JP3180134B2

JP3180134B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP3180134B2
Application number: JP35880492A
Authority: JP
Inventors: 敏行堀内; 勝征原田; 誠太郎松尾; 良亘竹内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2001-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH06204111A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原図基板上に形成され
た原図パタンを投影レンズを介して被露光基板上に投影
露光して転写する投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体集積回路などの微細パタ
ンを有する原図基板を短波長可視光，紫外光，遠紫外光
により照明し、投影レンズを用いて原図基板上の微細パ
タンの像を被露光基板上に塗布したレジストなどの感光
性材料に形成し、原図基板上の微細パタン形状を被露光
基板上に転写する方法が広く用いられている。

【０００３】図５は、従来の投影露光装置の構成を示す
模式図である。同図において、この投影露光装置は、水
銀ランプ，エキシマレーザなどの露光光源２３から出る
光を第１の集光光学系２４により集光して照明均一化に
ための光学系２５に導き、射出光を第２の集光光学系２
６により集光して原図基板２７を照明する。照明均一化
のための光学系２５はフライアイレンズもしくは光ファ
イバなどにより構成され、原図基板２７を照明する見掛
け上の光源、すなわち２次光源を多点化してその各々が
原図基板２７を照明するようになすことにより、２次光
源の強度むらを平均化し、原図基板２７の照明均一化を
図る光学系である。

【０００４】原図基板２７を照明する見掛け上の光源で
ある２次光源は、この場合、照明均一化のための光学系
２５の射出口であり、この２次光源面は一般に投影レン
ズ２８の開口絞り２９の位置近辺に結像するように構成
されている。

【０００５】原図基板２７上の半導体集積回路などの微
細パタンの像が、投影レンズ２８によりレジストなどの
感光性材料を塗布した被露光基板３０上に形成されるた
め、原図基板２７上の半導体集積回路などの微細パタン
形状に応じて被露光基板３０上の感光性材料が露光さ
れ、原図基板２７上のパタンが、被露光基板３０上に転
写される仕組みとなっている。

【０００６】なお、図中の細い線は、露光光源２３から
照明均一化のための光学系２５に入る迄は露光光線の範
囲を概念的に示している。また、照明均一化のための光
学系２５の射出側から原図基板２７までは、照明均一化
のための光学系２５の代表的な射出点から出る光が原図
基板２７を照射する代表的な経路を概念的に示し、原図
基板２７より下は、原図基板２７の代表的な点から出る
光が被露光基板３０上に収束して像を形成する光線の経
路を概念的に示している。

【０００７】このような投影露光装置では、転写可能な
最小線幅である解像度が、投影レンズ２８の開口絞り２
９の大きさ、すなわち開口数ＮＡと露光波長λとに大き
く左右される。解像度をｄとすれば、この解像度ｄは、
大略次式で示され、開口数ＮＡと露光波長λとに直接比
例するためである。ｄ＝ｋλ／ＮＡ

【０００８】しかし、ここで、開口数ＮＡおよび露光波
長λ以外の要因の効果をまとめて示している係数ｋが掛
かっている。この係数ｋは、被露光基板上に形成される
光像のパタン形成に必要なコントラストの許容限界に対
応した数値であり、被露光基板上に塗布する感光性材料
や露光後の現像プロセスによって低コントラストでもパ
タンが形成できるようにすれば、係数ｋを小さくでき
る。

【０００９】ここで、コントラストＣとは、同じ幅の遮
光ラインがこの遮光ラインと同じ透光スペースを隔てて
無限に続くパタン（ライン＆スペースパタン）の光強度
において、図６に示すように透光部の光強度をＩ_max、
遮光部の光強度をＩ_minとするとき、次式で定義される
量である。Ｃ＝（Ｉ_max−Ｉ_min）／（Ｉ_max＋Ｉ_min）

【００１０】ところで、原図基板２７の照明方法を工夫
して同じ開口数ＮＡと露光波長λとに対し、被露光基板
上に形成される光像のコントラストが高くなるようにし
ても係数ｋを小さく、すなわち解像度を向上することが
できる。

【００１１】従来技術Ａには、原図基板２７を「照射す
る光線に対して投影レンズの開口数に対応した角度の傾
きを光軸に対して与える」ことにより、高解像化が図れ
ることが開示されている。また、この従来技術Ａには
「投影レンズの開口部に傾斜照射の範囲を対応させたと
きの開口部周辺の透過率を調整した投影レンズ開口を有
する」ようになすことにより、コントラストが向上し、
結像特性が大幅に良くなることが開示されている。

【００１２】さらに従来技術Ｂには、原図基板２７を
「照射する光線に対して投影レンズの開口数に対応した
角度の傾きを光軸に対して与える」とともに「投影光学
系の開口絞り部に照明系の光源の像に対応する開口周辺
部の振幅透過率を０．２〜０．６とし、その他の開口中
央部の振幅透過率を１に設定したフィルタを配置する」
ようになすか、または「開口絞り部に結ぶ光源の像全体
が開口絞り部位置に設けられたフィルタ周辺部の透過率
を０．２〜０．６に調整された領域内に対応するように
照明系とフィルタとが構成される」ようになすことによ
り、必要とするコントラストに応じて良い特性が得られ
ることが示されている。

【００１３】また、従来技術Ｃには「入射瞳の半径を投
影レンズ開口数で規格化して１と置いた場合、開口絞り
部に結ぶ光線の像が内半径，外半径を持つ円環光源を有
し、かつ投影レンズの開口絞り部にこの開口絞り部に結
ぶ光線の像と同一の内半径で外半径が１なる光強度調整
用フィルタを有する」ようになし、さらには上述した
「円環光源において、内半径，外半径をそれぞれＲ₁，
Ｒ₂としたとき、内半径Ｒ₁ ＞０．５でかつ外半径Ｒ₂
≦１の円環光源である」ようにするか、上記「光強度調
整用フィルタにおいて、フィルタの振幅透過率Ｔが０．
２＜Ｔ＜１の値を有する」ようにするか、「光強度調整
用フィルタにおいて、内半径，外半径をそれぞれＲ₁，
Ｒ₂としたとき、フィルタの振幅透過率が、内半径Ｒ₁か
ら外半径Ｒ₂の部分と、内半径Ｒ₂ から外半径１の部分
とで異なる」ようにすることにより、「ＬＳＩプロセス
のパタン形成で必要とするデフォーカス量とコントラス
トとを満足し、かつ光学系の解像性を最大とする円環光
源の配置と光強度調整用フィルタの設定条件とを得る」
ことができると開示されている。これらの従来技術に共
通してのは、投影レンズの開口絞り部に透過率調整用の
フィルタを配置する点である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術Ａ，
Ｂ，Ｃのいずれの実施例とも、透過率調整用のフィルタ
は、投影レンズの開口絞り部の周辺部を限定して透過率
を調整することが示されており、投影レンズの開口絞り
部の中心部の透過率は調整しない。

【００１５】また、従来技術Ｃの実施例では、透過率を
内半径Ｒ₂から外半径Ｒ₂の部分と、内半径Ｒ₂ から外半
径１の部分とで異なるようにすることが開示されている
が、その場合も内半径Ｒ₁より内側の中央部は透過率を
調整しない。

【００１６】上述した従来の実施例においては、透過率
調整用フィルタの形成方法については説明されていない
が、上述したように投影レンズの開口絞り位置に配置す
る瞳フィルタとして場所により透過率調整用フィルタの
存在する部分と、存在しない部分とがある光学部材を形
成すると、透過率調整用フィルタの存在する部分と、存
在しない部分とで透過光の強度のみならず、位相も変わ
ってしまう。場所により透過率が異なる透過率調整用フ
ィルタを有する光学部材を形成した場合も、透過率が異
なる場所毎に透過率の位相が変わってしまう。

【００１７】上述した実施例のように投影レンズ開口絞
り部の透過率を調整しても、このように透過率調整部を
通過してくる光の位相が、透過率調整用フィルタの透過
率の場所的な分布に応じて異なると、被露光基板上でこ
れらの位相がずれた光が干渉し合って像が形成されるた
め、所期の解像性向上効果が得られず、逆に解像性が低
下してしまう。

【００１８】図７は、位相変化の影響のシミュレーショ
ンの一例を示す図であり、投影レンズ開口絞り部の開口
の半径を規格化して１とするとき、内半径Ｒ₁ ＝０．５
と外半径Ｒ₂ ＝０．６との間の円環部に照明光源の像が
形成される円環照明の場合につき、投影レンズ開口の上
記内半径Ｒ₁ ＝０．５と外半径Ｒ₂ ＝０．６との間の円
環部に、振幅透過率０．４の透過率調整用フィルタと、
内半径Ｒ₂ ＝０．６の外側から半径１までの円環部に振
幅透過率０．７の透過率調整用フィルタとを付けた瞳フ
ィルタを使用した際のパタン形成特性を、位相変化を考
慮した場合と考慮しない場合とで比較したものである。

【００１９】投影レンズのＮＡ＝０．５２，照明光はｉ
線とし、ジャストフォーカスの時の１２本の０．４μｍ
ライン＆スペースパタンの被露光基板面上の光像の光強
度分布をシミュレーションしている。透過率調整用のフ
ィルタを反射形の透過率調整用フィルタ膜にしたと仮定
し、瞳フィルタへの入射光の一部を反射させて透過率を
調整する場合について透過率調整用フィルタ膜での反射
による位相ずれが上記振幅透過率０．４の部分で６６．
４゜、振幅透過率０．７の部分で４５．５゜であるとし
て計算した。透過率調整用フィルタ膜の厚さによる位相
変化は無視している。位相変化量の具体的な計算方法は
後述する式（６），式（７）による。

【００２０】図７中の矩形形状の光強度分布が原図基板
透過率の相対分布に相当し、三角関数的な波状の曲線が
被露光基板面上の光像の光強度分布を示す。図７（ａ）
が位相変化を補償した場合、図７（ｂ）が位相ずれをそ
のままにした場合である。図７より明かなように透過率
調整用フィルタ部で透過率の場所的な分布に応じて異な
る位相変化が起きると、遮光部の光強度が上がり、逆に
透光部の光強度が下がるため、コントラストが低下す
る。

【００２１】上記の計算は、透過率調整用フィルタ膜の
厚さによる位相変化を無視して行っている。しかし、実
際には透過率調整用フィルタ膜部でこの膜の厚さ分だけ
さらに位相が変化するため、透過率調整用フィルタの無
い透過部を通過してくる光との間の位相差はさらに大と
なり、コントラストの変化は一層顕著となる。このよう
にコントラストが低下することは、遮光部の光強度と透
光部の光強度との差が少なくなることから、解像度の低
下が生ずることを意味する。

【００２２】したがって本発明は、上述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、透
過率調整用フィルタ部での位相変化による解像性の劣化
を防止し、解像度を大幅に向上させることができる投影
露光装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、瞳フィルタ内での場所による透過率
調整の度合に応じて位相も調整し、瞳フィルタを通過す
る光の位相が透過率調整用フィルタの存在する部分と透
過率調整用フィルタの存在しない部分とであるいは透過
率が異なる透過率調整用フィルタ部同士で異なることが
ないようにするものである。

【００２４】

【作用】本発明においては、透過率調整用フィルタの存
在の如何もしくは透過率調整用フィルタ透過率の場所に
よる相違の如何に係わらず、瞳フィルタを透過する光の
位相が同じとなり、コントラストの低下が防止されて高
解像性が得られる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明による投影露光装置の一実施
例による構成を説明する瞳フィルタの断面図である。同
図において、透光性の基板１に例えばクロムからなる遮
光膜２により開口絞りの口径を決定する円形状の開口を
設ける。この円形状開口の半径を規格化して１とする。
また、照明２次光源が円環形状で開口絞り円形開口の内
半径Ｒ₁ と外半径Ｒ₂ との間に光源の円環像ができると
する。

【００２６】半径Ｒ₁ と半径Ｒ₂ との間の部分に振幅透
過率Ｔ₁ のフィルタ膜３を設け、半径Ｒ₂ と半径１との
間の部分に振幅透過率Ｔ₂ のフィルタ膜４を設ける。こ
れらのフィルタ膜３，フィルタ膜４はいずれもクロムか
らなる反射形のフィルタ膜であり、このフィルタ膜３，
フィルタ膜４に直入射した光は、所定の振幅透過率
Ｔ_a，Ｔ_b相当量が透過し、残りの光が反射するものとす
る。

【００２７】ここで、フィルタ膜での位相変化をξ、振
幅透過率をｔと置けば、複素振幅透過率Ｔは、Ｔ＝ｔ・ｅｘｐ（ｉξ）・・・（１）と表せる。また、複素反射率をＲとすれば、Ｒ＝Ｔ−１＝ｔ・ｅｘｐ（ｉξ）−１・・・（２）である。

【００２８】エネルギロスが無いと仮定すれば、｜Ｒ｜² ＋｜Ｔ｜² ＝１・・・（３）であるから、式（１），式（２）を式（３）に代入すれ
ば、｛ｔ・ｅｘｐ（ｉξ）−１｝｛ｔ・ｅｘｐ（−ｉξ）−１｝＋ｔ² ＝１ｔ²−ｔ｛ｅｘｐ（ｉξ）−ｅｘｐ（−ｉξ）｝＋１＋ｔ² ＝１２ｔ² −２ｔｃｏｓξ＝０・・・（４）ｔ≠１の場合を考えているので、ｔ＝ｃｏｓξ ・・・（５）したがってフィルタ膜３，フィルタ膜４での反射による
位相角の変化をそれぞれξ_a，ξ_bとすれば、吸収が無い
とした場合、 ξ_a＝ｃｏｓ^-1Ｔ_a ・・・（６） ξ_b＝ｃｏｓ^-1Ｔ_b ・・・（７）となる。

【００２９】また、フィルタ膜３，フィルタ膜４の厚さ
をそれぞれｈ_a，ｈ_bとし、屈折率をそれぞれｎ_a，ｎ_bと
すれば、フィルタ膜３，フィルタ膜４を通過することに
よる位相変化ζ_a，ζ_bは、露光光の波長をλとすると
き、 ζ_a ＝（ｎ_aｈ_a／λ）２π ・・・（８） ζ_b ＝（ｎ_bｈ_b／λ）２π ・・・（９）である。

【００３０】したがってフィルタ膜３，フィルタ膜４の
存在によるそれぞれ位相角変化δ_a，δ_bは、 δ_a ＝ξ_a ＋ζ_a ・・・（１０） δ_b ＝ξ_b ＋ζ_b ・・・（１１）となる。

【００３１】瞳フィルタを通過する光の位相が、この瞳
フィルタ上のどこでも同じになるようにするためには、
中央の透過部における基板厚さを基準とするとき、フィ
ルタ膜３，フィルタ膜４の部分の厚さを上記位相角変化
δ_a，δ_bを補償する厚さだけ薄くすれば良い。

【００３２】基板の屈折率ｎ_s1とすれば、位相角変化δ
_a，δ_bを補償するために薄くする量は、フィルタ膜３，
フィルタ膜４のそれぞれの場所について、ｄ_a1＝δ_aλ／２πｎ_s1 ・・・（１２）ｄ_b1＝δ_bλ／２πｎ_s1 ・・・（１３）である。

【００３３】上記の説明では、フィルタ膜３，フィルタ
膜４を反射膜と仮定し、膜中での光の減衰は生じないと
仮定した。しかし、一般には、フィルタ膜３，フィルタ
膜４において、反射と吸収との両方が起こる。その場合
には、膜通過による位相角変化δ_a′，δ_b′を求め、こ
の位相角変化δ_a′，δ_b′を補償するために薄くする基
板の厚さｄ_a1′，ｄ_b1′を、ｄ_a1′＝δ_a′λ／２πｎ_s1 ・・・（１４）ｄ_b1′＝δ_b′λ／２πｎ_s1 ・・・（１５）より計算すれば良い。

【００３４】第１の誘電媒質から厚さｈ，複素屈折率ｎ
₂（１＋ｉκ₂）の金属吸収薄膜を透過して第２の誘電媒
質へ透過する光の位相変化、すなわち上記説明の
δ_a′，δ_b′に相当する位相変化δ_tは、例えばマック
ス・ボルン，エミル・ウォルフ著、草川徹、横田英嗣訳
「光学の原理」III（東海大学出版会）の９２４〜９３
１ページ（単元１３．４．１）を参照すれば、９２８ペ
ージの式（２５）ｔａｎ（δ_t−χ₁₂−χ₂₃＋ｕ₂η）＝｛ｅｘｐ２ｖ₂η・ｓｉｎ２ｕ₂η｝ −ρ₁₂ρ₂₃ｓｉｎ（φ₁₂＋φ₂₃）｝／｛ｅｘｐ２ｖ₂η・ｃｏｓ２ｕ₂η ＋ρ₁₂ρ₂₃ｃｏｓ（φ₁₂＋φ₂₃）｝・・・（１６）より求まる。

【００３５】ここで、第１の誘電媒質から入射角θ₁ で
入射した光が金属吸収薄膜中に進む角度、すなわち第２
の誘電媒質への入射角度θ₂ とするとき、ｕ₂，ｖ₂は、ｕ₂＋ｉｖ₂＝ｎ₂（１＋ｉκ₂）ｃｏｓθ₂ ・・・（１７）で決まる量、ρ_ij，φ_ij，χ_ij（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜
３）は、ｕ_i，ｖ_i，θ_i，ｎ_i（ｉ＝１〜３）、κ₂の関
数、ηは、 η＝２πｈ／λ₀ ・・・（１８）で決まる量である。

【００３６】なお、上述した第１の誘電媒質，金属吸収
薄膜および第２の誘電媒質とは、図１の場合、光の入射
が図１のフィルタ膜３，フィルタ膜４が付いた側からで
ある場合には第１の誘電媒質は空気，金属吸収薄膜はフ
ィルタ膜３またはフィルタ膜４，第２の誘電媒質は基板
１であり、光の入射が基板１側からである場合には第１
の誘電媒質は基板１，金属吸収薄膜はフィルタ膜３また
はフィルタ膜４，第２の誘電媒質は空気の関係に相当す
る。

【００３７】また、図１では、基板１に設ける厚さの調
整は、フィルタ膜３，フィルタ膜４を付けるのと同じ側
の面としているが、基板１の反対側の面、すなわち基板
１の下面としても良い。

【００３８】ところで、瞳フィルタを通過する光の位相
がこの瞳フィルタ内でどこでも同じになるようにするに
は、上記図１とは逆に最も位相が大きく変化する場所に
合わせて他の領域に透過率の高い位相補償用の膜を付け
ても良い。

【００３９】図２は、このような考え方で本発明の他の
実施例による瞳フィルタの断面図を示したものである。
図１と同様に透光性の基板５に遮光膜６により開口絞り
の口径を決定する円形の開口を設ける。この円形開口の
半径を規格化して１とする。また、照明２次光源が円環
形状で開口絞り円形開口の内半径Ｒ₁と外半径Ｒ₂との間
に光源の円環像ができるとする。半径Ｒ₁と半径Ｒ₂との
間の部分に振幅透過率Ｔ_a のフィルタ膜７を設け、半径
Ｒ₂と半径１との間の部分に振幅透過率Ｔ_bのフィルタ膜
８を設ける。

【００４０】フィルタ膜７，フィルタ膜８の部分での位
相変化量をそれぞれδ_a′，δ_b′とし、便宜上δ_a′＞
δ_b′とすれば、フィルタ膜８の部分には（δ_a′−
δ_b′）に相当する位相変化を与える位相補償用の透過
膜９を付与し、フィルタ膜の付いていない中央部には、
δ_a′に相当する位相変化を与える位相補償用の透過膜
１０を付与すれば良い。

【００４１】位相補償用の透過膜９，透過膜１０の屈折
率をそれぞれｎ_c1，ｎ_c0とすれば、透過膜９の厚さｄ_b2
および透過膜１０の厚さｄ_c2は、ｄ_b2＝（δ_a′−δ_b′）λ／２πｎ_c1 ・・・（１９）ｄ_c2＝δ_a′λ／２πｎ_c0 ・・・（２０）となる。

【００４２】なお、位相補償用の透過膜９，透過膜１０
を同じ材料としても良いことは言うまでもない。この場
合には、ｎ_c1＝ｎ_c0となる。また、位相補償用の透過膜
９，透過膜１０にも僅かであるが、反射および／または
吸収が有って余分な位相変化を生ずる恐れがあるので、
それも考慮して透過膜９，透過膜１０の厚さを決定すれ
ばなお良い。

【００４３】さらに図２では、フィルタ膜８の上に位相
補償用の透過膜９を付けたが、上下逆の順でも良い。ま
た、図２では、位相補償用の透過膜９，透過膜１０を付
ける面をフィルタ膜７，フィルタ膜８を付けるのと同じ
側の面としているが、基板５の反対側の面、すなわち基
板５の下面としても良い。

【００４４】図３は、本発明のさらに他の実施例による
瞳フィルタの断面図を示したものである。同図において
も図１と同様に透光性の基板１１に遮光膜１２により開
口絞りの口径を決定する円形の開口を設ける。この円形
開口の半径を規格化して１とする。また、照明２次光源
が円環形状で開口絞り円形開口の内半径Ｒ₁ と外半径Ｒ
₂ との間に光源の円環像ができるとする。半径Ｒ₁ と半
径Ｒ₂ との間の部分に振幅透過率Ｔ_a のフィルタ膜１３
を設け、半径Ｒ₂ と半径１との間の部分に振幅透過率Ｔ
_b のフィルタ膜１４を設ける。

【００４５】フィルタ膜１３，フィルタ膜１４の部分で
の位相変化量を、それぞれδ_a′，δ_b′とするとき、こ
の位相変化をフィルタ膜１３，フィルタ膜１４を付した
上記基板１１とは別の透光性基板１５の厚さを変えて補
償し、基板１１と基板１５とを合わせて１つの瞳フィル
タとする。基板１５の厚さに対応する分だけ基板１１の
厚さを薄くする。基板１５の屈折率をｎ_s2とするとき、
基板１５の中央部の厚さを基準として半径Ｒ₁ と半径Ｒ
₂ との間の部分の厚さをｄ_a3′，半径Ｒ₂ と半径１との
間の部分の厚さをｄ_b3′薄くするとすれば、ｄ_a3′＝δ_a′λ／２πｎ_s2 ・・・（２１）ｄ_b3′＝δ_b′λ／２πｎ_s2 ・・・（２２）が位相補償のための基板１５の厚さ調整量である。

【００４６】なお、基板１５は、言うまでもなく、基板
１１と同じ材料であっても何等問題ない。また、位相補
償用の基板１５の反射および／または吸収も考慮して基
板１５を薄くする量を決定すれば良い。また、図３で
は、基板１５に設ける厚さの調整は、フィルタ膜１３，
フィルタ膜１４と向き合う面としているが、基板１５の
反対側の面、すなわち基板１５の上面としても良い。

【００４７】図４は、本発明の他の実施例による瞳フィ
ルタの断面図を示したものである。同図においても図１
と同様に透光性の基板１６に遮光膜１７により開口絞り
の口径を決定する円形の開口を設ける。この円形開口の
半径を規格化して１とする。また、照明２次光源が円環
形状で開口絞り円形開口の内半径Ｒ₁ と外半径Ｒ₂ との
間に光源の円環像ができるとする。半径Ｒ₁ と半径Ｒ₂
との間の部分に振幅透過率Ｔ_a のフィルタ膜１８を設
け、半径Ｒ₂ と半径１との間の部分に振幅透過率Ｔ_b の
フィルタ膜１９を設ける。

【００４８】図４では、図２で示した位相補償のための
透過膜９，透過膜１０の代わりに基板１６とは別の透光
性基板２０に位相補償用の透過膜２１，透過膜２２を付
け、基板１６と基板２０とを合わせて１つの瞳フィルタ
とする。基板２０の厚さに対応する分だけ基板１６の厚
さを薄くする。

【００４９】フィルタ膜１８，フィルタ膜１９の部分で
の位相変化量を、それぞれδ_a′，δ_b′とし、便宜上δ
_a′＞δ_b′とすれば、フィルタ膜１９の部分には
（δ_a′−δ_b′）に相当する位相変化を与える位相補正
用の透過膜２１を付与する。また、フィルタ膜の付いて
いない中央部にはδ_a′ に相当する位相変化を与える位
相補償用の透過膜２２を付与する。

【００５０】位相補償用の透過膜２１，透過膜２２の屈
折率を、それぞれｎ_c1，ｎ_c0とすれば、透過膜２１の厚
さｄ_b4′および透過膜２２の厚さｄ_c4′は、ｄ_b4′＝（δ_a′−δ_b′）λ／２πｎ_c1 ・・・（２３）ｄ_c4′＝δ_a′λ／２πｎ_c0 ・・・（２４）となる。

【００５１】この場合も、位相補償用の透過膜２１，透
過膜２２を同じ材料としても良い。この場合には、ｎ_c1
＝ｎ_c0となる。また、位相補償用の透過膜２１，透過膜
２２にも僅かであるが、反射および／または吸収が有っ
て余分な位相変化を生ずる恐れがあるので、それも考慮
して透過膜２１，透過膜２２の厚さを決定すればなお良
い。さらに位相補償用の透過膜２１，透過膜２２を付け
る面を、図４ではフィルタ膜１８，フィルタ膜１９を付
けるのと同じ面としているが、基板２０の反対側の面、
すなわち基板２０の上面としても良い。

【００５２】図３，図４で説明したように２枚の基板を
合わせて瞳フィルタを構成すると、透過率調整用フィル
タ膜１３，１４，１８，１９の形成，加工と、位相補償
用の基板１５の加工と、位相補償用の透過膜２１，２２
の形成，加工とをお互いに独立できるため、瞳フィルタ
の製作が容易になる効果が得られる。

【００５３】ところで、以上の図１〜図４の実施例で
は、照明２次光源が円環状で開口絞りの位置に円環状の
光源像ができる場合についてこの円環状の光源像に対応
した透過率調整用フィルタ膜を置く場合について説明し
た。しかし、照明２次光源の形状、すなわち開口絞りの
位置にできる光源像の形状に依らず、また、開口絞りの
位置に設ける透過率調整用フィルタ膜の透過率の分布の
如何に依らず、任意の透過率調整用フィルタ膜の存在に
よって変化する露光光線の位相が瞳フィルタ内の全域で
同じになるようにすれば良いことは明かである。瞳フィ
ルタの全域に透過率調整用フィルタが設けられていても
同様である。

【００５４】また、例えば特開平４−２２５３５７号公
報，特開平４−２６７５１５号公報に開示されているよ
うな多点照明などの任意の傾斜照明に対し、透過率調整
用フィルタを有する瞳フィルタを用いる場合に適用でき
る。

【００５５】また、透過率調整用フィルタの位置が開口
絞りの位置にできる光源像の形状に対応せずにこの透過
率調整用フィルタが開口絞りの位置にできる光源像を含
む領域に存在する場合にも適用できる。

【００５６】さらに以上の説明では、瞳フィルタの透過
率調整を透過率調整用フィルタ膜の付着によって行う場
合を示した。しかし、透過率の調整を他の方法によって
行う場合にも本発明が有効であることは明かである。

【００５７】また、基板材料の中に不純物をイオン注入
により混在させて部分的に透過率を変えたり、色素を混
入して透過率を調整した基板材料を透光性の基板材料と
組み合わせたりした瞳フィルタの場合にも、透過率調整
用フィルタ部通過光と透光部通過光との位相差が無くな
るように図１〜図４に対応する方策をとることができ
る。

【００５８】また、以上の説明では、瞳フィルタに一定
角度で露光光線が入射する場合について説明したが、実
際には瞳フィルタを各種の角度で露光光線がよぎる。露
光光線が瞳フィルタをよぎる角度により、反射率や瞳フ
ィルタを通過する光路長が異なるため、透過率調整用フ
ィルタの存在によって生ずる位相ずれの量が異なる。し
かし、露光光線が瞳フィルタをよぎる平均的角度の光線
について位相補償を行えば、平均的に位相ずれが補償さ
れて好結果となる。

【００５９】また、瞳フィルタを露光光線がよぎる角度
は、垂直に対して高々１０゜程度以内の小さな角度であ
り、透過率調整用フィルタ膜の厚さも一般に例えば数１
００Å以下と極めて薄いため、露光光線が瞳フィルタに
直入射すると考えても、透過率調整用フィルタ膜による
位相変化の量は小さな誤差で得られる。

【００６０】また、吸収の有る瞳フィルタを露光光線が
角度を持ってよぎる場合の位相変化を求める前述した式
（１６）は、極めて複雑であるが、露光光線が瞳フィル
タに直入射すると考えると、相当の位相変化の量が求め
易くなる。露光光線が瞳フィルタに直入射すると考えて
位相のずれを補償しても、補償を行わないよりは遥かに
良い結果が得られる。

【００６１】また、図１〜図４では、瞳フィルタに付け
た膜の厚さおよび基板に付けた段差の大きさを、基板厚
さに対して誇張して大きく描いた。実際には、例えば数
１００Å以下の極めて薄い膜または極めて浅い段差であ
る。なお、遮光膜の厚さは約１０００Å程度である。

【００６２】また、図１〜図４では、瞳フィルタの基板
に遮光膜を付けたが、遮光膜を付ける面は、基板のフィ
ルタ膜を付ける面と反対側の面でも良く、両方の面に付
けても良い。位相補償用に用いる基板の一方または両方
の面に付けても良い。さらに瞳フィルタの基板とは別に
開口を有する遮光板が設けられており、この開口によっ
て投影レンズの開口数ＮＡが決まる投影露光装置におい
ても、本発明が有効であることは明らかである。

【００６３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
瞳フィルタの各部を透過する露光光線の位相のずれが減
じられるため、瞳フィルタで透過率を調整してもコント
ラストが低下することがなくなり、瞳フィルタの透過率
調整機能が有効となる。したがって露光光線の波長，投
影レンズ開口数および被露光基板上に塗布する感光性材
料や露光後の現像プロセスが一定の条件における解像度
を大幅に向上させることできるなどの極めて優れた効果
が得られる。

【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による構
成を説明する瞳フィルタの断面図である。

【図２】本発明による投影露光装置の他の実施例による
構成を説明する瞳フィルタの断面図である。

【図３】本発明による投影露光装置のさらに他の実施例
による構成を説明する瞳フィルタの断面図である。

【図４】本発明による投影露光装置の他の実施例による
構成を説明する瞳フィルタの断面図である。

【図５】従来の投影露光装置の構成を説明する模式図で
ある。

【図６】コントラスト定義のための光強度分布を説明す
る図である。

【図７】位相変化の影響のシミュレーション例を示す図
である。

【符号の説明】

１基板２遮光膜３フィルタ膜４フィルタ膜５基板６遮光膜７フィルタ膜８フィルタ膜９位相補償用の透過膜１０位相補償用の透過膜１１基板１２遮光膜１３フィルタ膜１４フィルタ膜１５基板１６基板１７遮光膜１８フィルタ膜１９フィルタ膜２０基板２１位相補償用の透過膜２２位相補償用の透過膜２３露光光源２４第１の集光光学系２５照明均一化のための光学系２６第２の集光光学系２７原図基板２８投影レンズ２９開口絞り３０被露光基板

フロントページの続き (72)発明者竹内良亘東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平６−84746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G02B 5/00 G03B 27/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原図基板上に形成された原図パタンを投
影レンズを介して被露光基板上に投影露光して転写する
投影露光装置において、前記投影レンズ内の開口絞り位置に透過率調整用フィル
タを設けた透光板からなる瞳フィルタを配置し、前記透
過率調整用フィルタの存在に起因する前記瞳フィルタ透
過光の位相ずれの分布に応じて前記透光板の板厚を変
え、前記瞳フィルタ透過光の前記位相ずれが減ずるよう
にしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】原図基板上に形成された原図パタンを投
影レンズを介して被露光基板上に投影露光して転写する
投影露光装置において、前記投影レンズ内の開口絞り位置に透過率調整用フィル
タを設けた透光板からなる瞳フィルタを配置し、前記透
過率調整用フィルタの存在に起因する前記瞳フィルタ透
過光の位相ずれの分布に応じて膜厚を変化させた位相補
償用の透光膜を前記瞳フィルタに付し、前記瞳フィルタ
透過光の前記位相ずれが減ずるようにしたことを特徴と
する投影露光装置。
【請求項３】原図基板上に形成された原図パタンを投
影レンズを介して被露光基板上に投影露光して転写する
投影露光装置において、前記投影レンズ内の開口絞り位置に透過率調整用フィル
タを設けた第１の透光板と、前記透過率調整用フィルタ
の存在に起因する前記透光板透過光の位相ずれの分布に
応じて板厚を変化させた位相補償用の第２の透光板とを
組み合わせた瞳フィルタを配置し、前記瞳フィルタ透過
光の前記透過率調整用フィルタの存在に起因する位相ず
れが減ずるようにしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】原図基板上に形成された原図パタンを投
影レンズを介して被露光基板上に投影露光して転写する
投影露光装置において、前記投影レンズ内の開口絞り位置に透過率調整用フィル
タを設けた第１の透光板と、前記透過率調整用フィルタ
の存在に起因する前記透光板透過光の位相ずれの分布に
応じて膜厚を変化させた位相補償用の透光膜を形成した
第２の透光板とを組み合わせた瞳フィルタを配置し、前
記瞳フィルタ透過光の前記透過率調整用フィルタの存在
に起因する位相ずれが減ずるようにしたことを特徴とす
る投影露光装置。