JPH08222499A

JPH08222499A - 投影光学系及び該光学系を備えた投影露光装置

Info

Publication number: JPH08222499A
Application number: JP7022666A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: KR960032099A; JP3600869B2; US6661498B1

Abstract

(57)【要約】【目的】レチクル上のパターンを投影光学系を介して
ウエハ上に投影する投影露光装置において、所定の方向
に周期性を有するパターンに対する結像特性を改善す
る。【構成】投影光学系の瞳面上に、レチクルのパターン
の配列方向であるＸ方向、Ｙ方向に伸びた直線状のエッ
ジを有するＬ字状の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂ
からなる開口絞り１６を光軸ＡＸに対して対称的に配置
する。可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂをそれぞれの
駆動機構を介して移動させることにより開口絞り１６の
開口部の大きさを変化させ、円形の開口絞り２２及び開
口絞り１６による開口部を透過する回折光の範囲を制限
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等を製造す
るためのフォトリソグラフィー工程で用いられる投影露
光装置及びその投影光学系に関し、特に例えばライン・
アンド・スペースパターンのような周期的なパターンを
感光基板上に転写する場合に適用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体集積回路、液晶ディスプ
レイ等の微細パターンをフォトリソグラフィー工程で形
成する際に使用される投影露光装置の投影光学系には、
レチクル（又はフォトマスク等）上の各種の異なったパ
ターンをウエハ等の感光性の基板上に忠実に転写するた
めに、極めて高い結像特性が要求される。

【０００３】一般に、投影光学系を介して微細なレチク
ルパターンを感光基板上へ忠実に転写するためには、投
影光学系の解像度と焦点深度（ＤＯＦ）とが重要なファ
クタとなっている。それらの内の解像度を向上するため
には、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすればよ
い。ここで、解像度と開口数との関係につき説明する。
これに関して、通常の集積回路のパターンは直交する２
方向、特にウエハ上のショット領域の各辺に平行な縦方
向（短辺方向）又は横方向（長辺方向）に沿って配列さ
れたパターンが主であり、斜め方向に沿って配列された
パターン（斜めパターン）は少ないか、又は斜めパター
ンを全く含まないような層（レイヤー）も存在する。こ
こで、例えばレチクル上の縦方向に沿って配列された周
期性パターンに露光用の照明光を照射する場合を例に取
り説明する。

【０００４】レチクルに照射された照明光はその周期性
パターンによりその一部が遮られ、レチクルを通過する
照明光にはそのまま通過する成分（０次光）だけでな
く、その周期性パターンで回折され曲げられた成分（回
折光）が含まれている。この２つの成分が投影光学系を
通過し、感光基板上で互いに干渉しあって明暗の縞が形
成されることにより、その周期性パターンが転写され
る。ここで、レチクルから発生する回折光の回折角θは
照明光の波長λと周期性パターンのピッチＰとの関数で
あり、ｎ次（ｎは整数）の回折光については、下記の
（１）式の関係が成立する。

【０００５】 sin θ＝ｎλ／Ｐ（１）即ち、回折角θはパターンが微細であるほど大きいこと
になる。このため、解像度を高めて、より微細なパター
ンを高精度に転写すべく大きな開口数の投影光学系（投
影レンズ系や投影ミラー系等）が開発されてきた。そし
て、投影光学系の瞳面（レチクルのパターン面に対する
フーリエ変換面）にはその開口数を規定するための絞り
（開口絞り）が配置されていた。従来の開口絞りの開口
部の形状は円形であり、特に方向性を持たせたものは無
かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影光
学系の瞳面に円形の開口絞りが設けられている場合に
は、周期性パターンの配列方向に垂直な方向の入射角に
よって投影光学系を通過できる最大の回折角が異なるこ
とになる。即ち、垂直照明光（瞳通過位置が光軸）では
開口数（これをＮＡとする）に見合った入射角の光まで
投影光学系を通過できるが、入射角の正弦がパターンの
配列方向に垂直な方向に入射側の開口数の０．７倍の場
合では有効な射出角の正弦は光軸での値の０．７倍（＝
０．７ＮＡ）になってしまう。

【０００７】また、開口数が大きい場合にはウエハへの
照明光の入射角の範囲も大きくなるため、デフォーカス
時の入射角の差による結像光束の間の位相差も大きくな
り、例えば明像の位置でも光が干渉して強め合う効果が
小さくなり、結果として像のコントラストの低下の度合
いが大きくなる。このため、十分な焦点深度を得るため
には、過剰な開口数は不要であることが近年認識されつ
つある。

【０００８】以上のように、円形の開口絞りを有する投
影光学系では、投影光学系に入射する照明光の入射角に
よって有効な射出角が異なり、入射角の正弦が例えば入
射側の開口数の０．７倍程度の照明光に対して投影光学
系の開口数を最適化した場合、垂直照明光については開
口数が過大となってしまう。このため、高コストの大開
口数の投影光学系を製造しても、投影光学系を通過でき
る光の射出角が入射角によって異なるような円形の開口
絞りを有する場合には、その性能を充分に発揮できない
不都合があった。

【０００９】また、通常の実際の集積回路のパターンは
殆ど縦横方向のパターンにより形成されているが、斜め
方向についても微細なパターンが存在することもある。
このような場合には、斜め方向についても開口数が入射
角によって変化しないことが望ましい。このため、必要
に応じて斜め方向のパターンにも対応できる投影光学系
が求められている。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、照明光の所定の
方向に垂直な方向への入射角による有効な射出角の差が
少なく、全体として適正な開口数を有する投影光学系、
及びそのような投影光学系を備えた投影露光装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による投影光学系
は、第１面（１４）上に配され所定の方向（Ｘ方向又は
Ｙ方向）に周期性を有するパターン（２０）を第２面
（１７）上に結像投影する投影光学系において、その投
影光学系内のその第１面（１４）に対するフーリエ変換
面（Ｈ）、又はこの近傍の面上に、その投影光学系の光
軸（ＡＸ）を通りその所定の方向に直交する方向（Ｙ方
向又はＸ方向）に延びた対称軸（Ｙ１，Ｘ１）に関して
線対称であり、且つ輪郭（１０９）の少なくとも一部が
直線部である開口（１０６）を有する絞り（１６；１６
Ａ）を配置したものである。

【００１２】この場合、その絞り（１６；１６Ａ）の開
口の輪郭（１０９）がその対称軸（Ｙ１，Ｘ１）に平行
な直線部を含むことが好ましい。また、その絞り（１
６；１６Ａ）はそれぞれその開口（１０６）の輪郭（１
０９）を規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動
ブレード（１０１Ａ，１０１Ｂ）を有することが好まし
い。

【００１３】また、本発明による投影露光装置は、その
投影光学系（１５）を備えた投影露光装置であって、そ
の第１面上に転写用のパターン（２０）が形成されたマ
スク（１４）を配置し、その第２面上に感光基板（１
７）を配置し、その絞り（１６）の開口（１０６）の輪
郭（１０９）の直線部に対応する輪郭部が直線状となる
面光源からの露光用の照明光でそのマスク（１４）をケ
ーラー照明する照明光学系（１〜６，８ａ，８ｃ，８
ｄ，９〜１３）を設けたものである。

【００１４】この場合、その照明光学系の面光源の形状
の一例は矩形の枠状（８ｄ）である。

【００１５】

【作用】斯かる本発明の投影光学系によれば、例えばＸ
方向に所定ピッチで配列されたパターン（２０Ｖ）の投
影時には、その投影光学系（１５）のフーリエ変換面付
近にＸ方向に垂直なＹ方向に平行な対称軸（Ｙ１）に関
して線対称で且つ直線部を有する絞り（図５（ｂ））を
配置する。これにより、Ｙ方向に傾斜した照明光による
そのパターン（２０Ｖ）からの回折光は垂直入射光によ
る回折光とほぼ同じ量だけ投影光学系を通過する。即
ち、有効な射出角の差が少ない。なお、開口絞りの開口
部の形状が円形でない場合には、転写するパターンの方
向によりパターンから発生する回折光の方向が異なるた
め、パターンの方向によって開口数が変化することにな
る。ここで、開口数が異なれば像を結ぶ回折光の像面へ
の入射角度の範囲が異なることになるため、像のコント
ラストや焦点深度といった結像特性が異なることにな
る。このため、投影光学系の結像特性の調整時には、パ
ターンの方向によって結像性能が異なるような四角形等
の開口部を有する開口絞りは望ましくない。このため、
投影光学系の調整時には円形の開口部を有する開口絞
り、実際の露光時には四角形等の開口部を有する開口絞
りが望ましいことになる。

【００１６】また、絞り（１６；１６Ａ）の開口の輪郭
（１０９；１０３ａ）がその対称軸に平行な直線部を含
む場合には、入射角が異なっても、マスク上の所定の方
向に配列されたパターンから発生する回折光がほぼ均等
に投影光学系を通過するので、有効な射出角の差が殆ど
なくなり、開口数が最適化される。また、絞り（１６；
１６Ａ）がそれぞれ開口（１０６）の輪郭（１０９）を
規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレード
（１０１Ａ，１０１Ｂ）を有する場合には、例えば実露
光時及び投影光学系の調整時等に合わせて開口部の形を
変えることができる。

【００１７】また、本発明によるその投影光学系（１
５）を備えた投影露光装置によれば、投影光学系（１
５）に入射する照明光の入射角が変化しても有効な回折
角の範囲が変化せず、投影光学系（１５）の開口数が最
適化され、良好な結像特性が得られる。更にケーラー照
明の場合には、投影光学系の瞳面に照明光学系の面光源
の像が形成されるため、その瞳面付近の絞りの開口の形
状に合わせてその面光源も輪郭の少なくとも一部を直線
状とすることにより、有害な結像光束が減少して結像特
性が向上する。

【００１８】また、その照明光学系の面光源の形状が矩
形の枠状（８ｄ）である場合には、通常の輪帯照明法を
縦方向及び横方向のパターンに対して最適化した照明が
行われる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による投影光学系及び投影露光
装置の一実施例につき図１〜図５を参照して説明する。
本例は、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウ
エハ上の各ショット領域に縮小して投影するステッパ型
の投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００２０】図１は、本例の投影露光装置の概略構成の
斜視図を示し、この図１において、露光用の光源１から
放射された照明光は楕円鏡２によって第２焦点に収斂し
た後、発散光となって照明光の通過、遮断を制御する不
図示のシャッター、及び短波長カットフィルターを経て
干渉フィルター３に入射し、ここで露光に必要とされる
所望のスペクトル、例えば水銀ランプの場合にはｉ線の
みが抽出される。干渉フィルター３から射出された照明
光は、折り曲げミラー４によりほぼ直角に折り曲げれら
れて、インプットレンズ５により平行光束となってオプ
ティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ６
に入射する。

【００２１】なお、露光用の照明光はｉ線に限定される
ものではなく、ｇ線等を使用してもよい。また、露光用
の光源１としては、水銀ランプの他、エキシマレーザー
光源や、金属蒸気レーザー光又はＹＡＧレーザー光の高
調波発生装置等が使用できる。そして、フライアイレン
ズ６の各レンズエレメントのそれぞれの射出面には２次
光源（光源像）が形成される。従って、フライアイレン
ズ６の射出面にはレンズエレメントの数と同じ数の多数
の光源像が形成され、これらにより面光源が作られる。
フライアイレンズ６の射出面には、面光源の形状及び大
きさを調整するための切り換え自在の複数の開口絞り８
ａ〜８ｆが配置されている。これらの開口絞り８ａ〜８
ｆは、ターレット状の円板７に固定され、回転駆動する
駆動装置７ａにより切り換えられるように配置されてい
る。図１は、開口絞り８ａが照明光路中に配置されてい
る状態を示している。

【００２２】図２は、図１の開口絞り８ａ〜８ｆの具体
的な構成の斜視図を示し、この図２において、開口絞り
８ａ〜８ｆはターレット状の円板７の周辺にほぼ等角度
間隔で固定されている。この６個の開口絞り８ａ〜８ｆ
は何れも照明光の一部を遮光するために設けられてい
る。第１の開口絞り８ａは、所謂変形光源法用の絞りで
照明光の光軸近傍の光束を遮光し、４箇所のそれぞれの
光軸から等距離に形成された矩形の開口部を照明光が通
過する構成を有している。第２の開口絞り８ｂは、中心
部に比較的小さな円形の開口部を設けたもので、第３の
開口絞り８ｃ及び第４の開口絞り８ｄはそれぞれ面光源
の輪郭を直線状とした絞りである。また、第５の開口絞
り８ｅは輪帯絞りであり、第６の開口絞り８ｆは通常の
円形の絞りである。

【００２３】図１に戻り、開口絞り８ａを通った照明光
は、第１リレーレンズ９、レチクルブラインド１０、第
２リレーレンズ１１を透過して折り曲げミラー１２でほ
ぼ直角に曲げられた後、コンデンサーレンズ１３を介し
て、レチクル１４を均一な照度分布で照明する。この場
合、リレーレンズ９，１１、折り曲げミラー１２、及び
コンデンサーレンズ１３によって、フライアイレンズ６
の射出面（面光源が形成される面）はレチクル１４のパ
ターン面に対するフーリエ変換面になっている。即ち、
レチクル１４は以上のような構成の照明光学系によりケ
ーラー照明される。従って、投影光学系１５の瞳面（レ
チクル１４のパターン面に対するフーリエ変換面）に
は、開口絞り８ａの像が形成される。

【００２４】また、レチクルブラインド１０は、レチク
ル１４に対して結像関係となっており、レチクルブライ
ンド１０の開口形状により、レチクル１４上の照明領域
を制限することができる。ここで、図１において、投影
光学系１５の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸Ａ
Ｘに垂直な平面内に互いに直交するようにＸ軸及びＹ軸
を取る。

【００２５】図３は、レチクル１４の概略構成の平面図
を示し、この図３において、レチクル１４のほぼ中央部
の有効エリア（パターンエリア）ＰＡは半導体集積回路
の形状に合わせてＹ方向に長い長方形に形成されてい
る。ここでは、レチクルパターン２０の縦方向（短辺方
向）のパターンをＹ方向に伸び、且つＸ方向に等間隔に
並んだ均一な５本の遮光部からなる縦方向パターン２０
Ｖで代表させ、レチクルパターン２０の横方向（長辺方
向）のパターンをＸ方向に伸び、且つＹ方向に等間隔に
並んだ均一な５本の遮光部からなる縦方向パターン２０
Ｈで代表させている。

【００２６】レチクルパターン２０が描画されたレチク
ル１４は、不図示のレチクルステージ上に真空吸着され
ている。図１に戻り、レチクル１４のパターン面を通過
した照明光は、投影光学系１５に入射する。投影光学系
１５は両側（又は片側も可）テレセントリックであり、
投影光学系１５内の瞳面には開口部の形状が可変の開口
絞り１６が配置されている。この開口絞り１６について
は後で詳しく説明する。

【００２７】投影光学系１５から射出された照明光は、
フォトレジストが塗布されたウエハ１７上に照射され、
レチクル１４上のレチクルパターン２０の縮小像がウエ
ハ１７上に投影される。ウエハ１７は、ウエハホルダ１
８上に真空吸着により保持され、ウエハホルダ１８はウ
エハステージ１９上に載置されている。ウエハステージ
１９は不図示の駆動系によりＸ方向及びＹ方向にウエハ
１７を位置決めし、また光軸ＡＸに平行なＺ方向並びに
ＸＹ平面上の回転方向にもウエハ１７を微動することが
できる。ウエハステージ１９の動作は、不図示の制御系
により制御される。

【００２８】次に、開口絞り１６の構成について図４及
び図５を参照して詳細に説明する。図４は、図１の開口
絞り１６の拡大斜視図を示し、この図４に示すように開
口絞り１６を構成するＬ字型で板状の一対の可動式ブレ
ード１０１Ａ，１０１Ｂが投影光学系１５の瞳面Ｈ上に
光軸ＡＸを中心として対称となる位置に配置されてい
る。可動式ブレード１０１Ａは、駆動モータ１０２Ａ及
び送りねじ１０８Ａからなる駆動機構１０５Ａにより駆
動される。可動式ブレード１０１ＡのＬ字の角部のウエ
ハ１７に対向する裏面側には送りねじ１０８Ａに螺合す
る不図示のナット部が光軸ＡＸに向かう方向に固定され
ており、可動式ブレード１０１Ａは、その角部が駆動モ
ータ１０２Ａの回転に伴って光軸ＡＸを通る直線に沿う
ように移動する。同様に、可動式ブレード１０１Ｂは、
駆動モータ１０２Ｂ及び不図示の送りねじからなる駆動
機構１０５Ｂにより光軸ＡＸを通る直線に沿って駆動さ
れる。

【００２９】図５は、可変の開口絞り１６の拡大平面図
を示し、図５（ａ）は開口部が最も大きく開いた状態、
図５（ｂ）は開口部が最も狭められた状態を示してい
る。図５（ａ）において、開口絞り１６の一対の可動式
ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは、開口部が最も大きくな
る位置に設定され、一対の可動式ブレード１０１Ａ，１
０１Ｂの内側のエッジに投影光学系１５の開口数を規定
する半径Ｒの固定の開口絞り２２が内接している。Ｌ字
型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの光軸ＡＸに対
向する内縁１０９は直線状のエッジを形成し、それぞれ
Ｘ軸及びＹ軸に平行に形成されている。

【００３０】Ｌ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１
Ｂは、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に光軸ＡＸに対して対
称的に配置され、且つ可動式ブレード１０１Ａ，１０１
Ｂのそれぞれの内側のほぼ直角の角部を形成する２つの
直線部（以下、「内縁直線部」という）はそれぞれＸ軸
又はＹ軸に平行に配置される。従って、可動式ブレード
１０１Ａ，１０１ＢのそれぞれＸ軸に平行な内縁直線部
同士は光軸ＡＸを通りＸ軸に平行なＸ方向対称軸Ｘ１に
対して対称的に配置される。同様に可動式ブレード１０
１Ａ，１０１ＢのそれぞれＹ軸に平行な内縁直線部同士
は光軸ＡＸを通りＹ軸に平行なＹ方向対称軸Ｙ１に対し
て対称的に配置される。

【００３１】図５（ａ）の位置にある可動式ブレード１
０１Ａ，１０１Ｂを図４のそれぞれの駆動機構１０５
Ａ，１０５Ｂにより駆動して、矢印の方向に移動させる
と、最終的に可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは図５
（ｂ）に示される位置に移動する。図５（ｂ）は可動式
ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによる開口部が最も縮小さ
れた状態を示し、半径Ｒの開口絞り２２に内接するよう
に正方形の開口部１０６が形成されている。

【００３２】本例の開口絞り１６を構成する可動式ブレ
ード１０１Ａ，１０１Ｂによる開口部は、図５（ａ）に
示す全開の位置から図５（ｂ）に示す最少の位置まで、
複数位置が選択できるようになっている。図５（ａ）の
全開の位置は、例えば投影光学系１５の調整時にも使用
される。可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの動作は、
不図示の中央制御系により制御されるが、中央制御系に
は露光条件と可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの設定
位置との関係が予め露光条件設定ファイルとして記憶さ
れており、露光条件が設定されると中央制御系からの指
令に基づき図４の駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂの駆動に
より可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂが所定の位置ま
で移動する。

【００３３】以上のような構成を有する開口絞り１６の
開口部は、例えばホールレイヤーのような開口数が大き
いほど良い層（レイヤー）については全開の位置に、比
較的粗なラインからなるレイヤーについては開口部が最
小になる位置に設定される。また、比較的微細なライン
パターンについてはその中間に設定される。なお、可動
式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの位置については、不図
示ではあるが、デジタルマイクロメータないしは駆動用
のモータシャフトに取り付けたロータリーエンコーダ等
によって求め、設定値との差を補正することができる。

【００３４】次に、本例の投影露光装置の動作につき説
明する。本例の投影露光装置の第１の特徴は、図１の投
影光学系１５の瞳面Ｈに従来の開口絞りと異なる開口絞
り１６を設けた点にある。この開口絞り１６を構成する
図５のＬ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによ
り、開口部の大きさを可変とし、Ｘ方向対称軸Ｘ１に関
して線対称なエッジ及びＹ方向対称軸Ｙ１に関して線対
称なエッジにより瞳を通過する回折光の通過領域を制限
し、投影光学系１５から射出される回折光の有効射出角
を均一化することができる。先ず、図２の円形の開口絞
り８ｂをフライアイレンズ６の射出面に配置した場合に
つき説明する。

【００３５】照明光学系をでた照明光により図３のレチ
クル１４上のレチクルパターン２０の横方向のパターン
２０Ｈ及び縦方向のパターン２０Ｖが照明され、回折光
が発生する。以下では横方向パターン２０Ｈについての
み説明する。縦方向パターン２０Ｖについても同様であ
る。この場合、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは図
５（ｂ）の状態に設定される。

【００３６】Ｙ方向に周期的な横方向パターン２０Ｈか
らの回折光は高次になればなる程上記（１）式により大
きな回折角で投影光学系１５に入射する。一般的に投影
光学系のレンズ群は円形の広がりを有するものであり、
特に高次の回折光は円形の広がりをもちながら瞳面に形
成された開口絞りに入射する。ところが、開口絞り１６
を構成するＬ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂ
は、Ｘ方向対称軸Ｘ１に関して線対称なＸ軸に平行なエ
ッジを形成しているため、投影光学系１５に入射した横
方向パターン２０Ｈからの広角度の回折光はそのＸ軸に
平行なエッジにより一様に開口部の通過を妨げられる。
このエッジはＸ方向に平行に形成されているため、照明
光がＸ方向に傾斜している場合でも、横方向パターン２
０Ｈから発生して投影光学系１５を通過する回折光の有
効最大回折角は等しい。従って、横方向パターン２０Ｈ
の像が高い解像度でウエハ１７上に投影されると共に、
投影像の焦点深度が向上する。

【００３７】以上、本例によれば、露光条件に合わせて
投影光学系１５内に設けられた開口絞り１６の開口部の
形状及び大きさを変化させるので、種々のパターンに対
して最適な開口数による結像特性が得られ、最適な条件
での露光を行うことができる。次に、本発明の他の実施
例について、図６〜図８を参照して説明する。本例は、
図１の例と同じ可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにほ
ぼ円形の虹彩絞り１０３を組み合わせた開口絞り１６Ａ
を設けたもので、その他の構成は図１の例と同様であ
る。この開口絞り１６Ａも図１の実施例と同様に投影光
学系１５の瞳面に配置される。

【００３８】図６は、本例の開口絞り１６Ａの構成を示
し、この図６において、投影光学系１５の瞳面Ｈに配置
された開口絞り１６Ａは、可動式ブレード１０１Ａ，１
０１Ｂと虹彩絞り１０３とより構成されている。虹彩絞
り１０３は開口部がほぼ円形状を形成し、不図示の駆動
機構により大きさが自在に変化する可変の開口絞りであ
り、同じく駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂにより可変の可
動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの上に滑らかに接して
又は非常に接近して、且つ投影光学系１５の光軸ＡＸに
その中心が位置するように配置されている。

【００３９】図７は、図６の開口絞り１６Ａの拡大平面
図を示し、この図７において、可動式ブレード１０１
Ａ，１０１Ｂは開口部が最も小さくなる位置に設定され
ている。図５の例と同様にＬ字型の可動式ブレード１０
１Ａ，１０１Ｂの光軸ＡＸに対向する内縁１０９は直線
状のエッジを形成し、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行に配
置されている。また、虹彩絞り１０３の開口部の輪郭が
円形の内縁１０３ａで表されている。

【００４０】本例の開口絞り１６Ａを構成する可動式ブ
レード１０１Ａ，１０１Ｂ及び虹彩絞り１０３のそれぞ
れの駆動機構は、不図示の中央制御系により制御される
が、中央制御系には露光条件と可動式ブレード１０１
Ａ，１０１Ｂの設定位置及び虹彩絞り１０３の開度との
関係が予め記憶されており、露光条件が設定されると中
央制御系からの指令に基づきそれらの駆動機構１０５
Ａ，１０５Ｂ等の駆動により可動式ブレード１０１Ａ，
１０１Ｂが所定の位置まで移動すると共に、虹彩絞り１
０３の開度が調整される。

【００４１】次に、本例の投影光学系の動作につき説明
する。本例では、虹彩絞り１０３の開口により投影光学
系１５の開口数を変化させ、それと共に可動式ブレード
１０１Ａ，１０１Ｂの位置の移動により縦横方向の回折
光の投影光学系１５での通過角度を制御することができ
る。更に、本例によれば、前実施例の図５（ｂ）に示す
縦横方向（ＸＹ方向）だけでなく斜め方向（Ｘ軸及びＹ
軸の両軸に対して例えば４５°で交差する方向）に配列
されたパターンからの回折角の範囲も制限することがで
きる。このためには、図７に示すように虹彩絞り１０３
の内縁１０３ａの直径を可動式ブレード１０１Ａ，１０
１Ｂにより形成される正方形の開口部の対角線の長さよ
り短くなるように設定すればよい。このとき、開口絞り
１６Ａの開口部は、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂ
の内縁１０９により形成される正方形の４箇所の角部が
虹彩絞り１０３により遮光された形の開口部１０７とな
る。これにより斜め方向のパターンからの回折光の回折
角の範囲が制限され、投影光学系１５の開口数が照明光
の入射角によらずに均一化される。

【００４２】ここで、照明光学系の面光源の形状（即
ち、開口絞り）と開口絞り１６Ａの開口形状との関係に
ついて図８を参照して説明する。図８は、照明光学系の
開口絞りの像の形状と開口絞り１６Ａとの関係を説明す
るための平面図を示し、図８（ａ）は開口絞り１６Ａの
可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の
内縁１０９の対角線の長さと虹彩絞り１０３の内縁１０
３ａの直径とがほぼ同じ長さに設定された場合の状態を
示している。この場合、虹彩絞り１０３の内縁１０３ａ
の半径Ｒ１は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより
形成される正方形の対角線の１／２の長さとなる。ま
た、図８（ｂ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１０
１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角線
の長さに対して虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径が
短く設定された場合の状態を示している。この場合、虹
彩絞り１０３の内縁の半径Ｒ２は可動式ブレード１０１
Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／２
の長さより短くなる。

【００４３】図８（ａ）及び図８（ｂ）は照明光学系の
開口絞りとして図２の開口絞り８ｂを光路上に配置した
場合の例を示し、この図８（ａ）及び図８（ｂ）におい
て斜線を施した円形の光源像２１Ａが瞳面Ｈ上に投影さ
れている。レチクル１４上の縦横線（Ｙ方向のみの線及
びＸ方向のみの線）のみからなるパターンを転写する場
合には回折光は縦横方向（Ｙ方向又はＸ方向）にしか発
生しないため、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによ
って絞る範囲は斜線部で示される光源像２１Ａの上下左
右の範囲だけでよい。また、斜め方向については結像に
は影響しないため、図８（ａ）の開口絞り１６Ａの開口
形状と図８（ｂ）の開口絞り１６Ａの開口形状とにより
同じ結像性能が得られる。

【００４４】ここで、照明光学系の開口絞りが本例の投
影露光装置で得られる照明光学系の開口絞りと異なる３
つの変形例について図９を参照して説明する。図９は、
それらの変形例における照明光学系の開口絞りの像の形
状と開口絞り１６Ａとの関係を説明するための投影光学
系１５の瞳面の図を示し、この内図９（ａ）、９
（ｃ）、９（ｅ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１
０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角
線の長さと虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径とがほ
ぼ同じ長さに設定された場合の状態を示している。この
場合、虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの半径Ｒ１は可動
式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形
の対角線の１／２の長さとなる。また、図９（ｂ）、９
（ｄ）、９（ｆ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１
０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角
線の長さに対して虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径
が短く設定された場合の状態を示している。この場合、
虹彩絞り１０３の内縁の半径Ｒ２は可動式ブレード１０
１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／
２の長さより短くなる。

【００４５】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の変形
例を示し、この図９（ａ）及び図９（ｂ）において、照
明光学系の開口絞りとして図２の四角形の開口絞り８ｃ
が用いられ、その像が光源像２１Ｂとして形成されてい
る。照明光学系を含めた最適化を行う場合には照明光学
系の開口絞りは円形である必要はなく、全ての位置で照
明光学系の開口の像の形状と開口絞り１６Ａの開口形状
とが等しくなり、開口数の最適化が容易である点で、照
明光学系の開口形状は本例のように四角形の開口絞り８
ｃの方が望ましい。ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）
に示す開口絞り１６Ａの開口形状により得られる結像性
能はレチクルのＸ方向及びＹ方向のパターンに関しては
等しくなる。このため、開口絞り１６Ａの開口形状とし
て図９（ａ）と図９（ｂ）との間の何れの開口形状をも
選択することができる。

【００４６】図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、第２の変形
例を示し、照明光学系の開口絞りとして図２の開口絞り
８ａ、即ち特開平４−１８０６１２号公報に示されてい
るような４つの四角の開口部を有する開口絞りを用いた
ものである。この図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すよう
に、開口絞り８ａの像が斜線で示される光源像２１Ｃと
して形成され、この光源像２１Ｃに対応して開口絞り１
６Ａの開口も円弧状でなく四角形をしていることが望ま
しい。対角方向については、図３のレチクル１４上のレ
チクルパターン２０からの回折光の発生がないため形状
は任意であり、全体としては四角形でもよく、また、そ
の四隅が切り落とされたような形状でもよい。即ち、レ
チクル１４上の縦横パターンに関しては、虹彩絞り１０
３の内縁１０３ａの半径がＲ１〜Ｒ２の範囲にあれば得
られる結像特性は変わらない。

【００４７】図９（ｅ）及び図９（ｆ）は、第３の変形
例を示し、図２の照明光学系の矩形の枠状の開口絞り８
ｄが使用されている。即ち、投影光学系の瞳面には斜線
を施して示すように、比較的小さな四角形の枠状の遮光
部を有する光源像２１Ｄが形成されている。第１の変形
例と同様、図９（ｅ）及び図９（ｆ）に示す開口絞り１
６Ａの開口形状により得られる結像性能はレチクル１４
上の縦横パターンに関しては等しくなる。このため、開
口絞り１６Ａの開口形状として図９（ｅ）と図９（ｆ）
との間の何れの開口形状をも選択することができる。

【００４８】なお、上記のように照明光学系の開口絞り
の外形は円形及び四角形等に限定されるものではなく、
得られる最大の開口の範囲内で最適になる形状のものを
選べばよく、例えば図１１に示すような円形ＣＲと正方
形ＴＲの中間の曲線ＭＤで示されるような形状の開口絞
りを用いても、正方形ＴＲの開口絞りを用いる場合とほ
ぼ同じ結像特性を得ることができる。

【００４９】上述実施例において、図５の開口絞り１６
を投影光学系１５の瞳面Ｈに配置した投影露光装置を使
用して実際に露光実験を実施した。照明光として水銀ラ
ンプによるｉ線を使用し、ウエハ１７側の開口数が０．
５７の円形の開口絞り２２を有する投影光学系を使用
し、ウエハ１７側での縦横方向のパターンからの回折光
の入射角の正弦の最大値を０．４０から０．５７まで可
動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより制限できるよう
にした。照明光学系の開口絞りはウエハ１７側に換算し
て開口数が０．４０の円形のものを用いた。

【００５０】［実験例１］本例の投影露光装置の他に、
投影光学系及び照明光学系にそれぞれの開口数が０．５
７及び０．４０の円形の開口絞りを用いた従来の投影露
光装置を使用し、幅０．４μｍのライン・アンド・スペ
ースパターンを転写する実験を行った。その結果、本例
の投影露光装置において、投影光学系の円形の開口絞り
２２の開口数は０．５７のまま、可動式ブレード１０１
Ａ，１０１Ｂにより縦横方向の回折角の正弦を０．５０
に制限し、更に照明光学系の開口絞りを開口数が０．４
０の円形の開口とし、縦横方向の入射角の正弦を０．３
０の正方形とすることにより従来のものに比較して大き
な焦点深度が得られた。

【００５１】［実験例２］本例の投影露光装置の他に、
投影光学系及び照明光学系にそれぞれの開口数が０．５
７及び０．４０の円形の開口絞りを用いた従来の投影露
光装置を使用し、幅０．３５μｍのライン・アンド・ス
ペースパターンを転写する実験を行った。その結果、本
例の投影露光装置において、投影光学系の円形の開口絞
り２２の開口数は０．５７のまま、可動式ブレード１０
１Ａ，１０１Ｂにより縦横方向の回折角の正弦を０．５
０に制限し、更に照明光学系の開口絞りを開口数が０．
４０の円形の開口とし、縦横方向の入射角の正弦を０．
２８の正方形とすることにより従来のものに比較して大
きな焦点深度が得られた。

【００５２】なお、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂ
の駆動機構１０５ａ，１０５ｂを投影光学系１５の光軸
ＡＸを中心とする回転機構上に設ければ、斜め方向に配
列された微細パターン（斜めパターン）に対してはその
パターンの周期方向に可動式ブレード１０１Ａ，１０１
Ｂを回転させ、回折光の入射角の制限を行うことができ
る。これにより、斜め方向の開口数を上下左右方向より
も小さくすることが可能となり、斜めパターンに対して
焦点深度を増大させることができる。

【００５３】次に、図１の開口絞り１６の変形例につい
て図１０を参照して説明する。図１０は、本例の開口絞
り１６Ｂを構成する可動式ブレードの平面図を示し、図
１０（ａ）は開口部が最も大きくなった状態、図１０
（ｃ）は開口部が最も小さくなった状態、図１０（ｃ）
はその中間の状態を示す。この図１０（ａ）において、
板状で矩形の４枚の同形状の可動式ブレード２１１Ａ〜
２１１Ｄからなる一組の可動式ブレード（以下「可動式
ブレード２１１」という）と、同じく板状で矩形の４枚
の同形状の可動式ブレード２１２Ａ〜２１２Ｄからなる
一組の可動式ブレード（以下「可動式ブレード２１２」
という）とが組み合わされて開口絞り１６Ｂの可動式ブ
レードが構成されている。可動式ブレード２１１は可動
式ブレード２１２の上表面に接するようにか、又は極近
傍に互いに平行に配置されている。

【００５４】可動式ブレード２１１のそれぞれ向かい合
うエッジは光軸ＡＸを中心にして対称位置に配置されて
おり、可動式ブレード２１１の互いに隣り合うエッジ
は、ＸＹ方向ではほぼ直交するように配置され、Ｚ方向
では互いにその両端部分が摺り合うような形で配置され
る。また、可動式ブレード２１１の各可動式ブレード２
１１Ａ〜２１１Ｄの光軸ＡＸに対向する内縁のエッジ
は、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行な直線状に形成されて
いる。可動式ブレード２１２も同様の構成である。但
し、可動式ブレード２１１のように互いに隣り合うブレ
ードの両端部分が常時重なることはなく、可動式ブレー
ド２１２による開口部が狭められた場合に互いに隣り合
うブレードが重なった状態となる。また、可動式ブレー
ド２１１と可動式ブレード２１２とは、互いに４５度の
角度をもって配置され、共に不図示の駆動系により光軸
ＡＸに向かう線に平行に移動することにより可動式ブレ
ード２１１と可動式ブレード２１２とにより光軸ＡＸを
中心に形成される開口部２１３の形状が変化するように
なっている。

【００５５】前述のように、図１０（ａ）は、開口部２
１３が最も大きくなった状態を示し、この図１０（ａ）
において、可動式ブレード２１１及び可動式ブレード２
１２の各可動式ブレードは光軸ＡＸから最も離れた位置
に配置され、それらの可動式ブレードによって形成され
る開口部２１３は正方形の開口部となる。図１０（ａ）
の可動式ブレード２１１をそのままの状態にしながら可
動式ブレード２１２を光軸ＡＸに向けて移動させると図
１０（ｂ）のように図１０（ａ）の開口部２１３の正方
形の開口部の四方の角部がＸＹ軸に対してほぼ４５度の
角度をつ斜めの線に切られた様な開口部となる。また、
図１０（ｃ）は開口部２１３が最も小さくなった状態を
示し、この図１０（ｃ）において、可動式ブレード２１
１の各可動式ブレードは光軸ＡＸから最も近い位置に配
置され、それらの可動式ブレードによって形成される開
口部２１３は正方形の開口部となる。なお、可動式ブレ
ード２１１と可動式ブレード２１２との位置を調整する
ことにより、例えば図１０（ａ）と図１０（ｃ）との間
で各種の大きさの異なる正方形の開口部を形成すること
ができる。また、それらの正方形の角部が遮光されたよ
うな開口部も形成することができる。

【００５６】本例の開口絞り１６Ｂは、４枚の可動式ブ
レード２１１Ａ〜２１１Ｄからなる一組の可動式ブレー
ド２１１と４枚の可動式ブレード２１２Ａ〜２１２Ｄか
らなる可動式ブレード２１２とを組み合わせることによ
り、各種の大きさの異なる正方形の開口部又は斜めの部
分が遮光された開口部を形成するようにしたものであ
り、レチクル１４上の縦横パターンだけでなく斜めのパ
ターンに対しても対応することができる。

【００５７】なお、上述の実施例において、例えば投影
光学系はレンズ系に限定されるものではなく、ミラーを
含む反射系又は反射屈折系であってもよい。また、本発
明はステッパ型の投影露光装置だけでなく、レチクルと
ウエハとを互いに同期して走査するステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置にも適用することができ
る。

【００５８】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００５９】

【発明の効果】本発明による投影光学系によれば、投影
光学系の第１面に対するフーリエ変換面又はその近傍の
面に、その輪郭の一部が直線状の絞りを設けているた
め、所定の方向の回折光の通過角度範囲をほぼ一様に制
限することができる。従って、その所定の方向に垂直な
方向への照明光の入射角によらず、投影光学系からの射
出光の射出角の最大値がほぼ均一化されると共に、過大
な開口数が原因である焦点深度の低下を防ぐことができ
る。また、その所定の方向については回折光の通過する
角度範囲が一定であるため、照明光の入射角度範囲を含
んだ投影光学系の最適化を行い易いという利点がある。

【００６０】また、絞りの開口の輪郭が投影光学系の光
軸を通りその所定方向に直交する対称軸に平行な直線部
を含む場合には、その所定の方向に垂直な方向への照明
光の入射角によらずに、回折光の有効射出角がほぼ完全
に均一化され、その所定の方向への周期的パターンの結
像特性が向上する。また、絞りがそれぞれ開口の輪郭を
規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレード
を有する場合には、絞りの開口部は直線状のエッジを有
する可変の開口部となり、例えば投影するパターンの種
類、又は例えば実露光時若しくは投影光学系の調整時等
に合わせて開口部の形を変えることができる。

【００６１】また、本発明による投影光学系を備えた投
影露光装置によれば、投影光学系に入射する照明光の入
射角によって有効な回折角の範囲が変化し、投影光学系
の開口数を有効に使えないような現象が低減でき、全て
の照明光に対して最適な開口数による結像が得られる。
また、照明光学系もケーラー照明で且つ面光源が直線部
を有するため、有害な結像光束が減少して、結像特性が
向上する。

【００６２】また、照明光学系の面光源の形状が矩形の
枠状である場合には、マスク上のパターンの所定方向及
びそれと直交する方向のパターンに対する結像特性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の概略構
成を示す斜視図である。

【図２】図１の６個の照明光学系の開口絞りを示す斜視
図である。

【図３】図１のレチクルのパターンの一例を示す平面図
である。

【図４】図１の投影光学系１５に使用される開口絞り１
６を示す斜視図である。

【図５】図４の開口絞り１６の動作を示す拡大平面図で
ある。

【図６】本発明の投影光学系に使用される開口絞りの他
の例を示す斜視図である。

【図７】図６の開口絞り１６Ａを示す拡大平面図であ
る。

【図８】図６の開口絞り１６Ａを用いた場合の照明光学
系の開口絞りの形状と投影光学系の開口絞りとの関係を
示す平面図である。

【図９】図８において、照明光学系の開口絞りの形状を
変えた場合の照明光学系の開口絞りの形状と、投影光学
系の開口絞りとの関係を示す平面図である。

【図１０】図１の開口絞り１６の変形例を示す平面図で
ある。

【図１１】図１の照明光学系の開口絞りの他の変形例を
示す図である。

【符号の説明】

１光源８ａ〜８ｆ開口絞り１４レチクル１５投影光学系１６，１６Ａ, １６Ｂ開口絞り１７ウエハ２０レチクルパターン２０Ｈ横方向パターン２０Ｖ縦方向パターン１０１Ａ，１０１Ｂ可動式ブレード１０３虹彩絞り１０５Ａ，１０５Ｂ可動式ブレードの駆動機構１０６開口絞りの開口部１０９開口絞りの開口の内縁Ｘ１Ｘ方向対称軸Ｙ１Ｙ方向対称軸Ｈ瞳面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上に配され所定の方向に周期性を
有するパターンを第２面上に結像投影する投影光学系に
おいて、前記投影光学系内の前記第１面に対するフーリエ変換
面、又はこの近傍の面上に、前記投影光学系の光軸を通
り前記所定の方向に直交する方向に延びた対称軸に関し
て線対称であり、且つ輪郭の少なくとも一部が直線部で
ある開口を有する絞りを配置したことを特徴とする投影
光学系。
【請求項２】請求項１記載の投影光学系であって、前記絞りの開口の輪郭が前記対称軸に平行な直線部を含
むことを特徴とする投影光学系。
【請求項３】請求項１又は２記載の投影光学系であっ
て、前記絞りはそれぞれ前記開口の輪郭を規定する直線状の
エッジを有する複数枚の可動ブレードを有することを特
徴とする投影光学系。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の投影光学系を
備えた投影露光装置であって、前記第１面上に転写用のパターンが形成されたマスクを
配置し、前記第２面上に感光基板を配置し、前記絞りの開口の輪郭の直線部に対応する輪郭部が直線
状となる面光源からの露光用の照明光で前記マスクをケ
ーラー照明する照明光学系を設けたことを特徴とする投
影露光装置。
【請求項５】請求項４記載の投影露光装置であって、前記照明光学系の面光源の形状が矩形の枠状であること
を特徴とする投影露光装置。