JP2001118784A - 露光装置及びその露光装置における疎密線幅差の補正方法並びに露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系の開口数や照明光学系のσ値の変
更、マスク上でのパターンの線幅の補正によることな
く、疎密線幅差を容易かつ正確に補正可能な露光装置、
及び疎密線幅差の補正方法、並びに露光方法を提供す
る。 【解決手段】 投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に平行
平面板４７を交換可能に配設する。予め計測された孤立
線パターンＰａの像とＬ／ＳパターンＰｂ像との線幅差
に基づいて、前記平行平面板４７を異なる厚さのものに
変更することにより、この平行平面板４７における照明
光ＩＬの光路長を設定変更する。これにより、この平行
平面板４７における球面収差の発生量を変更させ、前記
各パターンＰａ，Ｐｂの像のコントラストを調整する。
そして、Ｌ／ＳパターンＰｂの像の線幅を変化させるこ
となく、孤立線パターンＰａの像の線幅のみを変化させ
て、疎密線幅差を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイ
クロデバイスの製造プロセス、レチクル、フォトマスク
等のマスクの製造プロセス等におけるフォトリソグラフ
ィー工程で使用される露光装置、及び、その露光装置に
おける疎密線幅差の補正方法、並びに、露光方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置としては、例えばマス
クに形成されたパターンに所定の照明光を照射し、その
パターンの像を投影光学系を介して、フォトレジスト等
の感光材料の塗布された基板上に転写するものが使用さ
れている。

【０００３】そして、前記マスク上には、例えばライン
・アンド・スペース・パターン（以下、「Ｌ／Ｓパター
ン」という）のような互いに近接して形成された近接的
パターンと、例えば孤立線のような互いに独立して形成
された孤立的パターンとが混在していることが多い。

【０００４】このようなパターンの像を基板上に転写す
る場合、孤立的パターンと近接的パターンとでは、パタ
ーンによる照明光の回析が異なってくる。このため、孤
立的パターンと近接的パターンとが、マスク上では同一
線幅に形成されているにもかかわらず、基板上に転写さ
れた状態で線幅に差が生じてしまうことがある。このよ
うな線幅差は、疎密線幅差と呼ばれている。

【０００５】この疎密線幅差を左右するパラメータとし
て、投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）、照明光学系のσ
値（投影光学系の開口数に対する照明光学系の開口数の
比に相当する値）、使用レジストの感光特性の３つが従
来から知られている。すなわち、投影光学系の開口数を
絞ること、及び照明光学系のσ値を変化させることは、
疎密線幅差を低減させるのに有効である。また、使用レ
ジストの感光特性を選択することによって、疎密線幅差
を低減させることもできる。このため、従来では、これ
らのパラメータを種々選択して、その組み合わせを変更
することにより、前記疎密線幅差を補正している。

【０００６】また、マスク上のパターンの線幅を予め補
正しておくことも行われている。すなわち、マスク上に
同一線幅で形成された孤立線パターンとＬ／Ｓパターン
との間において、基板が配置される投影光学系の像面上
でどの程度の疎密線幅差が発生するのかを予め計測して
おく。そして、その計測値に基づいてマスク上の各パタ
ーンの線幅を、事前に変更しておく方法である。言い換
えれば、前記計測値に基づいて、マスク上の孤立線パタ
ーンとＬ／Ｓパターンとを、前記像面上において疎密線
幅差が打ち消されるように、予め所定の線幅差を持たせ
て形成しておく方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来の疎密線幅差の補正方法では、次のような問題が
あった。

【０００８】すなわち、投影光学系の開口数は、解像度
を決定するパラメータでもある。このため、投影光学系
の開口数を絞れば、疎密線幅差が低減されるが、同時に
解像度が低下してしまうという問題が発生する。このた
め、この投影光学系の開口数をあまり変化させることは
できなかった。特に、半導体素子においては、近年、さ
らなる高度集積化が進んできており、マスク上に形成さ
れるパターンはますます微細化されてきている。このた
め、半導体素子製造用の露光装置では、投影光学系の開
口数を絞ることによる疎密線幅差の補正は困難になりつ
つある。

【０００９】また、使用フォトレジストの変更を行う場
合にも、高い解像力を確保しつつ、疎密線幅差を低減可
能なフォトレジストの選択は困難な場合がある。また、
照明光学系のσ値を大きくすると、疎密線幅差が低減さ
れるが、同時に孤立線パターンの焦点深度が浅くなって
しまうという問題が発生する。また、照明光学系のσ値
を小さくした時、疎密線幅差が低減されることもある
が、この場合にはＬ／Ｓパターンの焦点深度が浅くなっ
てしまうという問題が発生する。よって、基板上におけ
るパターンの像の形成にあたって、厳密な焦点管理が必
要なるため、この照明光学系のσ値もあまり変化させる
ことはできなかった。

【００１０】さらに、マスク上のパターンの線幅を事前
に補正しておく方法では、マスク毎にデバイス設計のレ
イアウトを見直す必要がある。このため、多くの時間と
手間が掛かって、コストの高騰を招くとともに、正確な
補正を行うために試行錯誤を繰り返す必要があって、非
常に効率が悪いという問題があった。

【００１１】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、投影光学系の開口数や照明光学系のσ値を変更し
たり、マスク上でのパターンの線幅を予め補正しておい
たりすることなく、疎密線幅差を容易かつ正確に補正す
ることができる露光装置、及びその露光装置における疎
密線幅差の補正方法、並びに露光方法を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、露光装置に係る本願請求項１に記載の発明は、マス
ク（Ｒ，Ｒｔ）上に形成されたパターン（Ｐ）の像（Ｐ
ａ’，Ｐｂ’）を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板
（Ｗ）上に転写する露光装置において、前記パターン
（Ｐ）は、互いに近接して形成された近接的パターン
（Ｐｂ）と、互いに独立して形成された孤立的パターン
（Ｐａ）とを有し、前記基板（Ｗ）上に転写される前記
孤立的パターン（Ｐａ）の像（Ｐａ’）の線幅（ＬＷ
ａ，ＬＷａ’）に応じて、前記近接的パターン（Ｐｂ）
の像（Ｐｂ’）と前記孤立的パターン（Ｐａ）の像（Ｐ
ａ’）とのコントラストを調整する調整手段（４７，６
１，７１）を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】このため、本願請求項１に記載の発明で
は、調整手段により基板上に転写される孤立的パターン
の像の線幅に応じて、近接的パターンの像と孤立的パタ
ーンの像とのコントラストが調整される。このコントラ
ストの調整により、近接的パターンの像の線幅を変更す
ることなく、孤立的パターンの像の線幅のみを調整する
ことができる。よって、投影光学系の開口数や照明光学
系のσ値を変更したり、マスク上でのパターンの線幅を
予め補正しておいたりすることなく、疎密線幅差を容易
かつ正確に補正することができて、露光精度を向上させ
ることができる。

【００１４】また、本願請求項２に記載の発明は、前記
請求項１に記載の発明において、前記調整手段（４７，
７１）は、前記投影光学系（ＰＬ）と前記基板（Ｗ）と
の間に配設される平行平板状の光学素子（４７，７１）
からなることを特徴とするものである。

【００１５】このため、本願請求項２に記載の発明で
は、前記請求項１に記載の発明の作用に加えて、平行平
板状の光学素子における照明光の光路長を変更した場合
には球面収差の発生量が変化する。また、前記光学素子
における照明光の光軸に対する傾斜を変更した場合に
は、偏心コマ収差の発生量が変化する。そして、これら
の収差の発生量をコントロールすることにより、パター
ンの像におけるコントラストの調整を容易に行うことが
できる。

【００１６】また、本願請求項３に記載の発明は、前記
請求項２に記載の発明において、前記平行平板状の光学
素子（４７，７１）における前記パターン（Ｐ）を照明
する照明光（ＩＬ）の光路長を設定変更可能なように構
成したことを特徴とするものである。

【００１７】このため、本願請求項３に記載の発明で
は、前記請求項２に記載の発明の作用に加えて、平行平
板状の光学素子における照明光の光路長を設定変更する
ことにより、球面収差の発生量を容易に変更することが
できる。

【００１８】また、本願請求項４に記載の発明は、前記
請求項２に記載の発明において、前記平行平板状の光学
素子（４７）における前記パターン（Ｐ）を照明する照
明光（ＩＬ）の光軸（ＡＸ）に対する傾斜を設定変更可
能なように構成したことを特徴とするものである。

【００１９】このため、本願請求項４に記載の発明で
は、前記請求項２に記載の発明の作用に加えて、平行平
板状の光学素子における照明光の光軸に対する傾斜を設
定変更することにより、偏心コマ収差の発生量を容易に
変更することができる。

【００２０】また、露光装置における疎密線幅差の補正
方法に係る本願請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）
上に形成され、互いに近接して形成された近接的パター
ン（Ｐｂ）と、互いに独立して形成された孤立的パター
ン（Ｐａ）とを有するパターン（Ｐ）の像（Ｐａ’，Ｐ
ｂ’）を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に
転写する露光装置における疎密線幅差の補正方法におい
て、前記基板（Ｗ）上に転写される前記孤立的パターン
（Ｐａ）の像（Ｐａ’）の線幅（ＬＷａ，ＬＷａ’）に
応じて、前記近接的パターン（Ｐｂ）の像（Ｐｂ’）と
前記孤立的パターン（Ｐａ）の像（Ｐａ’）とのコント
ラストを調整することを特徴とするものである。

【００２１】このため、本願請求項５に記載の発明で
は、前記請求項１に記載の発明の作用と同様の作用を得
ることができる。また、露光方法に係る本願請求項６に
記載の発明は、マスク（Ｒ）上に形成され、互いに近接
して形成された近接的パターン（Ｐｂ）と、互いに独立
して形成された孤立的パターン（Ｐａ）とを有するパタ
ーン（Ｐ）の像を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板
（Ｗ）上に転写する露光方法において、前記基板（Ｗ）
上に転写される前記孤立的パターン（Ｐａ）の像（Ｐ
ａ’）の線幅（ＬＷａ，ＬＷａ’）に応じて、前記近接
的パターン（Ｐｂ）の像（Ｐｂ’）と前記孤立的パター
ン（Ｐａ）の像（Ｐａ’）とのコントラストを調整した
後に、前記パターン（Ｐ）を所定の照明光（ＩＬ）で照
明してそのパターン（Ｐ）の像（Ｐａ’，Ｐｂ’）を基
板（Ｗ）上に転写することを特徴とするものである。

【００２２】このため、本願請求項６に記載の発明で
は、前記請求項１に記載の発明の作用と同様の作用を得
ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を、半導体素子製造用のステップ・アンド・スキャン方
式で露光を行う走査露光型の露光装置に具体化した第１
実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。

【００２４】まず、露光装置の概略構成について説明す
る。図１に示すように、露光光源１１は、照明光ＩＬと
して、例えばＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマ
レーザ光、Ｆ２エキシマレーザ光等のパルス光を出射す
る。前記照明光ＩＬは、例えば多数のレンズエレメント
からなり、オプティカルインテグレータをなすフライア
イレンズ１２に入射する。そのフライアイレンズ１２の
出射面上には、それぞれのレンズエレメントに対応した
多数の２次光源像が形成される。なお、このオプティカ
ルインテグレータとしては、ロッドレンズを採用しても
よい。

【００２５】前記フライアイレンズ１２から射出した照
明光ＩＬは、リレーレンズ１３ａ、１３ｂ、レチクルブ
ラインド１４、ミラー１５、コンデンサレンズ１６を介
して、レチクルステージＲＳＴ上に載置されたマスクと
してのレチクルＲに入射する。そして、前記フライアイ
レンズ１２、リレーレンズ１３ａ、１３ｂ、ミラー１
５、コンデンサレンズ１６の合成系により、前記２次光
源像をレチクルＲ上で重畳させて、レチクルＲを均一な
照度で照明するための照明光学系１７が構成されてい
る。

【００２６】前記レチクルＲ上には、例えば半導体素子
等の回路のパターンＰが描かれている。このパターンＰ
には、図２に示すように、互いに独立して形成された孤
立的パターンとしての孤立線パターンＰａと、図３に示
すように、互いに近接して形成された近接的パターンと
してのＬ／ＳパターンＰｂとが含まれている。

【００２７】図１に示すように、前記レチクルブライン
ド１４は、その遮光面がレチクルＲ上の前記パターンＰ
が形成されたパターン領域と共役な関係をなすように配
置されている。このレチクルブラインド１４は、レチク
ルブラインド駆動部１４ａにより開閉可能な複数枚の可
動遮光部（例えば２枚のＬ字型の可動遮光部）からなっ
ている。そして、これらの可動遮光部により形成される
開口部の大きさ（スリット幅等）を調整することによ
り、レチクルＲを照明する照明領域を任意に設定するよ
うになっている。

【００２８】前記レチクルステージＲＳＴは、照明光Ｉ
Ｌの光軸ＡＸに垂直な平面内において、リニアモータ等
で構成されたレチクルステージ駆動部１９により、走査
方向（Ｙ方向）に移動可能かつ、その走査方向と直交す
る方向（Ｘ方向）に微動可能に構成されている。レチク
ルステージＲＳＴは、レチクルＲの全面が少なくとも前
記照明光ＩＬの光軸ＡＸを横切ることができるだけの移
動ストロークを有している。

【００２９】なお、ここでは、図１において、後述する
投影光学系ＰＬの光軸に沿う方向をＺ方向、投影光学系
ＰＬの光軸及び紙面と直交する方向をＸ方向、投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに直交し紙面に沿う方向をＹ方向とす
る。

【００３０】前記レチクルステージＲＳＴの端部には、
干渉計２０からのレーザビームを反射する移動鏡２１が
固定されている。この干渉計２０によって、レチクルス
テージＲＳＴの走査方向の位置が常時検出され、その位
置情報はレチクルステージ制御部２２に送られる。レチ
クルステージ制御部２２は、レチクルステージＲＳＴの
位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部１９を制御
し、レチクルステージＲＳＴを移動させる。

【００３１】前記レチクルＲを通過した照明光ＩＬは、
例えば両側テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射す
る。この投影光学系ＰＬは、レチクルＲ上のパターンＰ
の像を、例えば１／５あるいは１／４に縮小した状態
で、基板としてのウエハＷ上に投影転写する。そのウエ
ハＷの表面には、前記照明光ＩＬに対して感光性を有す
るフォトレジストが塗布されている。そして、この前記
投影光学系ＰＬを介した投影転写により、ウエハＷの表
面上に潜像として形成された前記パターンＰの像は、引
き続き行われる現像工程にて定着される。

【００３２】このウエハＷは、ウエハホルダ２５を介し
てウエハステージＷＳＴ上に保持されている。ウエハホ
ルダ２５は、図示しない駆動部により、前記投影光学系
ＰＬの光軸に対し任意方向に傾斜可能で、かつその投影
光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に微動可能になってい
る。また、前記ウエハステージＷＳＴは、前記ウエハス
テージ駆動部２６により、走査方向（Ｙ方向）の移動の
みならず、その走査方向に直交する方向（Ｘ方向）にも
移動可能に構成されている。

【００３３】前記ウエハステージＷＳＴの端部には、干
渉計２７からのレーザビームを反射する移動鏡２８が固
定されている。この干渉計２７によって、ウエハステー
ジＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置が常時検出され、そ
の位置情報（または速度情報）はウエハステージ制御部
２９に送られる。ウエハステージ制御部２９は、ウエハ
ステージＷＳＴの位置情報（または速度情報）に基づい
て、前記ウエハステージ駆動部２６を制御し、ウエハス
テージＷＳＴを移動させる。

【００３４】ここで、例えばレチクルＲ上のパターンＰ
をウエハＷ上に区画された所定のショット領域に走査露
光する場合には、レチクルＲ上の照明領域が、前記レチ
クルブラインド１４で長方形（スリット）状に整形され
る。この照明領域は、その長手方向がレチクルＲ側の走
査方向（＋Ｙ方向）に対して直交する方向に位置するよ
うになっている。そして、レチクルＲを露光時に所定の
速度Ｖｒで前記走査方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に走
査することにより、レチクルＲ上のパターンＰをスリッ
ト状の照明領域で一端側から他端側に向かって順次照明
する。これにより、照明領域内におけるレチクルＲ上の
パターンＰが、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投
影され、投影領域が形成される。

【００３５】この場合、ウエハＷは、レチクルＲとは倒
立結像関係にあるため、レチクルＲの走査に同期して、
レチクルＲの走査方向と反対方向（−Ｙ方向またはＹ方
向）に所定の速度Ｖｗで走査される。これにより、ウエ
ハＷのショット領域の全面が露光可能となる。走査速度
の比Ｖｗ／Ｖｒは正確に投影光学系ＰＬの縮小倍率に応
じたものになっており、レチクルＲ上のパターンＰの像
がウエハＷ上の各ショット領域上に正確に縮小転写され
る。

【００３６】次に、前記投影光学系ＰＬの構成について
説明する。図１に示すように、投影光学系ＰＬは、その
鏡筒３１内に、複数のレンズエレメント３２が支持部材
３３を介して位置調節可能に配列支持された屈折型の投
影光学系となっている。各支持部材３３間には、例えば
ピエゾ等の駆動素子３４が介装され、これらの駆動素子
３４は結像特性制御部３５に接続されている。また、こ
の結像特性制御部３５には、鏡筒３１内の圧力を調整す
るための圧力制御部３６が接続されるとともに、主制御
系３７が接続されている。

【００３７】前記主制御系３７は、露光装置全体の動作
を制御するとともに、結像特性制御部３５に対して、各
駆動素子３４及び圧力制御部３６を駆動させるための指
令信号を出力する。これにより、各レンズエレメント３
２の相対位置が変更されるとともに、鏡筒３１内の圧力
が調整されて、投影光学系ＰＬに残存する収差等の結像
特性が補正されるようになっている。

【００３８】次に、前記レチクルＲ上に同一線幅で形成
された孤立線パターンＰａ及びＬ／ＳパターンＰｂの像
を、ウエハＷ上に転写する際に発生する疎密線幅差を計
測するための構成について説明する。

【００３９】図１及び図４に示すように、前記ウエハス
テージＷＳＴ上の取付凹部４０には、前記投影光学系Ｐ
Ｌを介してその像面上に形成されるレチクルＲ上のパタ
ーンＰの像を計測するための空間像計測ユニット４１が
装着されている。この空間像計測ユニット４１は、その
受光面にスリット状の開口４２を備え、その開口４２の
高さがウエハＷの表面の高さとほぼ一致するように配置
されている。また、空間像計測ユニット４１の内部に
は、ラインセンサ等の受光素子４３が配設されている。

【００４０】疎密線幅差の計測時には、前記レチクルス
テージＲＳＴ上にテストレチクルＲｔが載置される。こ
のテストレチクルＲｔには、ライン状の像Ｐａ’を形成
するための孤立線パターンＰａと、ライン・アンド・ス
ペース状の像Ｐｂ’を形成するためのＬ／ＳパターンＰ
ｂとが形成されている。なお、ここでは、前記各パター
ンＰａ，Ｐｂは、前記照明光ＩＬの照射により、その像
Ｐａ’，Ｐｂ’が明視野内に暗線として形成される暗線
パターンとなっている。

【００４１】そして、前記空間像計測ユニット４１の開
口４２と、テストレチクルＲｔ上の孤立線パターンＰａ
及びＬ／ＳパターンＰｂとが相対的に移動されながら、
テストレチクルＲｔに照明光ＩＬが照射される。これに
より、前記空間像計測ユニット４１の受光面上におい
て、前記開口４２と前記各パターンＰａ，Ｐｂの像Ｐ
ａ’，Ｐｂ’とが、相対移動される。前記各パターンＰ
ａ，Ｐｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’は、前記開口４２を介し
て、順次前記受光素子４３にて検出される。そして、そ
の各像Ｐａ’，Ｐｂ’の光強度の計測信号が、空間像計
測ユニット４１から疎密線幅差検出部４４に出力され
る。

【００４２】図４及び図５に示すように、疎密線幅差検
出部４４では、受光素子４３からの計測信号に基づく前
記各パターンＰａ，Ｐｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’の光強度分
布から、ウエハＷ上のフォトレジストのスライスレベル
における光強度の各ピークの幅から、前記各パターンＰ
ａ，Ｐｂの線幅ＬＷａ，ＬＷｂが求められる。ここで、
スライスレベルとは、ポジ型フォトレジストを使用した
場合において、前記フォトレジストを可溶化させるのに
必要な光強度のことである。

【００４３】この場合、孤立線パターンＰａとＬ／Ｓパ
ターンＰｂとでは、パターンによる照明光ＩＬの回折が
異なるため、両パターンＰａ，ＰｂがテストレチクルＲ
ｔ上では同一線幅になっていても、計測される線幅ＬＷ
ａ，ＬＷｂに差が生じることがある。この線幅ＬＷａ，
ＬＷｂの差が疎密線幅差として、疎密線幅差検出部４４
から主制御系３７に出力される。

【００４４】次に、前記疎密線幅差を補正するための構
成について説明する。図１、図４及び図５に示すよう
に、この第１実施形態では、レチクルＲ上の各パターン
Ｐａ，ＰｂをウエハＷ上に転写する際に、後述するよう
に、球面収差の収差量により、Ｌ／ＳパターンＰｂの線
幅ＬＷｂは変化することなく、孤立線パターンＰａの像
の線幅ＬＷａのみが変化する性質を利用して、疎密線幅
差を補正するようになっている。

【００４５】この球面収差の収差量を調整するため、前
記投影光学系ＰＬのウエハＷと対向する側の端部には、
調整手段を構成する平行平板状の光学素子としての平行
平面板４７が着脱交換可能に配設されている。そして、
この平行平面板４７の厚さ、すなわち平行平面板４７に
おける照明光ＩＬの光路長に応じて、この平行平面板４
７における球面収差の発生量を変更するようになってい
る。この平行平面板４７は、交換装置４８内に、厚さの
わずかずつ異なるものが複数枚装備されている。

【００４６】ここで、主制御系３７は、前記空間像計測
ユニット４１により予め計測された疎密線幅差に基づい
て、その疎密線幅差を打ち消すのに必要な球面収差の収
差量を算出する。そして、主制御系３７は、収差制御部
４９を介して前記交換装置４８に対し、前記算出された
収差量を付与するのに必要な光路長を確保可能な平行平
面板４７を選択するように指令信号を出力する。交換装
置４８は、前記指令信号に基づいて、所定の平行平面板
４７の厚さを選択し、選択された平行平面板４７を投影
光学系ＰＬとウエハＷとの間の光路中に交換配置するよ
うになっている。

【００４７】また、この第１実施形態では、前記平行平
面板４７が投影光学系ＰＬの鏡筒３１の開口端部を覆う
保護ガラスを兼用している。これにより、ウエハＷ上の
フォトレジストから揮発拡散する不純物が鏡筒３１内に
侵入して、その鏡筒３１内のレンズエレメント３２に付
着するのを抑制するようになっている。

【００４８】次に、前記のように構成された露光装置に
おいて、疎密線幅差を補正する方法について説明する。
さて、この疎密線幅差の補正時には、まず、レチクルス
テージＲＳＴ上にはテストレチクルＲｔが載置される。
この状態で、テストレチクルＲｔ上の孤立線パターンＰ
ａ及びＬ／ＳパターンＰｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’の線幅Ｌ
Ｗａ，ＬＷｂが、空間像計測ユニット４１、疎密線幅差
検出部４４及び主制御系３７により計測される。そし
て、主制御系３７は、計測された疎密線幅差に基づい
て、交換装置４８に対し収差制御部４９を介して所定厚
さの平行平面板４７を選択し、投影光学系ＰＬとウエハ
Ｗとの間の光路中に交換配置するように指令する。これ
により、前記計測された疎密線幅差を打ち消すに足るだ
けの球面収差が付与される。

【００４９】この場合、球面収差は、ウエハＷ上での前
記各像Ｐａ’，Ｐｂ’における光強度分布のコントラス
トを変化させる性質を有している。例えば、コントラス
トが低下すると、図２に示すように、孤立線パターンＰ
ａの像Ｐａ’においては、その線幅ＬＷａが細くなる傾
向にある。すなわち、孤立線パターンＰａでは、コント
ラストが低下すると、その像Ｐａ’の光強度分布の暗い
部分における光強度が増大してくる。このため、前記フ
ォトレジストのスライスレベルにおいて線幅ＬＷａを計
測した場合、このコントラストにより、前記像Ｐａ’の
線幅がＬＷａからＬＷａ’に狭くなる。

【００５０】これに対して、Ｌ／ＳパターンＰｂにおい
ては、その像Ｐｂ’のコントラストが変化しても、図３
に示すように、その線幅ＬＷｂがあまり変化しない傾向
にある。すなわち、Ｌ／ＳパターンＰｂでは、その像Ｐ
ｂ’のコントラストが低下すると、その像Ｐｂ’の光強
度分布の暗い部分における光強度が増大するとともに、
明るい部分における光強度が減少することになる。この
ような像Ｐｂ’の光強度分布における光強度の変動は、
前記フォトレジストのスライスレベルをほぼ中心として
発生する。このため、そのスライスレベルにおいて前記
線幅ＬＷｂを計測した場合、コントラストが変化して
も、前記像Ｐｂ’の線幅ＬＷｂにはほとんど変化が見ら
れない。

【００５１】このように、球面収差量を変化させて、各
像Ｐａ’，Ｐｂ’のコントラストを変化させることによ
り、Ｌ／ＳパターンＰｂの像の線幅ＬＷｂを変化させる
ことなく、孤立線パターンＰａの像Ｐａ’の線幅ＬＷａ
のみを変更させることができる。このことを利用して、
交換装置４８により所定厚さの平行平面板４７を、投影
光学系ＰＬとウエハＷとの間の光路中に選択配置するこ
とにより、計測された疎密線幅差を打ち消すように球面
収差が付与されて、その疎密線幅差の補正が行われる。

【００５２】従って、以上のように構成された第１実施
形態によれば、以下のような効果を得ることができる。 （イ） この第１実施形態の露光装置では、レチクルＲ
上に形成され、孤立線パターンＰａと、Ｌ／Ｓパターン
Ｐｂとを有するパターンＰの像Ｐａ’，Ｐｂ’が、投影
光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写されるようになっ
ている。投影光学系ＰＬとウエハＷとの間には、厚さが
設定変更可能な平行平面板４７が配設されている。そし
て、この平行平面板４７における前記照明光ＩＬの光路
長を設定変更することにより、ウエハＷ上に転写される
孤立線パターンＰａの像Ｐａ’の線幅ＬＷａとＬ／Ｓパ
ターンＰｂの像Ｐｂ’の線幅ＬＷｂとの差に応じて、各
像Ｐｂ’，像Ｐａ’のコントラストが調整されるように
なっている。

【００５３】このため、予めウエハＷ上に転写される孤
立線パターンＰａの像Ｐａ’の線幅ＬＷａとＬ／Ｓパタ
ーンＰｂの像Ｐｂ’の線幅ＬＷｂの差、疎密線幅差を求
めておけば、その疎密線幅差に基づいて、平行平面板４
７における照明光ＩＬの光路長を設定変更して、球面収
差の発生量を容易に変更することができる。これによ
り、各パターンＰａ，Ｐｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’のコント
ラストを、容易に調整することができる。そして、Ｌ／
ＳパターンＰｂの像Ｐｂ’の線幅ＬＷｂを変更すること
なく、孤立線パターンＰａの像Ｐａ’の線幅ＬＷａのみ
を調整することができる。

【００５４】従って、投影光学系ＰＬの開口数や照明光
学系のσ値を変更したり、レチクルＲ上における各パタ
ーンＰａ，Ｐｂの線幅を予め補正しておいたりすること
なく、疎密線幅差を容易かつ正確に補正することができ
る。そして、露光精度を向上させることができる。

【００５５】（ロ） この第１実施形態の露光装置で
は、厚さの異なる複数枚の平行平面板４７が装備されて
いる。そして、それら平行平面板４７のうちで、予め計
測された疎密線幅差に応じて、交換装置４８により所定
厚さのものが選択され、投影光学系ＰＬとウエハＷとの
間の照明光ＩＬの光路内に交換配置される。これによ
り、その平行平面板４７における照明光ＩＬの光路長が
設定変更されるようになっている。

【００５６】このため、平行平面板４７における照明光
ＩＬの光路長を容易に設定変更することができ、この平
行平面板４７の挿入による球面収差の発生量を容易に変
更することができる。従って、孤立線パターンＰａと、
Ｌ／ＳパターンＰｂとを有するパターンＰの像Ｐａ’，
Ｐｂ’のコントラストを容易に変更することができる。

【００５７】（ハ） この第１実施形態の露光装置で
は、ウエハステージＷＳＴ上に空間像計測ユニット４１
が配設されている。この空間像計測ユニット４１によ
り、テストレチクルＲｔ上に形成された孤立線パターン
Ｐａ及びＬ／ＳパターンＰｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’のウエ
ハＷが配置される投影光学系ＰＬの像面上での線幅ＬＷ
ａ，ＬＷｂを計測するようになっている。

【００５８】このため、空間像計測ユニット４１によ
り、テストレチクルＲｔを用いて疎密線幅差を予め求め
ておくことができる。また、その疎密線幅差の補正時に
も、空間像計測ユニット４１により、随時両パターンＰ
ａ，Ｐｂの像Ｐａ’，Ｐｂ’の線幅ＬＷａ，ＬＷｂを計
測して、疎密線幅差の補正を迅速に行うことができる。

【００５９】（ニ） この第１実施形態の露光装置で
は、平行平面板４７が投影光学系ＰＬの鏡筒３１の開口
端部を覆う保護カバーを兼用するようになっている。こ
のため、この平行平面板４７により、ウエハＷ上のフォ
トレジストから揮発拡散される不純物が、投影光学系Ｐ
Ｌの鏡筒３１内に侵入して、その鏡筒３１内のレンズエ
レメント３２に付着するのを抑制することができる。従
って、鏡筒３１の開口端部に保護カバーを別に配設する
必要がなく、構造を簡素化することができる。

【００６０】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心に
説明する。

【００６１】この第２実施形態においては、図６に示す
ように、投影光学系ＰＬのウエハＷと対向する側の端部
に、一対の平行平面板４７が所定間隔をおいて配設さ
れ、それらの平行平面板４７間には調整手段を構成する
気密室６１が形成されている。この気密室６１には、窒
素等の不活性ガスが封入されている。また、この気密室
６１には圧力制御部６２が接続されており、主制御系３
７から収差制御部４９を介して出力される指令信号に基
づいて、圧力制御部６２が作動され、気密室６１内の圧
力が変更されるようになっている。

【００６２】これにより、予め計測された疎密線幅差に
基づいて、前記気密室６１内の不活性ガスの密度が設定
変更され、この気密室６１における球面収差の発生量が
変更される。そして、この球面収差の発生量の変更によ
り、前記第１実施形態と同様に疎密線幅差が補正される
ようになっている。

【００６３】従って、以上のように構成されたこの第２
実施形態によれば、前記第１実施形態における（ハ）及
び（ニ）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得
ることができる。

【００６４】（ホ） この第２実施形態の露光装置で
は、一対の平行平面板４７間の気密室６１に不活性ガス
が封入され、その気密室６１内の圧力が予め計測された
疎密線幅差に応じて変更されるようになっている。

【００６５】このため、前記気密室６１内の圧力の変更
により、その内部の不活性ガスの密度が変更され、この
気密室６１における球面収差の発生量が変更される。こ
れにより、孤立線パターンＰａと、Ｌ／ＳパターンＰｂ
とを有するパターンＰの像Ｐａ’，Ｐｂ’のコントラス
トを容易に変更することができ、疎密線幅差を容易に補
正することができる。

【００６６】しかも、気密室６１内の圧力を連続的に変
更することで、その内部の不活性ガスの密度を連続的に
変化させることができる。従って、前記気密室６１にお
ける球面収差の発生量を細かく制御することができて、
疎密線幅差を効果的に補正することができる。

【００６７】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心に
説明する。

【００６８】この第３実施形態においては、図７に示す
ように、投影光学系ＰＬのウエハＷと対向する側の端部
に、平行平面板４７が傾動調節可能に配設されている。
この平行平面板４７は傾動装置６６に連結されている。
この傾動装置６６は、主制御系３７から収差制御部４９
を介して入力される指令信号に基づいて、平行平面板４
７の照明光ＩＬの光軸ＡＸに対する傾斜角を変更するよ
うになっている。そして、予め計測された疎密線幅差に
基づいて、この平行平面板４７の傾斜角を変更すること
で、この平行平面板４７における偏心コマ収差の発生量
が変更されるようになっている。

【００６９】従って、以上のように構成されたこの第３
実施形態によれば、前記第１実施形態における（ハ）及
び（ニ）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得
ることができる。

【００７０】（ヘ） この第３実施形態の露光装置で
は、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に平行平面板４７
が配設されている。そして、この平行平面板４７の照明
光ＩＬの光軸ＡＸに対する傾斜を、孤立線パターンＰａ
の像Ｐａ’の線幅ＬＷａとＬ／ＳパターンＰｂの像Ｐ
ｂ’の線幅ＬＷｂとの差に応じて、傾動装置６６により
設定変更するようになっている。

【００７１】このため、予め計測された疎密線幅差に基
づいて、平行平面板４７における照明光ＩＬの光軸ＡＸ
に対する傾斜を設定変更することで、その平行平面板４
７における偏心コマ収差の発生量を容易に変更すること
ができる。このように、平行平面板４７における偏心コ
マ収差の発生量を変更しても、前記第１実施形態におけ
る球面収差量の変更と同様に、孤立線パターンＰａの像
Ｐａ’とＬ／ＳパターンＰｂの像Ｐｂ’とのコントラス
トを変更させることができる。

【００７２】従って、このコントラストの変更により、
Ｌ／ＳパターンＰｂの像Ｐｂ’の線幅ＬＷｂを変化させ
ることなく、孤立線パターンＰａの像Ｐａ’の線幅ＬＷ
ａを変更することができる。そして、投影光学系ＰＬの
開口数や照明光学系のσ値を変更したり、レチクルＲ上
のパターンＰａ，Ｐｂの線幅を予め補正しておいたりす
ることなく、疎密線幅差を容易かつ正確に補正すること
ができて、露光精度を向上させることができる。

【００７３】しかも、平行平面板４７の照明光ＩＬの光
軸ＡＸに対する傾斜を連続的に変更することで、その平
行平面板４７における偏心コマ収差の発生量を連続的に
変化させることができる。従って、その平行平面板４７
における偏心コマ収差の発生量を細かく制御することが
できて、疎密線幅差を効果的に補正することができる。

【００７４】（変更例）なお、本発明の前記各実施形態
は、以下のように変更してもよい。 ・ 前記第１実施形態では、交換装置４８により平行平
面板４７を厚さの異なるものと交換して、平行平面板４
７における照明光ＩＬの光路長を変更するように構成し
た。これに対して、図８に示すように、平行平面板７１
を、一対の楔状プリズム７２から構成する。これらの楔
状プリズム７２を互いに逆方向へ移動させることによ
り、平行平面板７１における照明光ＩＬの合成光路長を
変更するように構成してもよい。

【００７５】このようにした場合、前記第１実施形態に
記載の（イ）〜（ニ）の効果に加えて、楔状プリズム７
２の相対移動量を連続的に変更することで、平行平面板
７１における球面収差の発生量を連続的に変化させるこ
とができる。従って、前記平行平面板７１における球面
収差の発生量を細かく制御することができて、疎密線幅
差を効果的に補正することができる。

【００７６】・ 前記第１実施形態では、投影光学系Ｐ
ＬとウエハＷとの間に１枚の平行平面板４７を配設し
て、この平行平面板４７を交換装置４８により厚さの異
なるものと交換するように構成した。これに対して、投
影光学系ＰＬとウエハＷとの間に同一または異なる厚さ
の複数枚の平行平面板４７を配設し、その平行平面板４
７の配設枚数及び組み合わせを変更することにより、平
行平面板４７における照明光ＩＬの合成光路長を変更す
るようにしてもよい。

【００７７】このようにしても、前記第１実施形態に記
載の（イ）〜（ニ）とほぼ同様の効果が得られる。 ・ また、前記第１実施形態では、平行平面板４７の厚
さを変更して、平行平面板４７における照明光の光路長
を変更するように構成したが、材質の異なる平行平面板
４７に変更するように構成してもよい。

【００７８】このようにしても、前記第１実施形態及び
第２実施形態に記載の（ハ）、（ニ）及び（ホ）とほぼ
同様の効果が得られる。 ・ 前記各実施形態では、平行平面板４７が投影光学系
ＰＬの鏡筒３１の開口端部を覆う保護カバーを兼用する
ようになっているが、平行平面板４７とは別に保護カバ
ーを配設してもよい。

【００７９】このようにしても、前記各実施形態に記載
の（イ）〜（ハ）、（ホ）及び（ヘ）とほぼ同様の効果
が得られる。 ・ 前記各実施形態では、ウエハステージＷＳＴ上に配
設された空間像計測ユニット４１により、テストレチク
ルＲｔ上の孤立線パターンＰａ及びＬ／ＳパターンＰｂ
の像Ｐａ’，Ｐｂ’の線幅ＬＷａ，ＬＷｂを計測するよ
うになっている。これに対して、各パターンＰａ，Ｐｂ
の像Ｐａ’，Ｐｂ’をウエハＷ上にテスト露光した後
に、現像してあるいは現像せずに潜像状態で、それらの
像Ｐａ’，Ｐｂ’の線幅ＬＷａ，ＬＷｂを計測するよう
にしてもよい。

【００８０】このようにしても、前記各実施形態に記載
の（イ）、（ロ）及び（ニ）〜（ヘ）とほぼ同様の効果
が得られる。 ・ また、前記各実施形態では、照明光ＩＬとして、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２
エキシマレーザ光等のパルス光を使用している。これに
対して、照明光ＩＬとして、連続光、例えばｇ線、ｈ
線、ｉ線等の可視光又は紫外光の輝線スペクトルを用い
てもよい。

【００８１】また、例えばＤＦＢ半導体レーザまたはフ
ァイバーレーザから発振される赤外域、可視域の単一波
長レーザを、例えばエルビウム（またはエルビウムとイ
ットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプ
で増幅する。そして、かつ非線形光学結晶を用いて紫外
光に波長変換した高調波を用いてもよい。具体的には、
前記単一波長レーザの発振波長を、例えば１．５１〜
１．５９の範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９
ｎｍの範囲内である８倍高調波、または発生波長が１５
１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力され
る。

【００８２】・ また、前記各実施形態では、本発明を
半導体素子製造用の走査露光型の露光装置に具体化した
が、本発明は、例えばステップ・アンド・リピート方式
の一括露光型の露光装置、フォトマスク上の回路パター
ンをガラスプレート上に投影転写する液晶表示素子製造
用の露光装置の他、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイ
クロデバイス製造用の露光装置、さらにはレチクル、フ
ォトマスク等を製造するための露光装置等にも具体化し
てもよい。

【００８３】また、投影光学系ＰＬは、縮小系のものの
みならず等倍系、拡大系のものを用いてもよいととも
に、屈折型のもののみならず反射屈折型のものを用いて
もよい。

【００８４】これらのようにしても、前記各実施形態と
ほぼ同様の効果を得ることができる。ところで、前記各
実施形態の露光装置は、例えば次のように製造すること
ができる。

【００８５】すなわち、複数のレンズエレメント３２等
が光学部材が鏡筒３１内に組み込まれた投影光学系ＰＬ
と、多数のレンズ１２，１３ａ，１３ｂ，１６、ミラー
１５等の光学部材から構成される照明光学系１７の少な
くとも一部とを、複数の防振パッドによって支持される
架台に固定する。そして、前記照明光学系１７及び投影
光学系ＰＬの光学調整をそれぞれ行うとともに、多数の
機械部品からなるレチクルステージＲＳＴやウエハステ
ージＷＳＴに配線や配管を接続する。さらに、主制御系
３７を中心とする制御系の接続を行い、電気調整、動作
確認等の総合調整を行う。なお、露光装置の製造は、温
度及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行
うことが望ましい。

【００８６】また、半導体素子（デバイス）は、デバイ
スの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップ
に基づいたレチクルＲを製作するステップ、シリコン材
料からウエハＷを製作するステップ、前記各実施形態の
露光装置によりレチクルＲ上のパターンをウエハＷに転
写するステップ（フォトリソグラフィー工程、エッチン
グ工程を含む）、ドーピングステップ、配線ステップ、
デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディ
ング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を
経て製造される。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１、請
求項５及び請求項６に記載の発明によれば、近接的パタ
ーンの像の線幅を変更することなく、孤立的パターンの
像の線幅のみを調整することができる。従って、疎密線
幅差を容易かつ正確に補正することができて、露光精度
を向上させることができる。

【００８８】また、本願請求項２に記載の発明によれ
ば、前記請求項１に記載の発明の効果に加えて、球面収
差または偏心コマ収差を容易に発生させることができ
る。従って、これらの収差の収差量をコントロールする
ことにより、コントラストの調整を容易に行うことがで
きる。

【００８９】また、本願請求項３に記載の発明によれ
ば、前記請求項２に記載の発明の効果に加えて、球面収
差の収差量を容易に変更することができる。また、本願
請求項４に記載の発明によれば、前記請求項２に記載の
発明の効果に加えて、偏心コマ収差の収差量を容易に変
更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の露光装置を示す概略
構成図。

【図２】 孤立線パターンの像の線幅に対するコントラ
ストの影響に関する説明図。

【図３】 ライン・アンド・スペース・パターンの像の
線幅に対するコントラストの影響に関する説明図。

【図４】 疎密線幅差の計測時における空間像計測ユニ
ットの開口とテストパターンの像との相対移動に関する
説明図。

【図５】 疎密線幅差の計測方法に関する説明図。

【図６】 本発明の第２実施形態の露光装置の要部を示
す概略構成図。

【図７】 本発明の第３実施形態の露光装置の要部を示
す概略構成図。

【図８】 平行平面板の変更例を示す側面図。

【符号の説明】

４７，７１…調整手段を構成する平行平板状の光学素子
としての平行平面板、６１…調整手段を構成する気密
室、ＡＸ…照明光の光軸、ＩＬ…照明光、ＬＷａ，ＬＷ
ａ’…線幅、Ｐ…パターン、Ｐａ…孤立的パターンとし
ての孤立線パターン、Ｐａ’…孤立的パターンの像とし
ての孤立線パターンの像、Ｐｂ…近接的パターンとして
のライン・アンド・スペース・パターン、Ｐｂ’…近接
的パターンの像としてのライン・アンド・スペース・パ
ターンの像、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…マスクとしてのレ
チクル、Ｗ…基板としてのウエハ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上に形成されたパターンの像を、
   投影光学系を介して基板上に転写する露光装置におい
   て、 前記パターンは、互いに近接して形成された近接的パタ
   ーンと、互いに独立して形成された孤立的パターンとを
   有し、 前記基板上に転写される前記孤立的パターンの像の線幅
   に応じて、前記近接的パターンの像と前記孤立的パター
   ンの像とのコントラストを調整する調整手段を備えたこ
   とを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記調整手段は、前記投影光学系と前記
   基板との間に配設される平行平板状の光学素子からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記平行平板状の光学素子における前記
   パターンを照明する照明光の光路長を設定変更可能なよ
   うに構成したことを特徴とする請求項２に記載の露光装
   置。
4. 【請求項４】 前記平行平板状の光学素子における前記
   パターンを照明する照明光の光軸に対する傾斜を設定変
   更可能なように構成したことを特徴とする請求項２に記
   載の露光装置。
5. 【請求項５】 マスク上に形成され、互いに近接して形
   成された近接的パターンと、互いに独立して形成された
   孤立的パターンとを有するパターンの像を、投影光学系
   を介して基板上に転写する露光装置における疎密線幅差
   の補正方法において、 前記基板上に転写される前記孤立的パターンの像の線幅
   に応じて、前記近接的パターンの像と前記孤立的パター
   ンの像とのコントラストを調整することを特徴とする露
   光装置における疎密線幅差の補正方法。
6. 【請求項６】 マスク上に形成され、互いに近接して形
   成された近接的パターンと、互いに独立して形成された
   孤立的パターンとを有するパターンの像を、投影光学系
   を介して基板上に転写する露光方法において、 前記基板上に転写される前記孤立的パターンの像の線幅
   に応じて、前記近接的パターンの像と前記孤立的パター
   ンの像とのコントラストを調整した後に、前記パターン
   を所定の照明光で照明してそのパターンの像を基板上に
   転写することを特徴とする露光方法。