JP3324601B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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に影響をな
くし、投影レンズを通して基板上に高分解能をもってエ
キシマレーザ光等を用いて結像させて露光することによ
り回路パターンを形成した半導体装置とその製造方法に
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】上記目的を達成するため
に、本発明では、半導体デバイスの製造方法において、
エキシマレーザ光源から発射したエキシマレーザをガル
バノミラーで走査し、この走査したエキシマレーザを輪
帯状の多数の点光源に入射させ、この入射させたエキシ
マレーザを輪帯状の多数の点光源から出射させて干渉性
を低減した状態でパターンを形成したマスクに照射し、
エキシマレーザの照射によるマスクのパターンの回折光
像をウエハ上に結像させることによりウェハの表面の塗
布したレジストを露光し、このレジストを露光したウェ
ハを処理することにより回路パターンを形成するように
した。更に、本発明では、半導体デバイスの製造方法に
おいて、エキシマレーザ光源から発射したエキシマレー
ザをガルバノミラーで走査し、この走査したエキシマレ
ーザを輪帯状の多数の点光源に入射させ、この入射させ
たエキシマレーザを輪帯状の多数の点光源から出射させ
てマスクに照射し、このエキシマレーザを照射したマス
クの回折光像をウエハ上に結像させることによりウェハ
に塗布したレジストを露光し、このレジストを露光した
ウエハを処理することによりこのウエハ上に回路パター
ンを形成するようにした。更に、本発明では、半導体デ
バイスの製造方法において、エキシマレーザ光源から発
射したエキシマレーザをガルバノミラーで走査し、この
走査したエキシマレーザを輪帯状に配置した複数の光源
に入射させ、この入射させたエキシマレーザを輪帯状に
配置した複数の光源から出射させて干渉性を低減した状
態でパターンを形成したマスクに照射し、エキシマレー
ザの照射によるマスクのパターンの回折光像をウエハ上
に結像させることによりウェハの表面の塗布したレジス
トを露光し、このレジストを露光したウェハを処理する
ことにより回路パターンを形成するようにした。更に、
本発明では、半導体デバイスの製造方法において、エキ
シマレーザ光源から発射したエキシマレーザをガルバノ
ミラーで走査し、この走査したエキシマレーザを輪帯状
に配置した複数の光源に入射させ、この入射させたエキ
シマレーザを輪帯状に配置した複数の光源から出射させ
てマスクに照射し、このエキシマレーザを照射したマス
クの回折光像をウエハ上に結像させることによりウェハ
に塗布したレジストを露光し、このレジストを露光した
ウエハを処理することによりウエハ上に回路パターンを
形成するようにした。更に、本発明では、半導体デバイ
スの製造方法において、表面にレジストを塗布したウェ
ハ上に形成されたアライメントマークを検出してマスク
とウェハとの位置合わせをし、エキシマレーザ光源のシ
ャッタを開いてエキシマレーザ光源から発射したエキシ
マレーザをガルバノミラーで走査し、この走査したエキ
シマレーザを輪帯状に配置した複数の光源に入射させ、
入射させたエキシマレーザを輪帯状に配置した複数の点
光源から出射させてマスクに照射し、エキシマレーザを
照射されたマスクからの回折光による回折像を位置合わ
せをしたウェハの表面に結像することによりウェハの表
面に塗布したレジストを露光し、このレジストを露光し
たウェハを処理することによりウェハ上にパターンを形
成するようにした。

【００１５】また、本発明では、半導体デバイスを、エキ
シマレーザ光源から発射されてガルバノミラーで走査さ
れ 輪帯状の光源に入射してこの輪帯状の光源から出射
した干渉性を低減したエキシマレーザをマスクに照射し
てこのマスクの回折光像をウエハに塗布したレジスト上
に結像することによりレジストを露光し、このレジスト
を露光したウエハを処理することにより形成した０．２
μｍよりも狭い幅のパターンを含む回路パターンを有す
る構成とした。また、本発明では、半導体デバイスを、エ
キシマレーザ光源から発射されてガルバノミラーで走査
され輪帯状の多数の点光源に入射してこの輪帯状の多数
の点光源から出射した干渉性を低減したエキシマレーザ
をパターンを形成したマスクに照射してこのマスクのパ
ターンの回折光像をウエハ上に結像させることによりウ
ェハの表面の塗布したレジストを露光し、このレジスト
を露光したウエハを処理することにより形成した０．２
μｍよりも狭い幅のパターンを含む回路パターンを有す
る構成とした。また、本発明では、半導体デバイスを、エ
キシマレーザ光源から発射されてガルバノミラーで走査
され輪帯状の多数の点光源に入射してこの輪帯状に配置
した複数の光源から出射した干渉性を低減したエキシマ
レーザをパターンを形成したマスクに照射して該マスク
のパターンの回折光像をウエハ上に結像させることによ
りウェハの表面に塗布したレジストを露光し、このレジ
ストを露光したウエハを処理することにより形成した
０．２μｍよりも狭い幅のパターンを含む回路パターン
を有する構成とした。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【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３２、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＝０．３
８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、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３５
６の形状にしている。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０．３
μｍ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３３０１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３３から図３８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３３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３３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３４の斜線部３６５に示す。

【００５２】図３７の曲線３６７に、図３３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３４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３７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３７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３６および図３７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３５（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３５(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３５（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３６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
あるいは輪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れ際の助けになる。具体的には、輪
帯状照明によって、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部を航路刷ることにより、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、可干渉性を高
くできるため、光学系の深度を深くできる。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３９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
９（ａ）には、結像レンズの瞳３３０１、瞳上に結像さ
れる光源の像３３０５ａ（０次回折光）、及びマスク１
００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，３３０５ｃを示す。

【００５７】光源が輪帯状の場合を図３９（ａ）に示
し、円形の場合を図３９（ｂ）に示す。

【００５８】０次回折光を遮光するためのフィルターを
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、４
０％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３９（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４０（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空間フィルター３３０
６を用いているが、０次回折光の一部を遮光すれば良い
わけであっる為、図４０（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
ものをもちても良い。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空間フィルター３３０６部を
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５０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４０（ａ）に示した例も、図５０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４１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より小さな遮光版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版３７６を用
いても良いことはいうまでもない。図４１（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４１（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４１
（ｃ）に示すようにこのような光源と遮光版を何重かの
輪帯として並べてもよい。また、図４１（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版を設置してもよい。

【００６２】図４２（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４２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４３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４３（ａ）のよう
に分布をもってもよいということは、図４１（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、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、照明光の
コヒーレンシーが高くなければいけない。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、空間フィルタ
ー３３０６の径が光学系の瞳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４４（ａ），（ｂ），（ｃ）に、
この実施例を示す。いずれも光源の大きさがレンズ瞳よ
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４４に示すような瞳より大きな光源
を用いることができる。個の実施例も０次回折光の一部
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、ＯＴＦ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４５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４４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４４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４４（ａ）の例で、縮小投影レン
ズの瞳内の光源の０次回折光にあたる部分３８０の部分
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３７７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４４（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４７に示したように、図４４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４７に示した光源
を実施した例を図４８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、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３１０
４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２０２を形成する。

【００８７】塗布装置２１０１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２０
３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１１０
７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２
１０４により、マスク基板２０１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１１０８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２１
０５で修正し、最後に異物検査装置２１０７でマスク１
００上の異物の検査をする．異物があれば洗浄装置２１
０８で洗浄する。ここで、本発明によるマスク１００
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２１０
５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１
１０５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４４に示す実施例では、
図４９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３８０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４９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１５）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】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。

【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・ＤＬＯ ＤＩＩ = Ｍ・ε・ＤＬＩ Ｍ・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 ≦ １．０ １．０ ≦ 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。

【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から透過、光源部３
１００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）３２００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、この結像位置にできた光源空間フィル
ター３３０１の像は０次回折光である。つまり、輪帯状
の空間フィルター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。光源空間フィルター３３０１および
結像空間フィルター３３０２を輪帯上に形成すること
で、空間コヒーレンス度すなわち輪帯の大きさを制御し
安い。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】図２５はマスク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（光透過）
を変えた時の結像光学系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を示したものであ
る。図２５に示すようにコントラストはライン幅が小さ
くなると大きくなる。つまりライン幅を小さくするとよ
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２６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２６
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３０２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２７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２８に示し、
図２９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３０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３８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３１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３１２０、コンデンサレン
ズ３１０６より構成され、空間フィルター部３３００
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３１
１３、Ｙガルバノミラー３１１４、走査制御系３３１１
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
からの光が強い干渉性を持つため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３３０１上に
輪帯状の光源を作ることにより、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】 （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】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】また、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ライ
ン幅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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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】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３７】本発明のＯＴＦの算出結果を示す図である。

【図３８】本発明の焦点深度を示す図である。

【図３９】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４０】輪帯状フィルターを示す図である。

【図４１】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４２】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４３】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４４】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４５】ＭＴＦカーブを示す図である。

【図４６】ＭＴＦカーブを示す図である。

【図４７】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４８】図４７の光源の実施例のブロック図を示す図
である。

【図４９】インテグレータの一実施例を示す図である。

【図５０】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 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２７ (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 (56)参考文献 特開 平２−166717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−91662（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−142111（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−259533（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−257327（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−235289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 1/08 G03F 7/20

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エキシマレーザ光源から発射したエキシマ
   レーザをガルバノミラーで走査し、該走査したエキシマ
   レーザを輪帯状の多数の点光源に入射させ、該入射させ
   たエキシマレーザを該輪帯状の多数の点光源から出射さ
   せて干渉性を低減した状態でパターンを形成したマスク
   に照射し、該エキシマレーザの照射による前記マスクの
   パターンの回折光像をウエハ上に結像させることにより
   ウェハの表面の塗布したレジストを露光し、該レジスト
   を露光したウェハを処理することにより回路パターンを
   形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
2. 【請求項２】エキシマレーザ光源から発射したエキシマ
   レーザをガルバノミラーで走査し、該走査したエキシマ
   レーザを輪帯状の多数の点光源に入射させ、該入射させ
   たエキシマレーザを該輪帯状の多数の点光源から出射さ
   せてマスクに照射し、該エキシマレーザを照射したマス
   クの回折光像をウエハ上に結像させることにより該ウェ
   ハに塗布し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回路パターン
   を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方
   法。
3. 【請求項３】エキシマレーザ光源から発射したエキシマ
   レーザをガルバノミラーで走査し、該走査したエキシマ
   レーザを輪帯状に配置した複数の光源に入射させ、該入
   射させたエキシマレーザを該輪帯状に配置した複数の光
   源から出射させて干渉性を低減した状態でパターンを形
   成したマスクに照射し、該エキシマレーザの照射による
   前記マスクのパターンの回折光像をウエハ上に結像させ
   ることによりウェハの表面の塗布したレジストを露光
   し、該レジストを露光したウェハを処理することにより
   回路パターンを形成することを特徴とする半導体デバイ
   スの製造方法。
4. 【請求項４】エキシマレーザ光源から発射したエキシマ
   レーザをガルバノミラーで走査し、該走査したエキシマ
   レーザを輪帯状に配置した複数の光源に入射させ、該入
   射させたエキシマレーザを該輪帯状に配置した複数の光
   源から出射させてマスクに照射し、該エキシマレーザを
   照射したマスクの回折光像をウエハ上に結像させること
   により該ウェハに塗布し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
   回路パターンを形成することを特徴とする半導体デバイ
   スの製造方法。
5. 【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
   １乃至４の何れかに記載の半導体デバイスの製造方法。
6. 【請求項６】前記マスクの回折光像を、前記エキシマレ
   ーザを照射したマスクからの０次回折光と低次回折光と
   の光量のバランスを調整した状態で前記レジスト上に結
   像することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載
   の半導体デバイスの製造方法。
7. 【請求項７】前記マスクからの０次回折光と低次回折光
   との光量のバランスを調整することを、前記０次回折光
   の一部を遮光することにより行うことを特徴とする請求
   項６記載の半導体デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】前記干渉性を低減したエキシマレーザを、
   光インテグレータ上にエキシマレーザビームを走査して
   照射することにより得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。
9. 【請求項９】前記マスクが位相シフトマスクであること
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導体デ
   バイスの製造方法。
10. 【請求項１０】前記輪帯状に配置した複数の光源が、４
    つ以上の光源であることを特徴とする請求項３又は４に
    記載の半導体デバイスの製造方法。
11. 【請求項１１】表面にレジストを塗布したウェハ上に形
    成されたアライメントマークを検出してマスクとウェハ
    との位置合わせをし、エキシマレーザ光源のシャッタを
    開いて該エキシマレーザ光源から発射したエキシマレー
    ザをガルバノミラーで走査し、該走査したエキシマレー
    ザを輪帯状に配置した複数の光源に入射させ、該入射さ
    せたエキシマレーザを前記輪帯状に配置した複数の点光
    源から出射させて前記マスクに照射し、該エキシマレー
    ザを照射されたマスクからの回折光による回折像を前記
    位置合わせをしたウェハの表面に結像することにより前
    記ウェハの表面に塗布したレジストを露光し、該レジス
    トを露光したウェハを処理することにより前記ウェハ上
    にパターンを形成することを特徴とする半導体デバイス
    の製造方法。
12. 【請求項１２】前記マスクに照射するエキシマレーザ
    は、干渉性を低減したエキシマレーザであることを特徴
    とする請求項１１に記載の半導体デバイスの製造方法。
13. 【請求項１３】前記エキシマレーザは、前記輪帯状に配
    置した少なくとも４つの点光源からマスクに照射される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体デバイスの
    製造方法。
14. 【請求項１４】前記エキシマレーザを走査して輪帯状に
    配置した複数の点光源からマスクに照射することを特徴
    とする請求項１１に記載の半導体デバイスの製造方法。
15. 【請求項１５】前記マスクからの回折光による回折像
    は、０次回折光と低次回折光との光量のバランスを調整
    した回折光による回折像であることを特徴とする請求項
    １１に記載の半導体デバイスの製造方法。
16. 【請求項１６】 エキシマレーザ光源から発射されてガル
    バノミラーで走査され輪帯状の多数の点光源に入射して
    該輪帯状の多数の点光源から出射した干渉性を低減した
    エキシマレーザをパターンを形成したマスクに照射して
    該マスクのパターンの回折光像をウエハ上に結像させる
    ことによりウェハの表面の塗布し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形成
    した０．２μｍよりも狭い幅のパターンを含む回路パタ
    ーンを有することを特徴とする半導体デバイス。
17. 【請求項１７】 エキシマレーザ光源から発射されてガル
    バノミラーで走査され輪帯状の多数の点光源に入射して
    該輪帯状に配置した複数の光源から出射した干渉性を低
    減したエキシマレーザをパターンを形成したマスクに照
    射して該マスクのパターンの回折光像をウエハ上に結像
    させることによりウェハの表面に塗布したレジストを露
    光し、該レジストを露光したウエハを処理することによ
    り形成した０．２μｍよりも狭い幅のパターンを含む回
    路パターンを有することを特徴とする半導体デバイス。