長板ＨＷＰ
の作用により、透過部ＦＡの透過光ＬＦａは偏光方向が
変化し、透過部ＦＢの透過光ＬＦｂは偏光方向は変化し
ない。また、入射する結像光の偏光方向（レチクルＲを
照明する照明光ＩＬＢの偏光方向と同じ）と１／２波長
板ＨＷＰの結晶軸の方向を４５°だけずらしておくと２
つの光束ＬＦａとＬＦｂの偏光方向は直交する。

【００４６】あるいは、レチクルＲへの照明光ＩＬＢの
偏光状態を円偏光とすると、透過部ＦＡの透過光ＬＦａ
は、１／２波長板ＨＷＰの作用により逆回りの円偏光と
なり、やはり透過部ＦＢの透過光ＬＦｂとは干渉し合わ
ない偏光状態とすることができる。なおこの場合には、
照明光ＩＬＢが円偏光であるため１／２波長板ＨＷＰの
結晶軸方向は任意で良い。また１／２波長板ＨＷＰの
代わりに１／４波長板を用いて、瞳面偏光制御部材ＰＣ
Ｍを実現することもできる。すなわち、図８中の１／２
波長板ＨＷＰを１／４波長板に変更すると共に透過部Ｆ
Ｂにも１／４波長板を貼り付ける。このとき、２つの１
／４波長板の結晶軸（長軸）の方向が直交するように、
回転方向を調整する。このような瞳面偏光制御部材ＰＣ
Ｍに直線偏光の結像光（レチクルＲへの照明光ＩＬＢの
偏光状態と同じ）が入射すると、透過部ＦＡの透過光Ｌ
Ｆａと透過部ＦＢの透過光ＬＦｂとは互いに逆回りの円
偏光となり、やはり相互に干渉し合わない。ただしこの
場合には、レチクルＲへの照明光ＩＬＢの直線偏光の偏
光方向は瞳面ＦＴＰで上記２つの１／４波長板の長軸方
向とそれぞれ４５°ずれた方向となるように設定する。

【００４７】あるいはレチクルＲへの照明光ＩＬＢを円
偏光すると各１／４波長板（それぞれ領域ＦＡ，ＦＢ）
の透過光ＬＦａ，ＬＦｂは互いに直交する直線偏光に変
換されるため、やはり両光束の干渉性は消失する。ま
た、この場合には照明光ＩＬＢが円偏光であるため両１
／４波長板の軸方向（長軸が直交）と照明光ＩＬＢとの
回転関係は任意で良い。

【００４８】以上で述べたとおり、１／２又は１／４波
長板を用いて瞳面偏光制御部材ＰＣＭを構成すると、レ
チクルＲへの照明光ＩＬＢの偏光状態が重要となる。従
って、前述の照明系偏光制御部材６（図４）を用いて照
明光ＩＬＢを特定の偏光状態とする必要がある。例え
ば、図４に示した実施例の如く光源が水銀ランプ１等の
ランダム偏光のものであれば照明系偏光制御部材６とし
て偏光板、グラントムソンプリズム等の偏光子を使用
し、照明光ＩＬＢを直線偏光とすることができ、またそ
れらの偏光子を照明光学系の光軸ＡＸについて回転する
ことにより、偏光方向を任意の方向に調整することがで
きる。

【００４９】さらに、上記偏光子とレチクルＲとの間に
１／４波長板を設け、照明光ＩＬＢを円偏光とすること
もできる。あるいは光源がレーザ等、直線偏光を放射す
るものであれば、上記偏光子は不要となるが、代わりに
１／２波長板を用いその回転により偏光方向を調整する
こともできる。また、１／４波長板のみを用いて直線偏
光から円偏光に変換してもよい。

【００５０】また以上のいずれの瞳面偏光制御部材ＰＣ
Ｍの実施例においても、その射出側（ウェハ側）に、さ
らに一様な１／４波長板を設け、直交する直線偏光を互
いに逆回りの円偏光にあるいは逆回りの円偏光を互いに
直交する直線偏光に変換しても良い。次に、シミュレー
ション結果を基に、本発明の効果について説明する。図
１０は瞳面ＦＴＰに設ける干渉性低減部材ＣＣＭのう
ち、中心の遮光部材ＦＣＳの半径ｒ1を瞳面ＦＴＰの半
径ｒ0（ＮＡに相当する）に対してｒ1＝０．５０・ｒ0 中間の透過部ＦＡと周辺の透過部ＦＢの境界半径ｒ2をｒ2＝０．８０・ｒ0 としたときの、コンタクトホールパターンの光学像のシ
ミュレーション結果を示す。ここで、露光条件として、
照明光（結像光）の波長は、ｉ線の０．３６５μｍと
し、投影光学系ＰＬのウェハ側開口数を０．５７、照明
光学系のσ値を０．６とした。

【００５１】またコンタクトホールパターンとしては、
図９に示した、１辺がウェハ上換算で、０．３μｍの正
方形の開口（透過）パターンが２個並ぶものを用いた。
２個の開口パターンの中心間隔は、図９（Ａ）では０．
７５μｍ、図９（Ｂ）では１．０５μｍ（共にウェハ上
換算）であり、シミュレーション結果はＡ−Ａ’及びＢ
−Ｂ’断面での像強度分布を示す。なお、これらの条件
は以後のすべてのシミュレーションについて共通であ
る。図１０（Ａ）は図９（Ａ）に示したパターンの像
を表わし、図１０（Ｂ）は図９（Ｂ）に示したパターン
の像を表わす。図１０（Ａ）、（Ｂ）及びこれ以後の図
でも実線がベストフォーカス位置、１点鎖線は±１μｍ
デフォーカス位置、２点鎖線は、±２μｍデフォーカス
位置での像強度分布をそれぞれ表わしている。また各図
中のエネルギー値Ｅthはポジ型フォトレジストを完全に
溶解するのに必要な露光エネルギー（＝強度×露光時
間）を表わしている。従って、図中でこのエネルギー値
Ｅthのもとでの光学像のスライス幅が、ウェハＷ上に形
成されるホールパターン（レジストパターン）の径にな
ると考えられる。なお、各図中の像強度分布の縦方向倍
率（すなわち、露光時間に対応）は、エネルギー値Ｅth
のもとでの光学像のスライス幅が、ベストフォーカス位
置での像強度分布（実線）で、０．３μｍとなるように
定めている。

【００５２】図１０（Ａ）、（Ｂ）に示したとおり、本
発明においては、±１μｍデフォーカス位置でのホール
パターンの像（一点鎖線）がベストフォーカス位置での
像（実線）に比べてほとんど変化せず、すなわち大きな
焦点深度でコンタクトホールパターンを投影露光するこ
とが可能である。また図１０（Ａ）に示すように、近接
した２個のホールパターンに対しても十分な分離能力
（解像度）があり、かつ両ホール間に不要な転写（明ピ
ーク）が生じないという利点がある。

【００５３】図１１に示すシミュレーション結果は図１
０に示した本発明と同一条件で、さらにＦＬＥＸ法を併
用した場合のものを表わす。このときのＦＬＥＸ法の条
件としては、露光を２回に分け、各露光時のフォーカス
位置は、ベストフォーカスに対してそれぞれ±２．２５
μｍ（幅で４．５μｍ）だけ光軸方向にずれた位置とし
た。

【００５４】図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、この
場合にはベストフォーカス（実線）、±１μｍデフォー
カス（一点鎖線）、±２μｍ（２点鎖線）での像強度分
布がすべてほとんど重なり、すなわちきわめて大きな焦
点深度が得られることがわかる。またＦＬＥＸ法を併用
しても、近接したホールでの分離能力が高く、かつ近接
ホール間に不要な明ピークが生じないという本発明の特
徴は失われることはない。

【００５５】なお、ここではＦＬＥＸ法として、離散的
な２つの位置での露光を用いたが、これ以外にも、例え
ば露光中のウェハＷを光軸方向に連続的に移動又は振動
させるような方法を用いても、同様の効果が得られる。
また、特開平５−１３３０５号公報に示されているよう
にウェハＷの連続移動時の速度を段階的に制御する方法
を用いてもよい。

【００５６】ＦＬＥＸ法の間隔としては、実施例で用い
た如く、

【００５７】

【数５】

【００５８】程度が最適であるが、この値より±２０％
程度ずれても十分に効果的であることが各種シミュレー
ションよりわかった。また、ＦＬＥＸ法として、ウェハ
Ｗの連続的な（ほぼ等速度での）移動を行う場合、その
移動範囲は上記の間隔の１．５倍以上とするとよい。
なお、上記ｒ1＝０．５・ｒ0 ｒ2＝０．８・ｒ0 の値は本件発明者の膨大なシミュレーションの結果、最
適化された値であるが、０．４５ｒ0≦ｒ1≦０．５５ｒ0 ０．７５ｒ0≦ｒ2≦０．８５ｒ0 の範囲であれば、ほぼ同様な良好な結像性能を得ること
ができる。

【００５９】図１２は比較のために従来の通常露光での
シミュレーション結果（光学像）を示したものであり、
図１２（Ａ）は図９（Ａ）のパターンの光学像、図１２
（Ｂ）は図９（Ｂ）のパターンの光学像を示している。
図１２（Ａ）、（Ｂ）では、瞳フィルター及びＦＬＥＸ
法を用いないため、共に±１μｍのデフォーカス位置
（１点鎖線）での像はベストフォーカス位置での像（実
線）に比べて大きく劣化している。従って、通常の結像
方法では十分な焦点深度が得られないことがわかる。

【００６０】図１３も比較のために、通常露光（瞳フィ
ルター不使用）にＦＬＥＸ法を適用した場合でのシミュ
レーション結果を示したものである。図１３でのＦＬＥ
Ｘ法は離散的な３点の各々で露光を行うものとし、その
間隔は各１．５μｍとした。図１３（Ａ）、（Ｂ）に示
すように、通常露光とＦＬＥＸ法との併用でも±１μｍ
のデフォーカス位置での像（一点鎖線）をベストフォー
カス位置での像（実線）に近づけること、すなわち焦点
深度を増大することは可能ではある。しかしながら、図
９（Ｂ）の如きある程度離れて並ぶホールパターンの像
（図１３（Ｂ))では両ホールは完全に分離するが、それ
よりも近接した図９（Ａ）のホールパターンの像（図１
３（Ａ))では両ホールの分離が十分でなく、両ホールが
つながって形成されてしまう恐れがある。これは、図１
３（Ａ）中のホール間の像強度がエネルギー値Ｅth／２
に近づいているためである。尚、図１０〜図１５中のエ
ネルギー値Ｅth／２は、ポジ型フォトレジストで膜ベリ
が生じ始める露光量にほぼ対応しているものとする。従
って、単なるＦＬＥＸ法では、両ホールの中間のフォト
レジストが膜ベリを起こしてしまう可能性がある。これ
に対して、本発明の各実施例により得られる像（図１
０、図１１）では両ホールの中間部の光量は十分に小さ
く膜ベリの心配は全くない。図１４、図１５は比較の
ために、従来の２重焦点型瞳フィルター（位相差フィル
ター）、一例としてＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法でのシミュ
レーション結果を示したものである。図１４、図１５で
は、シミュレーションの条件（λ、ＮＡ、σ、ホールパ
ターン、フォーカス位置）は全て図１０〜図１３と同様
であるが、瞳フィルターとしては瞳中心部（例えば光軸
ＡＸを中心とした半径ｒ1 の円形領域内）に分布する
結像光と、その周辺部（例えば内半径ｒ1 、外半径が
投影光学系ＰＬの最大開口数に相当する瞳面ＦＴＰの最
大径となる輪帯領域内）に分布する結像光とにπ[rad]
の位相差を与える２重焦点フィルターを用いるものとし
た。また、図１４ではｒ1 ＝０．４×ｒ0、図１５では
ｒ1 ＝０．３×ｒ0 とした。但し、ここではｒ0は瞳
面半径、すなわち投影光学系ＰＬの開口数ＮＡに相当す
るものとしてある。

【００６１】図１４（Ａ）、（Ｂ）では共に焦点深度は
十分に大きくなっている、すなわちベストフォーカス位
置での像（実線）と±１μｍのデフォーカス位置での像
（一点鎖線）とがほとんど重なっているが、本来のパタ
ーンの周囲の不要なサブピーク（リンギング）は非常に
大きくなっている。特に図９（Ｂ）の如きある程度離れ
て並ぶホールパターンの像（図１４（Ｂ))では、両ホー
ルのリンギングがその中間で加算されて極めて明るいゴ
ースト像を作り出してしまう。このため、両ホール間に
不要なホールパターンが誤転写されることとなり、この
ような瞳フィルターは実際には使用することができな
い。一方、図１５（Ａ）、（Ｂ）では、図１４の場合に
比べて半径ｒ1 の値が小さくなっているので、図１４
よりもリンギングが多少小さくなるが、その一方で焦点
深度は減少する、すなわちベストフォーカス位置での像
（実線）と±１μｍのデフォーカス位置での像（一点鎖
線）との差が大きくなり、実用上十分な焦点深度を得る
ことができない。

【００６２】以上のように、従来提案されている二重焦
点フィルター（位相差フィルター）においては、半径ｒ
1 の値によって焦点深度とリンギングとが大きく変動
するが、どちらも良好とするような半径ｒ1 の最適化
は不可能である。これに対して本発明においては、既に
図１０、図１１に示した通り十分大きな焦点深度を持ち
ながらリンギングも十分小さく、かつ近接したホールパ
ターンの分離能力も高いといった、極めて優れた投影露
光装置を実現することができる。

【００６３】尚、本発明の瞳面干渉性低減部材ＣＣＭの
中心部の遮光部材ＦＣＳは先に述べたもの以外に、例え
ば特開平４−１７９９５８号公報に開示されている各種
方法を用いてもよい。すなわち、遮光部材ＦＣＳとして
露光光は吸収し、この露光光と異なる波長域のアライメ
ント用照明光は透過するようにしてもよく、あるいは金
属板の露光光の吸収による発熱防止のため、液体冷却機
構等を設けてもよい。また、上記の遮光部材ＦＣＳを露
光光を吸収するものではなく、多層膜等により反射する
ものとしてもよい。

【００６４】また、前述の実施例（シミュレーション）
では、レチクルＲ上のコンタクトホールパターンとして
ウェハ上換算で０．３μｍ角（又は径）のパターン、す
なわち１／５縮小系ならレチクルＲ上では１．５μｍ角
（又は径）を、ウェハＷ上で０．３μｍ角に転写するも
のとしたが、レチクルパターンのサイズは必ずしもウェ
ハ上換算で所望のサイズでなくてもよい。例えば、ウェ
ハ上換算で０．４μｍ角となるレチクルＲ上の２μｍ角
のホールパターンがウェハＷ上で０．３μｍ角となるよ
うに、露光量を調整して転写してもよい。さらに本発
明による投影露光装置に、例えば特開平４−１３６８５
４号公報、特開平４−１６２０３９号公報に開示され
た、いわゆるハーフトーン型位相シフトレチクルやエッ
ジ強調型位相シフトレチクル等を併用して露光を行うよ
うにしても良い。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コンタク
トホールパターンの転写に際して十分な焦点深度が得ら
れるのみでなく、近接して並ぶ複数のコンタクトホール
パターンの分離能力（解像度）が高く、かつある程度離
れて並ぶコンタクトホール間に不要な誤転写を生じな
い、すなわちリンギングの小さな投影露光装置を実現す
ることができる。

【００６６】

【発明の効果】【図面の簡単な説明】

【図１】従来の投影光学系ＰＬの結像光路を模式的に表
したもの。

【図２】投影光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰに干渉性低減部材
ＣＣＭ設けた模式図。

【図３】干渉性低減部材ＣＣＭの構造と、コンタクトホ
ールの像Ｐr’を生成する結像光束の様子と、デフォー
カス時の各光束の光路差ΔＺとの各関係を模式的に示し
たもの。

【図４】本発明の第１の実施例による投影露光装置の全
体的な構成図。

【図５】全て屈折性硝材で作られた投影光学系ＰＬの部
分的な断面図。

【図６】本発明の第１の実施例による干渉性低減部材Ｃ
ＣＭの構成を示す図。

【図７】本発明の第２の実施例による干渉性低減部材Ｃ
ＣＭの構成を示す図。

【図８】本発明の瞳面偏光制御部材ＰＣＭに１／２又は
１／４波長板を用いた実施例による構造図。

【図９】シミュレーションに使用したコンタクトホール
パターンを示す図。

【図１０】本発明におけるコンタクトホールパターンの
光学像のシミュレーションしたグラフ。

【図１１】本発明においてさらにＦＬＥＸ法を併用した
コンタクトホールパターンの光学像のシミュレーション
したグラフ。

【図１２】コンタクトホールパターンに対する従来の通
常露光法による効果を像強度分布としてシュミレーショ
ンしたグラフ。

【図１３】コンタクトホールパターンに対する従来の通
常露光法においてＦＬＥＸ法を併用した場合の効果を像
強度分布としてシュミレーションしたグラフ。

【図１４】コンタクトホールパターンに対する、従来の
２重焦点型瞳フィルター（位相差フィルター）、一例と
してＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法（１）でのシミュレーショ
ン結果を示したもの。

【図１５】コンタクトホールパターンに対する、従来の
２重焦点型瞳フィルター（位相差フィルター）、一例と
してＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法（２）でのシミュレーショ
ン結果を示したもの。

【符号の説明】

Ｒ・・・レチクルＷ・・・ウェハＲＳＴ・・レチクルステージＷＳＴ・・ウェハステージＰＬ・・・投影光学系ＡＸ・・・光軸ＦＴＰ・・・瞳面ＣＣＭ・・・干渉性低減部材ＰＣＭ・・・瞳面偏光制御部材ＦＣＳ・・・遮光部材ＨＷＰ・・・１／２波長板ＦＣ・・・・円形遮光部ＦＡ、ＦＢ・・・輪帯状透過部ＬＦａ、ＬＦｂ・・透過光ＩＬＢ・・・照明光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細なパターンが形成されたマスクを露
光用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパタ
ーンから発生した光を入射して前記パターンの像を感光
基板上に結像投影する投影光学系とを備えた投影露光装
置において、前記投影光学系中の前記マスクもしくは前
記感光基板に対する光学的なフーリエ変換面の開口数を
規定する半径ｒ0とし、該フーリエ変換面上で前記投影
光学系の光軸を中心とする内半径ｒ1、外半径ｒ2の輪帯
領域と内半径ｒ2、外半径ｒ0の輪帯領域に分布する結像
光の間の干渉性を低減させると共に、半径ｒ1の円形領
域の内側を遮光する干渉性低減手段を有し、かつ、前記
半径ｒ1及びｒ2の値を０．４５ｒ0≦ｒ1≦０．５５ｒ0 ０．７５ｒ0≦ｒ2≦０．８５ｒ0 の範囲に設定したことを特徴とする投影露光装置
【請求項２】前記干渉性低減手段として、異なる領域
に分布する結像光にコヒーレント長（可干渉距離）以上
の光路差を与える、時間的コヒーレンス低減部材を用い
ることを特徴とする請求項第１項記載の投影露光装置
【請求項３】前記干渉性低減手段として、異なる領域
に分布する結像光の偏光状態を相互に干渉し合わない状
態とする偏光制御部材を用いることを特徴とする請求項
第１項記載の投影露光装置
【請求項４】前記マスクパターンの露光中に、前記感
光基板を前記投影光学系の光軸方向に段階的に移動せし
める保持部材を有することを特徴とし、その移動幅Ｗd1
は、前記露光用の照明光の中心波長をλ、投影光学系の
開口数をＮＡとすると３．２・λ／ＮＡ²≦Ｗd1≦４．８・λ／ＮＡ² の範囲であることを特徴とする請求項第１項、第２項、
第３項のいずれか１つに記載の投影露光装置
【請求項５】前記マスクパターンの露光中に、前記感
光基板を前記投影光学系の光軸方向に連続移動せしめる
保持部材を有することを特徴とし、その移動する時の移
動幅Ｗd2は、前記露光用の照明光の中心波長をλ、投影
光学系の開口数をＮＡとすると２．４・λ／ＮＡ²≦Ｗd2≦３．２・λ／ＮＡ² の範囲に設定したことを特徴とする請求項第１項、第２
項、第３項のいずれか１つに記載の投影露光装置