JP3318318B2

JP3318318B2 - 半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP3318318B2
Application number: JP2000227538A
Authority: JP
Inventors: 稔野口; 行雄見坊; 良忠押田; 正孝芝; 康裕吉武; 誠村山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP2001093832A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスク上に形成された
極微細な回路パターンにおいて生じる干渉光の影響をな
くし、投影レンズを通して基板上に高分解能でもってエ
キシマレーザ光等を用いて結像させて露光するようにし
たエキシマ等の露光方法及びその装置並びにエキシマ等
の露光方式並びにマスク回路パターン検査方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造では、マスク上の回路パター
ンをウエハ上に露光転写して、ウェハ上に微細な回路パ
ターンを形成する。ところが、ＬＳＩの高集積化のニー
ズに対応するため、ウェハ上に転写する回路パターン
は、極微細化し、結像光学系の解像限界まで来ている。

【０００３】そこで、従来より、極微細な回路パターン
を転写するために、さまざまな技術が開発されている。

【０００４】例えばＳＯＲ（シンクロトロン・オーガナ
イズド・レゾナンス）光等のＸ線を用いて露光する方法
がある。

【０００５】また、ＥＢ（エレクトロンビーム，電子ビ
ーム露光機）を用いる方法がある。

【０００６】また、露光のスループットが早く、取り扱
いが比較的簡便ということで、「エキシマレーザス
テッパフォサブ−ハーフミクロンリソグラフ
ィ、アキカズタニモト、エスピーアイイー第1088号
オプティカルレーザマイクロリソグラフィ 2（198
9）」”Excimer Laser Stepper for Sub-halfMicron Li
thography， Akikazu Tanimoto， SPIE Vol．1088 Opti
cal Laser Microlithography 2（1989）”又は特開昭５
７−１９８６３１号公報に開示されているエキシマレー
ザを用いた方法がある。

【０００７】また、特公昭６２−５０８１１号公報によ
りマスクを工夫して分解能を向上する位相シフタ法が知
られている。この位相シフタ法は、近接するパターンか
らの光を干渉させることにより分解能を上げるものであ
り、隣り合うパターンの位相が反転するように交互に位
相をπずらした膜（位相シフタ）を設けることにより実
現する。

【０００８】また、部分的コヒーレント結像の理論的解
析を紹介した文献として、「ステッパの光学(1),(2),
(3),(4)」（光学技術コンタクト、Vol.27,No.12，ｐ
ｐ．７６２−７７１,Vol.28,No.1,pp.59-67,Vol.28,No.
2.pp.108-119,Vol.28,No.3,pp.165-175）がある。

【０００９】また、空間フィルターを用いて、解像度を
向上した例が、特開平３ー２７５１６号公報に記載され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６２−５０
８１１号公報に知られた従来技術は、位相シフタの配置
が難しいと共に、位相シフタを設けたマスクの製造が難
しいという課題を有するものである。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、マスク上に形成された白黒の極微細な回路パター
ンを、位相シフタと同等以上の分解能で基板上に転写で
きるようにしたエキシマ等の露光方法及びその装置を提
供することにある。

【００１２】また本発明の目的は、実際に露光装置によ
って転写される基板上への転写パターンのデータを演算
処理によりシュミレーションして確認できるようにした
エキシマ等の露光方式を提供することにある。

【００１３】また本発明の目的は、マスク上に形成され
た極微細な回路パターンと基板上に転写されるパターン
とが異なる場合でも、マスク上に形成された極微細な回
路パターンを高精度に検査できるようにしたマスク回路
パターン検査方式を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、可干渉性をあ
る程度維持したエキシマレーザ光等の光を照明手段と、
この照明手段によりマスク（レチクルも含む）を照明し
た光をウエハ上に結像する結像手段と、マスクを透過又
は反射して来る光のうち０次回折光の少なくとも一部を
遮光する遮光手段と備えたエキシマ等の露光装置あるい
は露光方法であり、上記課題を解決することができる。

【００１５】また、本発明は、上記空間フィルタを、該
照明手段のＮＡに相当する領域を遮光するもので形成す
ることを特徴とするエキシマ等の露光装置である。

【００１６】また、本発明は、上記照明手段として、イ
ンテグレータと空間フィルタとを有することを特徴する
エキシマ等の露光装置である。

【００１７】また、本発明は、上記マスクは、結像分解
能のほぼ１／２のライン幅で形成された回路パターンを
有することを特徴とするエキシマ露光装置である。

【００１８】また、本発明は、マスクに対して、多数の
仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を、露光
領域においてほぼ一様に施す照明手段と、該照明手段に
よってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過する光の
内、０次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光
する光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク
上に形成された回路パターンを基板上に結像する縮小投
影レンズとを備え、ステップアンドリピートして順次基
板上にマスクに形成された回路パターンをろこうする投
影式露光装置およびその方法である。

【００１９】また、本発明は、回路パターンが形成され
たマスクを照明し、照明されたマスクの回路パターンを
透過あるいは反射する光の内、０次回折光の少なくとも
一部を遮光して結像手段により結像させて基板上に転写
することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。

【００２０】また、本発明は、上記マスク上の回路パタ
ーンの最小ライン幅を、上記結像手段の結像分解能に適
合させて形成することを特徴とするエキシマ等の露光方
法である。

【００２１】また、本発明は、上記マスクは、結像分解
能のほぼ１／２のライン幅で形成された回路パターンを
有することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。

【００２２】また、本発明は、マスク上の回路パターン
は結像分解能のほぼ１／２のライン幅で形成されてお
り、更に基板上に転写した際の広い回路パターンについ
ては、マスク上において透過部が結像分解能のほぼ１／
２から１／３のピッチのラインアンドスペースあるいは
格子パターンで形成されていることを特徴とするエキシ
マ等の露光方法である。

【００２３】また、本発明は、マスク上に形成された回
路パターンの微細パターン部と大きなパターン部とに分
けて結像手段により結像させて基板上に転写することを
特徴とするエキシマ等の露光方法である。

【００２４】また、本発明は、配線データからマスクの
データを変換生成するマスクデータ変換手段と、該マス
クデータ変換手段から得られるマスクデータに対して、
マスク上に形成された回路パターンをエキシマレーザ光
を用いて基板上に転写する結像手段とほぼ等価の伝達関
数に基づく演算処理を施して基板上への転写パターンの
データを算出する算出手段とを備えたことを特徴とする
エキシマ等の露光方式である。

【００２５】また、本発明は、配線データからマスクの
データを変換生成するマスクデータ変換手段と、該マス
クデータ変換手段から得られるマスクデータに対して、
マスク上に形成された回路パターンをエキシマレーザ光
等の光を用いて基板上に転写する結像手段とほぼ等価の
伝達関数に基づく演算処理を施してウエハ上への転写パ
ターンのデータを算出する算出手段と、マスクをエキシ
マレーザ光等により照明する照明手段、該照明手段によ
って照明されたマスクを透過あるいは反射する光を検出
位置に結像し、且つ上記結像手段とほぼ等価の伝達関数
を有する結像手段及び該検出位置に結像された結像回路
パターンを受光して画像信号を得る受光手段を備えた検
査装置と、該検査装置の受光手段から得られる画像信号
と上記算出手段によって算出されたウエハ上への転写パ
ターンのデータとを比較する比較手段とを備えたことを
マスク回路パターン検査方式である。

【００２６】

【作用】エキシマレーザ光等の光を用いる露光装置にお
いて、基板上に転写する回路パターンのコントラストを
落す原因は、結像手段の開口（瞳）内に回折光を十分に
取り込めないことにある。ところでマスク上の回路パタ
ーンからは、使用波長および回路パターンの寸法に応じ
て光が回折する。この際、露光波長に対して、回路パタ
ーンが極微細なった場合、回折角度が大きくなり、また
回折光の強度も大きくなる。その結果、転写に用いる結
像手段（投影レンズ）の開口に光が入らなくなり、これ
が分解能を落す原因となる。

【００２７】そこで、この回折光をなるべく取りこぼさ
ないように、エキシマレーザステッパのように波長を短
くして回折成分を小さくするか、又は結像手段（投影レ
ンズ）のＮＡを大きくすることにより回折光をより多く
取り込むようにするものが考えられる。

【００２８】これに対して本発明は、マスク上の回路パ
ターンからの回折光は結像手段（投影レンズ）に取り込
まれる成分が少ないのに対し、マスク上の回路パターン
からの回折しない成分（０次回折光）は全てレンズに取
り込まれるという現象から、結像に必要な光のうち０次
回折光だけが結像手段（投影レンズ）に多く取り込まれ
ることになり、相対的に結像手段（投影レンズ）に回折
光成分が少なく取り込まれることに着目して、０次回折
光の少なくとも一部を遮光することにより、結像手段
（投影レンズ）から出射される回折光と０次回折光の光
量のバランスを相対的に良くし、マスク上に形成された
極微細の回路パターンを結像手段（投影レンズ）を通し
て基板上に結像転写されるコントラストを向上させて高
分解能の露光を実現しようとするものである。

【００２９】さらに、この０次回折光の遮光を効率よく
実現するには、マスクの照明光の可干渉性（コヒーレン
シー）を高くする必要がある。かつ、投影露光装置で
は、改造能力を高い空間周波数までもたせるために、照
明系の空間コヒーレンス度（シグマ、σ）を大きくして
いる。この２つの条件は、一見、背反するものである
が、位相差顕微鏡等で用いられて織る輪帯状の照明光源
を用いることで、同時に達成される。

【００３０】また、この輪帯状の光源は、可干渉性を高
くできるため、光学系の焦点深度を深くできる。

【００３１】特に本発明は、マスクに対して、多数の仮
想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を、露光領
域においてほぼ一様に施す照明手段と、該照明手段によ
ってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過する光の
内、０次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光
する光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク
上に形成された回路パターンを基板上に結像する縮小投
影レンズとを備えたことにより、マスク上に形成された
極微細の回路パターンを縮小投影レンズを通して基板上
に結像転写されるコントラストを向上させて高分解能の
露光を実現することができる。

【００３２】なお、本発明は、必ずしも、エキシマレー
ザ光を用いた投影式露光方法に限られるものでないこと
は明らかである。

【００３３】

【実施例】まず本発明の原理について、図１及び図７に
基いて説明する。

【００３４】即ち、本発明は、マスク上の回路パターン
を結像手段（投影レンズ）により基板上に忠実に転写す
るというより、コントラストを向上させて転写するもの
である。つまり、投影露光においては、必ずしも「回路
パターンを正確に転写する」必要はなく、「基板（ウェ
ハ）上に得たい回路パターンをコントラスト高く転写す
れば良い」という新しい技術思想に基づくものである。

【００３５】ところで、図１（ａ）は、ガラス基板１０
１上にクロム１０２によりマスク回路パターン１０４が
形成されたマスク１００の断面図である。図１（ｂ）の
波形３０１は、マスク回路パターン１０４について、図
４乃至図６に示す投影露光装置３０００によって基板
（ウエハ）２００上に結像された結像パターンの強信号
度分布である。この波形３０１を０次回折光による波形
３０２と高次回折光による波形３０３に分けて考える。
マスク回路パターン１０４が図１（ａ）に図示したよう
な微細な回路パターン１０５の場合、０次回折光による
波形３０２に対し、高次回折光による波形３０３が小さ
いため検出される波形３０１はコントラストＡＭ／ＡＶ
は小さくなる。ここで、０次回折光を遮光することによ
り、波形３０２の成分を除けるため、検出波形は波形３
０２のようなコントラストの高いものになる。

【００３６】また、本発明のもう一つの原理について以
下説明する。即ち、本発明は、このマスク上の隣合う回
路パターンの位相を位相膜を用いずに、反転させようと
（すなわちπずらそうと）するものである。図２及び図
３に示すように、マスク（レティクル）１００の隣合う
回路パターン３２１（Ａ）、３２３（Ｂ）の間の遮光部
が狭い場合には、完全に相補的な図形となり、該遮光部
が有限の幅を持つ場合には、近似的に相補的になる。そ
してマスク（レティクル）１００の隣合う回路パターン
３２１（Ａ）、３２３（Ｂ）は、結像光学系（投影レン
ズ）３２０１により回折像面３２０３に、バビネ（Ｂａ
ｂｉｎｅｔ）の原理により、フラウンホーファー回折像
では、中央の１点（０次回折光）を除いて、光強度が等
しく、位相がπずれることになる。この回折像面３２０
３において、０次回折光以外の回折パターンでは隣合う
回路パターン３２１（Ａ）、３２３（Ｂ）からの光は位
相が反転し（πずれている）、該回折パターン（回折像
面）上で遮光板３２４（結像空間フィルター３３０２）
により０次回折光の少なく一部を遮光することによっ
て、基板２００面（結像面）上に結像する光は、あたか
も位相が反転している（πずれている）隣合うパターン
からの光が結像しているのと等価になり、基板２００上
に高コントラストの極微細な回路パターン（ウエハ上で
０．１μｍ程度又はそれ以下の極微細な回路パターン）
を転写することができる。即ち、図２又は図３に示すよ
うに、回折像面で遮光板３２４（結像空間フィルター３
３０２）により０次回折光の少なくとも一部を遮光する
ことによって位相の反転した回折光のみが結像面に届く
ため、結像面からみると、あたかもマスク上に位相膜が
形成されているように見える。この結果、位相シフタ法
と同じ回路パターンをウエハ上に結像するようになり、
結像面の強度分布は、図７に示す従来の縮小投影露光の
場合と比較してウエハ２００上に高コントラストの極微
細な回路パターンが得られる。図７は、従来の縮小投影
露光の場合を説明するための図であり、隣合う微細の回
路パターン３２１、３２３の像は結像面においてコント
ラストが低くなっている。要するに、本発明に係る縮小
投影露光の場合は、図２及び図３に示すように、図７に
示す従来の縮小投影露光の場合と比較して結像面におい
てコントラストが高い極微細な回路パターン（ウエハ上
で０．１μｍ程度又はそれ以下の極微細な回路パター
ン）が転写露光されることになる。

【００３７】以下、図４に示した例について数式を用い
て説明する。図４の例では、水銀ランプ３１０１から射
出した光を集光レンズ３１０３により光源空間フィルタ
ー３３０１に集光し、コンデンサレンズ３１０６によ
り、マスク１００を照明する。

【００３８】マスクを透過した光は、一部を結像空間フ
ィルター３３０２により遮光され、結像レンズ３２０１
によりウエハ２００上に結像される。光源空間フィルタ
ー３３０１の形状をl(u,v)、マスク１００上のパターン
の形状をf(x,y)、結像空間フィルター３３０２の形状を
a(u,v)とすると、ウエハ２００での像の強度gp(x,y)は
以下の（数１）式で算出される。

【００３９】

【数１】

【００４０】（数１）式では、光源空間フィルター３１
０３上の各(u,v)から射出した光は互いに干渉しないた
め、結像面で強度を算出した後に積分している。ここ
で、久保田著、波動光学（岩波書店）によれば、一般に
光学系の分解能は、光学系のレスポンス関数、あるいは
光学的伝達関数(ＯＴＦ、Optical Transfer Function)
を用いて考えることができる。図４の例のレスポンス関
数Ｈ(u,v)は、物体面上のパターンf(x,y)、およびその
像の強度gp(x,y)を用いて以下の（数２）式で、算出さ
れる。

【００４１】

【数２】

【００４２】図３１に、曲線３５１に算出した本光学系
のレスポンス関数を示す。横軸は空間周波数ｓを示し、
参考のために対応する結像レンズの開口数（ＮＡ＝０．
３８の場合）を示している。縦軸は、０次の成分で正規
化したレスポンス関数を示している。ここで、点３５５
の位置は結像レンズの開口の大きさを示す。曲線３５２
は、従来の光学系すなわち光源空間フィルター３３０１
及び結像空間フィルター３３０２を用いない場合のレス
ポンス関数を示し、曲線３５３は位相シフト法による見
かけ上のレスポンス関数を示し、曲線３５４はレーザ等
コヒーレント光を用いた際のレスポンス関数を参考のた
めに示している。従来法のレスポンス関数３５２は以下
の（数３）式が示す位置ｓ１までレスポンス関数が延び
ている。

【００４３】

【数３】

【００４４】本発明による方法でも上記（数３）式に示
す位置までレスポンス関数が延びている点では、従来の
方法と同一であるが、曲線がＮＡ０．２付近から０．６
の位置まで安定した形状になっている。さらに本発明で
は、本光学系のレスポンス関数である曲線３５１に対し
て低周波成分のレスポンス関数を、後述するようなマス
クパターンの形状の工夫により低下させることにより、
本発明のシステム全体のレスポンス関数を、曲線３５６
の形状にしている。この曲線３５６を再度０次の成分で
正規化して示したのが曲線３５７であり、低周波成分か
ら高周波成分まで広い帯域にわたって安定したレスポン
ス関数を有している。これにより、本発明により微細な
パターンを高いコントラストで結像できることが示され
る。具体的には、例えば０．３μｍのラインアンドスペ
ースは点３５８の位置になり、このコントラストは、従
来法ではＣ１になるが、本発明ではＣ２という高い値に
なる。本発明では、前記（数１）式を用いて算出したレ
スポンス関数を最適にするように光源空間フィルター３
３０１および結像空間フィルター３３０２の形状を決定
している。以上のように、本発明により、低周波成分の
レスポンス関数を小さくすることにより、相対的に高周
波成分のレスポンス関数の値を大きくすることができ
る。

【００４５】また、輪帯状の光源空間フィルタ−を用い
ることにより、前記（数３）式による帯域までレスポン
ス関数を延ばすことができる。光源空間フィルタ−３３
０１及び結像空間フィルタ−３３０２の大きさ及び幅は
いずれも、前記（数２）式を用いてレスポンス関数を算
出することにより最適化することができる。

【００４６】シミュレーションにより、ウエハ２００で
の結像状況を算出して、マスク形状を確認する方法を後
述するが、前記（数１）式が解析的には解けないため、
前記（数１）式を基にして数値計算によって算出する。
また、前記（数２）式で算出できるレスポンス関数を求
め、以下の（数４）式により算出すると計算時間を短縮
できる。

【００４７】

【数４】

【００４８】図３２から図３７に光源空間フィルター３
３０１および結像空間フィルター３３０２の形状を決定
する方法を説明する。本発明の光学系は、いわゆる部分
的コヒーレンス結像の光学系であり、いわゆるレスポン
ス関数では十分説明できない。部分的コヒーレンス結像
の光学系については「ステッパの光学」（光学技術コン
タクト、Vol.27,No.12，ｐｐ．７６２−７７１）に説明
されている。この概念を用い本発明の輪帯状光源、およ
び輪帯状空間フィルターをもちいた光学系の結像特性を
算出する。

【００４９】この部分的コヒーレンス結像の結像特性
は、光源形状と検出光学系の瞳面の形状との関係を示す
Transmission Cross-Coefficient、Ｔ（ｘ1，ｘ2）と
いう概念を用いて以下の（数５）式で算出される。さら
に、上記「ステッパの光学」によれば、この光学系の結
像特性（ＯＴＦ、Optical Transfer Function)は最低次
のTransmission Cross-Coefficient、Ｔ（ｘ，０）によ
って近似的に決定される。また、Ｔ（ｘ，０）は光源形
状と瞳面の形状の相関関数で示される。

【００５０】

【数５】

【００５１】すなわち、複雑な（数５）式で示される部
分的コヒーレント結像の特性は、光源形状と瞳面形状の
相関関数という幾何の問題になる。図３２に、光源空間
フィルタ３３０１の光透過部３３０５、および結像空間
フィルタ３３０２の光遮光部３３０６を示す。座標ｘの
ときの光源と瞳面の相関関数は図３２の斜線部３６４の
面積で示される。同様に、従来技術の光源と瞳面の相関
関数を図３３の斜線部３６５に示す。

【００５２】図３６の曲線３６７に、図３２の場合の相
関関数、いいかえればTransmissionCross-Coefficien
t、Ｔ（ｘ，０）の算出値を示す。図３３に示す従来の
場合の相関関数、曲線３６６に比べて、高周波領域でそ
の値が大きくなっている。すなわち、コントラストが増
加する。この図３６は、Ｎ．Ａ．＝０．３８，σ＝０．
９の場合について計算したものである。また、図３６の
横軸には波長０．３６５ミクロンの場合に、各Ｎ．Ａ．
に相当する最小パターン寸法を示す。（例えば、０．３
はラインアンドスペース０．３ミクロンを意味する。）
０．３ミクロンのＯＴＦは従来例の約２倍になっている
のがわかる。

【００５３】また、図３５および図３６には、この光源
空間フィルタ３３０１および結像空間フィルタ３３０２
の形状設定の直感的理解を深め、設定を助けるための図
を示す。図３４（ａ）の斜線部Ａは光源の外径と遮光部
３３０６との相関関数を示し、図３４(b)の斜線部Ｂは
光源の内径と遮光部３３０６との相関関数を示す。ま
た、図３４（Ｃ）の斜線部Ｃは光源の透過部３３０５と
光学系の最大瞳との相関関数を示す。最終的な光源形状
と空間フィルターとの相関関数は、図３５の斜線部３６
７で示され、これは、上記のＣ−Ａ＋Ｂで求められる。
このように相関関数を求めることにより、空間フィルタ
あるいは和帯状照明の効果が直感的に理解でき、逆にこ
れらの形状を決定する際の助けになる。具体的には、輪
帯状照明によって、瞳面に到達する光において、中周波
領域３８１に対して、高周波領域３８２の値が大きくな
る。また、低周波領域３８３が大きすぎるのに対し、空
間フィルターの効果Ａ部およびＢ部を考慮することによ
り、低周波領域の値をさらに低減している。このよう
に、輪帯状照明、および空間フィルタの効果は直感的に
も説明された。

【００５４】もちろん、この光源形状および空間フィル
ターの形状は、（数５）式を基にして、評価されるべき
であり、近似的には、光源と空間フィルタの相関関数で
評価されるべきものである。

【００５５】また、この輪帯状の光源は、通常の光源に
比べて空間コヒーレンス度を向上させ可干渉性を高くで
きるため、光学系の焦点深度を深くできる。ここで、輪
帯状光源の帯幅が狭い程、光源の可干渉性が高くなるた
め焦点深度が上がり、輪帯状光源の輪帯の直径が大きい
ほど、空間コヒーレンス度が大きくなるため解像度が高
くなる。

【００５６】図３８に、本発明で用いている輪帯状光源
と輪帯状空間フィルターの効果について説明する。図３
８（ａ）には、結像空間フィルタ３３０２、結像レンズ
の瞳上に結像される光源の像３３０５ａ（０次回折
光）、及びマスク１００上にｙ方向に形成されたパター
ン（回路パターン）による光源の回折像３３０５ｂ，３
３０５ｃを示す。

【００５７】光源が輪帯状の場合を図３８（ａ）に示
し、円形の場合を図３８（ｂ）に示す。

【００５８】０次回折光を遮光するための輪帯状空間フ
ィルターを斜線部３７１で示す。この斜線部３７１によ
り光源の回折光３３０５ｂ，３３０５ｃの一部でもある
３７２も同時に遮光されることになるが、（ａ）の場合
は１０％から２０％だけが遮光されているが、（ｂ）の
場合は、４０％以上は遮光されている。すなわち、０次
回折光のみを効率よく遮光するという目的は、図３８
（ａ）の輪帯状の光源の方が効果的に達成される。つま
り、輪帯状の光源の方が性能が上がる。ここで輪帯状光
源の幅が小さいほど、遮光されてしまう回折光の比率が
小さくなる。

【００５９】また、本発明では、０次回折光の一部を遮
光するため図３９（ａ）に示したような光源の輪帯幅の
３０％程の狭さの輪帯幅を有する輪帯部３３０６を用い
ているが、０次回折光の一部を遮光すれば良いわけであ
るため、図３９（ｂ）に示したような輪帯幅は光源とほ
ぼ同じであって透過率を約７０％程度にした空間フィル
ターを用いても良い。勿論、輪帯幅を光源の像の輪帯幅
よりも小さくし、透過率を７０％よりも下げたものを用
いても良い。更に、ここでは０次回折光の遮光率をほぼ
３０％にした場合を示したが、遮光率は後で述べるよう
に３０％に限るものではない。更に、０次回折光の一部
を遮光するために輪帯部３３０６を透過率は１００％
で使用波長での位相がπずれるような位相板を用いても
良い。このようなフィルターも実質的に０次回折光の一
部を遮光するフィルターになる。更には、偏光と偏光板
を用いて遮光しても良い。

【００６０】更に、図４９に示したように、透過率を約
７０％にしたフィルターの輪帯幅を、光源の輪帯幅より
大きくしても良い。このような構成することにより、０
次回折光のみでなく、低次回折光の一部を遮光すること
ができ、ＭＴＦカーブをより良くすることができる。ま
た図３９（ａ）に示した例も、図４９の例のように低次
回折光の一部を遮光する構成になっている。

【００６１】以上説明したように、０次回折光を効率よ
く遮光するためには、輪帯状の光源が効果を発揮し、輪
帯の幅を小さくすると効果は大きくなる。ここで、輪帯
状光源を小さな光源が輪帯状に並んだものと考えること
ができる。すなわちコヒーレントな点光源の集合体と考
えることができる。そこで、図４０に示したように点光
源に近いような空間コヒーレンス度が０．１から０．３
程度の光源３７５の集合として、これに対応する位置に
光源３７５より小さな遮光板３７６を設置しても本発明
の目的は達成される。透過率を下げた遮光板３７６を用
いても良いことはいうまでもない。図４０（ａ）には、
輪帯状に並べた例を示す。さらに、この考え方を進める
と、図４０（ｂ）に示すように輪帯状の形をしていなく
ても０次回折光の遮光は達成される。同時に、図４０
（ｃ）に示すようにこのような光源と遮光板を何重かの
輪帯として並べてもよい。また、図４０（ｄ）のように
０次回折光の一部を遮光するために、対応する光源の一
部に対してのみ遮光板を設置してもよい。

【００６２】図４１（ａ），（ｂ）にはそれぞれ、光源
の光強度分布と空間フィルタの透過率を半径方向につい
て示している。ここで、図４１では、光強度分布および
透過率分布共に矩形の分布を示しているが、図４２に示
したように、なだらかな分布を示していても問題ない。
これは、ＯＴＦが、これらの相関関数で示されることを
考えれば理解できる。すなわち、重複部分について、加
重をとりながら積分していったのが相関関数であるた
め、なだらかな分布を示しても、相関関数の値は大きく
は変わらない。いずれの場合も半径方向に等しい分布、
同心円状の分布になっており、これが重要である。

【００６３】ここで説明した光源が図４２（ａ）のよう
に分布をもってもよいということは、図４０（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示す光源の強度を中心になるに従っ
て、小さくするような形であっても良いことを示してい
る。このような実施例では、図４１に示すような矩形の
光強度分布を持つ輪帯状の光源よりコヒーレンシーのな
い光源が作れると同時に低周波成分を更に小さくできる
という効果を有する。

【００６４】以上説明したように、本発明では、露光装
置あるいはその他の結像光学系で０次回折光の一部を効
率的に遮光するということが解像度向上及び焦点深度向
上という目的を解決する手段である。ところが、０次回
折光を効率的に遮光するためには、空間フィルターを配
置するフーリエ変換面で０次回折光と回折光が重なら
ず、分かれている必要があり、このためには、図１５の
光源３３０１に示すような従来の光源より照明光のコヒ
ーレンシーが高くなければならない。すなわち点光源に
近いことが望ましい。一方で、結像光学系の解像度を向
上するためには、光源の空間コヒーレンス度すなわちσ
値を大きくすることが望ましい。すなわち、大きな光源
が望ましいということになる。つまり、点光源であっ
て、大きな光源という相反することを両立させる必要が
ある。

【００６５】この相反することを両立させるのが本発明
の輪帯状光源と空間フィルタである。

【００６６】これを効率的に満足させるためには小さな
光源の集合体を用いることが一策である。さらに、この
集合体を大きな輪帯状に配置すれば大きな光源という条
件も満足する。すなわち、輪帯の幅を小さくすればコヒ
ーレンシーが増し焦点深度が向上し、輪帯の半径を大き
くすれば空間コヒーレンス度が増し解像度が向上する。

【００６７】そこで、以上の０次回折光の一部を遮光し
ながら、輪帯の半径を大きくしていくと、遮光部３３０
６（図３９）の径が光学系の瞳３２０３ａと同じ程度の
大きさになる条件が存在する。この条件が、０次回折光
の一部を遮光し、輪帯状光源の大きさが最大になる条件
である。すなわち、ある縮小投影レンズに関して、最大
の解像度を得られる条件となる。図４３（ａ），
（ｂ），（ｃ）に、この実施例を示す。いずれも光源空
間フィルター３３０１の大きさがレンズ瞳（光学系の瞳
３２０３ａ）より大きくなっている。一般には光源の大
きさを大きくすると焦点深度が浅くなり、リソグラフィ
には使用できないとされてきた。しかしながら、すでに
説明したように輪帯状の光源を用いることにより焦点深
度を深くすることができるため、図４３に示すような瞳
より大きな光源を用いることができる。この実施例も０
次回折光の一部で、瞳の外側の部分３７７を遮光する構
成になっている。この構成のＯＴＦも相関関数で現され
る。そこで、光源の大きさが瞳より小さい場合より、Ｏ
ＴＦの遮断周波数が延びるという効果がある。また、こ
の構成の他の効果として高い精度が必要な縮小投影レン
ズを用いず大Ｎ．Ａ．化が容易な照明系の改良のみで解
像度を向上できる点がある。この実施例では、Ｎ．Ａ．
０．４のレンズを用いｉ線で概ね０．２μｍのパターン
を転写することができる。

【００６８】これらの０次回折光遮光の結像系で重要な
ことは、ＯＴＦカーブが緩やかに単調減少することであ
る。図４４に本発明のＯＴＦ３７８を示す。ここで、Ｏ
ＴＦが緩やかでなく、３７９のように波うっている場
合、波の極小点付近でコントラストが低くなることにな
り、様々な空間周波数成分を持つ実際のＬＳＩパターン
ではパターンが正しく転写しない。但し、特定の空間周
波数成分のみから形成されている特殊なパターンではこ
の限りでなく、特定の空間周波数に対してだけコントラ
ストを大きくすればよい。すなわち、ＭＴＦ（Modulati
on Transfer Function）カーブが特定の幅Ｗｂの範囲
にある必要がある。このＷｂは、後述する転写シミュレ
ータで算出した転写結果より算出されるべきものであ
る。

【００６９】従って、図４３に示した光源が大きい場合
にもこの緩やかに単調減少するＯＴＦが必要になる。こ
のことから、実際のＬＳＩのパターンを転写する場合
は、図４３に示したように光源の内径と縮小投影レンズ
の瞳径の差と光源の外径と縮小投影レンズの瞳径の差が
ほぼ等しいのが望ましい。現実的な焦点深度を得るため
には縮小投影レンズの瞳径と内径との比率が０．６以上
有るのが望ましい。

【００７０】また、図４３（ａ）の例で、縮小投影レン
ズの瞳内で光源の０次回折光の像が形成される部分のう
ち、瞳の内側の部分３８０に適当な値の透過率をもつフ
ィルタを配置しても良い。この場合、光源瞳外の部分３
７７の幅を小さくでき、従って光源の大きさも小さくで
きる効果も有する。また、逆に縮小投影レンズの瞳内の
部分３８０の幅を３７７に対して太くできる。この場合
光強度を大きくし易い広い帯域で安定したコントラスト
を保やすい等の効果を生む。

【００７１】更に、輪帯の光源の外径を、縮小投影レン
ズの瞳の外径と同じ大きさにしても本発明の目的をある
程度達成することができる。但し、図４３（ａ）に示す
構成は、縮小投影レンズの瞳に空間フィルタを入れなく
して、０次回折光の一部をカットすることができるた
め、構成が単純であり、実施しやすいという効果を有す
る。

【００７２】さらに、図４６に示したように、図４３の
光源のさらに外側に輪帯状光源３７８を設置することに
より解像度はさらに向上する。この図４６に示した光源
を実施した例を図４７に示す。このようにＮ．Ａ．を大
きくした光源はレンズ系では難しいためレーザ光源３１
２１、ビーム走査手段３１２２、リング状ミラー３１２
３、３１２４を用いた構成としている。この実施例の場
合、ｉ線のＮ．Ａ．０．４のレンズを用い、０．１５μ
ｍが解像できる。

【００７３】なお、本実施例も０次回折光の一部を遮光
している点で、本発明の基本思想と何等変わるところは
ない。

【００７４】次に、本発明に係るパターン転写系（縮小
投影露光光学系）３０００の一実施例について、図４乃
至図６に基いて説明する。即ち、パターン転写系（縮小
投影露光光学系）３０００では、Ｈｇランプ３１０１か
らの光のうち、波長３６５ｎｍのｉ線を色フィルタ３１
０２（図８参照）により選択的に透過させ、集光レンズ
３１０３により、インテグレータ３１０４の面に集光さ
れる。インテグレータ３１０４内の各エレメント３１０
７（図９）に入射した光が、個々に射出角αとして射出
し、コンデンサレンズ３１０６により、マスク１００上
を照明する。ここで、インテグレータ３１０４について
は後述する。光源空間フィルター３３０１として仮想の
多数の点光源を配列した形の輪帯状に形成してインテグ
レータ３１０４の出力端付近に設置される。

【００７５】そして、マスク１００上のマスク回路パタ
ーン１０４（例えば図２０に示す。

【００７６】）を透過・回折した光は、結像レンズ（縮
小投影レンズ）３２０１及び該結像レンズ３２０１の瞳
の付近に設置された結像空間フィルター３３０２を通し
て、ウエハ（基板）２００２００上に高コントラストを
有するウエハ回路パターン２０４（例えば図１８に示
す。）として結像転写される。

【００７７】ところで、仮想の多数の点光源を配列した
形の輪帯状に形成された光源空間フィルター３３０１の
像が、コンデンサレンズ３１０６及び結像レンズ（縮小
投影レンズ）３２０１により輪帯状に形成された結像空
間フィルター３３０２の位置に結像する関係になってい
る。本実施例での光源空間フィルター３３０１及び結像
空間フィルター３３０２の結像関係を図１３及び図１４
に示す。光源空間フィルター３３０１及び結像空間フィ
ルター３３０２とも輪帯状の形状をしている。

【００７８】光源空間フィルター３３０１は、外径ＤＬ
Ｏ，内径ＤＬＩの輪帯部３３０５の光源を形成するよう
になっており、輪帯部３３０５の内側、外側とも遮光さ
れる。

【００７９】結像空間フィルター３３０２は、外径ＤＬ
Ｏ，内径ＤＬＩの輪帯部３３０６が遮光されており、輪
帯部３３０６の内側、外側とも光を透過する構造になっ
ている。なお、結像レンズ（縮小投影レンズ）３２０１
の入射部を３２０５で示し、出射部を３２０６で示す。

【００８０】ここで、結像空間フィルタ３３０２は結像
レンズ３２０１の前側の位置３２０２であっても、結像
レンズの後側の位置３２０４であっても、また結像レン
ズ内の瞳の位置３２０３であっても良い。設計上最も効
果の良好なのは位置３２０３の場合であり，コストが最
も低くかつ効果の十分にでるのは位置３２０４の場合で
ある。図１１に位置３２０４に結像空間フィルター３３
０２を載置した結像レンズ３２０１の斜視図を示す。結
像空間フィルター３３０２は金属板で形成しているため
支持棒３３１１で支持している。この支持棒３３１１は
少ないほどまた細いほど良いのは言うまでもない。また
図１２には、ガラス基板３３１２上に遮光膜３３１３を
形成することにより形成された結像空間フィルター３３
０２の例を示す。この場合、支持棒３３１１は不用であ
るが、ガラス基板３３１２による収差の分を考慮して結
像レンズ３２０１を設計する必要がある。

【００８１】ここで、光源空間フィルター３３０１、結
像空間フィルター３３０２間の結像倍率をＭとすると、
図１３に示すように光源空間フィルター３３０１の外径
であるＤＬＩ、結像空間フィルター３３０２の外径であ
るＤＩＯ、結像空間フィルター３３０２の内径であるＤ
ＩＩ間の関係については後述する。要するに、０次回折
光の一部ないし全部が遮光されれば、高コントラストで
マスク上の微細な回路パターンをウエハ上に結像させる
ことができる。

【００８２】このように、光源空間フィルター３３０１
のＤＬＯ，ＤＬＩはもとより、結像空間フィルター３３
０２のＤＩＯ，ＤＩＩについて、液晶表示素子等の可変
空間フィルターに構成するか、それぞれ異なる寸法の空
間フィルターを複数備えてそれらを交換することによっ
て、空間フィルターの輪帯状の寸法を制御することが可
能である。

【００８３】次に本発明の投影露光システムの全体の一
実施例を図８乃至図１７に基づいて説明する。

【００８４】まず、パターンデータ生成系１０００につ
いて説明する。

【００８５】パターンデータ生成系１０００において、
配線データ作成部１１０２は、設計データ等の配線図面
データ１１０１に基づいて、基板（ウェハ）２００上に
形成したいウェハパターン形状データ１１０３が形成さ
れる。パターン変換部１１０４は、このウエハパターン
形状データ１１０３を基にして、マスク（レティクル）
１００上に形成したいマスクパターン形状データ１１０
５に変換する。この際、パターン転写シミュレータ１１
０８は、パターン変換部１１０４で変換されたマスク１
００上のマスクパターンが、配線データ作成部１１０２
によって形成されたウエハパターン形状データ１１０３
と、光源空間フィルター３３０１の輪帯部３３０５の外
径ＤＬＯ、内径ＤＬＩ等の設定条件、及び結像空間フィ
ルター３３０２の輪帯部３３０６の外径ＤＩＯ、内径Ｄ
ＩＩ等の設定条件とに基づいて、実際パターン転写光学
系３０００で基板２００上に露光した際のウェハパター
ン形状データ１１０３と近似的に一致するかどかがチェ
ックされ、パターン変換部１１０４にフィードバックさ
れ、修正されると共に、ウエハパターン形状データ１１
０３に合った空間フィルターの最適形状（輪帯部３３０
５の外径ＤＬＯ、内径ＤＬＩ等、輪帯部３３０６の外径
ＤＩＯ、内径ＤＩＩ等）を求め、その結果を空間フィル
ター制御系３３０５を介して光源空間フィルター制御部
（調整部）３３０３及び結像空間フィルター制御部（調
整部）３３０４に導き、光源空間フィルター３３０１及
び結像空間フィルター３３０２の形状を制御（調整）す
る。パターン生成部１１０６は、パターン変換部１１０
４によって変換されたマスクパターン形状データ１１０
５に基づいて電子線描画装置２１０３に合うＥＢデータ
１１０７に変換する。

【００８６】次に、マスク製作系２０００について説明
する。即ち、マスク製作系２０００において、成膜装置
２１０１は、マスク基板１０１上に金属クロムあるい
は、酸化クロムあるいは、金属クロムと酸化クロムの複
数の積層膜（図示せず）を形成する。

【００８７】塗布装置２１０２は、成膜装置２１０１に
よって形成されたマスク基板１０１上にレジスト膜（図
示せず）を塗布する。そして、電子線描画装置２１０３
は、パターン生成部１１０６から生成されるＥＢデータ
１１０７に従い、マスクパターン形状データ１１０５と
同一の回路パターンを描画して形成する。この後、現像
装置２１０４により、マスク基板１０１上の回路パター
ンを現像してマスク１００は完成する。完成したマスク
１００は、パターン検査装置２１０６において検出され
た画像データとマスクパターンデータ１１０３又はウエ
ハパターンデータ１１０５又は転写シミュレータ１１０
８からのデータと比較してパターン検査し、不良があれ
ばイオンビーム加工装置等で構成されたパターン修正装
置２１０５で修正、最後に異物検査装置２１０７でマス
ク１００上の異物の検査をする．異物があれば洗浄装置
２１０８で洗浄する。ここで、本発明によるマスク１０
０は、例えば図２０に示すように、１層の膜１０２で形
成できるので、位相シフタのマスクに比べて洗浄し安い
という特徴を有する。また、該マスク１００を位相シフ
タのマスクに比べて容易に製造することができる。ま
た、上記パターン検査装置２１０５では、検出された画
像データと、マスクパターンデータ１１０３又はウエハ
パターンデータ１１０５又は転写シミュレータ１１０８
からのデータのいずれと比較しても良い。ただし、パタ
ーン検査装置２１０５の光源及び結像光学系を本発明に
係るパターン転写系（縮小投影露光系）３０００と等価
にして、ウエハパターンデータ１１０５と比較検査する
のが、最も効果的である。即ち、パターン検査装置２１
０５は、パターン転写系（縮小投影露光系）３０００と
等価の光学系で構成し、マスクステージ３４０１上に検
査すべきマスク１００を設置し、ウエハ（基板）２００
が設置される位置に受光素子を配置して受光素子上に結
像される画像を検出するようにすればよい。このように
パターン検査装置２１０５を構成することによって、実
際ウエハ上に投影露光される極微細な回路パターン（ウ
エハ上で０．１μｍ程度又はそれ以下の極微細な回路パ
ターン）と同じ回路パターンが光の干渉に影響を受ける
ことなく、受光素子から高コントラストの画像信号とし
て検出することができ、その結果ウエハパターンデータ
１１０５と比較検査することにより、微細な回路パター
ンでも、正確に検査することができる。

【００８８】次に本発明の重要な構成であるパターン転
写系（縮小投影露光光学系）３０００について説明す
る。即ち、パターン転写系３０００では、Ｈｇランプ３
１０１からの光のうち、波長３６５ｎｍのｉ線を色フィ
ルタ３１０２により選択的に透過させ、集光レンズ３１
０３により、インテグレータ３１０４の面に集光され
る。インテグレータ３１０４内の各エレメント３１０７
（図９）に入射した光が、個々に射出角αとして射出
し、コンデンサレンズ３１０６により、マスク１００上
を照明する。ここで、図９及び図１０のそれぞれにイン
テグレータ３１０４の異なった実施例の構成を示す。図
９には、インテグレータ３１０４の断面が輪帯状の場合
を示す。また図１０には、輪帯状の形状を遮光板３１０
５によって形成したインテグレータ３１０４の実施例を
示す。要するに空間フィルタの役目をするものであれ
ば、即ち輪帯状に遮光機能を有するものであれば、他の
構成であってもよいことは明らかである。なお、上記の
ように構成された光源空間フィルタ３３０１のＤＬＩ、
ＤＬＯは、可変空間フィルタに構成するか、それぞれ異
なる寸法の空間フィルタを複数備えてそれらを交換する
ことによって制御できるようにして、光源空間フィルタ
ー制御部（調整部）３３０３からの指令で制御または調
整できるようにすることが望ましい。そうしないと、非
常に自由度の面で制約を受けることになる。

【００８９】ここで、本実施例では、光源面に遮光版を
置いた場合総合的な露光量が減ることになる。従って、
光源の光強度を大きくする必要がある。ところが従来の
ランプでは光強度を大きくすることが難しかった。ファ
イバー照明用ストロボ光源が平成３年秋季応用物理学会
学術講演会１１ｐ−ＺＨ−８、山本他「ファイバー照明
用ストロボ光源の開発研究」に開示されている。ここで
開示されているようなストロボ光源は従来露光装置には
使用されていなかった。しかしながら、光強度を十分得
る必要がある本発明ではこのようなランプを用いる事は
効果的である。

【００９０】さらに、この光源は光源の径が大きいため
本発明に適している。

【００９１】また、本発明の図４３に示す実施例では、
図４８に示すような光ファイバーを用いたインタグレー
ターが効果的である。この光ファイバーを用いたインテ
グレーターは、多数の光ファイバー３８５を束ねたもの
である。光の導入面３１３１は光源３１０１からの光を
集光し安いように円形であり、光の射出面は輪帯状にな
るように光ファイバーの束を束ねなおしたものである。
このように光ファイバーを用いることにより、水銀ラン
プ等の円形の光源形状を有する光源を用い、輪帯状の光
源を効率的に作成できる。さらに、光ファイバーを用い
ることでインテグレーター３１０４をフルキシブルに作
成できるため、熱源である光源を温度制御が必要な装置
本体から離して設置できるという効果がある。

【００９２】ここで、図４８に示したファイバーの束
を、固着せずにばらばらの状態にしておき、外径、内径
を可変にできる構成にしておくと良い。このような可変
機構は光源空間フィルター制御機構３３０３により制御
される。

【００９３】そして、マスク１００上のマスクパターン
１０４（図２１）を透過・回折した光は、結像レンズ３
２０１及び結像空間フィルタ３３０２を通して、ウェハ
２００上にウェハパターン２０４（例えば図１８に示
す。）として結像する。

【００９４】

【００９５】ここで、光源空間フィルター３３０１の像
がコンデンサレンズ３１０６、結像レンズ３２０１によ
り結像空間フィルター３３０２の位置に結像する関係に
なっている。本実施例での光源空間フィルター３３０１
及び結像空間フィルター３３０２の結像関係を図１３及
び図１４に示す。光源空間フィルター及び結像空間フィ
ルターとも輪帯状の形状をしており、光源空間フィルタ
ー３３０１は、外径ＤＬＯ、内径ＤＬＩの輪帯部３３０
５を有し、輪帯部３３０５の内側、外側とも遮光され
る。結像空間フィルター３３０２は、外径ＤＩＯ、内径
ＤＩＩの輪帯部３３０６が遮光されており、輪帯部３３
０６の内側、外側とも光を透過する構造になっている。
光源空間フィルター３３０１、結像空間フィルター３３
０２間の結像倍率をＭとすると、ＤＬＯ，ＤＬＩ，ＤＩ
Ｏ，ＤＩＩ間には次式（数６）の関係がある。

【００９６】

【数６】ＤＩＯ = Ｍ・δ・ＤＬＯＤＩＩ = Ｍ・ε・ＤＬＩＭ・ＤＬＩ≦ＤＩＩ≦ＤＩＯ≦Ｍ・ＤＬＯ・・・（数６）ここで，δ，εは、係数であり、次式（数６）を満た
す。

【００９７】

【数７】０．７≦δ≦１．０１．０≦ε≦１．３・・・（数７）尚、これら係数は、上記の式（数７）を満たすときに本
発明の効果が最も顕著に現れる。しかしながら、必ずし
もこれらの式を満たす必要はなく、０次回折光の一部な
いし全部が遮光されれば良い。

【００９８】また、δ及びεを設定するに当たり、パタ
ーン転写シミュレータ１１０８により最もコントラスト
の高い空間フィルターのδ及びεの値が選定される。

【００９９】図２３にδ及びεの値を変えたときのコン
トラストをしめす。この図によればδが０．８εが１．
１の時最も良好なコントラストが得られる。しかし、こ
の値の時のみ良好なコントラストが得られるものでない
ことは図２３から明らかである。

【０１００】ここで結像レンズ（縮小投影光学系）３２
００の射出側３２０４の開口数をＮＡＯ、同じ３２０４
の位置での光源の像を投影したものの開口数をＮＡＬと
する。ここでＮＡＬ／ＮＡＯを空間コヒーレンス度σと
定義する。図２４に、このσとコントラストの関係を示
す。σが０．９程度の時最も良好なコントラストが得ら
れている。しかし、σが０．９より多少ズレたとして
も、高コントラストは得られる。

【０１０１】本発明の目的が最も顕著に達成されるの
は、図１３に示した光源空間フィルター３３０１及び結
像空間フィルター３３０２を用いた場合であるが、本発
明の目的は０次回折光の一部あるいは全部を遮光するこ
とによって達成されるため、図１４から図１７に示した
空間フィルターを用いても高コントラストの回路パター
ンをウエハ上に結像させることができる。図１４から図
１７に示した空間フィルターでは、図に示した斜線部が
遮光部である。ただし、図１３及び図１４のうちで、そ
れぞれ右端に示した図は、位置関係を示すために、結像
空間フィルタ面上に光源空間フィルタの像が投影された
状態を示した図である。

【０１０２】なお、パターン転写系３０００は、Ｈｇラ
ンプ３１０１、色フィルター３１０２、集光レンズ３１
０３、インテグレータ３１０４及びコンデンサレンズ３
１０６より構成される光源部３１００と、結像レンズ３
２０１より構成される結像光学系３２００と、光源空間
フィルター３３０１、結像空間フィルター３３０２、光
源空間フィルター３３０１を制御する光源空間フィルタ
制御部（調整部）３３０３、結像空間フィルター３３０
２を制御する結像空間フィルタ制御部（調整部）３３０
４並びにパターン転写シミュレータ１１０８から得られ
るＤＬＯ，ＤＬＩ，ＤＩＯ，ＤＩＩ等の指令信号に基い
て光源空間フィルタ制御部（調整部）３３０３、結像空
間フィルタ制御部（調整部）３３０４及び位置決めマー
ク検出部３４０３に制御信号を送出して全体を制御する
全体制御部３３０５より構成される空間フィルター制御
系（調整系）３３００と、マスク１００を載置するマス
クステージ３４０１、ウエハ２００を載置するウェハス
テージ３４０２、ウエハ上の位置決めマークを検出する
位置決めマーク検出部３４０３、位置決めマーク検出部
３４０３からの指令でマスクステージ３３０４を制御す
るマスクステージ制御系３４０４及び位置決めマーク検
出部３４０３からの指令でウエハステージ３４０２を制
御するウエハステージ制御系３４０５より構成される位
置決め部３４００とにより構成される。

【０１０３】上記構成により次のように動作する。即
ち、マスク製作系２０００で製作されたマスク１００
は、マスクステージ３４０１に載置され、光源部３１０
０により照明される。マスク１００を透過して結像空間
フィルタ３３０２上に到達した光源部３１００内の光源
空間フィルター３３０１からの０次回折光の一部が、結
像空間フィルター３３０２により遮光され、高次回折光
と０次回折光の一部が結像光学系（縮小投影レンズ）３
２００を通してウエハ２００上に回路パターンを結像す
る。

【０１０４】ここで、空間フィルターとして図１３に示
したように、仮想の多数の点光源を配列して形成した輪
帯状のものを用いているのは光源に可干渉性を持たせる
ためである。干渉性は、時間的なものと空間的なものの
２つある。この時間的可干渉性は光源の波長の帯域であ
り、帯域の短い光ほど干渉性が高い。空間的干渉性は、
光源の大きさであり、本発明では、光源空間フィルター
３３０１の大きさに当たる。ところが、干渉性を上げる
ために光源の大きさを小さくすると、光源の光強度が小
さくなってしまい露光時間が長くなり、露光のスループ
ットが落ちる。

【０１０５】そこで、輪帯状の光源空間フィルター３３
０１を用いると、コンデンサレンズ３１０６および結像
レンズ３２０１を介して結像空間フィルタ３３０２の位
置に結像される光源空間フィルター３３０１の像は０次
回折光により形成される。つまり、輪帯状の光源空間フ
ィルター３３０１を用いることにより強度の強い、且つ
干渉性のある光源を実現できる。これは、位相差顕微鏡
において白色光から可干渉光を得るのに輪帯状の空間フ
ィルターを用いるのと同一のものであり、久保田著、波
動光学（岩波書店）に示されている。

【０１０６】光源空間フィルター３３０１が輪帯状の形
状をしているのには、もう一つの理由がある。先に説明
したように、転写したいウエハ上パターンの寸法とその
寸法のパターンを最もコントラスト高く転写する光源の
空間コヒーレンス度との間には図に示したような関係が
ある。そこで、転写したいパターンの寸法（ピッチ）に
合わせて空間コヒーレンス度を決定すると本発明の効果
は、顕著に現れる。すなわち光源空間フィルター３３０
１が輪帯状の形状をしているもう一つの理由は、光源空
間フィルター３３０１および結像空間フィルター３３０
２を輪帯状に形成することで、空間コヒーレンス度すな
わち輪帯の大きさを制御し易くできるからである。しか
しながら、輪帯状光源と空間フィルターの輪帯半径（空
間コヒーレンス度）はできる限り大きい方が解像度は向
上することはいうまでもない。

【０１０７】また、本発明では、輪帯状光源も空間フィ
ルターも同心円としている。同心円状にすることによっ
て、ＭＴＦが転写すべき回路パターンに対して方向性を
持たせなくできる。様々な方向の回路パターンを有する
ＬＳＩ回路パターンを転写する際にはＭＴＦが方向性を
持たないことが重要である。更に同心円のフィルター
は、図１７に示すような非同心円のフィルターに比べ、
レンズに複雑な収差が入りにくいという効果を持つ。

【０１０８】以上の効果は、０次回折光と高次回折光の
強度のバランスをとれれば達成できるので、結像空間フ
ィルター３３０２を省き、光源空間フィルター３３０１
のみでもやや低いが達成することができる。逆に、光源
空間フィルター３３０１を省き、結像空間フィルター３
３０２のみでも上記効果はやや低いものが達成すること
ができる。

【０１０９】次にパターンの形成方法について、更に具
体的に図１８〜図２２を用いて説明する。即ち、以上説
明したように、本発明の目的は、光源空間フィルター３
３０１及び結像空間フィルター３３０２を用いることに
より達成できるが、以下説明するようにマスクパターン
１０４を工夫することで更に本発明の効果を向上させる
ことができる。

【０１１０】マスク１００上に形成する等しいピッチの
ラインスペースパターンのライン幅（すなわち光透過部
分の幅、光遮光部分の幅をスペース幅と定義する）を変
えた時、結像光学系３２００でウエハ２００上に投影さ
れた回路パターンのコントラストはライン幅が小さくな
ると大きくなる。つまりピッチを変えずにライン幅を小
さくする、言い換えるとピッチを変えずにスペース幅を
大きくするとよい。ここでライン幅を小さくすると光強
度は小さくなるため、露光時間を長くする必要がでて来
る。そこで、マスク１００上に形成する回路パターンの
ライン幅は、回路パターンを転写するのに必要なコント
ラストと露光時間とのかねあいで決定されるものであ
る。

【０１１１】従って、本発明による露光方法では、マス
クパターン１０４を形成するライン幅は一定にすること
が望ましい。そのため、幅の広いウエハパターン２０４
を形成したい場合は、工夫がいる。ここでこのライン幅
が一定にできず広くなった場合、結像面での光強度が周
辺のライン幅が一定のパターンに対し大きくなり、レジ
スト現像後の転写パターンの形状が本来得ようとする回
路パターンと大きくかけ離れたものとなってしまう。こ
れは、一部に光強度の大きい回路パターンがあった場
合、ここから回り込む光による影響と考えられる。

【０１１２】この広い回路パターンを正しく形成するに
は、光強度を周辺のライン幅一定の回路パターンと同じ
光強度で形成する必要がある。この広い回路パターンの
形成方法を図を用いて説明する。結像光学系３２００を
用いて回路パターンを転写する際、結像光学系の分解能
より十分小さい回路パターンは解像できず、均一なもの
として結像される。上記の広い回路パターンを結像する
際は、この現象を利用する。即ち、本光学系の分解能以
下の微細パターンを図２０、２１に１０５、１０６、１
０８で示すようにマスク１００上に形成することで図１
８、１９に示すように広い回路パターンをウエハ２００
上に転写することができる。

【０１１３】図２５はラインスペースパターンのピッチ
を変えた時のコントラストを示したものである。図２５
のようにコントラストはピッチが小さくなると小さくな
る。

【０１１４】つまりピッチを小さくするとコントラスト
がほぼ０になる位置３３１がある。広い回路パターンの
全面を白くしたい場合、この３３１の位置のピッチのパ
ターンを用いるとよい。具体的には、解像したいパター
ンのピッチの１／２程度のパターンが最も良い。このピ
ッチの時、広い回路パターンの光強度が最小パターンの
光強度と同程度になる。

【０１１５】具体的には、図１８に示したようなウエハ
パターン２０４を得ようという場合、図２０に示したよ
うなマスクパターンを製作し、ネガレジストを使用する
か、図２１に示したようなマスクパターンを製作し、ポ
ジレジストを使用すればよい。この場合、光を透過させ
たいパターン１０５、１０６、１０７、１０８は、図２
２に示したようなピッチの小さいパターンによって形成
される。また、これら１０５、１０６、１０７、１０８
のように広い範囲にわたって光を透過させたい場合のマ
スクパターン１０４は、パターン変換部１１０４で自動
生成され、必要に応じパターン転写シミュレータ１１０
８でシミュレートされる。

【０１１６】ここでの１／２ピッチのパターンはＸ方向
あるいはＹ方向の一方のみ１／２ピッチであれば良い。
もちろんＸ，Ｙ両方向が１／２ピッチの格子パターンで
あっても良いのは言うまでもない。またピッチは必ずし
も１／２である必要はなく、ウエハパターン２０４上で
光強度が必要十分になる他のピッチであっても良い。

【０１１７】以上の方法により、極微細な回路パターン
と大きな回路パターンとが混在したマスクの場合であっ
ても１回の縮小投影露光で転写することができる。しか
しながら、極微細な回路パターンと大きな回路パターン
を２回以上の縮小投影露光で転写する場合は、以上の方
法による必要はなく、ライン幅の一定なパターンのみで
パターン１０４を形成できる。この場合は、パターン変
換部１１０４などのシステムが不用になるという効果を
有する。

【０１１８】以上説明したように、本発明による方法で
は、位相シフタを配置する必要がないのでパターン変換
部１１０４での処理が簡単であり、時間を省き、間違い
を減らすという効果がある。

【０１１９】また、本実施例では、一定のライン幅の回
路パターンを基本としてマスクパターンを変換したが、
メモリなど繰り返し部の多い回路パターンでは、転写シ
ミュレータ１１０８でシミュレーションしながら最適な
ウエハパターン２０４を得られるようなマスクパターン
１０４を求めても良い。つまりメモリセルごとに転写シ
ミュレータ１１０８でマスクパターン１０４を求めるわ
けである。

【０１２０】次にマスクパターンのウェハ上の転写メカ
ニズムについて、図１、図２、図３を用いて説明する。
図１（ａ）は、ガラス基板１０１上にクロム１０２によ
りマスクパターン１０４が形成されたマスク１００の断
面図である。図１（ｂ）の波形３０１は、マスクパター
ン１０４の結像パターンの強信号度分布である。波形３
０１は０次回折光による波形３０２と高次回折光による
波形３０３に分けて考えれる。マスクパターン１０４が
図示したような微細なパターン１０５の場合、０次回折
光による波形３０２に対し高次回折光による波形３０３
が小さいため検出される波形３０１はコントラストＡＭ
／ＡＶは小さくなる。ここで、０次回折光を遮光するこ
とにより、波形３０２の成分を除けるため，検出波形は
波形３０３のようなコントラストの高いものになる。

【０１２１】また、バビネの原理によれば、０次回折光
以外の回折パターンでは隣合うパターンからの光はあた
かも隣合うパターンの位相が反転している（πずれてい
る）ように見えることになる。つまり、回折パターン上
で０次回折光を遮光すれば、ウエハ面上に結像する光
は、あたかも位相が反転している（πずれている）隣合
うパターンからの光が結像しているのと等価になる。こ
の技術思想に基いて図２及び図３に示すように回折像面
で遮光板３２４（結像空間フィルター３３０２）により
０次回折光の少なくとも一部を遮光することによって図
２及び図３に示すように位相の反転した回折光のみが結
像面に届くため、結像面の強度分布はコントラストの高
いものになる。

【０１２２】次にコントラスト向上メカニズムについて
説明する。即ち、一例として、図２６に示したマスク上
に形成された回路パターンの転写結果を図２７に示し、
図２８にピッチＰＩＴを変えたときのコントラストの変
化を示す。従来の縮小投影露光方法では、３４２で示す
ようにコントラストがパターンサイズが極微細するに従
って急激に落ちるのに対して、本発明による縮小投影露
光方法では、３４１に示すようにコントラストが落ちな
いのが分かる。

【０１２３】図２９に本発明による縮小投影露光方法の
焦点深度の評価例を示す。本発明によれば、３４３で示
すように、コントラストは±１．５μｍの範囲で約８０
％以上の値を示している。従来の縮小投影露光方法で
は、３４４で示すように、焦点ずれによりコントラスト
が急激に落ちている。このことは、本発明によりレジス
ト膜厚の厚いレジストに対応でき、結果として、高いア
スペクト比でレジストによるウエハパターンを形成でき
ることを示している。この結果、エッチング時にレジス
トの持ちがよく高アスペクト比のパターンを形成でき
る。

【０１２４】同様に図３７に、本発明の焦点深度３６２
と位相シフタ法の焦点深度３６３を示す。両者はほぼ一
致し、本発明の焦点深度３６２は、従来の方法の焦点深
度３６１に比べて、十分に良好な結果を示している。

【０１２５】図３０に光源としてｉ線より短波長のエキ
シマレーザを用いたいわゆるエキシマステッパの実施例
を示す。この実施例によれば、光源空間フィルター３３
０１の位置に輪帯状の形状になるようにエキシマレーザ
光を走査することで、光源空間フィルター３３０１の効
果が達成できる。この実施例によれば、光源空間フィル
ター３３０１の形状は、走査部を制御することで容易に
制御することができる。即ち、この実施例は、図８に示
す実施例の光源部３１００に、さらに波長の短いＫｒＦ
（ふっ化クリプトン）等のガスを用いたエキシマレーザ
を用いた例である。このようにさらに短い波長の光を用
いることでさらに微細な回路パターンを転写することが
できる。この実施例では、他の波長のレーザを用いても
良いことは言うまでもない。この実施例の光源部３１０
０は、エキシマレーザ３１１１、シャッター３１０８、
ビームエキスパンダ３１１２、Ｘガルバノミラー３１１
３、Ｙガルバノミラー３１１４、インテグレータ３１０
４、インテグレータ冷却手段（図示せず）、コンデンサ
レンズ３１０６より構成され、空間フィルター部３３０
０は、走査制御系３３１１、液晶表示素子３３１２、液
晶制御系３３１３より構成され、図８に示す実施例の光
源空間フィルター調整系３３０３はＸガルバノミラー３
１１３、Ｙガルバノミラー３１１４、走査制御系３３１
１に当たる。ここで、インテグレータ冷却手段３１２０
は、エキシマレーザの光がインテグレータに集中するこ
とによるインテグレータの温度の上昇を防ぐものであ
り、具体的には、冷却水を循環するものでもあるいは冷
却用の窒素ガス等を吹き付けるものであってもよい。そ
の他の構成要素は、図８に示す実施例に準じる。即ち、
この実施例では、光源空間フィルター３３０１の位置は
インテグレータ３１０４の位置になり、光源空間フィル
ター調整部３３０３内のＸガバノミラー３１１３および
Ｙガルバノミラー３１１４を走査することにより光源空
間フィルター３３０１と同形上の輪帯状の光源を作る。
また、結像空間フィルター３３０２は、図８に示す実施
例で説明したように０次回折光の一部あるいは全部を遮
光する形状に液晶制御系３３１３により輪帯状の遮光部
が液晶表示素子３３１２上に形成される。従って、液晶
表示素子３３０３の分解能は上記の輪帯状の形状を形成
できるに必要十分な精度を持つ必要がある。また、結像
空間フィルターを形成できれば良いわけであり、液晶表
示素子でなくても他の例えば始めから、輪帯状に遮光す
るように形成された金属板であっても、ガラス上に輪帯
上の遮光膜を形成したものであってもよい。

【０１２６】さらに、本実施例では、エキシマレーザ光
は、結像空間フィルター３３０２上では１点に光は集光
する。光源空間フィルター上で輪帯上に走査することに
よってはじめて，結像空間フィルター上で輪帯状の形状
になる。そこで、光源空間フィルター上の走査に合わせ
て、結像空間フィルター上では各点上のみ遮光すれば、
本発明の目的は達成できる。これにより、光を遮光し過
ぎないので、露光時間を短くできスループットを上げる
ことができるという効果がある。ところで、マスク１０
０をマスクステージ３４０１上に載置し、マスクステー
ジ制御系３４０４によりマスクステージ３４０１を制御
してマスク１００を基準位置に位置決めし、その後ウエ
ハ１００上のアライメントマークの位置は、位置決めマ
ーク検出部３４０３により検出され、該検出信号に基い
てウエハステージ制御系３４０５によりウエハステージ
３４０２を制御し、マスク１００とウエハ２００とを位
置合わせする。位置合わせ後、シャッター３１０８が開
き、光源空間フィルター調整部３３０３により輪帯状の
光源を作ることにより、マスク１００が照明され、ウエ
ハ２００上にマスクパターンが転写されウエハパターン
が形成される。

【０１２７】この実施例では、エキシマレーザ３１１１
からの光は単波長であり波長帯域が極端に狭いことによ
り強い干渉性を持つためこのままでは露光用の光源とし
て用いることはできない。したがって、露光用の光源と
してエキシマレーザを用いるためには、この干渉性を適
度な値に落とす必要があり、光源空間フィルター３３０
１上にエキシマレーザを走査することで干渉性を低減す
ると共に輪帯状の光源を作ることにより、エキシマレー
ザの強い干渉性を低減することと光源空間フィルタの効
果とを同時に達成されるという効果もある。

【０１２８】特に本発明においては、露光フィールド内
（露光領域内）で一様な照明ができれば良く、仮想の多
数の点光源を配列して形成された輪帯状照明を必ずしも
同時に照明する必要はなく、複数に時分割して実現して
も、前記実施例のように走査することによって実現して
もよいことは明らかである。また、多数の点光源を配列
して形成された輪帯状照明を複数に分割して実現しても
良いことは明らかである。

【０１２９】以上説明したように、本発明は、大きい回
路パターン部と小さい回路パターン部を２回に分けて露
光することも可能である。更に、マスク上の回路パター
ンの少なくとも一部（一部あるいは全部）に、位相シフ
タを配置したマスクを用いることもできる。この場合、
輪帯光源を用いることで、レチクルに入射する照明光の
入射角度の中心値が大きくなるため、位相シフタによる
位相ズレをπとするためには、位相シフタの厚さを多少
薄くする必要が有る。この値は入射角度θを用いて算出
される。

【０１３０】

【数８】（２ｍ＋１）π＝(ｄ／ｃｏｓθ)・(ｎ／λ)・２π (数８) 但し、ｍは整数、ｄは位相シフタの厚さ、ｎは位相シフ
タの屈折率、λは露光波長である。

【０１３１】このように、本発明は、従来技術の露光装
置、或いは位相シフタ等を組み合わせて用いることによ
り、様々な回路パターンに対応が可能になる等の新しい
効果を生むものである。

【０１３２】また、本発明を実施するにあたっては、レ
チクルに照射される光の入射角度が大きくなるため、マ
スク上のクロム等の回路パターンの厚さが問題になる。
つまり、照射角度によっては、マスク上のクロム等の回
路パターンの厚さによる影ができてしまうためである。
従って、本発明を実施する上で、正確な転写パターン寸
法を得るためには、マスク上のクロム等の回路パターン
の厚さが薄い方が望ましい。従って、クロム等の回路パ
ターンの厚さをｄm、転写パターンの許容値をｐc とす
ると（数９）式を満たす必要が有る。

【０１３３】

【数９】ｄm≦ｐc／ｌ（数９）但し、ｌは縮小投
影レンズの縮小率である。

【０１３４】これを実現するためには、クロムよりも透
過率の低い他の材料でマスクをパターニングする必要が
ある。しかし、照明の入射角度による寸法変化を考慮し
てマスクの回路パターンの寸法を決定すれば、上記課題
を低減することができる。

【０１３５】更に、マスクの透過部に、使用している入
射角度で入射する光束の透過率が最大になるようなコー
ティングを施すと、露光量が大きくなり、露光に要する
時間を短縮することができる。

【０１３６】なお、本発明は、前記の如く波動性を利用
しているので、電子線、Ｘ線を用いた露光装置に適用可
能であることは明らかである。

【０１３７】

【発明の効果】本発明は、マスクパターンを転写する
際、０次回折光と、回折光の光強度のアンバランスを回
避できるため、従来通りの白黒のマスクパターンによ
り、位相シフタを用いたのと同等以上の分解能で露光で
きるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためにマスクに形成さ
れた回路パターンによる光の回折現象を示す図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図である。

【図３】図２と同様に本発明の原理を説明するための図
である。

【図４】本発明に係る縮小投影露光装置における露光系
の一実施例を示す概略構成斜視図である。

【図５】本発明に係る露光系において光源空間フィルタ
と結像空間フィルタの配置関係を示す断面図である。

【図６】図５と同様に、本発明に係る露光系において結
像空間フィルタの配置関係を示す断面図である。

【図７】従来の縮小投影露光装置におけるマスク上の回
路パターンの結像関係を示す図である。

【図８】本発明に係る露光システム全体の一実施例を示
す構成図である。

【図９】本発明に係る露光系における光源空間フィルタ
を有するインテグレータの第１の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１０】本発明に係る露光系における光源空間フィル
タを有するインテグレータの第２の実施例を示す斜視図
である。

【図１１】本発明に係る露光系における結像空間フィル
タを有する結像レンズの第１の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１２】本発明に係る露光系における結像空間フィル
タを有する結像レンズの第２の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１３】本発明に係る第１の実施例の光源空間フィル
タと第１の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。

【図１４】本発明に係る第２の実施例の光源空間フィル
タと第２の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。

【図１５】本発明に係る第３の実施例の光源空間フィル
タと第３の実施例の結像空間フィルタとを示す平面図で
ある。

【図１６】本発明に係る第４の実施例の光源空間フィル
タと第４の実施例の結像空間フィルタとを示す平面図で
ある。

【図１７】本発明に係る第５の実施例の光源空間フィル
タと第５の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。

【図１８】本発明に係るウエハ上に転写されるウェハパ
ターンの一例を示す平面図及び断面図である。

【図１９】本発明に係るウエハ上に転写されるウェハパ
ターンの他の例を示す平面図及び断面図である。

【図２０】本発明に係る図１８に示すウェハパターンを
得るためのマスクパターンの一例を示す平面図及び断面
図である。

【図２１】本発明に係る図１９に示すウェハパターンを
得るためのマスクパターンの一例を示す平面図及び断面
図である。

【図２２】本発明に係るマスクパターンの様々な形態を
示した図である。

【図２３】本発明の空間フィルタに関係するδ，εとウ
エハ上でのコントラストとの関係を示す図である。

【図２４】本発明の空間フィルタに関係するσとウエハ
上でのコントラストとの関係を示す図である。

【図２５】本発明に係るマスク上の回路パターンのピッ
チとウエハ上でのコントラストとの関係を示す図であ
る。

【図２６】本発明に係るマスク上の回路パターンの一例
を示す平面図である。

【図２７】本発明により図２７に回路パターンの転写結
果を示す図である。

【図２８】本発明に係るマスク上に形成された極微細な
回路パターンのピッチとウエハ上でのコントラストとの
関係を示した図である。

【図２９】本発明に係る焦点深度とコントラストとの関
係を示した図である。

【図３０】本発明に係る露光システム全体の他の一実施
例を示す構成図である。

【図３１】本発明によるシステムのレスポンス関数を示
す図である。

【図３２】本発明の光源と空間フィルターの相関関数の
説明図である。

【図３３】従来例の光源と空間フィルターの相関関数の
説明図である。

【図３４】光源と空間フィルターの相関関数の算出方法
の説明図である。

【図３５】光源と空間フィルターの相関関数の算出方法
の説明図である。

【図３６】本発明のＯＴＦの算出結果を示す図である。

【図３７】本発明の焦点深度を示す図である。

【図３８】輪帯状光源と輪帯状フィルターの効果を説明
する図である。

【図３９】輪帯状フィルターを示す図である。

【図４０】輪帯状光源と輪帯状フィルターの実施例を示
す図である。

【図４１】輪帯状光源と輪帯状フィルターの強度分布の
一実施例を示す図である。

【図４２】輪帯状光源と輪帯状フィルターの強度分布の
他の実施例を示す図である。

【図４３】輪帯状光源と輪帯状フィルターの他の実施例
を示す図である。

【図４４】ＭＴＦカーブを示す図である。

【図４５】ＭＴＦカーブを示す図である。

【図４６】輪帯状光源と輪帯状フィルターの他の実施例
を示す図である。

【図４７】図４６の光源の実施例のブロック図を示す図
である。

【図４８】インテグレータの一実施例を示す図である。

【図４９】輪帯状光源と輪帯状フィルターの他の実施例
を示す図である。

【符号の説明】

1000…パターン生成系、2000…マスク製作系、3000…露
光系 3101…Ｈｇランプ、3104…インテグレータ、3301…光源
空間フィルタ（輪帯状） 100…マスク、3201…結像レンズ、3302…結像空間フィ
ルタ、200…ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５２８ (72)発明者押田良忠神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者芝正孝神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者吉武康裕神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者村山誠神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の光源から発射したエキシマレーザを
ガルバノミラーを用いて光インテグレータ上で輪帯状に
走査することにより干渉性を低減して第一のマスクに照
射することにより該第一のマスクに形成された微細な第
一のパターンをウエハ上に転写して該ウェハを処理する
ことにより第一の回路パターンを形成する工程と、第二の光源からの光を第二のマスクに照射して該第二の
マスクに形成された前記第一のパターンより大きな第二
のパターンを前記ウエハ上に転写し該ウェハを処理する
ことにより第二の回路パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】前記エキシマレーザはＫｒＦ（ふっ化クリ
プトン）エキシマレーザであることを特徴とする請求項
１記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】前記回路パターンは０.２マイクロメート
ル以下の線幅を含む回路パターンであることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】第一の光源から出射したエキシマレーザを
ガルバノミラーを用いて光インテグレータ上で輪帯状に
走査することにより干渉性を低減して第一のマスクに照
射することにより該第一のマスクに形成された微細な第
一のパターンをレジストが塗布されたウエハ上に転写し
て該ウェハをエッチング処理することにより前記ウェハ
上に０.２マイクロメートル以下の線幅を含む第一の回
路パターンを形成する工程と、第二の光源からの光を第二のマスクに照射することによ
り該第二のマスクに形成された前記第一のパターンより
大きな第二のパターンをレジストが塗布された前記ウエ
ハ上に転写して該ウェハをエッチング処理することによ
り前記ウェハ上に第二の回路パターンを形成する工程
と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】前記エキシマレーザはＫｒＦ（ふっ化クリ
プトン）エキシマレーザであることを特徴とする請求項
４記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】第一の光源から出射したエキシマレーザを
ガルバノミラーを用いて走査することにより干渉性を低
減して光インテグレータ上に輪帯状に照射し、該光イン
テグレータを透過したエキシマレーザを第一のマスクに
照射し、該エキシマレーザを照射した前記マスクの回折
光像を結像光学系を介して０次回折光と回折光との光量
のバランスを調整した状態でレジストが塗布されたウェ
ハ上に結像させることにより前記ウエハ上に塗布された
レジストを露光し、該レジストを露光したウエハを処理
することにより該ウエハ上に線幅が０.２マイクロメー
トル以下のパターンを含む第一のパターンを形成する工
程と、第二の光源からの光を第二のマスクに照射して該
第二のマスクのパターンを前記ウエハ上に転写すること
により前記ウェハ上に前記第１のパターンより大きな第
二のパターンを形成する工程とを備えたことを特徴とす
る半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】第一の光源から出射したエキシマレーザを
ガルバノミラーを用いて走査することにより干渉性を低
減して光インテグレータ上に輪帯状に照射し、該光イン
テグレータを透過したエキシマレーザを第一のマスクに
照射し、該照射による前記第一のマスクからの０次回折
光と回折光との光量のバランスを調整した状態で前記第
一のマスクの像をウェハ上に結像することにより前記第
一のマスクのパターンをウエハ上に転写して該ウェハ上
に微細な第一のパターンを形成する工程と、第二の光源
からの光を第二のマスクに照射して該第二のマスクのパ
ターンを前記ウエハ上に転写することにより前記ウェハ
上に前記第一のパターンより大きな第二のパターンを形
成する工程とを備えたことを特徴とする半導体デバイス
の製造方法。
【請求項８】前記第一の光源から出射したエキシマレー
ザを第一のマスクに輪帯状に干渉性を低減して照射する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体デバイ
スの製造方法。
【請求項９】第１の光源からのエキシマレーザをガルバ
ノミラーを用いて光インテグレータ上で輪帯状に走査す
ることにより干渉性を低減して第一のマスクに照射し該
第一のマスクに形成された第一のパターンをウエハ上に
転写して該ウェハを処理することにより形成した微細な
第一の回路パターンと、第二の光源からの光を第二のマ
スクに照射して該第二のマスクに形成された第二のパタ
ーンを前記ウエハ上に転写し該ウェハを処理することに
より形成した前記第一の回路パターンより大きな第二の
回路パターンとを有することを特徴とする半導体デバイ
ス。
【請求項１０】第一の光源から出射したエキシマレーザ
をガルバノミラーを用いて走査することにより干渉性を
低減して光インテグレータ上に輪帯状に照射して該光イ
ンテグレータを透過したエキシマレーザを第一のマスク
に照射することによる前記第一のマスクからの０次回折
光と回折光との光量のバランスを調整した状態で前記第
一のマスクの像をウェハ上に結像させて前記第一のマス
クのパターンをウエハ上に転写して形成した微細な第一
のパターンと、第二の光源からの光を第二のマスクに照
射して該第二のマスクのパターンを前記ウエハ上に転写
することにより形成した前記第一のパターンより大きな
第二のパターンとを有することを特徴とする半導体デバ
イス。