JP3396037B2

JP3396037B2 - 露光方法及び半導体素子の形成方法

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Publication number: JP3396037B2
Application number: JP03035291A
Authority: JP
Inventors: 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 2003-04-14
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JPH04268715A

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
ターンの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、この装置に使用されるレチクル
上には、照明光束に対する透過率がほぼ１００％である
透過部と、透過率がほぼ０％である遮光部とで構成され
た回路パターンが描かれていた。

【０００３】さらに、透過部のうちの所定の領域に、他
の透過部からの透過光に対して、透過光の位相をπ（ｒ
ａｄ）だけずらすような所謂位相シフター（誘電体薄
膜）を設けた位相シフト用レチクルを使用することも提
案されている。この位相シフト用レチクルを使用する
と、前述の透過部と遮光部のみからなるレチクル（以
後、通常レチクルと称す）を使用する場合に比べてより
微細なパターンの転写が可能となる。即ち、解像力を向
上させる効果がある。

【０００４】その他、露光中に被露光物（ウェハ等）を
投影光学系の光軸方向に移動又は振動することにより、
露光装置の見かけ上の焦点深度を増大する方法（以後、
累進焦点露光方法と称す）も提案されている。

【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、前述の通常レチクルを使用した場
合、ウェハ上に解像できる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光の
波長をλ（μｍ）、投影光学系のレチクル側開口数をＮ
Ａ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、この限界以下のサイ
ズのパターンからの回折光の投影光学系の瞳面での通過
位置は、図６に示すようになっていた。即ち、投影光学
系の瞳面１８を通過できる光束は０次回折光Ｄ_ovしかな
く、＋１次回折光Ｄ_pv、及び−１次回折光Ｄ_mvは投影光
学系の瞳面１８を透過することができない。従ってウェ
ハに達する光束は０次回折光Ｄ _ovのみとなり、干渉縞
（即ちパターンの像）は生じないことになる。

【０００６】一方、位相シフト用レチクルを使用する
と、通常レチクルを使用した場合より微細なパターンの
転写が可能ではあるが、位相シフト用レチクルは製造が
困難である。例えば、通常のレチクルは遮光部を形成す
るだけで良いが、位相シフトレチクルは遮光部を形成し
た後、さらに位相シフターを形成する必要がある。従っ
て少なくとも合計２回のパターニングと、それら各パタ
ーンの位置合わせが必要である。しかも位相シフト用レ
チクルの検査方法は未だ確立されておらず、実用化は難
しいのが現状である。

【０００７】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（遮光部等のパターン
のライン部の幅とスペース部の幅との比が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、孤立パターン以外のパターンには効果が低い。ま
た、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。

【０００８】本発明は上記の問題点に鑑みて成されたも
ので、製造の容易な通常レチクルを使用して、より微細
なパターンを転写可能とする（即ち、より高い解像度の
得られる）露光方法の実現を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的の為に本発明で
は、照明光学系（１〜１０）からの光束でマスク（１
４）上の微細パターン群（１２）を照明し、微細パター
ン群（１２）を投影光学系（１３）を介して感光性基板
（１４）に投影露光する露光方法において、微細パター
ン群（１２）中の各微細パターンは、光束に対する透過
率がほぼ１である透過部（１２ａ）と、透過部（１２
ａ）を透過する光束に対してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは
整数）の位相差を与えるとともに、光束に対する透過率
が透過部（１２ａ）の１／４程度以下である半透過部
（１２ｂ）とで構成され、マスク（１１）の微細パター
ン群（１２）が存在する面のフーリエ面となる照明光学
系中の面（１５）、若しくはその近傍の面内の、照明光
学系の光軸（ＡＸ）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を用いることに
よって、光束をマスク（１１）に対して所定の方向に微
細パターン群（１２）の微細度に応じた角度だけ傾けて
入射させることとした。

【００１０】

【作用】本発明においては、照明光束に対して高い透過
率を有する透過部と、この透過部を透過する光束に対し
てほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与えると
ともに、照明光束に対する透過率が上記透過部の１／４
程度以下である半透過部とで構成された回路パターンを
有するレチクルを使用する。半透過部の透過率を制御す
ることによってレチクルパターンから発生する回折光の
強度（例えば周期的パターンから発生する０次回折光と
１次回折光の強度）、及びその比を制御することができ
る。従って、各パターンの線幅、周期性（ピッチ）、方
向性等に応じた最適の透過率を与えることで、各パター
ンに最適の結像状態を与えることができる。

【００１１】また、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可変としたため、パター
ンの線幅や方向性等に応じた最適な照明を行うことがで
きる。これにより、パターンの解像度、及び焦点深度を
向上することができる。さらに、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
て夫々を最適な焦点位置に設定することが可能となる。

【００１２】

【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１
２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。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。尚、この露光装置は、レチクル１１に照射され
る光量を制御するシャッター、及び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。

【００１３】上記構成において、光源１とフライアイレ
ンズ５の射出面（照明光学系の瞳面１５）、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。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１
３、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。

【００１４】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、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７ａ，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。

【００１５】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を用いて説明する。図４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１２として
所定の透過率を有する半透過部１２ｂと高い透過率を有
する透過部１２ａとが形成されている。半透過部１２ｂ
を透過する透過光は、透過部１２ａを透過する透過光に
対してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）だけ位相差を有
し、且つ透過エネルギーは１／４程度以下となるように
なっている。この透過部１２ａはレチクル１１の裸面で
あればよい。また半透過部１２ｂは、金属薄膜、誘電体
薄膜（特に吸収性誘電体薄膜）、或いはこれらの材料の
多層膜で形成されている。尚、図４のうち、Ａ部は所謂
ラインアンドスペースパターンを、またＢ部は孤立スペ
ースパターン、Ｃ部は孤立ラインパターンを夫々表わし
ている。

【００１６】これらのパターンは、レチクル１１の一表
面に上記の材料の膜を成膜した後、１度のパターニング
により形成可能である。従って位相シフトレチクルが、
遮光部材と位相シフターの２度のパターニングと、それ
らパターン間のアライメントを要するのに比べ、格段に
製造が容易である。以上のように、透過部と、透過光の
位相を透過部からの透過光に対して（２ｎ＋１）π異な
らせ、且つ透過エネルギーが１／４程度以下である半透
過部とで構成されたパターンを有するレチクルを、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
する局所領域を通過する光束で照明し、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
５を参照して説明する。

【００１７】図５は、本発明の実施例による露光方法を
用いたレチクルの照明を行ったときの回路パターンから
の回折光の発生、及び結像の様子を示す図である。レチ
クル１１の投影光学系１３側には、透過部分１２ａ、半
透過部分１２ｂから成る１次元の所謂１：１ラインアン
ドスペースパターンが描画されている。本発明で使用す
る投影型露光装置では、前述のように、照明光束の通過
する局所領域は、照明光学系の瞳面内において光軸から
偏心した位置に中心を有する構成となっている。従っ
て、レチクル１１を照明する照明光束Ｌ０は、レチクル
１１のパターンが描画されている方向に対してほぼ垂直
な方向（Ｘ方向）からレチクル１１に対して所定の入射
角を以て入射する。尚、この入射角、及び入射方向は、
レチクル上のパターンで生じる回折光の投影光学系の瞳
面内での位置によって一義的に決まるものである。レチ
クル上のパターンからはパターンの微細度（幅、ピッ
チ）に応じた回折角の方向に０次光Ｄ_ov、＋１次光
Ｄ_pv、−１次光Ｄ_mvが発生する。図５では、投影光学系
１３を透過しウェハ１４に達するものは上記３光束のう
ち０次光Ｄ_ovと＋１次光Ｄ_pvの２光束となっており、こ
れら２光束はウェハ１４上で干渉縞、即ちパターン１２
の像を形成する。この場合、投影光学系１３の瞳面１８
における０次回折光Ｄ_ovと＋１次回折光Ｄ_pvの位置を図
７に示す。使用するパターンのピッチは図６に示す従来
の技術による露光方法に用いたレチクルのパターンと同
一であり、従って０次回折光Ｄ_ovと＋１次回折光Ｄ_pvと
の間隔は図６に示すものと等しい。

【００１８】尚、従来の露光方法によるパターンの解像
限界は±１次回折光が投影光学系を透過することが可能
か否かで決定される。即ち、従来ではパターンのピッチ
をＰとしたときにＰ＞λ／ＮＡ程度で与えられるパター
ンサイズが解像限界となっていた。これに対して、本発
明の実施例による露光方法では、ほぼＰ＞λ／２ＮＡが
解像限界となる。このことは、本発明の実施例による露
光方法に使用されるレチクルのパターンの場合に限ら
ず、従来のレチクルのパターンの場合にも言えることで
ある。

【００１９】上述のような本発明による露光方法を用い
たレチクルの照明を行ったとき、０次回折光Ｄ_ovと＋１
次回折光Ｄ_pvとの強度比は、半透過部１２ｂの振幅透過
率に応じて変化する。例えば透過部１２ａの振幅透過率
を１としたとき、半透過部の振幅透過率が０（透過率が
０％の遮光部）であれば上記強度比はほぼ１：0.４とな
る。一般にウェハ１４上に生じるパターン１２の像のコ
ントラスト、即ち２光束（０次回折光Ｄ_ovと＋１次回折
光Ｄ_pv）の干渉縞のコントラストは、２光束の強度が等
しいとき、即ち強度比が１：１のとき最大（１００％）
となり、強度比が１：１よりずれるに従ってコントラス
トは低下する。従って、透過部と遮光部とからなる従来
の１：１ラインアンドスペースパターンのように、０次
光と１次光との強度比が１：0.４では像のコントラスト
は低下することになる。

【００２０】本発明で使用するレチクルのパターン（１
次元パターン）においては、例えば透過部１２ａの振幅
透過率を１として、この透過部１２ａに対して半透過部
１２ｂの振幅透過率が−0.２２２（透過部１２ａを通過
する光束に対する位相差π、透過率4.９３％）である
と、０次回折光Ｄ_ovと＋１次回折光Ｄ_pvの強度比を１：
１とすることができ、従って像のコントラストを１００
％とすることができる。また、半透過部の透過率4.９３
％は、フォトレジストの感光特性を考慮すれば、従来の
遮光部材と置き換えるのに十分な遮光性を有している。

【００２１】前述のように図５、及び図７に示す場合に
用いられるレチクルにおいては、パターンは１次元方向
のラインアンドスペースパターンとしたが、実際のレチ
クルのパターンは例えば上記ラインアンドスペースパタ
ーンに直交する方向（Ｘ方向）のラインアンドスペース
パターンをも含んでいる。この方向のラインアンドスペ
ースパターンの例を図８に示す。このパターンは図５に
示したパターンと同じ構成であり、パターンの描画され
た方向が直交するものである。このパターンに、図７に
示す例の場合の照明と同様な方向、即ちパターンの描か
れた方向と同じ方向（Ｘ方向）から照明光束を照射した
場合にパターン１２で生じる回折光の投影光学系の瞳面
１８での通過位置を示したのが図９である。この場合、
０次回折光Ｄ_ohのみが投影光学系１３を透過可能である
が、±１次回折光Ｄ_ph，Ｄ_mhはいずれも瞳面１８内を通
過することができず、投影光学系を透過できない。従っ
て、ウェハ上には０次回折光Ｄ_ohのみが到達し、干渉
縞、即ち像は形成されない。図８に示す方向性（Ｘ方
向）を持つラインアンドスペースパターンに対しては、
パターンの描かれた方向に対してほぼ垂直な方向（Ｙ方
向）から照明光束を照射すればよい。この場合のパター
ンから生じる回折光の投影光学系の瞳面１８の通過位置
を図１０に示す。このとき、０次回折光Ｄ_ohと、−１次
回折光Ｄ_mhが投影光学系を透過するため、ウェハ上には
２光束の干渉縞、即ち、パターンの像が形成される。以
上のことから、直交する２方向（２次元）のラインアン
ドスペースパターンを有するレチクルパターンを照明す
る照明光束は、図１１の如く、２つの０次回折光、
Ｄ_ov，Ｄ_ohを生じるようなものであればよいことにな
る。尚、図１１中の回折光Ｄ_ovは、図８に示すような方
向の、且つ図５に示すパターンと同様に、透過部の振幅
透過率に対する半透過部の振幅透過率が例えば−0.２２
２であるようなパターンに対しては結像に効果を与え
ず、かえって逆効果を与えてしまう。つまり０次回折光
のみがウェハに達するため、位置についてコンスタント
なオフセット（露光領域の全面に渡って一定の光量）を
与えてしまう。このオフセットにより、ウェハ上に生じ
るパターンの像のコントラストは低下してしまう。

【００２２】図１３は、従来のように透過部と遮光部の
みから成る１次元の１：１ラインアンドスペースパター
ン（振幅透過率が１の透過部に対して遮光部の振幅透過
率が０）に対して、図１１に示すような本発明による２
方向からの照明を行なった場合の像強度の計算結果の例
を示す図である。このとき、像強度はＥ１３で示され、
像のコントラストは約５３％となっている。これは、前
述のように０次回折光のオフセットによってコントラス
トが低下したものである。現状のフォトレジストにおい
ては、ラインアンドスペースパターンを形成するのに必
要な像コントラストは約６０％であるので、従来の構成
のパターンではレジスト上に像を形成することはできな
い。このオフセットによるコントラストの低下を避ける
ためには、０次回折光と１次回折光との強度比を０次回
折光の方が１次回折光に比べて相対的に小さくなるよう
にすれば良いと考えられる。そこで、振幅透過率が１の
透過部に対して半透過部の振幅透過率を−0.３（透過部
を通過する光束に対する位相差π、透過率９％）とした
フォトマスクに、本発明による照明を行った場合の像強
度の計算結果の例を図１２に示す。このとき、像強度は
Ｅ１２で示される。またこの像は約７０％のコントラス
トを有しており、現状のフォトレジストにパターンを形
成するのに十分である。これは、レチクルの半透過部の
振幅透過率を−0.３程度としたために、ラインアンドス
ペースパターンより発生する０次回折光が従来に比べ減
少する、即ちオフセットが減少するためである。一方、
１次回折光の強度は従来に比べて増加する。尚、ここで
計算結果の例を示したパターンの方向に直交する方向の
１次元１：１ラインアンドスペースパターンも同様のコ
ントラストで結像することは明らかである。つまり２次
元の１：１ラインアンドスペースパターンを有するレチ
クルを夫々のパターンの方向性に適した２方向からの光
束で照明する場合は、レチクルのパターンの半透過部の
振幅透過率を−0.３程度（透過部の振幅透過率を１とす
る）にすれば０次回折光のオフセットによるコントラス
トの低下を極力抑えることが可能となる。

【００２３】ところで、使用するレチクルのパターンの
線幅や方向性は一種類に特定されるものではないため、
本発明の実施例で使用する投影型露光装置の照明光学系
の瞳面１５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、
パターンの種類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方向や入射角
が、夫々パターンの描かれた方向や幅、ピッチによって
決定されるからである。例えば、前述の図５に示すよう
なＸ方向に垂直な方向に伸びた１次元のラインアンドス
ペースパターンの場合、照明光束Ｌ０はパターン１２に
対して、図に示すような方向から入射すればよい。即ち
照明光束Ｌ０は、紙面に平行にレチクル１１に入射する
ものである。また、パターン１２から発生する０次回折
光Ｄ_ovと１次回折光Ｄ_pvとが、瞳面１８において光軸Ａ
Ｘからほぼ等距離となる位置を通るように照明光束Ｌ０
の入射角を決定すると、ウェハ１４上での像の焦点深度
を大きくすることができる。

【００２４】このようにして決定された入射方向に応じ
て照明光学系の瞳内での照明光束の通過する局所領域の
中心位置の光軸ＡＸからの偏心方向を決定し、またパタ
ーンの線幅や周期性で決定される入射角に応じて光軸Ａ
Ｘからの偏心量を決定することになる。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は、以
上のように決定される。

【００２５】２次元方向に描かれたパターンを照明する
場合、前にも述べたように、照明光束の方向も各パター
ンの方向に合わせて２方向から照明するとよい。このと
き使用するレチクルパターンの半透過部は振幅透過率と
して−0.３程度であるとよい。また、照明光束は２方
向、即ち２本であるよりも、その２光束に対して夫々、
投影光学系の光軸について対称となる２光束を加えた計
４光束を用いると良い。その場合、これらの光束の光量
重心方向は投影光学系の光軸と一致するため、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。また、図
５に示すような１次元のラインアンドスペースパターン
を有するレチクルを照明する場合も、同様に投影光学系
の光軸について対称な２光束で照明を行なうとよい。
尚、１次元のパターンを照明する場合、パターンから発
生する０次回折光と１次回折光との強度比が正確に１：
１になるのであれば、光軸に対称な方向からの２光束で
照明する必要はない。但し、これはパターンのピッチが
１通りの場合に限定される。

【００２６】以上のことから、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１６ａ，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、主光線の通過する点は
フーリエ面１５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。

【００２７】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を投影光学系１３の光軸ＡＸ方向に移
動、又は振動させる累進焦点露光方法を用いる。これ
は、先ず投影光学系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つの露光をそ
のステップ数に分割した露光を行い、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。この方法を用いれば、特に孤立パターンについて投
影光学系の見かけ上の焦点深度を増大させることが可能
であることは広く知られている。この累進焦点露光方法
は、ウェハを移動することに限定されることはなく、例
えば、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。

【００２８】一般にラインアンドスペースパターンのよ
うな密な連続パターンに対しては、既に述べたように、
０次回折光と１次回折光とが投影光学系の瞳面で光軸か
ら等距離の位置を通過するように照明すれば焦点深度が
増大する。しかしながら実際のレチクルのパターンはラ
インアンドスペースパターンのような密な連続パターン
と所謂孤立パターンとを共に含んでいる。従ってこのよ
うなレチクルに対しては、上記照明法と同時に、露光中
にウェハを移動又は振動させる累進焦点露光方法を併用
すれば、いずれのパターンについても見かけ上の焦点深
度を増大することが可能である。これには例えば図１の
露光装置中に、ウェハ１４を保持し、且つ投影光学系１
３の光軸方向にウェハ１４を移動、又は振動させる可動
ステージＷＳを設け、この可動ステージＷＳと照明光学
系中に設けられたシャッター１９とを共に制御する制御
回路２０を設けることで実現できる。この制御回路２０
は、シャッター１９の開閉の指令に連動して可動ステー
ジＷＳに動作指令を与えるものである。

【００２９】尚、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
夫々の開口数は、露光装置としてのコヒーレンスファク
ター（σ値）が0.１＜σ＜0.３程度であることが望まし
い。σ値が小さすぎると近接効果等によって像の忠実度
が低下し、また反対に大きすぎると、透過部を透過する
光束と半透過部を透過する光束との間の可干渉性が低下
し、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を調整可
能としても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、透過部と
この透過部からの透過光に対して所定の位相差と透過率
とを有する半透過部とで構成されたパターンの描画され
たレチクルを使用することによって０次回折光と１次回
折光との強度比を任意に制御するため、パターンの投影
像のコントラストを向上させることができる。また、製
造の容易な従来と同等の構造のパターンを有するレチク
ルを使用して、位相シフト用レチクルと同等の解像度を
得ることができる。

【００３１】また、特に２次元のパターンを有するレチ
クルを夫々のパターンの方向に適した２方向からの光束
で照明する場合は、透過部に対する半透過部の振幅透過
率を適当な値にすることで０次回折光と１次回折光との
強度比を０次回折光の方が１次回折光に比べて相対的に
小さくなるようにすれば、オフセットとなる０次回折光
を減少させることができ、像のコントラストの低下を防
ぐことができる。

【００３２】さらに、使用するレチクルのパターンに応
じて照明光束の入射方向を変えることができ、従ってレ
チクルの種類に応じて最適な露光方法を実現できる。そ
の他、露光中に基板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り、特に孤立パターンについて焦
点深度の増大が可能となる。

【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】本発明の実施例による露光方法を用いたレチク
ルの照明を行ったときの回路パターンからの回折光の発
生、及び結像の様子を示す図

【図６】従来の技術による露光方法を行ったときにパタ
ーンから生じる回折光の投影光学系の瞳面での通過位置
を示す図

【図７】図５に示すレチクルの照明を行ったときにパタ
ーンから生じる回折光の投影光学系の瞳面での通過位置
を示す図

【図８】図５に示すパターンと方向性の異なるラインア
ンドスペースパターンの例を示す図

【図９】図８に示すパターンを図５に示す露光方法で照
明したときにパターンから生じる回折光の投影光学系の
瞳面での通過位置を示す図

【図１０】図８に示すパターンを図５に示す照明光束の
方向と直交した方向からの照明光束で照明したときにパ
ターンから生じる回折光の投影光学系の瞳面での通過位
置を示す図

【図１１】２次元のラインアンドスペースパターンを２
方向からの照明光束で照明したときにパターンから生じ
る回折光の投影光学系の瞳面での通過位置を示す図

【図１２】本発明の実施例による露光方法を行ったとき
のウェハ上でのパターンの像強度分布を示す図

【図１３】従来の技術による露光方法を行ったときのウ
ェハ上でのパターンの像強度分布を示す図

【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透過部１２ｂ半透過部１５レチクルのパターン面に対するフーリエ面（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１８投影光学系の瞳面１９シャッター２０制御回路Ｌ０照明光束Ｄ_ov ０次回折光Ｄ_pv ＋１次回折光Ｄ_mv −１次回折光Ｄ_oh ０次回折光Ｄ_ph ＋１次回折光Ｄ_mh −１次回折光Ｅ１２パターンの像の強度分布Ｅ１３パターンの像の強度分布ＷＳ可動ステージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系からの照明光でマスク上のパ
ターンを照明し、該パターンを投影光学系を介して基板
上に投影露光する露光方法において、前記マスクのパターンは、前記照明光に対する透過率が
ほぼ１である透過部と、前記透過部を透過する光束に対
してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与える
とともに、前記照明光に対する透過率が前記透過部の１
／４程度以下である半透過部とで構成され、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、
若しくはその近傍の面上での光量分布が中心部よりもそ
の外側で高められることを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記パターンは、前記照明光が透過する
ガラス基板に被着される半透過層をパターニングして形
成されることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】前記半透過部は、複数の薄膜を積層した
多層膜で構成されることを特徴する請求項１に記載の露
光方法。
【請求項４】前記多層膜は金属薄膜と誘電体薄膜とを
含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】前記半透過部はその振幅透過率の符号が
前記透過部と異なることを特徴とする請求項１に記載の
露光方法。
【請求項６】前記半透過部の振幅透過率は、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
と他の回折光とでその強度がほぼ等しくなるように定め
られることを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】前記パターンは密集パターンと孤立パタ
ーンとを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方
法。
【請求項８】照明光学系からの照明光でマスク上のパ
ターンを照明し、該パターンを投影光学系を介して基板
上に投影露光する露光方法において、前記マスクのパターンは、前記照明光に対する透過率が
ほぼ１である透過部と、前記透過部を透過する光束に対
してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与える
とともに、前記照明光に対する透過率が前記透過部の１
／４程度以下である半透過部とで構成され、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、
若しくはその近傍の面上での光量分布が中心部よりもそ
の外側で高められ、且つ前記基板上に転写すべきパター
ンに応じて前記光量分布が調整されることを特徴とする
露光方法。
【請求項９】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次回折光と他の回折光とが、前記投影光
学系内の前記マスクのパターン面に対するフーリエ変換
面上でその光軸からほぼ等距離の位置を通過するよう
に、前記照明光の光量分布を調整することを特徴とする
請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】前記照明光は、前記光量分布が前記照
明光学系の光軸から偏心した局所領域内で高められるこ
とを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の露
光方法。
【請求項１１】前記照明光はその光量重心が前記照明
光学系の光軸とほぼ一致するように、前記光量分布が前
記照明光学系の光軸から偏心した複数の局所領域内でそ
れぞれ高められることを特徴とする請求項１０に記載の
露光方法。
【請求項１２】前記照明光は、前記光量分布が前記照
明光学系の光軸から偏心した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１１に記載の露光
方法。
【請求項１３】前記照明光は、前記所定面上で前記複
数の局所領域に集中されることを特徴とする請求項１１
に記載の露光方法。
【請求項１４】前記パターンは、互いに交差する２方
向にそれぞれ配列されるラインアンドスペースパターン
を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の露
光方法。
【請求項１５】前記局所領域の大きさは、前記照明光
学系と前記投影光学系とを有する露光装置のコヒーレン
スファクターが０．１〜０．３程度となるように調整さ
れることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項
に記載の露光方法。
【請求項１６】前記基板上に転写すべきパターンに応
じて前記局所領域の位置を調整することを特徴とする請
求項１０〜１２のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１７】前記局所領域から射出する照明光の照
射によって前記パターンから発生する０次回折光と他の
回折光とが、前記投影光学系内の前記マスクのパターン
面に対するフーリエ変換面上でその光軸からほぼ等距離
の位置を通過するように、前記局所領域の位置を調整す
ることを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。
【請求項１８】前記他の回折光は±１次回折光の一方
であることを特徴とする請求項６、９、及び１７のいず
れか一項に記載の露光方法。
【請求項１９】照明光学系からの照明光でマスク上の
パターンを照明し、該パターンを投影光学系を介して基
板上に投影露光する露光方法において、前記マスクのパターンは、前記照明光に対する透過率が
ほぼ１である透過部と、前記透過部を透過する光束に対
してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与える
とともに、前記照明光に対する透過率が前記透過部の１
／４程度以下である位相シフト部とで構成され、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
次回折光と他の回折光とが、前記投影光学系の前記マス
クのパターン面に対するフーリエ変換面上、若しくはそ
の近傍の面上でその光軸からほぼ等距離の位置を通過す
るように、前記照明光学系の光軸に対して前記照明光を
傾けることを特徴とする露光方法。
【請求項２０】前記他の回折光は±１次回折光の一方
であることを特徴とする請求項１９に記載の露光方法。
【請求項２１】前記照明光の光量重心は前記照明光学
系の光軸とほぼ一致することを特徴とする請求項１９に
記載の露光方法。
【請求項２２】前記パターンは第１方向に沿って延び
る直線部を有し、前記照明光は前記第１方向と交差する
第２方向から前記マスクに照射されることを特徴とする
請求項１９に記載の露光方法。
【請求項２３】前記照明光は、前記照明光学系の光軸
に関して対称的に傾いた一対の第１光束を含むことを特
徴とする請求項１９に記載の露光方法。
【請求項２４】前記照明光は、前記照明光学系の光軸
に関して前記一対の第１光束とほぼ対称となる一対の第
２光束を含むことを特徴とする請求項２３に記載の露光
方法。
【請求項２５】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
相対移動又は振動させることを特徴とする請求項１〜２
４の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項２６】前記照明光の照射によって前記パター
ンから０次回折光と他の回折光とを、前記投影光学系の
光軸に関してほぼ対称に発生させることを特徴とする請
求項２５に記載の露光方法。
【請求項２７】位相シフトレチクルを用いて基板上に
半導体素子を形成する方法において、前記位相シフトレチクル上に、前記照明光に対する透過
率がほぼ１である透過部と、前記透過部を透過する光束
に対してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与
えるとともに、前記照明光に対する透過率が前記透過部
の１／４程度以下である半透過部とを含む回路パターン
を形成し、前記位相シフトレチクルに前記照明光を照射する照明光
学系内で、前記位相シフトレチクル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、若しくはそ
の近傍の面上での光量分布を中心部よりもその外側で高
めるとともに、前記位相シフトレチクルを介して前記照
明光で前記基板を露光することを特徴とする半導体素子
の形成方法。
【請求項２８】照明光学系からの照明光でマスク上の
パターンを照明し、該パターンを投影光学系を介して基
板上に投影露光する露光方法において、前記マスクのパターンは、前記照明光に対する透過率が
ほぼ１である透過部と、前記透過部を透過する光束に対
してほぼ（２ｎ＋１）π（ｎは整数）の位相差を与える
とともに、前記照明光に対する透過率が前記透過部の１
／４程度以下である半透過部とで構成され、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、
若しくはその近傍の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、前記複数
の局所領域のそれぞれの中心位置は前記マスクのパター
ンの微細度に応じて該パターンの描画方向に対してほぼ
垂直な方向に離れて配置されることを特徴とする露光方
法。
【請求項２９】前記所定面上、若しくはその近傍の面
上での前記複数の局所領域の中心位置の前記光軸からの
偏心方向及び偏心量は、前記マスクのパターンの描画方
向、幅、ピッチに応じて決定されることを特徴とする請
求項２８に記載の露光方法。