JP3146500B2 - 露光方法、半導体素子の形成方法、及びフォトマスク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の回路パ
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】従来の露光方法では、マスク（レチク
ル）上のパターンが存在する面のフーリエ面となる照明
光学系の面（以後、照明光学系の瞳面と称す）、若しく
はその近傍の面において、光量分布が照明光学系の光軸
を中心とするような円形断面の光束でレチクルを照明す
る構成の投影型露光装置を用いてレチクルを照明する方
法をとっていた。また、照明光束のレチクルへの入射角
の大きさ（即ち照明光束の開口数）は、照明光束の開口
数と投影光学系のレチクル側開口数との比、所謂コヒー
レンスファクター（σ値）が0.３＜σ＜0.６となるもの
が一般的であった。この露光装置における照明光束のレ
チクルへの照射の様子を図１０に示す。

【０００３】図１０（ａ）は、従来の露光方法における
レチクル上のパターンへの照明光束の照射状態を示す図
である。この露光方法で使用されるレチクル１１上には
転写すべき回路パターン１２ｐが描画され、他は遮光部
分（斜線部）となっている。このパターンに対して照明
光Ｌ１はほぼ垂直に照射される。又、図１０（ｂ）は、
図１０（ａ）に示す従来の露光方法を行った場合のパタ
ーン部を透過する光の振幅分布を示す図である。このと
き回路パターン１２ｐを透過する光の複素振幅は、回路
パターン１２ｐ内でほぼ同一値となっている。この値を
＋１として、ウェハ上には正の振幅分布Ａｐが生じてい
るものとする。これは回路パターン１２ｐの形状と、使
用する投影光学系の点像振幅分布との重畳積分になって
いる。さらに、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示す従
来の露光方法を行った場合のウェハ上に達する光の強度
分布を示す図である。この強度分布は振幅分布Ａｐの絶
対値を二乗したものであり、Ｅｐで表されている。また
ウェハ上のレジストを感光させる光強度を持った幅を破
線で表した範囲Ｗ₁ で示している。従ってウェハ上には
幅Ｗ₁ のパターンが転写されることになる。

【０００４】上記の装置を用いてパターン露光を行う
際、回路パターンの像の解像度を向上させるため、露光
波長を短波長化したり、投影光学系の開口数を大きくす
る等の技術的改良が成されていた。また、現在の半導体
素子製造工程においては、成膜、フォトリソグラフィー
（回路パターンの転写）、エッチングのサイクルが２０
回程度繰り返されるのが普通である。成膜された各膜の
膜厚は0.０５μｍから１μｍ程度であり、従って工程が
進むにつれてウェハ上には数μｍ程度の段差が生じてく
る。段差が生じたウェハ上にさらにパターンを投影露光
すると、段差の上部と下部とで焦点が異なってしまい良
好な解像が得られない。この段差の上部から下部まで同
時に良好な解像を得るためには、焦点深度の大きな投影
型露光装置が必要になる。このため最近では、ウェハの
露光中にウェハを投影光学系の光軸方向に移動、又は振
動させて、見かけ上の焦点深度を拡大する方法（以下、
累進焦点露光方法と称する）が提案されている。即ちこ
れは、露光中にウェハを投影光学系の光軸方向に移動、
又は振動させることによって、段差の少なくとも上部と
下部とに夫々焦点を合わせるというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の露
光方法においては、ウェハ上に転写可能なレチクル上の
回路パターンの微細度（幅、ピッチ）は、使用する露光
装置の露光波長をλ（μｍ）、投影光学系のレチクル側
開口数をＮＡとして、λ／ＮＡ（μｍ）程度が限界であ
った。これは、光が波動である為に生じる回折、及び干
渉現象によって像を形成しているためであり、従って露
光波長をより短くしたり、投影光学系の開口数を大きく
したりすれば原理的に解像度は向上する。しかし、波長
が２００ｎｍより短くなると、これを透過する適当な光
学材料が存在せず、また空気による吸収が発生するなど
問題点が多い。また投影光学系の開口数ＮＡは現在、既
に技術的限界にあり、これ以上の大ＮＡ化は非常に困難
である。

【０００６】この様な現状のもとでパターンの像質を改
善するべく、本来の回路パターン近傍に解像しない程度
の大きさの補助パターンを設けるという提案が成されて
いる。しかし、この場合の像質改善は、投影光学系によ
って円形に投影されてしまう微小な四角形パターンの像
をより四角形に近づけるというものであり、本質的な解
像度の向上（より微細なパターンの解像）は期待できな
い。

【０００７】また最近、位相シフト法と呼ばれる方法が
提案され、解像度の向上が報告されている。位相シフト
法で用いられるレチクルは、レチクル上の本来の回路パ
ターン近傍に本来の回路パターンとは透過光の位相がπ
（ｒａｄ）だけ異なるような所謂位相シフターを設けた
補助パターンを設けてある。そして、この補助パターン
からの透過光と本来の回路パターンからの透過光との干
渉作用により、パターン像のコントラストを高めること
によって解像可能な本来の回路パターンの線幅を微細化
しようというものである。しかしながら、位相シフト法
で使用する位相シフター付レチクルは製造工程が複雑で
あり、従って欠陥の発生率が高く、また製造コストも極
めて高価となる。また、欠陥の検査方法及び修正方法も
未だ確立されていないなど多くの問題点があり、実用化
は難しいのが現状である。

【０００８】さらに、前述の累進焦点露光方法において
は、特に単独で存在するパターン（デューティー比が
１：３程度以上であるパターン、言い換えればパターン
のピッチがパターンのライン部の幅の４倍程度以上であ
るパターンであり、以後孤立パターンと称する）に対し
ては、通常の露光方法に比べて見かけ上大きな焦点深度
が得られるが、この方法のみでは解像度を向上すること
は原理的に不可能であった。

【０００９】本発明は上記の問題点に鑑みて成されたも
ので、従来と同じ遮光部と透過部のみで形成されたレチ
クルを使用し、且つ補助パターンを設けることによる効
果を増大させることによって、高い解像度の得られる露
光方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 上記目的のために請求
項１に記載の発明では、照明光学系（１−１０）を通し
てマスク（１１）に照明光を照射し、投影光学系（１
３）を介して照明光で基板（１４）を露光する方法にお
いて、マスクは、遮光部で形成された基板上に転写すべ
きパターン（１２ｄ）と、パターンの近傍に遮光部で形
成された補助パターン（１２ｅ，１２ｆ）とを備え、照
明光は、照明光学系内でマスクのパターン面に対してほ
ぼフーリエ変換の関係となる所定面（１５）上での光量
分布が中心部よりもその外側で高められ、基板の露光中
に投影光学系の結像面と基板とを投影光学系の光軸（Ａ
Ｘ）に沿って相対移動することとした。また請求項４に
記載の発明では、照明光学系（１−１０）を通してマス
ク（１１）に照明光を照射し、投影光学系（１３）を介
して照明光で基板（１４）を露光する方法において、マ
スクは、基板上に転写すべきパターン（１２ａ，１２
ｄ）と、パターンの近傍に形成され、且つその透過光の
位相が、マスクの構成上、パターンを透過する透過光の
位相と同位相となる補助パターン（１２ｂ，１２ｃ，１
２ｅ，１２ｆ）とを備え、照明光は、照明光学系内でマ
スクのパターン面に対してほぼフーリエ変換の関係とな
る所定面（１５）上での光量分布が中心部よりもその外
側で高められ、基板の露光中に投影光学系の結像面と基
板とを投影光学系の光軸（ＡＸ）に沿って相対移動する
こととした。また請求項６に記載の発明では、照明光学
系（１−１０）を通してマスク（１１）に照明光を照射
し、投影光学系（１３）を介して照明光で基板（１４）
を露光する方法において、マスクは、基板上に転写すべ
きパターン（１２ｇ’）の近傍に形成された補助パター
ン（１２ｉ’，１２ｈ’）を備え、照明光は、照明光学
系内でマスクのパターン面に対してほぼフーリエ変換の
関係となる所定面（１５）上での光量分布が、パターン
の中心から補助パターンの中心までの間隔（ｄ／２）に
応じて設定され、基板の露光中に投影光学系の結像面と
基板とを投影光学系の光軸（ＡＸ）に沿って相対移動す
ることとした。また請求項３８に記載の発明では、投影
光学系（１３）を介して基板（１４）上に転写すべきパ
ターン（１２ｒ、１２ｕ）が形成されるフォトマスク
（１１）であって、パターンの近傍に補助パターン（１
２ｓ，１２ｔ、１２ｖ）を形成するとともに、補助パタ
ーンの大きさをパターンと同程度とした。また請求項４
０に記載の発明では、照明光学系（１−１０）を通して
マスク上の回路パターンに対して傾斜した照明光を照射
し、投影光学系（１３）を介して基板上に回路パターン
を転写して半導体素子を形成する方法であって、基板と
してレジストが塗布されたウェハ（１４）を用意する第
１工程と、遮光部で形成された回路パターン（１２ｄ）
と、回路パターンの近傍に遮光部で形成された補助パタ
ーン（１２ｅ，１２ｆ）とを備えたマスク（１１）を用
意する第２工程と、第２工程で用意されたマスクに照明
光を照射し、該照射中に投影光学系の結像面とウェハと
を投影光学系の光軸に沿って相対移動して、投影光学系
を介してレジストを露光する第３工程とを含むこととし
た。また請求項４２に記載の発明では、照明光学系（１
−１０）を通してマスク上の回路パターンに対して傾斜
した照明光を照射し、投影光学系（１３）を介して基板
上に回路パターンを転写して半導体素子を形成する方法
であって、基板としてレジストが塗布されたウェハ（１
４）を用意する第１工程と、回路パターン（１２ａ、１
２ｄ）と、回路パターンの近傍に形成され、且つその透
過光の位相が、マスクの構成上、回路パターンを透過す
る透過光の位相と同位相となる補助パターン（１２ｂ，
１２ｃ、１２ｅ，１２ｆ）とを備えたマスク（１１）を
用意する第２工程と、第２工程で用意されたマスクに照
明光を照射し、該照射中に投影光学系の結像面とウェハ
とを投影光学系の光軸に沿って相対移動して、投影光学
系を介してレジストを露光する第３工程とを含むことと
した。

【００１１】

【作用】本発明においては、転写すべき回路パターンの
近傍に投影光学系の解像限界以下程度の幅の補助パター
ンを設けたレチクルを使用し、照明光学系の瞳面、若し
くはその近傍の面（以下、照明光学系の瞳面で代表す
る）内において、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を通過するように制限された光束
でレチクルを照射するようにした。このため、光束の通
過する局所領域の中心をパターンの線幅や方向性（パタ
ーンの描かれている方向）等で決定される所定の位置に
設定すれば、転写されるべき回路パターンとその近傍に
設けられた補助パターンとに対して波面の位相が互いに
反転した光束を照射することが可能となる。

【００１２】また、ウェハの露光中にウェハを投影光学
系の光軸方向に移動、又は振動させるようにしたため、
ウェハ表面上の段差の上部から下部に渡って夫々最適な
焦点位置に設定することが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例による露光方法を適
用するのに最適な投影型露光装置の概略的な構成を示す
図である。光源１で発生した光束は楕円鏡２、反射鏡３
で反射され、レンズ系４を介してフライアイレンズ５に
入射する。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。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。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
を介してフーリエ面となる面（照明光学系の瞳面）１
５、若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、照明
光束のレチクル１１への入射角に応じて決まるものであ
る。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１１を照明する。このレチクル
１１はレチクルステージＲＳ上に載置されている。以上
の光源１からレンズ系１０までの部材で露光装置の照明
光学系を構成するが、この照明光学系中にはシャッター
１９が光束に対して進退可能に設けられており、照明光
束のレチクル１１への照射、即ち回路パターン１２のウ
ェハ１４への露光を制御する。レチクル１１上のパター
ン１２で発生した回折光は、投影光学系１３を介してウ
ェハ１４上に結像し、パターン１２の像を転写する。ウ
ェハ１４は可動ステージＷＳ上に載置され、投影光学系
１３の光軸ＡＸ方向に移動、又は振動可能となってい
る。可動ステージＷＳは制御装置２０と電気的に接続さ
れており、またシャッター１９も制御装置２０と電気的
に接続されている。制御装置２０はシャッター１９へ開
閉の指令を出すとともに、可動ステージＷＳに対しても
移動、及び振動の指令を出す。この可動ステージＷＳの
移動条件（移動位置と移動速度、及び移動速度と移動時
間との関係）の決定は、制御装置２０が行ってもよく、
また、制御装置２０は移動条件の入力手段を有し、条件
の入力はオペレータが行ってもよい。何れの場合におい
ても、可動ステージＷＳの移動範囲、又は振動する振幅
は、投影光学系１３の焦点深度及びウェハ１４表面の状
態（段差等）を考慮したものであることが望ましい。
尚、この露光装置は、レチクル１１に照射される光量を
計測する照射量計等を照明光学系中に有しているものと
する。また光源１としては、水銀ランプ等の輝線ランプ
やレーザ光源が用いられる。さらに、本実施例では照明
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などを用
いてもよい。

【００１４】上記構成において、光源１とシャッター１
９、フライアイレンズ５の射出面（照明光学系の瞳面１
５）、光ファイバー７の射出面、及び投影光学系１３の
瞳面１８は互いに共役であり、また、フライアイレンズ
５の入射面と光ファイバー７の入射面、レチクル１１の
パターン面、及びウェハ１４の転写面は互いに共役であ
る。

【００１５】その他、光分割器７よりレチクル１１側、
即ち射出部７ａ，７ｂの射出面近傍に、照明均一化のた
めさらに別のフライアイレンズを追加してもよい。この
とき、フライアイレンズは単独のものであっても、複数
のフライアイレンズ群より構成されたものであってもよ
い。また、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（干渉フィルターなど）を加えてもよい。

【００１６】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、例え
ば微細な周期的パターンで発生した回折光のうち０次光
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場合でも、上記の装置を
用いたレチクルの照明を行えば、光分割器７の射出部７
ａ，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次回折光のうち何れか１光束と０次回折光との
合わせて２光束が投影光学系を通過することが可能とな
り、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。

【００１７】次に本発明の実施例に用いられるレチクル
のパターンについて図４、図５、図６、図７、図８を用
いて説明する。図４（ａ）は、本発明の実施例に用いら
れるレチクルのパターンの様子を示す図である。光透過
性のガラス基板であるレチクル１１の一表面には回路パ
ターンとしてクロム等の遮光部材（斜線部）がパターニ
ングされている。遮光部材中には、所謂孤立スペースパ
ターンとしての透過部１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けら
れている。また図４（ｂ）は、本発明の実施例に用いら
れるレチクルのパターンの他の例の様子を示す図であ
る。この場合、レチクル１１上には所謂孤立ラインパタ
ーンとしての遮光部１２ｄ，１２ｅ，１２ｆがパターニ
ングされている。上記パターンのうち、透過部１２ａ及
び遮光部１２ｄが転写されるべき回路パターンであり、
透過部１２ｂ，１２ｃ及び遮光部１２ｅ，１２ｆは、投
影光学系の解像限界以下の幅の補助パターンである。

【００１８】図５、図６、図７、図８は、本発明の実施
例に用いられるレチクルのパターンの例を示す図であ
る。図５は、上記の図４（ａ）に示すものと同じ孤立ス
ペースパターンの例を示す平面図であり、回路パターン
１２ｇの両側には補助パターン１２ｈ，１２ｉ（透過
部）が描画されている。このスペースパターンに対する
補助パターンは、パターン１２ｇの幅（短手）方向にの
み付加するものとしたが、パターン１２ｇの長さ（長
手）方向の先端にも同様に補助パターンを付加してもよ
い。この場合、デフォーカスによってパターン１２ｇの
長さが変化するのを低減することができる。

【００１９】図６は、格子状の透過部で形成された回路
パターン１２ｊで囲まれた遮光部領域１２ｌの中に枠状
の透過部で形成された補助パターン１２ｋを設けた例で
ある。図７は、所謂ホールパターン１２ｍの各辺の近傍
に複数の補助パターン１２ｎを設けた例である。またホ
ールパターンについては図８の如く、ホールパターン１
２ｏを囲むように補助パターン１２ｑを設けてもよい。
このホールパターン１２ｏは四角形に限らず、例えば円
形や正八角形等のパターンであってもよい。

【００２０】何れの例においても補助パターンの幅（短
辺）は使用する投影型露光装置の投影光学系の解像限界
以下程度であり、また回路パターンとの距離も使用する
投影型露光装置の投影光学系の解像限界程度とする。以
上のように、補助パターンを併設した回路パターンが描
画されたレチクルを、照明光学系の瞳面において照明光
学系の光軸から偏心した位置に中心を有する局所領域を
通過するように制限された光束で照明し、投影光学系を
介してウェハ上に投影露光する。この露光方法について
図９を参照して説明する。

【００２１】図９（ａ）は、本発明の実施例による露光
方法を用いた照明を行ったときの照明光束のレチクルへ
の照射状態を示す概略的な図である。レチクル１１のパ
ターン面には、転写すべき回路パターン１２ａの近傍に
投影光学系の解像限界以下程度の補助パターン１２ｂ，
１２ｃが設けてある。回路パターン１２ａの幅は図１０
（ａ）に示す回路パターン１２ｐと同一であり、また補
助パターン１２ｂ，１２ｃは投影光学系の解像限界以下
程度のものとする。このとき、照明光学系の瞳面におい
て照明光学系の光軸から偏心した位置に中心を有する局
所領域を通過するように制限された光束でレチクルを照
明すれば、照明光束Ｌ２はパターンに対して所定の角度
だけ傾いた（垂直でない）方向から入射する。この角
度、及び方向が回路パターン１２ａ及び補助パターン１
２ｂ，１２ｃの線幅や方向性に対して最適となるよう
に、上述の光束の通過する局所領域の中心位置を決定す
れば、回路パターン１２ａは＋の振幅で照明され、補助
パターン１２ｂ，１２ｃは共に−の振幅で照明される。
この照明光束Ｌ２の等波面のうち、＋の振幅のものを実
線Ｌ２ａ、−の振幅のものを破線Ｌ２ｂで示す。尚、照
明光束のパターンに対する入射角θは、補助パターン１
２ｂと１２ｃとの間隔をｄとして、ｓｉｎθ＝λ／ｄで
与えられる角度である。また、入射方向はパターンの描
かれている方向（パターンの長手方向）の方向ベクトル
を含み、且つ入射角θで規定される面内の方向である。
このことについては後述する。

【００２２】図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すような露
光方法をとった場合のパターン部を透過する光の振幅分
布を示す図である。このとき回路パターン１２ａ、及び
補助パターン１２ｂ，１２ｃを透過する光の複素振幅
は、上述のように夫々、＋，−，−である。その結果ウ
ェハ上では正の振幅分布Ａａと負の振幅分布Ａｂ，Ａｃ
とが生じている。回路パターン１２ａと１２ｐの幅はほ
ぼ同じであるので、パターン１２ａの像の振幅分布Ａａ
は図１０（ｂ）に示す従来の露光方法による振幅分布Ａ
ｐとほぼ同様である。しかしながら本発明の場合、補助
パターン１２ｂ，１２ｃからの振幅分布Ａｂ，Ａｃがこ
れに加わることになる。このため、回路パターンからの
振幅分布Ａａ（＞０）と補助パターンからの振幅分布Ａ
ｂ，Ａｃ（＜０）は夫々相殺し、従って像の強度分布は
図９（ｃ）に示すＥａのような鋭いピークとして現れ
る。この強度分布Ｅａのうち、ウェハ上のレジストを感
光させる強度（現像によって完全に除去、又は保存され
る露光量）を持った幅は、図１０（ｃ）に示す幅Ｗ₁ よ
りも狭い幅Ｗ₂ で示される。従って、従来の方法で得ら
れる幅Ｗ₁ よりも微細な幅Ｗ₂のパターンを転写するこ
とが可能である。

【００２３】次に、補助パターン１２ｂ，１２ｃのサイ
ズが回路パターン１２ａと同程度の場合について説明す
る。回路パターン１２ａは図９（ａ）に示すものと同じ
であり、照明方法も同様である。この場合、パターンを
透過する光の振幅分布は、図９（ｂ）に示す振幅分布の
うち補助パターン１２ｂ，１２ｃを透過した光の成分で
あるＡｂ，Ａｃが負の側に大きくなる。よって、回路パ
ターン１２ａの像の強度分布は図９（ｄ）に示すように
図９（ｃ）のＥａより鋭い（幅の狭い）ピークを描くＥ
ａ′となり、回路パターン１２ａの像の幅Ｗ₂ ′を図９
（ｃ）に示す幅Ｗ₂ より微細にすることができる。しか
しながら、補助パターン１２ｂ，１２ｃの像の強度Ｅ
ｂ′，Ｅｃ′も当然強くなり、本来不要なパターンまで
もウェハ上に転写される恐れが発生する。図９（ｄ）中
に破線で示した露光量Ｅｔｈはポジレジストが完全に除
去される露光量を示し、また露光量Ｅｓはポジレジスト
が膜減りし始める露光量を示している。つまり、Ｅｔｈ
以上の露光量ではレジストは完全に除去され、Ｅｓ以下
の露光量ではレジストは膜減りすることなく完全に残
る。従って、図９（ｄ）に示した強度分布のうちＥ
ｂ′，Ｅｃ′は、ポジレジストが所謂膜減りを起こしな
がら残る状態となることを示している。このことから、
補助パターン１２ｂ，１２ｃの幅は、レジストの特性
や、露光量に応じて最適な値をとるようにすればよい。
若しくは、強度分布のうちＥａ′のみがＥｔｈを超え
て、Ｅｂ′，Ｅｃ′はＥｓ以下となるような露光量を選
択するようにすればよい。図９（ｄ）には強度分布と露
光量とを同一図面内に示したが、便宜上、等価として考
えることにする。これについては、以下も同様である。

【００２４】本発明の実施例で使用する投影型露光装置
では、照明光学系の瞳面内において照明光束の通過する
局所領域の中心位置、即ち図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、使用するレチクルのパターンの描かれてい
る方向や幅、ピッチ等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角や入
射方向が、夫々パターンの描かれている方向や幅、ピッ
チ（この場合、特に補助パターンの間隔）によって決定
されるからである。さらに言えば、転写すべき回路パタ
ーンとその近傍の補助パターンとに、夫々位相の反転し
た等波面が達するような光束でレチクルを照明すればよ
い。このようにして決定された入射方向に応じて照明光
学系の瞳面で光軸ＡＸからの偏心方向を決定し、また入
射角に応じて光軸ＡＸからの偏心量を決定することにな
る。

【００２５】前述の図５に示すような１次元のスペース
パターンの場合（ラインパターンの場合も同様）、照明
光束はレチクル上のパターンに対して例えば図９（ａ）
に示すような方向から入射すればよい。即ち、図９
（ａ）は回路パターン１２ａ、及び補助パターン１２
ｂ，１２ｃの描かれている方向と直交する方向での断面
を表しており、照明光束Ｌ２は、紙面に平行にレチクル
１１に入射するものである。１次元スペースパターン、
及びラインパターンの場合、照明光束のレチクルへの入
射方向は例えば図９（ａ）の如く傾いた照明光束Ｌ２
と、レチクル面の垂線についてＬ２と対称な方向からの
光束（不図示）との２光束により照明されるとよい。つ
まり、照明光学系の瞳面１５における照明光束の通過す
る局所領域の中心位置は光軸ＡＸに対してほぼ対称な２
ヶ所とした方がよい。これは、ウェハがデフォーカスし
たときの波面収差の影響による像の位置ずれ（所謂テレ
センずれ）を少なくするためである。よって、ウェハが
正確にベストフォーカス位置にあるときは、図示したよ
うな１方向からの光束でも構わない。但し、レチクル１
１上の補助パターンの間隔、及び方向性が１通りの場合
に限られる。投影型露光装置の照明光学系の瞳面におけ
る照明光束の通過する局所領域の中心位置は、上述のよ
うに決定される。

【００２６】また図６に示すような格子状パターン及び
図７、図８に示すホールパターンの場合、各パターンは
２次元方向に補助パターンを有している。この場合、例
えば各補助パターンの描かれている方向に直交する方向
から照明光束が入射すればよい。従って照明光学系の瞳
面における照明光束の通過する局所領域の中心位置は、
上記のように決定された２か所、或いは４か所とすれば
よい。つまり２次元方向に描かれたパターンを照明する
場合、照明光束の通過する局所領域の中心位置を光軸Ａ
Ｘから偏心した２か所とするときは２次元方向の補助パ
ターンに夫々最適となる２か所とし、４か所とするとき
は先の２か所と光軸ＡＸに対して夫々対称となる２か所
を加えればよい。尚、この場合、中心位置を４か所とし
た方が全照明光束の光量重心を光軸ＡＸと一致させるこ
とができるために、ウェ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。

【００２７】以上の実施例では、各パターンの描かれて
いる方向に直交する方向から光束を照明するようにした
が、前にも述べたとおり照明光束のパターンに対する入
射角、及び入射方向は、レチクル上のパターンと補助パ
ターンとの間隔、及び各パターンの描かれている方向に
よって決まるものである。このことについて、さらに図
１１を用いて説明する。図１１（ａ），（ｃ）は共にレ
チクル１１上に形成されるパターンの一部分の例を表わ
す図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のパターンの
場合に最適な照明光学系の瞳面１５での照明光束の通過
する局所領域の中心位置（光分割器による２次光源像の
位置であり、照明光束中心を表す）を示し、同様に図１
１（ｄ）は図１１（ｃ）のパターンの場合に最適な２次
光源像の位置を示す図である。

【００２８】図１１（ａ）は、１次元の孤立スペースパ
ターンを表す図であって、このパターンは本来の回路パ
ターン１２ｇ′（透光パターン）と、その両側の補助パ
ターン１２ｈ′，１２ｉ′とから成っている。前述のと
おり、補助パターン１２ｈ′，１２ｉ′の幅は解像限界
程度以下である。また、補助パターン１２ｈ′，１２
ｉ′の間隔はｄだけ離れているものとする。

【００２９】図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のパターン
に対して最適な照明光学系の瞳面１５中での２次光源像
（射出部７ａ〜７ｄ）の位置を示す図である。このと
き、フーリエ変換面にできる夫々の２次光源像の最適位
置は図１１（ｂ）に示すように瞳面内に仮定したＹ方向
の線分Ｌα上、及び線分Ｌβ上の任意の位置となる。
尚、図１１（ｂ）は、パターンに対する瞳面１５を光軸
方向より見た図であり、且つ瞳面１５内の座標系Ｘ，Ｙ
は、同一方向からパターンを見た図１１（ａ）と同一に
してある。線分Ｌα，Ｌβは光軸が通過する中心Ｃから
夫々α，βだけ離れており、露光波長をλとしたとき、
α＝β＝ｆ・λ／ｄに等しい。（ｆはレチクルパターン
面と瞳面１５とをフーリエ変換の関係とする光学系（レ
ンズ又はレンズ群）の焦点距離とする。）これらの線分
Ｌα，Ｌβ上より発する照明光束は、レチクル面におい
てパターンに対して傾いて（垂直でない方向から）入射
する。そして、図１１（ａ）に示す孤立スペースパター
ンの描かれた方向に垂直な方向の断面Ａ−Ｂを考えたと
き、補助パターン１２ｈ′，１２ｉ′と回路パターン１
２ｇ′とに照射される光の振幅は、符号が反転した（位
相が反転した）ものとなる。例えば図１１（ｂ）に示す
点Ｄから発生した照明光束は、レチクル１１のパターン
面上で、 ψ＝ｅｘｐ｛−２πｉ（βｘ／ｆλ＋δｙ／ｆλ）｝ の振幅分布となる。

【００３０】ここで、β＝ｆ・λ／ｄであるから、 ψ＝ｅｘｐ｛−２πｉ（ｘ／ｄ＋δｙ／ｆλ）｝ となる。今、図１１（ａ）中の断面Ａ−Ｂのｙ座標をｙ
₀ とすると、このｙ＝ｙ₀ における照明光の振幅ψ
₀ は、 ψ₀ ＝ｅｘｐ（−２πｉｘ／ｄ）×ｅｘｐ（−２πｉδｙ₀ ／ｆλ） となる。

【００３１】ここで、ｅｘｐ（−２πｉδｙ₀ ／ｆλ）
は、ｘについてコンスタント（＝const.）である。従っ
て、断面Ａ−Ｂにおける光の振幅は、 ψ₀ ＝const.×ｅｘｐ（−２πｉｘ／ｄ） となる。回路パターン１２ｇ′と各補助パターン１２
ｈ′，１２ｉ′との距離は夫々ｄ／２であるので、回路
パターン１２ｇ′上の振幅を、 ψ_0g′＝const.×ｅｘｐ（−２πｉｘ₀ ／ｄ） とすれば、補助パターン１２ｈ′，１２ｉ′上では、 ψ_0h′＝const.×ｅｘｐ｛−２πｉ（ｘ₀ −ｄ／２）／ｄ｝ ＝ψ_0r×ｅｘｐ｛２πｉ×１／２｝ ＝−ψ_0g′ ψ_0i′＝const.×ｅｘｐ｛−２πｉ（ｘ₀ ＋ｄ／２）／ｄ｝ ＝ψ_0r×ｅｘｐ｛２πｉ×（−１／２）｝ ＝−ψ_0g′ となる。従って、先に述べたように回路パターン１２
ｇ′上の照明光の振幅と、補助パターン１２ｈ′，１２
ｉ′上の照明光の振幅とを逆符号にすること、即ち、照
明光束の波面の位相を反転させることができる。

【００３２】図１１（ｃ）は、孤立ホールパターンを示
す図であり、ホールパターン１２ｍ′の各辺の近傍に複
数の補助パターン１２ｎ₁ 〜１２ｎ₄ が設けられてい
る。このとき各補助パターンの間隔は図に示す通り、
Ｘ，Ｙ方向に夫々ｄｘ，ｄｙであるとする。この様なパ
ターンは、前述の図１１（ａ）に示すようなパターンを
２次元に拡張したものと考えることができる。従って、
照明光学系瞳面１５上での２次光源像の位置は、図１１
（ｂ）と同様の線分Ｌα，Ｌβ上に加えて、図１１
（ｄ）に示す線分Ｌγ，Ｌε上にあればよい。この場
合、線分Ｌα，Ｌβ上の位置はＸ方向に設けられた補助
パターン１２ｎ₁ ，１２ｎ₃ に対応するものであり、ま
た線分Ｌγ，Ｌε上の位置はＹ方向に設けられた補助パ
ターン１２ｖ₂ ，１２ｖ₄ に対応するものである。尚、
図１１（ｃ）と図１１（ｄ）との位置、回転関係は、図
１１（ａ）と図１１（ｂ）との関係と同じである。

【００３３】ここで、α＝β＝ｆ・λ／ｄｘ γ＝ε＝ｆ・λ／ｄｙ である。また、２次光源像の位置が瞳面１５上で線分Ｌ
α，Ｌβ、及びＬγ，Ｌεの交点Ｐζ，Ｐη，Ｐκ，Ｐ
μ上にあると、Ｘ方向に設けられた補助パターン１２ｎ
₁ ，１２ｎ₃ 、及びＹ方向に設けられた補助パターン１
２ｎ₂ ，１２ｎ₄ のいずれに対しても最適な光源位置と
なり好ましい。尚、図１１（ｂ），図１１（ｄ）のいず
れにおいても、実際の２次光源像の位置（光量分布）は
線分Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌε上のみに限定されるもので
はなく、Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌε上を中心としてある程
度の広がり（即ちコヒーレンスファクターσがある値を
持つが、これについては後述する）を有していても構わ
ない。

【００３４】以上においては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も上記の方
法を適用することが出来る。例えば、図６に示すパター
ンはその例である。レチクル上のパターンが複数の方向
性を有しているか、若しくは補助パターンの間隔が複数
種類である場合、２次光源像の最適位置は、上述の様に
パターンの各方向性及び間隔に対応したものとなるが、
或いは各最適位置の平均位置に２次光源像を配置しても
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。

【００３５】上記のことから、本発明の実施例による露
光方法を適用する露光装置には図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に基づいて説明する。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最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１
６ａ，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、２次光源像の位置は照明光学
系の瞳面１５内の任意の位置に移動可能となる。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。

【００３６】以上の照明方法を用いると同時に、回路パ
ターン１２をウェハ１４上に露光する際には、１つの露
光中にウェハ１４と投影光学系１３の結像面とを相対的
に光軸ＡＸ方向に移動、若しくは振動させる累進焦点露
光方法を用いる。これは例えば、投影光学系１３の焦点
深度、及びウェハ表面の段差を考慮して設定されたウェ
ハの移動範囲、若しくは振動範囲を例えば下部、中部、
上部といった複数のステップに分割する。そして１ステ
ップ毎に１つの露光を分割して露光して全ステップの露
光が終了した時点で１つの露光を完了するようにすれば
よい。

【００３７】次に、本発明の実施例による露光方法の中
の露光中のウェハの光軸方向の移動、若しくは振動によ
り、ウェハ上での見かけ上の焦点深度が拡大する理由に
ついて図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は、本発
明の実施例による露光方法を用いて段階露光した際に段
差の下部に与えられる各露光の強度分布を示す図であ
る。また図１２（ｂ）は、同じく段差の中部に与えられ
る各露光の強度分布を示す図である。さらに図１２
（ｃ）は、同じく段差の上部に与えられる各露光の強度
分布を示す図である。この場合下部の位置は−Ｚ₁ 、中
部の位置はＺ₀ 、上部の位置は＋Ｚ₁ で表している。露
光するパターンは例えば図７に示すようなホールパター
ン（微小矩形）１２ｍとする。このホールパターン１２
ｍの投影像のウェハ１４上での強度分布はＦ_mnで図示し
てあり、添字のｍ＝１はフォーカス位置−Ｚ₁ 、ｍ＝２
はフォーカス位置Ｚ₀ 、ｍ＝３はフォーカス位置＋Ｚ₁
を表し、ｎ＝１、２、３は夫々露光の回数（順番）を表
す。即ち、Ｆ₁₁はフォーカス位置−Ｚ₁ で１回目の露光
を行った場合の、またＦ₂₂はフォーカス位置Ｚ₀ で２回
目の露光を行った場合の、さらにＦ₃₃はフォーカス位置
＋Ｚ₁ で３回目の露光を行った場合の夫々の強度分布を
表している。

【００３８】先ず始めに、ウェハ上のパターン段差の下
部（位置−Ｚ₁ ）に投影レンズの最良結像面を合焦させ
て１回目の露光を行うと、図１２（ａ）に示すように段
差の下部にはシャープな強度分布Ｆ₁₁が結像するが、段
差の中部、上部になるに従って、図１２（ｂ）、（ｃ）
に示すように強度分布Ｆ₁₁′は急激に劣化（ピーク値の
減少、幅の拡大）する。次に最良結像面をパターン段差
の中部（位置Ｚ₀ ）に合焦させて２回目の露光を行う
と、中部にはシャープな強度分布Ｆ₂₂が結像するが、低
部と上部の夫々には劣化した強度分布Ｆ₂₂′が現れる。
同様にして３回目の露光では、パターン段差の上部（位
置＋Ｚ₁ ）にフォーカスを合わせるので、上部にはシャ
ープな強度分布Ｆ₃₃が得られ、中部、下部になるに従っ
て劣化した強度分布Ｆ₃₃′が得られる。

【００３９】こうして３回の露光が終わると、パターン
段差の下部、中部、上部のいずれにおいても、１回はシ
ャープな像分布Ｆ₁₁、Ｆ₂₂、Ｆ₃₃が得られることにな
る。図１２（ａ）のように下部のレジストに対しては強
度分布Ｆ₁₁、Ｆ₂₂′、Ｆ₃₃′の積算された光量が与えら
れ、その積算光量分布は図１２（ｄ）のようになる。同
図中、破線のレベルＥｔｈはポジレジストを感光するの
に必要な露光量である。同様にパターン段差の中部のレ
ジストに対しては強度分布Ｆ₂₂、Ｆ₁₁′、Ｆ ₃₃′の積算
された光量が図１２（ｅ）のように与えられ、パターン
段差の上部のレジストに対しては強度分布Ｆ₃₃、
Ｆ₁₁′、Ｆ₂₂′の積算された光量が図１２（ｆ）のよう
に与えられる。この３つの段差部のいずれにおいても、
ホールパターンの良好な像強度分布がレジストに与えら
れることになり、その結果、段差の上部から下部までの
２Ｚ₁ の幅に渡って、見かけ上の焦点深度の拡大が行わ
れることになる。

【００４０】尚、本実施例においては露光中のウェハの
位置を離散的な３ヶ所としたが、連続的に位置変化をし
ても同様の効果が得られる。また、シャッター１９は各
段階露光毎に開閉を繰り返しても、全ての段階露光が終
了するまで開いていて１つの露光が終了した時点で閉じ
るようにしても構わない。さらに、上記実施例において
はウェハ１４を移動するようにしたが、投影光学系を構
成する光学部材のうち少なくとも１つを移動することに
よって投影光学系の結像面が移動するような構成として
も構わない。

【００４１】以上、本実施例においては、透過部から成
る回路パターン、及び補助パターン（孤立スペースパタ
ーン）を有するレチクルを用いた場合について説明した
が、図４（ｂ）に示すような共に遮光部から成るパター
ン（孤立ラインパターン）を有するレチクルを用いた場
合であっても同様の効果が得られる。これは所謂「バビ
ネの定理」に相当するものである。ところで、回路パタ
ーン及び補助パターンが共に遮光部から成り、他の部分
が透光部から成るパターンを使用すると、累進焦点露光
方法を併用することによって新たな効果が生じ、特に有
効である。このことについて、図１３，図１４及び図１
５を参照して説明する。

【００４２】図１３は、本発明の実施例による露光方法
に用いられるレチクルのパターンの他の例を示す図であ
る。これは、回路パターン及び補助パターンが共に遮光
部から成るパターン（孤立ラインパターン）の例であ
り、レチクル上には回路パターン１２ｒと、その近傍に
補助パターン１２ｓ，１２ｔが設けられている。この場
合、補助パターン１２ｓ，１２ｔの幅は回路パターン１
２ｒと同一とした。また補助パターン１２ｓ，１２ｔと
回路パターン１２ｒとの間隔も回路パターン１２ｒの幅
と同一にした。本発明の実施例による露光方法を用いて
図１３に示すようなパターンを照明した場合に得られる
投影像の強度分布を図１４に示す。図１４（ａ）はベス
トフォーカス位置での投影像の強度分布Ｉａを示す図で
あり、図１４（ｂ）はデフォーカス位置での投影像の強
度分布Ｉｂを示す図である。また図１４（ｃ）はベスト
フォーカス位置での強度分布Ｉａとデフォーカス位置で
の強度分布Ｉｂとの和を示す強度分布Ｉｃであり、これ
は露光中にウェハを投影光学系の光軸方向に移動、若し
くは振動させた場合（累進焦点露光方法を適用した場
合）の像に相当する。ベストフォーカス位置での像にお
いては、図１４（ａ）に示す通り回路パターン１２ｒ、
及び補助パターン１２ｓ，１２ｔの像の強度はいずれも
極めてコントラストの高い暗線として現れる。しかし、
デフォーカス位置での像においては、図１４（ｂ）に示
す通り回路パターン１２ｒの像はコントラストの高い暗
線として現れるが、補助パターン１２ｓ，１２ｔの像は
コントラストの低いぼやけた暗線となる。従って、露光
中にウェハを投影光学系の光軸方向に移動、若しくは振
動させた場合の像の強度分布Ｉｃは強度分布ＩａとＩｂ
との和となり、回路パターン１２ｒの像は極めて暗い
が、補助パターン１２ｓ，１２ｔの像はそれほど暗くな
い状態とすることができる。このとき、例えばポジレジ
ストを使用し、且つレジストが膜減りし始める露光量Ｅ
ｓ、及びレジストが完全に除去される露光量Ｅｔｈを図
１４（ｃ）に示すように設定すれば、（実際には、露光
量Ｅｓ、及びＥｔｈに対して強度分布Ｉｃが図１４
（ｃ）に示すような強度、即ち中心の回路パターンの像
に相当する強度が露光量Ｅｓ以下で、且つ両側の補助パ
ターンの像に相当する強度が露光量Ｅｔｈ以上となるよ
うに露光量を設定すれば）ウェハ上に極めて微細なライ
ンパターン（レジスト残りのパターン）を形成すること
ができる。尚、補助パターン１２ｓ，１２ｔは回路パタ
ーン１２ｒより細いパターンであってもよいが、解像度
向上（線幅の微細化）のためには、前述の図９（ｄ）に
示した例で説明したのと同様に回路パターン１２ｒと同
程度の大きさのパターンであることが望ましい。また上
記のパターンの例以外に、例えば図６に示すような形状
のパターンで、遮光部と透光部とが反対になったパター
ン、即ち格子状の遮光部で形成された回路パターンで囲
まれた透光部領域の中に枠状の遮光部で形成された補助
パターンが設けられたパターンに対しても同様のことが
言える。

【００４３】さらに図１５は、正方形等の遮光部で形成
された回路パターン１２ｕの近傍に回路パターン１２ｕ
と同じ大きさ、形状の遮光部で形成された補助パターン
１２ｖが配置された例である。図１５に示した遮光部１
２ｕ，１２ｖは、縦、横方向に夫々所定のピッチで並ん
でいるものとする。図１５に示すパターンは図１３に示
すパターンの２次元への拡張であると考えられ、その像
については、図１４に示したものとほぼ同等となる。従
って図１５に示すパターンを使用し、且つポジレジスト
を使用すれば、極めて微細な孤立アイランド（局所的、
即ち島状にレジストが残る）パターンを形成できる。ま
た、補助パターン１２ｖの大きさは回路パターン１２ｕ
より小さくてもよいが、回路パターン１２ｕの解像度を
向上するには同程度の大きさのものがよい。また、補助
パターン１２ｖの形状は、回路パターン１２ｕと同じで
なくてもよい。この場合は、例えば図８に示すような形
状で、遮光部と透光部とが反対になったパターン、即ち
矩形の遮光部の周囲に所定の領域の透光部を挟んで枠状
の遮光部を設けたパターンに対しても同様のことが言え
る。尚、図１３，図１５に示すパターンを共にポジレジ
ストに対して露光する場合について説明したが、ネガレ
ジストに対して露光を行った場合も同様の効果がある。
この場合、図１３のパターンは孤立スペースパターン
（レジストが線状に除去されたパターン）となり、図１
５のパターンは、孤立ホールパターン（レジストが局所
的に除去されたパターン）となる。また、図１４（ｃ）
中に破線で示す露光量Ｅｔｈはネガレジストが完全に残
留する露光量を表し、Ｅｓはネガレジストが完全に除去
される露光量を表す。つまり、Ｅｔｈ以上の露光量では
レジストが膜減りすることなく完全に残り、Ｅｓ以下の
露光量ではレジストが完全に除去される。現状のフォト
レジストについては、ネガタイプ、ポジタイプ共にＥｔ
ｈ＝２・Ｅｓ程度である。

【００４４】以上のように、回路パターン、及び補助パ
ターンのいずれもが遮光部で形成されるパターンである
場合、本発明によるウェハ上の像の強度分布は図１４
（ｃ）に示すＩｃのようになり、補助パターンが回路パ
ターンと同程度の大きさであっても補助パターンが転写
されることはなく、むしろ同程度の大きさの方が極めて
微細なパターンを転写することができると言える。つま
り、解像度を向上させるために補助パターンの幅を回路
パターンとほぼ同程度の大きさにした場合、この補助パ
ターンの像まで転写される恐れが生じる。よって、この
転写を防止するために累進焦点露光方法を併用すれば良
いということである。一方、回路パターンと補助パター
ンの何れもが透過部で形成されるパターン（スペースパ
ターン）である場合にも、図９（ｄ）の例で説明した通
り、補助パターンを回路パターンと同程度にすることは
可能である。しかしながら、スペースパターンの場合
は、遮光部で形成されたパターン（ラインパターン）に
比べてレジストの膜減りが若干生じやすい。これは、前
述の露光量Ｅｔｈ，Ｅｓに対して、パターンの像強度分
布を示す曲線がスペースパターンとラインパターンとで
全く反対になるからである。要するに、ラインパターン
を用いた方がその像強度を露光量Ｅｔｈ，Ｅｓに対して
制御しやすいからである。言い換えれば、スペースパタ
ーンを用いた場合はその像の強度分布は必然的に露光量
Ｅｔｈ，Ｅｓの影響する範囲に入ってしまうことになる
ので制御が難しいということである。

【００４５】また、本発明において使用する投影型露光
装置では、レチクルを照明する光束、或いは複数の光束
の夫々の開口数が、照明系としてのσ値で0.１＜σ＜0.
３程度になることが望ましい。σ値が小さすぎると近接
効果等によって像の解像度が低下し、また反対に大きす
ぎると回路パターンと補助パターン間での光の干渉性が
薄らぎ、本発明の効果が減少する。このため例えば図１
に示す装置の場合、光ファイバー射出部７ａ，７ｂの径
を、0.１＜σ＜0.３の条件を満たすような大きさにする
とよい。或いは照明光学系中に可変絞りを設けてσ値を
調整可能としてもよい。さらに、投影光学系自体の開口
数もパターンの線幅や方向性等に応じて可変となるよう
にしておくとよい。

【００４６】以上の実施例においては、使用する投影型
露光装置は前述の如く、照明光学系の瞳面において光軸
から偏心した位置に中心を有する局所領域に照明光束の
光量分布が集中しているものとしたが、変形例として上
記瞳面（若しくは、照明光学系内のフーリエ変換面）上
において輪帯状の光量分布を有する露光装置を使用する
こともできる。この場合、輪帯状光量分布の外径はσ値
相当で0.６〜0.８程度、内径はσ値相当で0.３〜0.６程
度とするとよい。

【００４７】本実施例に用いられるパターンの例では遮
光部（斜線部）はクロム等の遮光部材で構成されるとし
たが、この遮光部は単層の位相シフターで構成されてい
ても構わない。これは例えば、透過光の位相をπだけ変
化させるような位相シフターを用い、この位相シフター
の被着部を投影光学系の解像限界以下の大きさで、且つ
位相シフターのエッジで発生する回折光のうち０次以外
の回折光が投影光学系を透過しないようなピッチのマト
リックス状に配置した構成のものである。このような構
成の遮光部では、位相シフターの被着部と不被着部の夫
々を透過する光はπの位相差を有するために互いに相殺
され、結果としてウェハ上には暗部が生じる。つまり、
レチクル上で遮光性を持たせなくとも、ウェハ上では遮
光効果を得ることが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、転写すべ
き回路パターンとその近傍の補助パターンとに、夫々位
相の反転した等波面が達するような光束で照明すること
が可能となり、そのため両パターンを透過する光束の振
幅分布が相殺されて鋭いピークをもつ強度分布のパター
ン像を得ることができる。つまり、本発明による照明方
法を行なうことにより、補助パターンの効果を高めるこ
とが可能となり、位相シフト用レチクル等を用いること
なく、通常の遮光部と透過部のみから成るレチクルを使
用して、従来よりも微細、且つ位相シフト用レチクルを
使用した場合と同等のパターンの転写が可能となる。

【００４９】また、照明光学系の瞳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可変としたことによ
り、パターンの線幅や方向性等が異なる種々のレチクル
に対して最適な露光を実現することができる。さらに、
パターンを露光する際に、基板と投影光学系の像面とを
相対的に光軸方向に移動、又は振動させることにより、
見かけ上の焦点深度をも拡大することが可能となる。特
に回路パターンと同程度の幅を持った補助パターンを用
いた場合には、この光軸方向の移動、又は振動により、
補助パターンの転写を防止して回路パターンのみを高い
解像度で転写することが可能となる。

【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
最適な投影型露光装置の概略的な構成を示す図

【図２】本発明の実施例による露光方法を適用するのに
最適な投影型露光装置の光分割器及び駆動部材の概略的
な構成を示す図

【図３】本発明の実施例による露光方法を適用するのに
最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
ンの様子を示す図

【図５】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの例を示す図

【図６】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの例を示す図

【図７】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの例を示す図

【図８】本発明の実施例に用いられるレチクルのパター
ンの例を示す図

【図９】（ａ）は本発明の実施例による露光方法を用い
た照明を行ったときのレチクルへの照明光束の照射状態
示す概略的な図 （ｂ）は本発明の実施例による露光方法を用いた照明を
行ったときのパターン部を透過する光の振幅分布を示す
図 （ｃ）は本発明の実施例による露光方法を用いた照明を
行ったときのパターンの像強度分布を示す図 （ｄ）は本発明の実施例による露光方法を用いた照明を
行ったときのパターンの像強度分布を示す図

【図１０】（ａ）は従来の技術による露光方法を用いた
照明を行ったときのレチクルへの照明光束の照射状態示
す概略的な図 （ｂ）は従来の技術による露光方法を用いた照明を行っ
たときのパターン部を透過する光の振幅分布を示す図 （ｃ）は従来の技術による露光方法を用いた照明を行っ
たときのパターンの像強度分布を示す図

【図１１】（ａ），（ｃ）は共にレチクル上に形成され
るパターンの一部分の例を表わす図 （ｂ）は図１１（ａ）のパターンの場合に最適な照明光
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
置を表す図 （ｄ）は図１１（ｃ）のパターンの場合に最適な照明光
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
置を表す図

【図１２】（ａ）は本発明の実施例による露光方法を用
いて段階露光した際に段差の下部に与えられる各露光の
強度分布を示す図 （ｂ）は本発明の実施例による露光方法を用いて段階露
光した際に段差の中部に与えられる各露光の強度分布を
示す図 （ｃ）は本発明の実施例による露光方法を用いて段階露
光した際に段差の上部に与えられる各露光の強度分布を
示す図 （ｄ）は本発明の実施例による露光方法を用いて段階露
光した際に段差の下部に与えられる積算光量分布を示す
図 （ｅ）は本発明の実施例による露光方法を用いて段階露
光した際に段差の中部に与えられる積算光量分布を示す
図 （ｆ）は本発明の実施例による露光方法を用いて段階露
光した際に段差の上部に与えられる積算光量分布を示す
図

【図１３】本発明の実施例による露光方法に用いられる
レチクルのパターンの他の例を示す図

【図１４】（ａ）はベストフォーカス位置での投影像の
強度分布を示す図 （ｂ）はデフォーカス位置での投影像の強度分布を示す
図 （ｃ）はベストフォーカス位置での投影像の強度分布と
デフォーカス位置での投影像の強度分布との和を示す図

【図１５】本発明の実施例による露光方法に用いられる
レチクルのパターンの他の例を示す図

【符号の説明】

７ 光分割器（光ファイバー） １１ レチクル １２ パターン １２ａ 回路パターン １２ｂ 補助パターン １２ｃ 補助パターン １２ｄ 回路パターン １２ｅ 補助パターン １２ｆ 補助パターン １５ レチクルのパターン面のフーリエ面（照明光学系
の瞳面） １６ａ 駆動部材 １６ｂ 駆動部材 １６ｃ 駆動部材 １６ｄ 駆動部材 １６ｅ 支持部材 １７ａ 可変長支持棒 １７ｂ 可変長支持棒 １７ｃ 可変長支持棒 １７ｄ 可変長支持棒 １９ シャッター ２０ 制御装置 Ｌ２ 照明光束 Ｌ２ａ 照明光束の正の等波面 Ｌ２ｂ 照明光束の負の等波面 Ａａ 回路パターンの透過光の振幅分布 Ａｂ 補助パターンの透過光の振幅分布 Ａｃ 補助パターンの透過光の振幅分布 Ｅａ 回路パターンの像の強度分布 Ｅｂ 補助パターンの像の強度分布 Ｅｃ 補助パターンの像の強度分布 Ｅａ′回路パターンの像の強度分布 Ｅｂ′補助パターンの像の強度分布 Ｅｃ′補助パターンの像の強度分布 Ｉａ 像の強度分布 Ｉｂ 像の強度分布 Ｉｃ 像の強度分布 Ｗ₂ 転写像の幅 Ｗ₂ ′転写像の幅 ＷＳ 可動ステージ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (42)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系を通してマスクに照明光を照
   射し、投影光学系を介して前記照明光で基板を露光する
   方法において、 前記マスクは、遮光部で形成された前記基板上に転写す
   べきパターンと、前記パターンの近傍に前記遮光部で形
   成された補助パターンとを備え、 前記照明光は、前記照明光学系内で前記マスクのパター
   ン面に対してほぼフーリエ変換の関係となる所定面上で
   の光量分布が中心部よりもその外側で高められ、 前記基板の露光中に前記投影光学系の結像面と前記基板
   とを前記投影光学系の光軸に沿って相対移動することを
   特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記遮光部は、前記透過光の位相を変化
   させる位相シフト部材を含むことを特徴とする請求項１
   に記載の露光方法。
3. 【請求項３】 前記基板上には、ポジレジストが塗布さ
   れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の露光方法。
4. 【請求項４】 照明光学系を通してマスクに照明光を照
   射し、投影光学系を介して前記照明光で基板を露光する
   方法において、 前記マスクは、前記基板上に転写すべきパターンと、前
   記パターンの近傍に形成され、且つその透過光の位相
   が、前記マスクの構成上、前記パターンを透過する透過
   光の位相と同位相となる補助パターンとを備え、 前記照明光は、前記照明光学系内で前記マスクのパター
   ン面に対してほぼフーリエ変換の関係となる所定面上で
   の光量分布が中心部よりもその外側で高められ、 前記基板の露光中に前記投影光学系の結像面と前記基板
   とを前記投影光学系の光軸に沿って相対移動することを
   特徴とする露光方法。
5. 【請求項５】 前記基板上にはネガレジストが塗布され
   ており、 前記パターンと前記補助パターンは共に、同じ透過条件
   を持つ透過部により形成されていることを特徴とする請
   求項４に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 照明光学系を通してマスクに照明光を照
   射し、投影光学系を介して前記照明光で基板を露光する
   方法において、 前記マスクは、前記基板上に転写すべきパターンの近傍
   に形成された補助パターンを備え、 前記照明光は、前記照明光学系内で前記マスクのパター
   ン面に対してほぼフーリエ変換の関係となる所定面上で
   の光量分布が、前記パターンの中心から前記補助パター
   ンの中心までの間隔に応じて設定され、 前記基板の露光中に前記投影光学系の結像面と前記基板
   とを前記投影光学系の光軸に沿って相対移動することを
   特徴とする露光方法。
7. 【請求項７】 前記照明光は、前記パターンの微細度又
   は描画方向、もしくは前記パターンの中心から前記補助
   パターンの中心までの間隔に応じて、前記所定面上での
   光量分布が調整されることを特徴とする請求項１乃至請
   求項６うちのいずれか１項に記載の露光方法。
8. 【請求項８】 前記所定面上で前記中心部の外側に分布
   する照明光は、前記パターンの中心と前記補助パターン
   の中心との間隔に応じた角度だけ、前記照明光学系の光
   軸に関して傾いて前記マスクに照射されることを特徴と
   する請求項１乃至請求項７のうちのいずれか１項に記載
   の露光方法。
9. 【請求項９】 前記パターン及び前記補助パターンの描
   画方向に基づいて、前記照明光の前記マスクに対する入
   射方向を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項
   ８のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
10. 【請求項１０】 前記照明光は、前記照明光学系内で前
    記マスクのパターン面に対してほぼフーリエ変換の関係
    となる所定面上での光量分布が、ほぼ輪帯状の特定領域
    内で高められることを特徴とする請求項１乃至請求項９
    のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
11. 【請求項１１】 前記特定領域から射出する照明光の開
    口数と前記投影光学系の開口数との比が０．６〜０．８
    程度となるように前記特定領域の外径が定められること
    を特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
12. 【請求項１２】 前記特定領域から射出する照明光の開
    口数と前記投影光学系の開口数との比が０．３〜０．６
    程度となるように前記特定領域の内径が定められること
    を特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の露光
    方法。
13. 【請求項１３】 前記照明光は、前記照明光学系内で前
    記マスクのパターン面に対してほぼフーリエ変換の関係
    となる所定面上での光量分布が、前記照明光学系の光軸
    から偏心した少なくとも１つの局所領域で高められるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちのいずれか
    １項に記載の露光方法。
14. 【請求項１４】 前記局所領域の中心位置は前記パター
    ンの中心から前記補助パターンの中心までの間隔に基づ
    き決定されることを特徴とする請求項１３に記載の露光
    方法。
15. 【請求項１５】 前記局所領域の前記中心位置は、前記
    パターン及び前記補助パターンの描画方向に基づいて決
    定されることを特徴とする請求項１３または請求項１４
    に記載の露光方法。
16. 【請求項１６】 前記局所領域の前記中心位置の前記光
    軸からの偏心量は、前記パターンの中心から前記補助パ
    ターンの中心までの間隔に基づき決定され、前記中心位
    置の前記光軸からの偏心方向は、前記描画方向に基づき
    決定されることを特徴とする請求項１５に記載の露光方
    法。
17. 【請求項１７】 前記照明光は、前記所定面上での光量
    分布が、照明光学系の光軸から偏心した複数の局所領域
    で高められることを特徴とする請求項１３乃至請求項１
    ６のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
18. 【請求項１８】 前記複数の局所領域のそれぞれの中心
    位置は、前記パターンの描画方向に対してほぼ垂直な方
    向に離れた位置とされることを特徴とする請求項１７に
    記載の露光方法。
19. 【請求項１９】 前記複数の局所領域のそれぞれの中心
    位置は、前記照明光学系の光軸を通り且つ前記描画方向
    に平行な線に対して前記垂直方向にそれぞれ所定距離だ
    け離れた線上の、任意の位置とされることを特徴とする
    請求項１８に記載の露光方法。
20. 【請求項２０】 前記複数の局所領域のそれぞれの中心
    位置は、前記照明光学系の光軸に対してほぼ対象な位置
    とされることを特徴とする請求項１９に記載の露光方
    法。
21. 【請求項２１】 前記補助パターンは所定方向に沿って
    形成され、 前記照明光は、前記所定面上での光量分布が前記所定方
    向によって分離される一対の局所領域内でそれぞれ高め
    られることを特徴とする請求項１７乃至請求項２０のう
    ちのいずれか１項に記載の露光方法。
22. 【請求項２２】 前記補助パターンは、互いに直交する
    第１及び第２方向にそれぞれ沿って形成され、前記照明
    光は、前記所定面上での光量分布が前記第１及び第２方
    向によって区画される４つの局所領域内でそれぞれ高め
    られることを特徴とする請求項１７乃至請求項２０のう
    ちのいずれか１項に記載の露光方法。
23. 【請求項２３】 前記照明光は、前記所定面上での光量
    重心が前記照明光学系の光軸とほぼ一致することを特徴
    とする請求項２０乃至請求項２２のうちのいずれか１項
    に記載の露光方法。
24. 【請求項２４】 前記局所領域から射出する照明光の開
    口数と前記投影光学系の開口数との比が０．１〜０．３
    程度となるように前記局所領域の大きさが定められるこ
    とを特徴とする請求項１３乃至請求項２３のうちのいず
    れか１項に記載の露光方法。
25. 【請求項２５】 前記パターン上での前記照明光の振幅
    の符号と、前記補助パターン上での前記照明光の振幅の
    符号とを異ならせることを特徴とする請求項１乃至請求
    項２４のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
26. 【請求項２６】 前記パターン上での前記照明光の位相
    は、前記補助パターン上での前記照明光の位相に対して
    反転した等波面となることを特徴とする請求項２５に記
    載の露光方法。
27. 【請求項２７】 前記照明光の照射によって前記パター
    ンから発生する０次回折光と１つの１次回折光とで前記
    パターンの像を前記基板上に形成することを特徴とする
    請求項１乃至請求項２６のうちのいずれか１項に記載の
    露光方法。
28. 【請求項２８】 前記照明光は前記マスク上で前記照明
    光学系の光軸に関してほぼ対称的に傾いた一対の光束を
    含むことを特徴とする請求項１乃至請求項２７のうちの
    いずれか１項に記載の露光方法。
29. 【請求項２９】 前記基板上の転写すべきパターンに応
    じて、前記投影光学系の開口数を調整することを特徴と
    する請求項１乃至請求項２８のうちのいずれか１項に記
    載の露光方法。
30. 【請求項３０】 前記補助パターンは、前記パターンを
    挟んでその両端にそれぞれ形成され、前記照明光の波長
    をλ、前記補助パターンのうちの一方の補助パターンの
    中心と他方の補助パターンの中心との間隔をｄとする
    と、前記照明光の入射角θはほぼｓｉｎθ＝λ／ｄであ
    ることを特徴とする請求項１乃至請求項２９のうちのい
    ずれか１項に記載の露光方法。
31. 【請求項３１】 前記補助パターンはその大きさが前記
    パターンの大きさと同程度以下に定められることを特徴
    とする請求項１乃至請求項３０のうちのいずれか１項に
    記載の露光方法。
32. 【請求項３２】 前記補助パターンの前記パターンと対
    向する端部から、前記パターンの前記補助パターンと対
    向する側の端部までの間隔は、前記パターンの幅と同程
    度に定められることを特徴とする請求項１乃至請求項３
    １のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
33. 【請求項３３】 前記補助パターンは前記パターンをほ
    ぼ囲むように形成されることを特徴とする請求項１乃至
    請求項３２のうちのいずれか１項に記載の露光方法。
34. 【請求項３４】 前記補助パターンは、前記パターンと
    ほぼ同一の形状、及び大きさの複数のパターンからなる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３３のうちのいず
    れか１項に記載の露光方法。
35. 【請求項３５】 前記パターンと前記補助パターンはそ
    れぞれ第１方向に沿って延びるとともに、前記補助パタ
    ーンは前記第１方向と直交する第２方向に関して前記パ
    ターンを挟んでその両端にそれぞれ設けられることを特
    徴とする請求項１乃至請求項３４のうちのいずれか１項
    に記載の露光方法。
36. 【請求項３６】 前記パターンは孤立パターンであるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項３５のうちのいずれ
    か１項に記載の露光方法。
37. 【請求項３７】 請求項１乃至請求項３６のうちのいず
    れか１項に記載の露光方法を用いて、前記マスク状に形
    成された回路パターンを前記基板上に転写する工程を含
    むことを特徴とする半導体素子の形成方法。
38. 【請求項３８】 投影光学系を介して基板上に転写すべ
    きパターンが形成されるフォトマスクであって、 前記パターンの近傍に補助パターンを形成するととも
    に、前記補助パターンの大きさを前記パターンと同程度
    としたことを特徴とするフォトマスク。
39. 【請求項３９】 前記パターンと前記補助パターンとを
    共に遮光部で形成していることを特徴とする請求項３８
    に記載のフォトマスク。
40. 【請求項４０】 照明光学系を通してマスク上の回路パ
    ターンに対して傾斜した照明光を照射し、投影光学系を
    介して基板上に前記回路パターンを転写して半導体素子
    を形成する方法であって、 前記基板としてレジストが塗布されたウェハを用意する
    第１工程と、 遮光部で形成された前記回路パターンと、前記回路パタ
    ーンの近傍に前記遮光部で形成された補助パターンとを
    備えたマスクを用意する第２工程と、 前記第２工程で用意された前記マスクに前記照明光を照
    射し、該照射中に前記投影光学系の結像面と前記ウェハ
    とを前記投影光学系の光軸に沿って相対移動して、前記
    投影光学系を介して前記レジストを露光する第３工程と
    を含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。
41. 【請求項４１】 前記第１工程で用意されるウェハ上に
    は、ポジレジストが塗布されていることを特徴とする請
    求項４０に記載の半導体素子の形成方法。
42. 【請求項４２】 照明光学系を通してマスク上の回路パ
    ターンに対して傾斜した照明光を照射し、投影光学系を
    介して基板上に前記回路パターンを転写して半導体素子
    を形成する方法であって、 前記基板としてレジストが塗布されたウェハを用意する
    第１工程と、 前記回路パターンと、前記回路パターンの近傍に形成さ
    れ、且つその透過光の位相が、マスクの構成上、前記回
    路パターンを透過する透過光の位相と同位相となる補助
    パターンとを備えたマスクを用意する第２工程と、 前記第２工程で用意された前記マスクに前記照明光を照
    射し、該照射中に前記投影光学系の結像面と前記ウェハ
    とを前記投影光学系の光軸に沿って相対移動して、前記
    投影光学系を介して前記レジストを露光する第３工程と
    を含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。