CN1542914A - 振幅象差评价用掩模图形、振幅象差评价方法及振幅象差消除滤光器 - Google Patents

振幅象差评价用掩模图形、振幅象差评价方法及振幅象差消除滤光器 Download PDF

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Abstract

提供一种振幅象差评价用掩模图形，其特征在于备有：透明基板；在上述透明基板上有选择地形成的实际上具有分辨极限尺寸精细图形；以及在上述透明基板上有选择地形成的具有曝光波长的5倍以上尺寸的大图形，各上述精细图形和上述大图形互相构成组，在上述透明基板上配置多组。本发明还提供了利用所述掩模图形振幅象差量评价方法，以及振幅象差消除滤光器。

Description

振幅象差评价用掩模图形、振幅象差评价方法 及振幅象差消除滤光器
本申请是申请号为98103875.1的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及大规模集成电路(LSI，Large Scale Integrated Circuit)制造工序中使用的投影曝光装置、投影曝光方法、振幅象差评价用掩模图形、振幅象差评价方法及振幅象差消除滤光器。
首先，说明现有的投影曝光装置。
图22是现有的投影曝光装置的结构示意图。参照图22，在该投影曝光装置110中，在光源11的前方，使反射镜12介于中间，配置复眼透镜13，光圈14位于复眼透镜13的前方。在光圈14的前方，使聚光透镜15介于中间，配置挡板16，再经过聚光透镜17、反射镜18及聚光透镜19，配置形成了所希望的电路图形的光掩模20。在光掩模20的前方，经过投影光学系统106，配置干胶片21。
在投影光学系统106中，在光掩模20的前方，配置着聚光透镜101、瞳孔面105和聚光透镜102。
一般情况下，采用缩小曝光方法的光刻技术中的分辨极限R(nm)可如下表示：
R＝k1·λ/(NA)
这里，λ是所使用的光的波长(nm)，NA是透镜的数值孔径，k1是与抗蚀工艺有关的常数。
由上式可知，为了提高分辨极限R，即为了获得精细图形，可考虑减小k1和λ的值、增大NA的值的方法。就是说，在减小与抗蚀工艺有关的常数的同时，进行短波长化或高NA化即可。
可是，由于进行短波长化和高NA化，光的焦点深度δ(δ＝k2·λ/(NA)2)变浅，反而导致分辨率下降，所以该方法是有限的。另外，为了减小曝光波长，需要大幅度地改变复制工艺。特别是曝光波长在170nm以下时，由于长时间照射紫外线，玻璃材料内部出现色心样点状晶格缺陷。由于出现该色心，使得透镜的透射率和折射率不均匀，实际上由此决定着透镜系统的寿命，因此在利用透镜的光学系统中，逐渐地难以实现高分辨率。
因此，在投影光学系统的一部分中使用反射镜，试图缓和这一困难。例如在特开平6-181162号公报、特开平6-181163号公报等中详细说明了投影光学系统的一部分中使用反射镜的例。以下，说明特开平6-181162号公报中所示的投影光学系统。
图23是上述公报中公开的投影曝光装置的投影光学系统的示意图。参照图23，该投影曝光装置在光掩模20的前方备有：有正折射率的第1透镜组201、202；分光镜203；有负折射率的第2透镜组204；凹面镜205；以及有正折射率的第3透镜组206。
在该曝光装置中，来自光掩模20的衍射光透过第1透镜组201、202后，透过分光镜203，再透过第2透镜组204，被凹面镜205反射。被凹面镜205反射的衍射光再次透过第2透镜组204后，被分光镜203反射，透过第3透镜组206，在干胶片21的被曝光面上成象。
在上述的投影曝光装置中，虽然说在投影光学系统的一部分中使用反射镜，但还是使用了许多透镜201、202、204、206。因此，该曝光装置完全不能说能消除与上述的曝光波长的减小造成的玻璃材料的劣化相伴随的透射率的不均匀。另外，即使在分光镜203这样的半反射镜中，如果曝光波长达到170nm以下，与上述的透镜一样，会产生色心，由于与此相伴随的玻璃材料的劣化，而发生透射率分布(透射率不均匀)现象。
另一方面，作为完全没有透镜的例子，有在特开平8-54738号公报中所看到光学系统。以下，说明该公报中所示的投影光学系统。
图24是上述公报中公开的投影曝光装置的投影光学系统的结构示意图。参照图24，该投影曝光装置有光圈301、凸面镜302和凹面镜303。
在该曝光装置中，来自光掩模20的衍射光透过光圈301后，被凸面镜302反射，再被凹面镜303反射后，在被曝光底片21上成象。
在该投影曝光装置中，由于不使用透镜，所以不会产生由玻璃材料的劣化造成的透射率不均匀现象。可是，例如象0级衍射光那样，从图中正上方入射到凸面镜302上的光被直接向正上方反射，所以不能照射到被曝光底片21上，存在产生所谓立体障碍的问题。
另外，假定即使0级衍射光能照射到被曝光底片21上，但0级衍射光的特性在0级衍射光的左右不同，存在不能获得良好的成象特性的问题。例如，0级衍射光被凸面镜302反射后，再被图中凹面镜303的右侧部分反射，照射在被曝光底片21上。这时，由于+1级衍射光被图中凹面镜303的右侧部分反射，另外-1级衍射光被图中凹面镜303的左侧部分反射，则+1级衍射光和-1级衍射光相对于0级衍射光的入射角不同，不能获得良好的成象特性。
另外，由于上述的衍射光的特性等，使得光掩模20的纵向图形和横向图形在被曝光底片21上的成象条件不同，因此，还存在不能获得纵向图形和横向图形的良好的成象特性的问题。
另外，一般情况下由于反射镜系统难以除去波象差，所以还存在有必要选择波象差少的地方使用的问题。
另外，作为具有代表性的波象差，有球差、象散、象面弯曲、翘曲象差、慧差。已知这些象差如果换算成瞳孔面上的波象差，则能表示为图25(a)～(e)所示的情况。这里，在图25中，(a)表示球差、(b)表示象散、(c)表示象面弯曲、(d)表示翘曲象差、(e)表示慧差。图中φ表示瞳孔面上的波阵面偏差量，ρ表示瞳孔面(ηξ面)上的半径，θ表示相对于η轴的旋转角，y0表示干胶片表面上的坐标，B～F分别表示常数。关于这些象差的论述，例如在文献“光学原理I～III”(东海大学出版)中进行了详细说明。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种在投影光学系统中能补偿透射率分布、且没有立体障碍和成象特性劣化的投影曝光装置及投影曝光方法。
另外，本发明的目的还在于提供一种评价伴随光学系统的振幅象差用的振幅象差评价用掩模图形及利用该振幅象差评价用掩模图形评价振幅象差的方法。
另外，本发明的目的还在于提供一种补偿伴随光学系统的振幅象差用的振幅象差消除滤光器。
本发明的振幅象差评价用掩模图形备有透明基板、精细图形、以及大图形。在透明基板上有选择地形成精细图形，该精细图形实际上具有分辨极限尺寸。在透明基板上有选择地形成大图形，该大图形具有曝光波长的5倍以上的尺寸。各精细图形和大图形互相构成组，在透明基板上配置多组。
本发明的振幅象差评价方法包括以下程序。
首先，使上述振幅象差评价用掩模图形曝光，形成复制图形。然后观察复制图形，分别取出精细图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化量，以及大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化量。然后根据取出的精细图形及大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化量，估计振幅象差量。
本发明的振幅象差消除滤光器是配置在将来自光掩模的衍射光成象在被曝光基板上用的投影光学系统内的振幅象差消除滤光器，它备有具有主表面的透明基板和具有可将在透明基板的主表面上形成的振幅象差除去的形状的半透明多层膜。构成半透明多层膜的各层的厚度为n×λ，这里λ为衍射光的波长，n为整数。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的投影曝光装置的结构的示意图。
图2是说明补偿本发明的实施例1的投影曝光装置的透射率分布及波阵面偏移用的说明图。
图3是表示半反射镜和凹面镜的另一种配置方法的示意图。
图4是表示图1所示的投影曝光装置备有了空间滤波器后的结构的示意图。
图5是表示本发明的实施例8中的投影曝光方法的流程图。
图6表示本发明的实施例9中的振幅象差评价用掩模图形，(a)是掩模图形的平面图，(b)是使(a)所示的掩模图形曝光后复制图形的图。
图7表示本发明的实施例10中的球面振幅象差的评价方法，(a)是表示精细图形的对比度的图，(b)是表示大图形的对比度的图。
图8表示本发明的实施例11中的象散的评价方法，(a)是表示横向的图形要素的对比度的变化量的图，(b)是表示纵向的图形要素的对比度的变化量的图。
图9是表示本发明的实施例12中的大图形的对比度的变化量的图。
图10表示本发明的实施例13中的慧形振幅象差的评价方法，(a)是表示精细图形的正常曝光量的变化量的图，(b)是表示大图形的正常曝光量的变化量的图。
图11表示本发明的实施例14中的翘曲振幅象差的评价方法，是表示大图形的正常曝光量的变化量的图。
图12表示本发明的实施例15中的补偿正的球面振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图13表示本发明的实施例16中的补偿负的球面振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图14表示本发明的实施例17中的补偿正的象散振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图15表示本发明的实施例18中的补偿负的象散振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图16表示本发明的实施例19中的补偿正的振幅象面弯曲的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图17表示本发明的实施例20中的补偿负的振幅象面弯曲的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图18表示本发明的实施例21中的补偿翘曲振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图19表示本发明的实施例22中的补偿慧形振幅象差的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图20表示本发明的实施例23中的振幅象差消除滤光器，(a)是剖面图，(b)是斜视图。
图21是表示在本发明的实施例24中将各种振幅象差合成后的波阵面偏移的斜视图。
图22是表示现有的投影曝光装置结构的示意图。
图23是表示现有的投影曝光装置结构的示意图。
图24是表示现有的投影曝光装置结构的示意图。
图25是表示具有代表性的瞳孔上波象差的图，(a)是球差，(b)是象散，(c)是象面弯曲，(d)是翘曲象差，(e)慧差。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施例。
实施例1
图1是表示本发明的实施例1的投影曝光装置的结构的示意图。
参照图1，在本实施例的投影曝光装置10中，复眼透镜13通过反射镜12，配置在光源11的前方，光圈14位于复眼透镜13的前方。在光圈14的前方，使聚光透镜15介于中间，配置挡板16，再经过聚光透镜17、反射镜18及聚光透镜19，配置形成了所希望的电路图形的光掩模20。
在光掩模20的前方，经过投影光学系统6，配置构成被曝光底片的干胶片21。
投影光学系统6具有第1半反射镜1、第1凹面镜2、瞳孔面5、第2半反射镜3和第2凹面镜4。第1半反射镜1位于光掩模20的前方，第1凹面镜2配置的能将第1半反射镜1的透射光反射到第1半反射镜1一侧。瞳孔面5配置得能使第1半反射镜1上的反射光通过，第2半反射镜3配置得能使瞳孔面5的通过光入射。第2凹面镜4配置得能将第2半反射镜3上的反射光反射到第2半反射镜3一侧。而且在第2凹面镜4上反射的衍射光透过第2半反射镜3后，在被曝光底片21上成象。
特别是如图2所示，第1半反射镜1的反射面和第2半反射镜3的反射面分别沿着假想线A-A和A’-A’配置，而假想线A-A和A’-A’相对于从第1半反射镜1射向第2半反射镜3的衍射光的光轴OA的垂线P-P呈对称(即线对称)状态。假想线A-A与垂线P-P构成的角度θ1实际上等于假想线A’-A’和垂线P-P构成的角度θ2。另外，这样配置第1及第2凹面镜2、4，即第1凹面镜2相对于第1半反射镜1的配置方向(D1)和第2凹面镜4相对于第2半反射镜3的配置方向(D2)相对于垂线P-P呈对称状态。
另外，第1及第2半反射镜1、3相对于通过在瞳孔面5上形成光源象的点的光轴OA的垂线Q-Q对称地或相似对称地配置。另外这样配置第1及第2半反射镜1、3和第1及第2凹面镜2、4，即，使得衍射光的光路相对于垂线Q-Q对称或相似对称。这里所谓相似对称，意思是图中垂线Q-Q左侧的反射镜或光路轨迹与图中右侧的反射镜或光路轨迹的线对称形状呈相似形状。
另外，第1及第2半反射镜1、3具有彼此相同或相似的形状，而且第1及第2凹面镜2、4具有相同或相似的形状。
其次，说明使用该投影曝光装置的曝光方法。
参照图1，首先来自水银灯或受激准分子激光器11的紫外线在反射镜12上反射后，由复眼透镜13分割成独立的点光源，再通过光圈14调整后形成2次光源面。然后，通过聚光镜15后，用挡板16设定曝光区域，通过聚光镜17、反射镜18及聚光镜19后，照亮光掩模20。通过光掩模20的光被掩模图形衍射而发生衍射光。在图1中，作为其代表，只示出了±1级衍射光，实际上当然还存在高级衍射光。
来自光掩模20的衍射光由第1半反射镜1分割成透射光和反射光后，其透射光被第1凹面镜2反射，再被第1半反射镜1进行平面反射，在瞳孔面5上形成光源象。此后，能透过瞳孔面5的衍射光被第2半反射镜3进行平面反射，并被第2凹面镜4反射。被第2凹面镜4反射的衍射光透过第2半反射镜3，在被曝光底片21上成象。然后根所得到的光学象来加工被曝光底片21。
采用本实施例的投影曝光装置及投影曝光方法，即使在曝光波长比170nm短的情况下，也能补偿投影光学系统中的透射率分布，而且不会产生立体障碍或成象特性劣化现象。以下对此进行详细说明。
参照图2，第1半反射镜1内的带阴影线的区R1是透过第1半反射镜1的光、被第2凹面镜4反射的光及被第1半反射镜1的反射面反射的光这三种光重叠的区域。另外第2半反射镜3内的带阴影线的区R2是从第1半反射镜1入射到第2半反射镜3的光、被第2半反射镜3的反射面反射的光被第2凹面镜4反射的光这三种光重叠的区域。在曝光波长比170nm小的情况下，光的强度越高，在玻璃材料中产生的色心数越多。因此，该带阴影线的区R1及R2中产生的色心数特别多，是透射率低的区域。这样在第1及第2半反射镜1、3内存在着透射率相对低的区域和相对高的区域，因此透射率分布不均匀。
这里，在将图中用实线表示的各光线作为+1级衍射光及-1级衍射光的情况下，在半反射镜1内+1级衍射光沿光路P11、-1级衍射光沿光路P12分别通过带阴影线的区R1。这里，在光路P11和P12的光路长度不同的情况下，+1级衍射光及-1级衍射光的透过量不同。具体地说，光路P11比光路P12长时，+1级衍射光的透过量比-1级衍射光的透过量低。
可是，在半反射镜3内，-1级衍射光沿光路P21、+1级衍射光沿光路P22分别通过带阴影线的区R2。这里，带阴影线的区R2内的光路P21对应于带阴影线的区R1内的光路P11，光路P22对应于光路P12。因此，当光路P11比光路P12长时，光路P21也比光路P22长，使得+1级衍射光通过光路P22造成的透射量的降低比-1级衍射光通过光路P21造成的透射量的降低小。
这样，衍射光由第2半反射镜3给出与由第1半反射镜1给出的透射率分布特性相反特性的透射率分布。因此，第1及第2半反射镜1、3的透射率分布互相补偿，能使第1及第2半反射镜1、3总体上的透射率分布均匀，能防止由于透射率的不均匀造成的透镜系统的寿命的缩短。
另外，不仅透射率分布，而且对于由半反射镜1给出的波阵面偏移来说，也能由半反射镜3给出与由半反射镜1给出的波阵面偏移特性相反特性的波阵面偏移，因此从半反射镜1及3的总体上看，波阵面偏移能互相抵消。
另外，由于不是象现有例那样完全没有透镜的反射镜系统，所以不产生立体障碍，另外在0级衍射光的左和右，衍射光的特性并非不同，再者，纵线和横线的成象条件也并非不同，所以能获得良好的成象特性。
其次，所谓象差一般是指波阵面象差，但在本申请中将其更广地定义为导致光学象的质量劣化的原因的象差。在特愿平7-325988号中详细地说明了波象差及其评价方法和消除方法。除了波阵面以外，作为使象的质量劣化的原因在于玻璃材料的透射率分布不均匀。例如，假定在有利用振幅为0.5的0级衍射光和振幅为0.6的1级衍射光产生的干涉成象的系统的情况下，如果振幅象差为0，就可以直接通过这2个衍射光的干涉成象。
可是，由于在玻璃材料的一部分中产生色心，发生透射率的分布不均匀，或者透镜表面的防反射膜的效率分布不均匀，所以假设0级衍射光的透射率为1.0，1级衍射光的透射率为0.9，则变成通过0级衍射光的振幅0.5(＝0.5×1.0)和1级衍射光的振幅0.54(＝0.6×0.9)进行的干涉而成象。这时由于光的强度与振幅的2次方对应，所以振幅偏离正常值，光学象的对比度变化(一般情况下劣化)。
将引起波阵面分布紊乱的象质的劣化称为波象差，与此不同，在本申请中将这样引起波阵面分布紊乱的象质的劣化称为振幅象差。例如，当透镜的透射率的分布为同心圆状的四次函数时，仿照波象差的球差，称为球面振幅象差。另外，当透镜的透射率的分布在xy上不同时，仿照象散或慧差，称为象散振幅象差或慧形振幅象差。另外，在成象面内看到正常曝光量的分布的情况下，仿照象面弯曲或翘曲象差，称为振幅象面弯曲或翘曲振幅象差。
在本实施例中，在第1半反射镜1上发生的振幅分布与上述一样，由第2半反射镜3给出相分特性的振幅分布，所以互相抵消。
另外，在本实施例中，按照图1、2所示的透射及反射的关系，配置第1及第2半反射镜1、3和第1及第2凹面镜2、4，但也可以按照图3所示的透射及反射的关系进行配置。
即参照图3，第1半反射镜1位于光掩模20的前方，第1凹面镜2配置得能将第1半反射镜1的反射光反射到第1半反射镜1一侧。瞳孔面5配置得能使第1半反射镜1的透射光通过，第2半反射镜3配置得能使通过瞳孔面5的光入射。第2凹面镜4配置得能将第2半反射镜3的透射光反射到第2半反射镜3一侧。而且在第2凹面镜4上反射的衍射光被第2半反射镜3反射后，在被曝光底片21上成象。
即使在这样配置各构件的情况下，与上述说明的一样，能由第2半反射镜3给出与由第1半反射镜1给出的透射率分布特性相反特性的透射率分布，所以在总体上能使透射率分布均匀。
另外，对于波阵面偏移来说，也能由第2半反射镜3给出与由第1半反射镜1给出的波阵面偏移特性相反特性的波阵面偏移，因此波阵面偏移能互相抵消。
另外，由第1半反射镜1发生的振幅分布也与上述一样，能由第2半反射镜3给出相反特性的振幅分布，所以能互相抵消。
实施例2
图4是表示图1所示的投影曝光装置备有了空间滤波器后的状态的示意图。参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果在投影光学系统6中的瞳孔面5上备有除去波象差的空间滤光器21，则主要能将球差、象散、慧差除去，能获得良好的象质。
实施例3
参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果还在投影光学系统6中的第1半反射镜1上备有除去波象差的空间滤光器22，则主要能将象面弯曲、翘曲象差除去，能获得良好的象质。
实施例4
参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果还在投影光学系统6中的第2半反射镜3上备有除去波象差的空间滤光器23，则主要能将象面弯曲、翘曲象差除去，能获得良好的象质。
另外，在实施例2～4中所述的将波象差除去的空间滤光器21、22、23具有例如透明基板和在该透明基板上形成的透明多层膜，在上述的特愿平7-325988号中有详细说明。
实施例5
参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果在投影光学系统6中的瞳孔面5上备有除去振幅象差的空间滤光器21，则主要能将球面振幅象差、象散振幅象差、慧形振幅象差除去，能获得良好的象质。
实施例6
参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果在投影光学系统6中的第1半反射镜1上备有除去振幅象差的空间滤光器23，则主要能将振幅象面弯曲、翘曲振幅象差除去，能获得良好的象质。
实施例7
参照图4，在实施例1中的投影曝光装置中，如果还在投影光学系统6中的第2半反射镜3上备有除去振幅象差的空间滤光器23，则主要能将振幅象面弯曲、翘曲振幅象差除去，能获得良好的象质。
实施例8
图5是表示本发明的实施例8中的投影曝光方法的流程图。
参照图5，首先将振幅象差评价用光掩模曝光(步骤31)，用SEM(扫描型电子显微镜)观察通过该曝光获得的显影图形(步骤32)，对该观察结果进行分类，看看属于哪种振幅象差的组合(步骤33)。进一步确定由透镜个体决定的振幅象差(步骤34)，接着选择补偿所决定的振幅象差的振幅象差除去滤光器(步骤35)。将这样选择的振幅象差除去滤光器(瞳孔滤光器)插入例如瞳孔面上，进行电路图形的曝光(步骤36)。
通过采用这样的曝光方法，有选择地除去由透镜个体决定的振幅象差，能获得良好的成象特性。
实施例9
图6(a)是表示实施例9中的振幅象差评价用掩模图形的结构的平面图。参照图6(a)，在透明基板33上形成了排列成纵5列、横5列的共计25个呈矩形的大图形31，在各大图形31的内部分别形成了排列成纵3列、横3列的共计9个精细图形32。大图形31具有曝光波长的5倍以上例如10倍左右的尺寸。另外精细图形32具有实际上与投影曝光装置的分辨率极限相同的尺寸。
如果用没有象差的透镜使该振幅象差评价用光掩模30曝光，则角状部分由于衍射而呈圆形，能获得具有如图6(b)所示的大图形31a和精细图形32a的复制图形。一般来说，精细图形对象差比较敏感，大图形对象差比较迟墩，通过观察复制图形中的大图形31a和精细图形32a，能容易且明确地区分出5种振幅象差。
如果考虑瞳孔上的光量分布，则0级衍射光源象的位置(中心附近)的光量最高，为了评价振幅象差，需要在瞳孔的中心附近产生衍射光的图形。这相当于约为曝光波长λ的5倍大小的掩模图形。换句话说，通过使大图形21达到曝光波长λ的5倍以上的尺寸，就能评价振幅象差。因此，如果使用本实施例的掩模图形，就能进行振幅象差的评价。
实施例10
说明利用图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30评价球面振幅象差的方法。首先，使图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30曝光，用SEM等观察如图6(b)所示加工成的25组复制图形。如图7(a)所示，由此分别在25点求出精细图形32的对比度，同时如图7(b)所示，分别在25点求出大图形31的对比度。
另外，在图7(a)、(b)中，箭头的大小表示对比度的大小。
这时，如图7(a)、(b)所示，如果能观测到精细图形32和大图形31与理想光学象的对比度之差呈四次函数，则可知在该光学系统中存在球面振幅象差。而且根据精细图形32和大图形31之间的对比度的变化量，能估计出球面振幅象差量。
实施例11
说明利用图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30评价象散振幅象差的方法。首先，使图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30曝光，用SEM等观察如图6(b)所示加工成的25组复制图形。如图8(a)所示，由此分别在25点求出各图形的横向(x方向)的图形要素(边)的对比度，同时如图8(b)所示，分别在25点求出各图形的纵向(y方向)的图形要素(边)的对比度。
这时，如图8(a)、(b)所示，如果能在横向图形要素和纵向图形要素之间观测到对比度的变化，则可知在曝光光学系统中存在象散振幅象差。而且根据横向图形要素和纵向图形要素之间的比度的变化量，能估计出象散振幅象差量。
实施例12
说明利用图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30评价振幅象面弯曲的方法。首先，使图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30曝光，用SEM等观察如图6(b)所示加工成的25组复制图形。如图9所示，分别在25点求出大图形31的对比度。
这时，如图9所示，如果能观测到大图形31的对比度呈二次函数，则可知在曝光光学系统中存在振幅象面弯曲。而且根据大图形31的对比度的变化量，能估计出振幅象面弯曲量。
实施例13
说明利用图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30评价慧形振幅象差的方法。首先，一边变更曝光量条件，一边使图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30曝光，用SEM等观察如图6(b)所示加工成的25组复制图形。如图10(a)所示，由此分别在25点求出精细图形32的正常曝光量，同时如图10(b)所示，分别在25点求出大图形31的正常曝光量。
另外，在图10(a)、(b)中，箭头的大小表示正常曝光量的大小。
这时，如图10(a)、(b)所示，如果在精细图形32和大图形31之间能观测到正常曝光量相对变化，则可知在该曝光光学系统中存在慧形振幅象差。而且根据精细图形32和大图形31的正常曝光量的相对变化量，能估计出慧形振幅象差量。
实施例14
说明利用图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30评价翘曲振幅象差的方法。首先，使图6(a)所示的振幅象差评价用掩模图形30曝光，用SEM等观察如图6(b)所示加工成的25组复制图形。如图11所示，由此分别在25点求出精细图形32的正常曝光量，同时如图11所示，分别在25点求出大图形31的正常曝光量。
这时，如图11所示，如果在精细图形32和大图形31中能观测到正常曝光量相对地相同，且正常曝光量随曝光位置而变化，则可知在该曝光光学系统中存在翘曲振幅象差。而且根据精细图形32和大图形31中与曝光位置有关的正常曝光量的变化量，能估计出翘曲振幅象差量。
实施例15
图12(a)示出了本发明的实施例15中的正的球面振幅象差消除滤光器的剖面图，图12(b)示出了斜视图。正的球面振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。设n为整数，λ为曝光波长，则半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(a)所示，如果将球差换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Bρ4/4。因此，当光学系统中主要的振幅象差为正的球面振幅象差时，补偿正的球面振幅象差用的半透明多层膜42具有呈同心圆形圆顶状的负四次函数的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除正的球面振幅象差，提高成象性能。
实施例16
图13(a)示出了本发明的实施例16中的负的球面振幅象差消除滤光器的剖面图，图13(b)示出了斜视图。负的球面振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(a)所示，如果将球差换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Bρ4/4。因此，当光学系统中主要的振幅象差为负的球面振幅象差时，补偿负的球面振幅象差用的半透明多层膜42具有呈同心圆形研钵状的正四次函数的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除负的球面振幅象差，提高成象性能。
实施例17
图14(a)示出了本发明的实施例17中的正的象散振幅象差消除滤光器的剖面图，图14(b)示出了斜视图。正的象散振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(b)所示，如果将象散换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Cy0 2ρ2cos2θ。因此，当曝光光学系统中主要的振幅象差为正的象散振幅象差时，补偿正的象散振幅象差用的半透明多层膜42具有只在一个方向上呈圆顶状的负的2次函数的剖面形状即鞍状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除正的象散振幅象差，提高成象性能。
实施例18
图15(a)示出了本发明的实施例18中的负的象散振幅象差消除滤光器的剖面图，图15(b)示出了斜视图。负的象散振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(b)所示，如果将象散换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Cy0 2ρ2cos2θ。因此，当曝光光学系统中主要的振幅象差为负的象散振幅象差时，补偿负的象散振幅象差用的半透明多层膜42具有只在一个方向上呈研钵状的正2次函数的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除负的象散振幅象差，提高成象性能。
实施例19
图16(a)示出了本发明的实施例19中的正的振幅象面弯曲消除滤光器的剖面图，图16(b)示出了斜视图。正的振幅象面弯曲消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(c)所示，如果将象面弯曲换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Dy0 2ρ2/2。因此，当曝光光学系统中主要的振幅象差为正的振幅象面弯曲时，补偿正的振幅象面弯曲用的半透明多层膜42具有同心圆形圆顶状的负2次函数的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除正的振幅象面弯曲，提高成象性能。
实施例20
图17(a)示出了本发明的实施例20中的负的振幅象面弯曲消除滤光器的剖面图，图17(b)示出了斜视图。负的振幅象面弯曲消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(c)所示，如果将象面弯曲换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝-Dy0 2ρ2/2。因此，当曝光光学系统中主要的振幅象差为负的振幅象面弯曲时，补偿负的振幅象面弯曲用的半透明多层膜42具有同心圆形研钵状的正2次函数的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除负的振幅象面弯曲，提高成象性能。
实施例21
图18(a)示出了本发明的实施例21中的翘曲振幅象差消除滤光器的剖面图，图18(b)示出了斜视图。翘曲振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(d)所示，如果将翘曲象差换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝Ey0 3ρcosθ。因此，当曝光光学系统中主要的象差为翘曲振幅象差时，除去翘曲振幅象差用的半透明多层膜42具有在一个方向上呈1次函数的斜面状的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除翘曲振幅象差，提高成象性能。
实施例22
图19(a)示出了本发明的实施例22中的慧形振幅象差消除滤光器的剖面图，图19(b)示出了斜视图。慧形振幅象差消除滤光器40具有透明基板41、以及在该透明基板41的表面上形成的半透明多层膜42。与在实施例15中说明的一样，半透明多层膜42的各层厚度为n×λ。
如图25(e)所示，如果将慧差换算成瞳孔面上的波象差，则波阵面的偏移量φ可表示为φ＝Ey0ρ3。因此，当曝光光学系统中主要的象差为慧形振幅象差时，补偿慧形振幅象差用的半透明多层膜42具有在一个方向上呈3次函数的斜面状的剖面形状。通过将该振幅象差消除滤光器40插入投影光学系统的瞳孔面上，能消除慧形振幅象差，提高成象性能。
实施例23
在同时存在多种振幅象差的情况下，可以适当地将实施例15～22所示的振幅象差消除滤光器组合起来使用。例如，如图20(a)及(b)所示，如果将实施例19中的补偿正的振幅象面弯曲用的振幅象差消除滤光器(图16)和实施例22所示的补偿慧形振幅象差用的振幅象差消除滤光器(图19)组合起来，就能同时补偿正的振幅象面弯曲和慧形振幅象差。在实际的光学系统中，一般情况下会同时存在着各种振幅象差，所以通过将实施例15～22所示的振幅象差消除滤光器适当地组合，能消除所有的各种振幅象差，进一步提高成象性能。
实施例24
如图21所示，对利用实施例10～14中的振幅象差量评价方法分别评价的各种振幅象差量进行合成，能制造具有补偿该合成的振幅象差的特性的复合振幅象差消除滤光器。例如，通过在透明基板上形成具有与图21所示那样合成的振幅象差对应的剖面形状的半透明多层膜，就能制成振幅象差消除滤光器。
通过插入该复合振幅象差消除滤光器，则能消除所有的各种振幅象差，进一步提高成象性能。
此次公开的实施例的所有方面都给出了例子，但应认识到不受此限。在以上说明中不是本发明的范围，该范围将由权利要求给出，且包括与权利要求相当的意思及在范围内的全部变更。
在本发明的投影曝光装置中，投影光学系统具有：第1半反射镜；反射第1半反射镜的反射光或透射光用的第1凹面镜；与第1半反射镜分开独立设置的第2半反射镜；以及反射第2半反射镜的反射光或透射光用的第2凹面镜。
这样通过具有两组半反射镜和凹面镜，则对应于由一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移，能由另一个半反射镜给出相反特性的透射率分布不均或波阵面偏移。因此，在投影光学系统中透射率分布不均或波阵面偏移能互相抵消，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，且能消除波阵面偏移。
另外，还能防止产生象在完全没有透镜的反射镜系统的现有例中那样的立体障碍，在0级衍射光的左和右衍射光的特性也不会不同，另外在纵线和横线上成象条件也不会不同，能获得优异的成象特性。
在上述情况下，第1及第2半反射镜最好相对于从第1半反射镜射向第2半反射镜的衍射光的光轴的垂线对称或近似于对称地配置。
通过这样配置，能使由一个及另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移等的特性互相相反。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，且能使波阵面偏移互相抵消。
在上述情况下，第1及第2半反射镜的反射面最好分别沿相对于从第1半反射镜射向第2半反射镜的衍射光的光轴的垂线对称的假想线配置，这样配置第1及第2凹面镜，即，使得第1凹面镜相对于第1半反射镜射的配置方向和第2凹面镜相对于第2半反射镜射的配置方向相对于垂线对称。
通过这样配置，能使由一个及另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移等的特性互相相反。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，且能使波阵面偏移互相抵消。
在上述情况下，第1及第2半反射镜和第1及第2凹面镜最好这样配置，即，使来自光掩模的衍射光经过第1半反射镜，照射在第1凹面镜上，在第1凹面镜上反射后，经过第1及第2半反射镜，照射在第2凹面镜上，在笫2凹面镜上反射后，经过第2半反射镜，在被曝光底片上成象。
通过这样配置，能使由一个及另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移等的特性互相相反。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，且能使波阵面偏移互相抵消。
在上述情况下，第1及第2半反射镜和第1及第2凹面镜最好这样配置，即，使来自光掩模的衍射光透过第1半反射镜后，在第1凹面镜上反射，依次在第1及第2半反射镜上反射后，在第2凹面镜上反射，再透过第2半反射镜后，在被曝光底片上成象。通过这样配置各构件，以使衍射光沿这样的路径行进，能使由一个及另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移的特性互相相反。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，还能消除波阵面的偏移。
在上述情况下，第1及第2半反射镜和第1及第2凹面镜最好这样配置，即，使来自光掩模的衍射光在第1半反射镜上反射后，在第1凹面镜上反射，依次透过第1及第2半反射镜后，在第2凹面镜上反射，再在第2半反射镜上反射，在被曝光底片上成象。通过这样配置各构件，以使衍射光沿这样的路径行进，能使由一个及另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移的特性互相相反。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，还能消除波阵面的偏移。
在上述情况下，最好还备有消除第1半反射镜、第2半反射镜、以及位于第1及第2半反射镜之间的瞳孔面上的至少一个波象差的波象差消除滤光器。
在上述情况下，最好还备有消除第1半反射镜、第2半反射镜、以及位于第1及第2半反射镜之间的瞳孔面上的至少一个振幅象差的振幅象差消除滤光器。
在本发明的透影曝光方法中，来自光掩模的衍射光通过第1半反射镜，在第1凹面镜上反射后，通过第1及第2半反射镜，在第2凹面镜上反射，再通过第2半反射镜，在被曝光底片上成象。
使衍射光沿这样的路径行进，进行曝光，对应于由一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移，能由另一个半反射镜给出相反特性的透射率分布不均或波阵面偏移。因此，由一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移被另一个半反射镜产生的透射率分布不均或波阵面偏移相抵消。因此，能使与色心的发生相伴随的透射率的不均匀分布达到均匀化，还能消除波阵面偏移。
另外，还能防止产生象在完全没有透镜的反射镜系统的现有例中那样的立体障碍，在0级衍射光的左和右衍射光的特性也不会不同，另外在纵线和横线上成象条件也不会不同，能获得优异的成象特性。
在上述情况下，最好通过使衍射光透过配置在第1半反射镜、第2半反射镜、以及位于第1及第2半反射镜之间的瞳孔面上的至少一个波象差消除滤光器，补偿衍射光的波象差。因此，能消除波象差。
在上述情况下，最好通过使衍射光透过配置在第1半反射镜、第2半反射镜、以及位于第1及第2半反射镜之间的瞳孔面上的至少一个振幅象差消除滤光器，补偿衍射光的振幅象差。因此能消除振幅象差。
本发明的振幅象差评价用掩模图形备有实际上具有分辨极限尺寸的精细图形、以及具有曝光波长的5倍以上尺寸的大图形，各精细图形和大图形互相构成组，在透明基板上配置多组。
利用该振幅象差评价用掩模，在被曝光底片上形成复制图形，通过观察该复制图形，能估计各种振幅象差的量。考虑到瞳孔上的光量分布，0级衍射光源象的位置(中心附近)的光量非常大，为了评价振幅象差，需要有在该瞳孔的中心附近产生衍射光的图形。它相当于曝光波长λ的5倍以上大小的掩模图形。换句话说，通过使大图形的尺寸为曝光波长λ的5倍以上，就能进行振幅象差的评价。
本发明的振幅象差评价方法包括：使上述振幅象差评价用掩模图形曝光，形成复制图形的程序；通过观察复制图形，分别取出精细图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化，以及大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化的程序；以及根据该取出的精细图形及大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化量，估计振幅象差量的程序。
利用本发明的振幅象差量评价方法，能正确地估计各种振幅象差量。
本发明的振幅象差消除滤光器备有透明基板和具有可将在该透明基板上形成的振幅象差除去的形状的半透明多层膜，构成该半透明多层膜的各层的厚度为n×λ，这里λ为衍射光的波长，n为整数。
在本发明的振幅象差消除滤光器中，通过使半透明多层膜具有与各种振幅象差对应的形状，能消除各种振幅象差。

Claims (3)

1.一种振幅象差评价用掩模图形，其特征在于备有：
透明基板；
在上述透明基板上有选择地形成的实际上具有分辨极限尺寸精细图形；
以及在上述透明基板上有选择地形成的具有曝光波长的5倍以上尺寸的大图形，
各上述精细图形和上述大图形互相构成组，在上述透明基板上配置多组。
2.一种振幅象差量评价方法，其特征在于包括以下程序：
使权利要求1中所述的振幅象差评价用掩模图形曝光，形成复制图形的程序；
观察上述复制图形，分别取出上述精细图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化，以及上述大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化的程序；
以及根据取出的上述精细图形及上述大图形的对比度及正常曝光量两者中至少一者的变化量，估计振幅象差量的程序。
3.一种振幅象差消除滤光器，它是配置在将来自光掩模的衍射光成象在被曝光基板上用的投影光学系统内的振幅象差消除滤光器，其特征在于备有：
具有主表面的透明基板；
以及具有可将在上述透明基板的主表面上形成的振幅象差除去的形状的半透明多层膜，
构成上述半透明多层膜的各层的厚度为n×λ，这里λ为上述衍射光的波长，n为整数。
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