JPH04267515A - 像投影方法、回路製造方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は像投影方法及び該方法を
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特０．５ｕｍ
以下の線幅の回路パタ−ンをウエハ−に形成する際に好
適な、新しい像投影方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化は益々加速度
を増しており、それに伴って微細加工技術の進展も著し
いものがある。特にその中心をなす光加工技術は１ＭＤ
ＲＡＭを境にサブミクロンの領域に踏み込んでいる。そ
して、光加工用装置の代表的なものが所謂ステッパ−と
呼ばれる縮小投影露光装置であり、この装置の解像力の
向上が半導体デバイスの将来を担っていると言っても過
言ではない。

【０００３】従来、この装置の解像力を向上させる為に
用いられてきた手法は、主として光学系（縮小投影レン
ズ系）のＮＡを大きくしていく手法であった。しかしな
がら光学系の焦点深度はＮＡの２乗に反比例する為、Ｎ
Ａを大きくすると焦点深度が小さくなるといった問題が
生じる。従って、最近は、露光波長をｇ線からｉ線或は
波長３００ｎｍ以下のエシマレ−ザ−光に変えようとい
う試みが行なわれている。これは、光学系の焦点深度と
解像力が波長に反比例して改善されるという効果を狙っ
たものである。

【０００４】一方、露光波長の短波長化の流れの他に解
像力を向上させる手段として登場してきたのが位相シフ
トマスクを用いる方法である。この方法は、マスクの光
透過部の一部分に他の部分に対して１８０度の位相シフ
トを与える薄膜を形成するやり方である。ステッパ−の
解像力ＲＰは、ＲＰ＝ｋ１　λ／ＮＡなる式で表わすこ
とができ、通常のステッパ−は、ｋ１　ファクタ−の値
が０．７〜０．８である。ところが、この位相シフトマ
スクを使用する方法であれば、理論的には、ｋ１ファク
タ−の値を０．３５位にできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この位
相シフトマスクを実現させるためには未だ多くの問題点
が残っている。現状で問題となっているのは以下の諸点
である。

【０００６】１．位相シフト膜を形成する薄膜形成技術
が未確立。

【０００７】２．位相シフト膜付回路パタ−ン設計のＣ
ＡＤの開発が未確立。

【０００８】３．位相シフト膜を付与できないパタ−ン
の存在。

【０００９】４．位相シフト膜の検査、修正技術が未確
立このように実際に位相シフトマスクを実現するために
は様々な障害があり、実現までに多大な時間が掛かるこ
とが予想される。

【００１０】従って、未解決の問題が多い位相シフトマ
スクに代わり、位相シフトマスクを使用する場合と同様
の高い解像力が得られる微細パタ−ン像の投影方法を見
つける必要があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成する為に、回路パタ−ンの微細化に伴い回路パタ−ン
が主に縦横パタ−ンにより構成されることに着目し、縮
小投影レンズ系等の像投影用光学系の瞳面に形成する有
効光源の形態を工夫したものである。従って、本発明に
基づいて半導体デバイスを製造する場合には、ステッパ
−本体側の改良により位相シフトマスクを使用する場合
と同等の解像力を達成することができる。

【００１２】例えば本発明の像投影方法は、主として縦
横パタ−ンで構成された微細パタ−ンを照明し、該微細
パタ−ンで生じた回折光を投影光学系の瞳に入射させて
該微細パタ−ンの像を投影する方法において、前記瞳の
中心及び該瞳中心を通り前記縦横パタ−ンの方向へ延び
る一対の軸上の各部分よりも他の部分の光強度が大きい
光量分布を備える有効光源を形成することを特徴として
いる。

【００１３】又、例えば本発明の半導体デバイス製造方
法は、主として縦横パタ−ンで構成された回路パタ−ン
を照明し、該回路パタ−ンで生じた回折光を投影光学系
の瞳に入射させて該回路パタ−ンの像をウエハ−上に投
影し、該ウエハに該回路パタ−ン像を転写することによ
り半導体デバイスを製造する方法において、前記瞳の中
心及び該瞳中心を通り前記縦横パタ−ンの方向へ延びる
一対の軸上の各部分よりも他の部分の光強度が大きい光
量分布を備える有効光源を形成することを特徴としてい
る。

【００１４】又、本発明の好ましい形態では、前記瞳中
心及び該瞳中心を通り前記縦横パタ−ンの方向へ延びる
一対の軸上の各部分の光強度がほぼゼロに設定される。

【００１５】

【実施例】本発明の思想を理解し易くする為に、先ず、
微細パタ−ンの結像に関して詳しく説明を行う。

【００１６】第１図は高周波数（ピッチ２ｄが数ｕｍ程
度）を持つ微細パタ−ン６の像を投影レンズ系７により
投影する様子を示す。その表面に垂直な方向から照明さ
れた微細パタ−ン６は、それに入射する光束を回折する
。この時生じる回折光は、入射光束の進行方向と同じ方
向へ向けられる０次回折光、入射光束とは異なる方向へ
向けられる例えば±１　次以上の高次回折光である。こ
れらの回折光の内特定次数例えば０次及び±１　次回折
光が、投影レンズ系７の瞳１に入射し、瞳１を介して投
影レンズ系７の像面に向けられ、この像面に微細パタ−
ン６の像を形成することになる。この種の結像において
像のコントラストに寄与する光成分は高次の回折光であ
る。この為、微細パタ−ンの周波数が大きくなるにつれ
、高次回折光を光学系で捕らえることができなくなり、
像のコントラストが低下する。そして、最終的には結像
そのものが不可能になる。

【００１７】第２図（Ａ）、（Ｂ）に、夫々、第１図の
微細パタ−ン６を従来型のマスクに形成した場合の瞳１
における光分布、第１図の微細パタ−ン６を位相シフト
マスクに形成した場合の瞳１における光分布、を示す。

【００１８】第２図（Ａ）においては、０次回折光３ａ
の回りに＋１　次回折光３ｂ，−１　次回折光３ｃが生
じているが、第２図（Ｂ）においては、位相シフト膜の
効果により０次回折光５ａが消失し、±１　次回折光５
ｂ、５ｃのみが生じている。第２図（Ａ）、（Ｂ）の比
較から、位相シフトマスクの、空間周波数面即ち瞳面に
おける効果として下記の２点が挙げられる。

【００１９】１．位相シフトマスクでは周波数が１／２
に低減されている。 ２．位相シフトマスクでは０次回折光が存在しない。

【００２０】又、他の注目すべき点は、位相シフトマス
ク場合の±１　次回折光の瞳面での間隔ａが、従来型の
マスクの場合の０次光と±１　次回折光の夫々との間隔
ａと合致することである。一方、瞳１での光分布は、従
来型のマスクと位相シフトマスクとで、位置的には一致
する。両者の間で異なっているのは、瞳１における振幅
分布の強度比であり、第２図（Ｂ）で示される位相シフ
トマスクの場合０次、＋１次、−１次回折光の振幅比が
０：１：１であるのに対して、第２図（Ａ）で示される
従来型マスクの場合には０次、＋１次、−１　次回折光
の振幅比が　１：２／π：２／πになっている。

【００２１】本発明は、位相シフト膜を使用せずに、瞳
１に、位相シフトマスクと類似の光分布を発生させる。 本発明では、微細パタ−ン６、特に従来技術の項で述べ
たｋ１　ファクタ−が　０．５付近の空間周波数を持つ
微細パタ−ン、を照明した際、０次回折光が瞳１の中心
から外れた位置に入射し他の高次回折光も瞳１の中心か
ら外れた他の位置に入射するように、前記瞳の中心を通
り前記縦横パタ−ンの方向へ延びる一対の軸上及び前記
瞳の中心の各部分よりも他の部分の光強度が大きい光量
分布を備える有効光源、好ましくは前記瞳の中心を通り
前記縦横パタ−ンの方向へ延びる一対の軸上及び前記瞳
の中心の各部分の光強度がほぼゼロである有効光源、を
形成する。

【００２２】このような有効光源を形成し、例えばｋ１
　ファクタ−が　０．５程度の微細パタ−ンを照明した
時生じる０次回折光と１　次回折光の内、０次回折光と
正負の１次回折光の内の一方を瞳１に入射させ、正負の
１次回折光の内の他方を瞳１に入射させないことによっ
て、瞳１での光分布を位相シフトマスクの場合と似た形
にすることが可能になる。この為、微細パタ−ンを照明
する照明法／照明系を工夫するだけで位相シフトマスク
を使用した場合と同様の効果を得ることができ、実現化
が容易である。

【００２３】本発明では、単一光束による照明を行うと
、瞳１における一対の回折光の振幅比が　１：２／πと
なり、位相シフトマスクを使用した場合に近い、より好
ましい振幅比１：１にはならない。しかしながら、本件
発明者の解析により、この振幅比の違いは、例えば、マ
スクの縦パタ−ンを解像する場合には、マスク（微細パ
タ−ン）へ斜入射させる光を、瞳の縦軸（瞳の中心を通
り縦パタ−ンの方向に伸びる軸）に対して対称となる一
対の光パタ−ンができるようにペアの光でマスクを照明
し、マスクの横パタ−ンを解像する場合には、マスク（
微細パタ−ン）へ斜入射させる光を、瞳の横軸（瞳の中
心を通り横パタ−ンの方向に伸びる、前記瞳の縦軸に垂
直な軸）に対して対称となる一対の光パタ−ンができる
ようにペアの光でマスクを照明することにより、実質的
に補償できることが判明した。従って、有効光源の瞳で
の光量分布が、瞳中心を通りｘｙ軸とほぼ４５°を成す
方向に延びる第１軸に沿った，瞳中心に関して対称な場
所に互いの強度がほぼ等しい一対のピ−クをピ−クを有
するように、例えば２個の照明光束により照明を行なう
。又、有効光源の瞳での光量分布が、瞳中心を通りｘｙ
軸とほぼ４５°を成す方向に延びる第１軸に沿った瞳中
心に関して対称な場所に、互いの強度がほぼ等しい一対
の部分を有し、且つ、瞳中心を通り前記第１軸とほぼ９
０°をなす方向に延びる第２軸に沿った，瞳中心に関し
て対称な場所であって第１軸上の一対の部分と瞳中心に
対してほぼ同じに位置に、互いの強度がほぼ等しい他の
一対の部分を有するように、例えば４個の照明光束によ
り照明を行う。

【００２４】本発明の第１実施例として、第１図の瞳１
での０次回折光の光分布、所謂瞳面上の有効光源の分布
を第３図（Ａ）、（Ｂ）の夫々に示す。

【００２５】図中、１が瞳、ｘが瞳の横軸（瞳の中心を
通り横パタ−ンの方向に伸びる軸）、ｙが瞳の縦軸（瞳
の中心を通り縦パタ−ンの方向に伸びる、前記瞳の横軸
に垂直な軸）、そして２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが有効光
源の各部分を示す。

【００２６】ここで示す二つの実施例の有効光源は主と
して４つの部分より成る分布を持っている。そして個々
の部分（光パタ−ン）の分布は円形であり、瞳１の半径
を　１．０、瞳中心を座標原点、ｘｙ軸を直交座標軸と
した時、第３図（Ａ）の例では、各部分２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄの中心が夫々　（０．４５，０．４５），（−
０．４５，０．４５），（−０．４５，−０．４５），
（０．４５，−０．４５）の位置にあり、各部分の半径
は　０．２である。又、第３図（Ａ）の例では、各部分
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの中心が夫々（０．３４，０．
３４），（−０．３４，０．３４），（−０．３４，−
０．３４），（０．３４，−０．３４）　の位置にあり
、各部分の半径は　０．２５　である。

【００２７】本実施例の有効光源は、このように瞳面に
設定したｘｙ軸により４つの象限に分けた時、一つ一つ
の部分２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが夫々対応する象限に形
成され、互いに重なり合うことなく互いに対称な関係に
且つ独立に存在することを特徴としている。この場合各
象限を分ける軸であるｘ軸とｙ軸は、例えば集積回路パ
タ−ンが設計されるときに用いられるｘ軸、ｙ軸の方向
と合致し、夫々マスクの縦横パタ−ンが延びる方向であ
る。

【００２８】本実施例における有効光源の形状は、その
像が投影される微細パタ−ンの縦横パタ−ンの方向性に
着目し決定したものであり、４つの円形の部分２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄの中心が丁度±４５°方向（ｘ軸及びｙ
軸に対し±４５°を成し瞳１の中心を通過する一対の軸
が延びる方向）に存在していることが特徴である。この
ような有効光源を発生させる為には、４個の照明光束を
、互いに同じ入射角で、一組づつ互いに直交する入射平
面に沿って、微細パタ−ンへ斜入射させる。

【００２９】又、有効光源の４つの部分２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄの強度が互いに等しいことが重要で、この比が
狂うと、例えば焼付が行なわれるウェハ−がデフォ−カ
スした時に回路パタ−ン像が変形を受ける。従って、４
個の照明光束の強度も互いに等しく設定される。この時
、４つの部分２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各々の強度分布
は、全体がピ−ク値を示す均一な強度分布を持つもので
あっても、中心にのみピ−クがあるような不均一な強度
分布を持つものでも、適宜決めることができる。従って
、４個の照明光束の形態も、瞳１に形成する有効光源の
形態に応じて様々な形態が採られる。例えば、本実施例
では、有効光源の４つの部分が互いに分離しており、各
部分以外の場所に光パタ−ンが生じていないが、有効光
源の４つの部分が比較的強度が弱い光パタ−ンを介して
連続していてもいい。

【００３０】又、有効光源の４つの部分２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄの分布（形状）は円形に限定されない。但し、
４つの部分の中心はその形状に関係なくその強度分布の
重心位置が、第３図（Ａ）、（Ｂ）に示す実施例の如く
、ｘｙ軸に関して±４５°方向にあり、且つ互いに対称
であることが好ましい。

【００３１】因に、より高解像を狙う、即ちｋ１　の値
が小さい系を構成する際の最適有効光源の配置を採ろう
とすると、第３図（Ｂ）から第３図（Ａ）に目を移した
時に感じる通り、各象限にある有効光源の各部分２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄの重心位置が瞳１の中心から離れ、こ
れに伴って個々の象限にある独立した各部分２ａ、２ｂ
、２ｃ、２ｄの径が小さくなる第３図（Ａ）、（Ｂ）で
は二つの予想される有効光源の形態を示しているが、実
際の設計においてもこの二つの形態に近い有効光源が使
用されるであろう。というのは、有効光源の各部分の重
心位置をあまり瞳１の中心から離れた位置に持っていき
すぎると、光学系の設計上の都合から、光量が少なくな
ったりするなどの弊害が生じてくるからである。

【００３２】本件発明者の、この点を考慮した検討によ
れば、第３図に示す瞳１と座標を参照すると、第１及び
第３象限にある互いに分離された一対の部分２ａ、２ｃ
の形状を円形とし、半径をｑとし、第１部分２ａ及び第
２部分　２ｃの中心位置（重心位置）の座標を夫々（ｐ
，ｐ）、（−ｐ，−ｐ）とした時、以下の条件を満たす
のがいいことが分かった。

【００３３】０．２５＜ｐ＜０．６ ０．１５＜ｑ＜０．３ 尚、他の第２及び第４象限の各部分２ｂ、２ｄの大きさ
、位置についても、それらの第１及び第３象限の各部分
２ａ、２ｃに対する対称性より自ら定まる。又、有効光
源の各部分が円形でない、例えば３角形、４角形の場合
でもここに示した条件の領域内に入っていることが好ま
しい。この時ｑは、各部分に外接する円の半径を用いる
。第３図（Ａ）、（Ｂ）に示した実施例は、この条件中
の中心付近の値を持つものである。ｐ、ｑの値は、使用
する光学系（照明系／投影系）にどの程度の線幅の微細
パタ−ンの投影を要求するかによって異なる。

【００３４】今まで使用されてきたステッパ−では、瞳
１の中心（ｘ，　ｙ）＝（０，０）に有効光源のピ−ク
が存在していた。この装置で、コヒ−レンスファクタ−
σ値が０．３とか　０．５とか言われるのは、瞳１の中
心を中心として半径がそれぞれ　０．３、０．５の稠密
の有効光源分布を持っていることを意味している。本件
発明者の解析によると、瞳中心に近い位置にある有効光
源、例えばσ値で　０．１以下の範囲の場合は、デフォ
−カスが生じた時、主として粗い線巾、前述のｋ１　フ
ァクタ−が１以上の線巾、でのコントラストを高く保つ
ことに効果があるが、このデフォ−カス時の効果はｋ１
　ファクタ−が　０．５に近づくにつれて急速に悪化す
る。そして、ｋ１　ファクタ−が　０．５を越えると、
極端な場合には像のコントラストが全く失なわれてしま
う。現在要求されているのは、ｋ１　ファクタ−　０．
６以下でのデフォ−カス性能の向上であり、ｋ１　ファ
クタ−がこの付近については、瞳中心近傍の有効光源の
存在は、結像に関して悪影響を与える。

【００３５】これに対し第１実施例で示した有効光源は
ｋ１　ファクタ−の値が小さく、ｋ１ファクタ−　０．
５付近の結像を行なう際のデフォ−カス時のコントラス
トを高く保つことに効果がある。第３図（Ａ）の例は第
３図（Ｂ）の例よりより外側に有効光源の各部分２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄが存在している為、第３図（Ｂ）より
高周波特性が優れている。尚、有効光源の瞳中心から離
れている部分でのデフォ−カス特性は、ｋ１　ファクタ
−で１前後まで、焦点深度がほぼ一定の水準を保つとい
う特性を持っている。

【００３６】第４図は第３図（Ｂ）の形態をＮＡ０．５
　の投影レンズ系を持つｉ線ステッパ−に適用した時の
解像力と焦点深度の関係を、光学像のコントラスト　７
０％を満たす範囲内のデフォ−カスは焦点深度内（許容
値）として計算した例である。図中、曲線Ａは、通常の
レチクルに対する従来法（σ＝０．５　）での解像力と
焦点深度の関係、曲線Ｂが第３図（Ｂ）の場合の解像力
と焦点深度の関係を示す。ステッパ−の実用的に許容で
きる焦点深度の限界を　１．５μｍ　に設定すると、従
来法での解像力の限界は０．５２μｍ　であるのに対し
、第３図（Ｂ）の場合には、ほぼ　０．４μｍまで解像
力が改善されている。これは比にして約　３０％の改善
であり、この分野では非常に大きなものである。又、実
効的にはｋ１　ファクタ−で０．４５程度の解像力まで
は容易に達成できる。

【００３７】尚、本発明の、瞳中心に有効光源を形成し
ないリング照明法との相違点は、瞳１において、微細パ
タ−ンの縦横パタ−ンの方向に相当するｘ軸及びｙ軸上
には有効光源のピ−クが存在していないことである。こ
れは、ｘ及びｙ軸上に有効光源のピ−クを配置すると、
像のコントラストの落ちが大きく、大きな焦点深度を得
ることができないからである。従って、主として縦横パ
タ−ンで構成される微細パタ−ンの像投影に関して、本
発明は、リング照明法よりも改善された像質の像を得る
ことを達成した。

【００３８】又、本発明の有効光源の主たる各部分の光
量（光強度）は均一にも、ガウシアン分布のように不均
一にも、設定される。

【００３９】第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の
第２実施例を示す図であり、本発明の方法で微細パタ−
ンの像を投影する半導体製造用投影露光装置を示す。

【００４０】図中、１１は、その発光部が楕円ミラ−の
第１焦点に設置される超高圧水銀灯、１２は楕円ミラ−
、１４、２１、２５、２７は折り曲げミラ−、１５は露
光量制御用シャッタ−、１０５はフィ−ルドレンズ、１
６は波長選択用干渉フィルタ−、１７はクロスＮＤフィ
ルタ−、１８は所定の開口を備えた絞り部材、１９は、
その光入射面が楕円ミラ−１２の第２焦点に設置される
オプチカルインテグレ−タ−、２０、２２は第１結像レ
ンズ系（２０、２２）の各レンズ、２３はハ−フミラ−
、２４はレチクル上の照明領域を規制する矩形開口を備
えるマスキングブレ−ド、２６、２８は第２結像レンズ
系（２６、２８）の各レンズ、３０は最小線巾約２ｕｍ
程度の主に縦横パタ−ンで構成された集積回路パタ−ン
が形成されたレチクル、３１はレチクル３０の回路パタ
−ンを１／５に縮小投影する縮小投影レンズ系、３２は
レジストが塗布されたウエハ−、３３はウエハ−３２を
吸着保持するウエハ−チャック、３４はウエハ−チャッ
ク３３を保持するＸＹステ−ジ、３５は中央に開口部３
５ａを備える遮光膜が形成されたガラス板、３６は上面
に開口部を備えたケ−ス、３７はケ−ス３６内に設けた
光電変換器、３８はステ−ジ３４の移動量を計測する為
の不図示のレ−ザ−干渉計の一部を成すミラ−、４０は
、ブレ−ド２４の受光面と光学的に等価な位置に置かれ
、ブレ−ド２４と同様にインテグレ−タ−１９の各レン
ズから出射した光束がその上で互いに重なり合う、所定
の開口を備える遮光板、４１は遮光板４０の開口からの
光を集光する集光レンズ、４２は４分割デイテクタ−を
、示す。

【００４１】この装置の特徴的な構成はインテグレ−タ
−１９の前に置いたフィルタ−１７及び絞り部材１８で
ある。絞り部材１８は、第５図（Ｂ）に示すように、装
置の光軸近傍の光を遮るリング状の開口を備えた、投影
レンズ系３１の瞳面での有効光源の大きさ及び形状を定
める開口絞りであり、この開口の中心は装置の光軸と一
致している。又、フィルタ−１７は、第５図（Ｃ）に示
すように、４個のＮＤフィルタ−を全体としてクロス状
に成るよう配列したものであり、この４個のＮＤフィル
タ−により絞り部材１８のリング状開口の４か所に入射
する光の強度が１０〜１００パ−セント減衰しめられる
。この４か所とは、とりもなおさず、投影レンズ系３１
の瞳面の、レチクル３０の縦横パタ−ンの方向に相当す
るｘｙ軸上の４点を含む部分に対応する場所であり、こ
のフィルタ−１７によって、投影レンズ系３１の瞳面の
ｘｙ軸上の有効光源の光強度が弱まるようにしている。

【００４２】レチクル３０は不図示のレチクルステ−ジ
に保持されている。そして、投影レンズ系３１はフィル
タ−１６により選択されたｉ線（波長３６５ｎｍ）の光
に対して設計されている。又、第１及び第２結像レンズ
系（２０、２２、２６、２８）はインテグレ−タ−１９
の光出射面と投影レンズ系３１の瞳面とが互いに共役に
なるよう設定され、第２結像レンズ系（２６、２８）は
ブレ−ド２４の開口部のエッジとレチクル３０の回路パ
タ−ン部とが互いに共役になるよう設定されている。 尚、ブレ−ド２４は、レチクル３０上の集積回路パタ−
ンの大きさに応じて開口部の大きさを調整できるように
、通常、４枚の夫々独立に可動なナイフエッジ状の先端
を持つ遮光板で構成され、不図示の装置全体の制御を行
うコンピュ−タ−の指令によって各遮光板の位置が制御
され、開口部の大きさが使用するレチクル３０に最適化
される。

【００４３】ハ−フミラ−２３はインテグレ−タ−１９
からの光束の一部を反射するミラ−で、ミラ−２３で反
射した光は、遮光板４０の開口を介してレンズ４１に入
射し、レンズ４１により４分割ディテクタ−４２上に集
光される。４分割ディテクタ−の４２の受光面は投影レ
ンズ系３１の瞳面と光学的に等価になるよう設定されて
おり、この受光面上に絞り部材１８で形成したリング状
の有効光源を投影する。４分割ディテクタ−４２は、個
々のディテクタ−毎に各受光面に到達した光の強度に応
じた信号を出力し、４分割ディテクタ−４２からの各出
力信号を加算することによりシャッタ−１５の開閉制御
の為の積算信号を得る。

【００４４】ＸＹステ−ジ３４上の部材３５〜３７は、
レチクル３０の上方の照明系の性能チェック用の測定ユ
ニットであり、ＸＹステ−ジ３４は照明系のチエックを
行う際所定の位置に移動し、この測定ユニットを投影レ
ンズ系３１の真下に持ってくる。この測定ユニットで、
ガラス板３５の開口部３５ａ及びケ−ス３６の開口部を
介して、照明系を出て投影レンズ系３１の像面に達した
光を光電変換器３７へ導く。開口部３５ａの受光面は投
影レンズ系３１像面位置にあり、必要であれば不図示の
焦点検出系（ウエハ−３２の表面の高さを検出する周知
のセンサ−）とＸＹステ−ジ３４に内蔵された測定ユニ
ット駆動系とを用い、開口部３５の装置の光軸方向の高
さが調整される。ガラス板３５はケ−ス３６に取り取り
付けられており、ケ−ス３６は前述の通り中央に開口部
が開いているが、ここでは、このケ−ス３６の開口部が
ガラス板３５の開口部と所定量だけずらせるように、測
定ユニットが組まれている。ケ−ス３６の開口部が置か
れる位置は投影レンズ系３１の像面側のＮＡの大きい場
所で且つ像面から十分離れている。従ってケ−ス３６の
開口部の受光面では、投影レンズ系３１の瞳面での光分
布がそのまま現れる。本実施例では、この測定ユニット
は使用しない。従って、この測定ユニットの使用法の説
明は後の実施例で説明する。

【００４５】本実施例では、フィルタ−１７と絞り部材
１８の作用により、投影レンズ系３１の瞳面に、全体と
してリング状を成しレチクル３０の縦横パタ−ンの方向
に相当するｘｙ軸上の４点を含む部分の強度が他の部分
よりも低い有効光源を形成しつつ、照明系（１１、１２
、１４、１５、１０５、１６、１７、１８、１９、２０
、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８）
により、レチクル３０の回路パタ−ンを均一な照度で照
明し、投影レンズ系３１により回路パタ−ン像をウエハ
−３２上に投影して、ウエハ−３２のレジストに回路パ
タ−ン像を転写している。このような投影露光による効
果は先に第３図及び第４図を使って説明した通りであり
、ウエハ−３２のレジストに、ｉ線で、安定して、鮮明
な０．４ｕｍの微細パタ−ンを記録できる。

【００４６】又、ここでは、フィルタ−１７と絞り部材
１８をインテグレ−タ−１９の前に置いているが、フィ
ルタ−１７と絞り部材１８をインテグレ−タ−１９の直
後に置いてもいい。又、後述する第３実施例で使用する
第６図（Ｂ）に示す絞り部材１８を、フィルタ−１７と
絞り部材１８より成る系の代わりに使用してもいい。第
６図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第３実施例を示す図であ
り、本発明の方法で微細パタ−ンの像を投影する半導体
製造用投影露光装置の他の例を示す。

【００４７】図中、第５図で示した部材と同じ部材又は
同じ機能を持つ部材には、第５図で付した番号と同じ番
号を付している。従って、第５図の装置と本実施例の装
置を比較すると、本実施例の構成で第５図の装置と異な
っている点は、第６図（Ｂ）に示すように絞り部材１８
の開口部が４個の独立した開口より成る点、クロスＮＤ
フィルタ−の代わりに部材１８の各独立開口に対応させ
て４個の独立なフィルタ−１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１
７ｄを設けている点、更にミラ−１２とミラ−１４の間
に４角錐プリズム１３を挿入している点である。

【００４８】又、本実施例では、４分割ディテクタ−４
２からの出力をシャッタ−１５の開閉制御以外の用途に
も使用し、測定ユニット（３５−３７）も使用する。

【００４９】以下、前記実施例との相違点を重点的に説
明しながら、本実施例の作用効果を述べる。

【００５０】４角錐プリズム１３、フィルタ−１７ａ、
１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ及び絞り部材１８を置かない状
態で、水銀灯１１からの光によりインテグレ−タ１９を
照明すると、インテグレ−タ１９の光射出面で中心に高
いピ−クを持つガウシアン分布に似た光量分布の２次光
源が生じてしまう。インテグレ−タ−１９の光射出面は
投影レンズ系３１の瞳面と共役であるから、この瞳面に
は、瞳中心に光量分布のピ−クを持つ有効光源ができる
。既に説明した様に、本発明で用いる有効光源は瞳中心
でピ−クを示さない光量分布を持つものであるから、前
記実施例の如くインテグレ−タ−１９の中心部付近に入
射する光を遮る必要がある。しかしながら、絞り部材１
８を単にインテグレタ−１９の前に置いた場合、水銀灯
１１からの光の大部分をけってしまい、光量損失が大き
くなる。そこで、本実施例では、楕円ミラ−１２の直後
に四角錐プリズム１３を挿入して、オプティカルインテ
グレ−タ−１９上での照度分布をコントロ−ルする。

【００５１】水銀灯１１は、その発光部が楕円ミラ−１
２の第１焦点位置と一致するように置かれており、水銀
灯１１から発し楕円ミラ−１２で反射した光は、四角錐
プリズム１３により相異なる方向に偏向された４本の光
束に変換される。この４本の光束はミラ−１４で反射さ
れシャッタ−１５の位置に到達する。そして、シャッタ
−１５が開いていれば、そのままフィルタ−１６に入射
し、フィルタ−１６により、レチクル３０の像をウェハ
−３２上のレジスト（感光層）に投影する投影レンズ系
３１が最も良い性能を発揮できる様に、水銀灯１１の発
光スペクトルからｉ線が選択される。

【００５２】フィルタ−１６からの４本の光束は、夫々
、フィ−ルドレンズ１０５を通過した後、本実施例の重
要な要素であるフィルタ−１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１
７ｄに入射する。この４個のフィルタ−は、４本の光束
の光量が互いにほぼ同じになるようにし、これによりイ
ンテグレ−タ−１９の光出射面及び投影レンズ系３１の
瞳面に形成する有効光源の４個の部分間の光量の対称性
を補正する補正部材である。各フィルタ−の光量減衰作
用を調節する場合には、各フィルタ−毎に数種類のＮＤ
フィルタ−を用意しておきＮＤフィルタ−を切り換えて
調節してもいいし、各フィルタ−を干渉フィルタ−で構
成し、この干渉フィルタ−の狭帯域性を利用し、この干
渉フィルタ−を傾けることにより調節してもいい。

【００５３】絞り部材１８は、フィルタ−１７ａ、１７
ｂ、１７ｃ、１７ｄからの４本の光束を受ける。この絞
り部材１８は、第６図（Ｂ）に示すように４個の円形開
口を備えており、４個の円形開口の夫々と、フィルタ−
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄからの４本の光束とが
、一対一に対応する。そして、絞り部材１８の４個の開
口からの光でインテグレ−タ−１９が照明され、インテ
グレ−タ−１９の光出射面及び投影レンズ系３１の瞳面
に、絞り部材１８の開口に対応する、第３図（Ａ）で示
した有効光源が形成される。

【００５４】通常、絞り部材１８の開口形状は、インテ
グレ−タ−１９を構成する各微小レンズの外形に対応し
た形状に設定される。従って、各微小レンズの断面が六
角形である場合には、開口形状も微小レンズの六角形に
沿った形にする。

【００５５】インテ−グレ−タ−１９からの光は、レン
ズ２０、ミラ−２１、レンズ２２、ハ−フミラ−２３を
介してブレ−ド２４に向けられる。この時、前述した様
に、インテグレ−タ−１９の各レンズからの光束がブレ
−ド２４上で互いに重なり、ブレ−ド２４が均一な照度
で照明される。又、ハ−フミラ−２３は、インテグレ−
タ−１９の各レンズからの光束の一部分づつを反射して
、反射光により遮光板４０を照明する。遮光板４０の開
口部からの光がレンズ４１により４分割ディテクタ−４
２上に集光される。

【００５６】ブレ−ド２４の開口部を通過した光は、ミ
ラ−２５、レンズ２６、ミラ−２７及びレンズ２８によ
りレチクル３０に向けられる。ブレ−ド２４の開口部と
レチクル３０の回路パタ−ン部とは互いに共役であるか
ら、インテグレ−タ−１９の各レンズからの光束がレチ
クル３０上でも重なり合い、レチクル３０を均一な照度
で照明する。そして、レチクル３０の回路パタ−ンの像
が、投影レンズ系３１により投影される。

【００５７】４分割ディテクタ−４２の各ディテクタ−
は、第３図（Ａ）に示す如き有効光源の互いに分離した
４つの部分の夫々に対応しており、各部分の光量を独立
に検出できる。各ディテクタ−の出力を加え合わせれば
シャッタ−１５の開閉制御を行うことができるのは、前
述した通りである。一方、各ディテクタ−の出力を互い
に比較することによって有効光源の個々の部分の光量の
割合がアンバランスになっていないかどうかのチェック
を行う。この時、４分割ディテクタ−４２の各ディテク
タ−相互のキャリブレ−ションを行うことがチェックの
際の信頼性を高めることに通じる。このキャリブレ−シ
ョンについては後述する。

【００５８】装置の瞳面に形成される有効光源の形状は
インテグレ−タ−１９の形状に対応したものになる。イ
ンテグレ−タ−１９自体は微小なレンズの集まりである
為、有効光源の光量分布を細かく見ると、個々の微小レ
ンズの形状に対応した離散的なものとなっているが、マ
クロな観点で見れば第３図（Ａ）に示す光量分布が実現
されている。

【００５９】本実施例では光量モニタ−（２３、４０〜
４２）と測定ユニット（３５〜３７）を用いて有効光源
の光量分布のチェックを行う。この為に、ＸＹステ−ジ
３４を動かして測定ユニット（３５〜３７）を投影レン
ズ系３１の真下に持ってくる。この測定ユニットで、ガ
ラス板３５の開口部３５ａ及びケ−ス３６の開口部を介
して、照明系を出て投影レンズ系３１の像面に達した光
を光電変換器３７へ導く。開口部３５ａの受光面は投影
レンズ系３１の像面位置に設定されている。ガラス板３
５はケ−ス３６に取り取り付けられており、ケ−ス３６
は前述の通り中央に開口部が開いているが、ここでは、
このケ−ス３６の開口部がガラス板３５の開口部と所定
量だけずらせるように、測定ユニットが組まれている。 本実施例の照明系により照明を行った場合、ケ−ス３６
の上面では、第３図（Ａ）に示す有効光源の４つの部分
が分離して現れる。ケ−ス３６の開口は、ブレ−ド２４
の開口部と同じように形状及び大きさが変更可能にでき
ており、不図示の駆動系に開口の大きさを変えることに
より、有効光源の４つの部分を個別に検出することと、
有効光源の４つの部分を一度に検出することができる。 一方、光電変換器３７はガラス板３５の開口３５ａを通
過する光束を全て受光し得る面積の受光部を持っている
。尚、光電変換器３７の受光部の面積が大きくなりすぎ
て電気系の応答特性が劣化する場合には、ガラス板３５
と光電変換器３７の間に集光レンズを入れ、このレンズ
によりガラス板３５の開口３５ａからの光束を集光し、
光電変換器３７の受光部の面積を小さくして応答特性を
改善することができる。又、ケ−ス３６の開口を有効光
源の４つの部分を一度に検出することができるように設
定している状態で、ＸＹステ−ジ３４を像面に沿って動
かすことにより、像面照度の均一性を測ることもできる
。

【００６０】ケ−ス３６の開口を動かして有効光源の各
部分の光量（強度）を測った結果は、照明系側にある４
分割ディテクタ−４２の対応するディテクタ−の出力と
の比較が行われる。つまり、ＸＹステ−ジ３４側にある
光電変換器３７を参照ディテクタ−として使用し、４分
割ディテクタ−４２の出力をキヤリブレ−ションできる
ため、安定した状態で有効光源の経時変化をモニタ−し
ていくことができる。そして４分割ディテクタ−４２又
は光電変換器３７によって有効光源の各部分間の光量の
アンバランスを検出し、その結果に基づいて、フィルタ
−１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが、有効光源の各部
分の光量のマッチングが図られるよう調整される。

【００６１】本実施例では、第６図（Ｂ）の絞り部材１
８の作用により、投影レンズ系３１の瞳面に、第３図（
Ａ）に示す、レチクル３０の縦横パタ−ンの方向に相当
するｘｙ軸上及び瞳中心（光軸）上に光量分布のピ−ク
を持たない有効光源を形成しつつ、照明系（１１、１２
、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８）に
より、レチクル３０の回路パタ−ンを均一な照度で照明
し、投影レンズ系３１により回路パタ−ン像をウエハ−
３２上に投影して、ウエハ−３２のレジストに回路パタ
−ン像を転写している。このような投影露光による効果
は先に第３図及び第４図を使って説明した通りであり、
ウエハ−３２のレジストに、ｉ線で、安定して、大きな
焦点深度で、鮮明な０．４ｕｍの微細パタ−ンを記録で
きる。

【００６２】第７図は本発明の第４実施例を示す図であ
り、第６図の半導体製造用投影露光装置の改良例を示す
部分的概略図である。従って、第７図では、第６図の実
施例と同じ部材については第６図と全く同じ番号が付け
られている。

【００６３】図中、１１は超高圧水銀灯、１２は楕円ミ
ラ−である。ここでは楕円ミラ−１２から出た光をビ−
ムスプリッタ−群（５１、５３）で分割している。第３
図（Ａ）に示す４つの部分を持つ有効光源を形成する為
に、楕円ミラ−１２から出た光を第１ビ−ムスプリッタ
−５１、第２ビ−ムスプリッタ−５３で順次分割してい
る。５２は光路の折り曲げミラ−である。第２ビ−ムス
プリッタ−５３は第１ビ−ムスプリッタ−５１で分割さ
れた２本の光束の双方の光路にまたがって斜設されてお
り、紙面に沿って進行する２本の光束を夫々分割し、夫
々の光束の一部を紙面と垂直方向に曲げる。夫々の光束
の他の部分は図示する通り紙面に沿って進む。又、第２
ビ−ムスプリッタ−５３から前記一部の光束の光路には
ミラ−光学系があって、前記一部の光束を反射して前記
他の部分の光路と平行な別な光路に向ける。こうしてビ
−ムスプリッタ−群（５１、５３）及びミラ−５２と不
図示のミラ−光学系とにより４つに分けられた光路は、
インテグレ−タ−１９の光出射面で第３図（Ａ）に示す
ような光分布の２次光源を作るよう結合される。これに
より、投影レンズ系３１の瞳面に第３図（Ａ）に示す有
効光源が形成される。

【００６４】紙面内にある分割された２つの光路には、
夫々、リレ−レンズ６１ａ、６１ｂが置かれ、このリレ
−レンズ６１ａ、６１ｂの作用で、各光路を進む光がイ
ンテグレ−タ−１９上に集光せしめられる。第１ビ−ム
スプリッタ−の挿入の結果、両光路の光路長が互いに異
なる為、リレ−レンズ６１ａ、６１ｂの構成及び焦点距
離は互いに少しずつ異なっている。これは紙面内にない
一対の光路に置かれる不図示の一対のリレ−レンズにつ
いても同様である。

【００６５】６３はビ−ムスプリッタ−群（５１、５３
）により得た４本の光束の夫々について開閉制御ができ
るシャッタ−、１６ａ、１６ｂは紙面内にある分割され
た２つの光路に置いた波長選択フィルタ−で、紙面外の
他の２つの光路の夫々にも同様のフィルタ−が置かれる
。これらのフィルタ−は、前記実施例のフィルタ−１６
と同様、水銀灯１１からの光からｉ線を取り出す。１７
ａ、１７ｂが、紙面内にある分割された２つの光路に置
いた、有効光源の各部分の光量を調整する為のフィルタ
−であり、紙面外の他の２つの光路の夫々にも同様のフ
ィルタ−が置かれる。そして、、これらのフィルタ−の
機能は前記実施例のフィルタ−１７ａ、１７ｂ、１７ｃ
、１７ｄと同様の機能を持つ。

【００６６】又、本実施例では、インテグレ−タ−に至
る光路を空間的に４つ分割した為、インテグレ−タを４
個の小型インテグレ−タ−の集合により構成した。光路
の重なり具合の関係から、ここではインテグレ−タ−１
９ａ、１９ｂのみを図示している。インテグレ−タ−以
降の構成は前記実施例と同じなので、これ以上の説明は
省略する。

【００６７】第８図は本発明の第５実施例を示す図であ
り、本発明の方法で微細パタ−ンの像を投影する半導体
製造用投影露光装置の、更に他の例を示す部分的概略図
である。

【００６８】本実施例の装置は、有効光源の位置を時間
的に移動させることにより等価的に第３図（Ａ）に示す
ような有効光源を瞳面に形成ながら回路パタ−ン像を投
影露光する。第８図では前記各実施例と同じ部材につい
ては前記各実施例と同じ番号が付けられている。従って
、図中、１１は超高圧水銀灯、１２楕円ミラ−、１４は
折り曲げミラ−、１５はシャッタ−、１６は波長選択用
干渉フィルタ−、１９がオプティカルインテグレ−タ−
を示し、不図示の、投影レンズ系３１以降の系は前記各
実施例のものと同一である。

【００６９】本実施例の特徴的な構成は、インテグレ−
タ−１９の後ろに時間的に動く平行平板７１を置いたこ
とにある。平行平板７１は照明光学系の光軸に対して斜
めに配置されており、図示する通り光軸に対する傾角が
変化するよう揺動して光軸をずらす役割を行う。従って
、レチクル３０側から、平行平板７１を通してインテグ
レ−タ−１９を観察すると、平行平板７１の揺動に伴っ
てインテグレ−タ−１９が上下又は左右に移動する様に
見える。ここでは平行平板７１が光軸を中心にした回転
運動もできるように平行平板を支持しているので、平行
平板７１を光軸に対して所定角度傾けた状態で回転させ
ることにより、投影レンズ系３１の瞳面において、単一
有効光源が光軸（瞳中心）から離れたある半径の円周上
の任意の位置に配置できることになる。そして実際の露
光時には、平行平板７１を動かして単一有効光源が所定
の位置に来た時、平行平板７１の姿勢が固定され、所定
の時間露光が行われる。この動作を第３図（Ａ）に示し
た有効光源の４個の部分の各々に単一有効光源ができる
よう４回行なうことによって１つのショットの露光が完
了する。

【００７０】本実施例では、光源として水銀灯１１を使
用しているが、光源がエキシマレ−ザ−の様にパルス発
光を行うようなものである時には、平行平板７１の動き
を連続的な動きとし、平行平板７１が所定の位置に来た
時に光源を発光させるといった、露光制御を行ってもい
い。この時、光源としてエキシマレ−ザ−を使用し、平
行平板７１の光軸回りの回転の周期をエキシマレ−ザ−
の発光の繰り返し周期とマッチングさせると都合が良い
。例えば、レ−ザ−が２００Ｈｚで発光しているとする
と、１回の発光ごとに有効光源が隣の象限に移る様に平
行平板７１の回転数を制御すれば、効率の良い露光を行
うことができる。

【００７１】このように時間的に単一有効光源が移動す
る方式を採る場合、瞳上の幾つかの部分に形成される有
効光源部が同一光源からの光エネルギ−で作られる為、
瞳面上で分離された有効光源部の強度を互いに常に同じ
に設定することが容易である。本実施例で前記各実施例
にあるような有効光源光量補正用のフィルタ−１７を置
かなかったのは、この理由によっている。

【００７２】さて、平行平板７１を通過した光は、レン
ズ７２、ハ−フミラ−７３、レンズ７４を介してレチク
ル３０を均一照明する。本実施例では前記各実施例では
置いてた第１結像光学系がない為に、前記各実施例のブ
レ−ド２４とは違うブレ−ド７８をレチクル３０の近く
に配置した。このブレ−ド７８は、ブレ−ド２４と構成
及び機能が同じであり、レチクル３０上に形成した回路
パタ−ンの大きさに応じてその開口部の大きさが可変で
ある。

【００７３】ミラ−７３は入射光の大分部分を反射する
一方、入射光の一部分を透過させて露光量制御用の光量
モニタ−に光を導く。７５はコンデンサレンズ、７６は
レチクル３０と光学的に等価な位置にあるピンホ−ル板
で、ミラ−７３からの光がレンズ７５によりピンホ−ル
板７６に集光され、ピンホ−ル板７６のピンホ−ルを通
過した光がフォトディテクタ−７７で受光され、フォト
ディテクタ−７７から入射光の強度に応じた信号が出力
される。装置の不図示のコンピユ−タ−は、この信号に
基づいてシャッタ−１５の開閉制御を行う。尚、本実施
例では有効光源間の各部分の光量比をモニタ−する必要
がないので、フォトディテクタ−７７は特に４分割ディ
テクタ−である必要はない。

【００７４】本実施例では、投影レンズ系３１の瞳面に
第３図（Ａ）で示す有効光源を形成しつつ、レチクル３
０の回路パタ−ンを均一な照度で照明し、投影レンズ系
３１により回路パタ−ン像をウエハ−上に投影して、ウ
エハ−のレジストに回路パタ−ン像を転写している。こ
のような投影露光による効果は先に説明した通りであり
、ウエハ−のレジストに、安定して、鮮明な０．４ｕｍ
の微細パタ−ンを記録できる。

【００７５】第９図は本発明の第６実施例を示す図であ
り、本発明の方法で微細パタ−ンの像を投影する半導体
製造用投影露光装置の、更に他の例を示す部分的概略図
である。

【００７６】本実施例では光源としてＫｒＦエキシマレ
−ザ−８１（中心波長２４８．４ｎｍ、バンド幅０．０
０３〜０．００５ｎｍ）を用いた場合の例を示している
。エキシマレ−ザ−８１はパルス発光する為、シャッタ
−を設けずにレ−ザ−自身の駆動制御により露光制御を
行うこと、及び、レ−ザ−自身がフィルタ−を持ちレ−
ザ−光のバンド幅が狭帯域化されている為、波長選択用
干渉フィルタ−を配置しないことが特徴となっている。 ビ−ムスプリッタ−群（５１、５３）、ミラ−５２、フ
ィルタ−１７及びインテグレ−タ１９の働きは、第７図
に示した実施例と同じである。又、インテグレ−タ−１
９以降の系は第６図（Ａ）のものと同じで、但し不図示
の投影レンズ系は、波長２４８．４ｎｍに関して設計さ
れた、合成石英のみ主成分としたレンズアセンブリで構
成されている。

【００７７】エキシマレ−ザ−８１の場合、レ−ザ−光
のコヒ−レンシ−が高いので、スペックルパタ−ンの発
生を押さえる必要がある。この為、本実施例では、イン
コヒ−レント化ユニット８２が、ビ−ムスプリッタ−群
５１〜５３で光が分離された後に置かれている。エキシ
マレ−ザ−を用いた照明光学系のスペックル除去の方法
については過去いろいろな手法が発表されているが、本
発明の有効光源を作ることはそれらと本質的な矛盾はな
く、公知の様々な手法が適用可能である。従って、ここ
ではユニット８２についての詳細は説明しない。

【００７８】本実施例では、図示する光学系（１７、１
９、５１、５２、５３、８２）の作用により不図示の投
影レンズ系の瞳面に第３図（Ａ）で示す有効光源を形成
しつつ、レチクルの回路パタ−ンを均一な照度で照明し
、投影レンズ系により回路パタ−ン像をウエハ−上に投
影して、ウエハ−のレジストに回路パタ−ン像を転写し
ている。このような投影露光による効果は先に説明した
通りであり、ウエハ−のレジストに、安定して、鮮明な
０．３〜０．４ｕｍの微細パタ−ンを記録できる。

【００７９】第１０図は本発明の第７実施例を示す図で
あり、第９図に示した第６実施例を改良した装置を示す
部分的概略図である。

【００８０】本実施例は、レ−ザ−８１からのレ−ザ−
光を反射型４角錐プリズムで４個の光束に分離している
。第６図の装置では透過型の４角錐プリズム１３を用い
て光束の分離をしていたが、同様のことは反射型でも行
える。本発明の構成は、勿論、超高圧水銀灯を光源に用
いても実現できるが、ここでは光源としてＫｒＦエキシ
マレ−ザ−を用いた例が示してある。レ−ザ−８１から
出たレ−ザ−光はアフォ−カルコンバ−タ−９１で適切
なビ−ムサイズに拡大変換された後、４角錐プリズム９
２に入射する。４角錐プリズムの配置は、その４個の反
射面が、結果として不図示の投影レンズ系の瞳位置に第
３図（Ｂ）のような有効光源を形成できる方向に向くよ
う設定する。９３は４角錐プリズム９２の各反射面で分
割・反射された光を曲げるミラ−であり、ミラ−９３以
降の構成は第９図の装置と同じで、インテグレ−タ−１
９以降の系は第６図（Ａ）のものと同じである。但し不
図示の投影レンズ系は、波長２４８．４ｎｍに関して設
計された、合成石英のみ主成分としたレンズアセンブリ
で構成されている。

【００８１】本実施例でも、図示する光学系（１７、１
９、９１、９２、９３、８２）の作用により不図示の投
影レンズ系の瞳面に第３図（Ａ）で示す有効光源を形成
しつつ、レチクルの回路パタ−ンを均一な照度で照明し
、投影レンズ系により回路パタ−ン像をウエハ−上に投
影して、ウエハ−のレジストに回路パタ−ン像を転写し
ている。このような投影露光による効果は先に説明した
通りであり、ウエハ−のレジストに、安定して、鮮明な
０．３〜０．４ｕｍの微細パタ−ンを記録できる。

【００８２】第１１図は本発明の第８実施例を示す図で
あり、本発明の方法で微細パタ−ンの像を投影する半導
体製造用投影露光装置の、更に他の例を示す部分的概略
図である。

【００８３】本実施例ではファイバ−束１０１を用いた
照明系を示す。ファイバ−束１０１の光入射面は超高圧
水銀灯１１の光が楕円ミラ−１２によって集光する位置
に配置され、各ファイバ−を介して光束が引き回されて
、インテグレ−タ１９の光入射面に導かれている。ファ
イバ−束１０１の超高圧水銀灯１１と逆側の端、即ち光
出射面は４つ束に分岐され、その一つ一つが第３図（Ａ
）の有効光源の各部分に対応している。各ファイバ−束
の出口には有効光源の各部分の光量を調整するフィルタ
−１７が配置されている。これ以降の光学系は第８図の
実施例の構成がそのまま流用されている。但し、光量モ
ニタ−のフォトディテクタ−に、各ファイバ−束のから
の光の光量（２次光源の４個の部分及び有効光源の４個
の部分）のバランスを測定する為、４分割ディテクタ−
１０２が用いられている。４分割ディテクタ−１０２の
個々のディテクタ−は、夫々、４個のインテグレ−タ−
１９の出口に対応している。

【００８４】本実施例では、投影レンズ系３１の瞳面に
第３図（Ａ）で示す有効光源を形成しつつ、レチクル３
０の回路パタ−ンを均一な照度で照明し、投影レンズ系
３１により回路パタ−ン像をウエハ−上に投影して、ウ
エハ−のレジストに回路パタ−ン像を転写している。こ
のような投影露光による効果は先に説明した通りであり
、ウエハ−のレジストに、安定して、鮮明な０．４ｕｍ
の微細パタ−ンを記録できる。

【００８５】第１２図は本発明の第９実施例を示す図で
あり、本発明の方法で微細パタ−ンの像を投影する半導
体製造用投影露光装置の、更に他の例を示す部分的概略
図である。

【００８６】本実施例では複数の光源を用いて照明系を
構成している。ここでは、光源として超高圧水銀灯１１
ａ、１１ｂを用いているが、光源としてエキシマレ−ザ
−を使用し、レ−ザ−光学系即ち平行で発散角の少ない
ビ−ムに対する光学系を組むことも可能である。

【００８７】本実施例では、重なりの為図示されていな
いが、超高圧水銀灯を４個置いてあり、４個の超高圧水
銀灯の夫々からの光束が凹レンズ１０３に入射して、凹
レンズ１０３により統合されて、波長選択用干渉フィル
タ−１６、有効光源の各部分の光量を調整する４個のフ
ィルタ−１７を介してインテグレ−タ−１９に到達する
。インテグレ−タ−１９以降の光学系の構成は第１１図
の装置と同様で、投影レンズ系３１の瞳面に第３図（Ａ
）に示す有効光源を形成する。従って、本実施例でも、
投影レンズ系３１により回路パタ−ン像をウエハ−上に
投影して、ウエハ−のレジストに回路パタ−ン像を転写
している。このような投影露光による効果は先に説明し
た通りであり、ウエハ−のレジストに、安定して、鮮明
な０．４ｕｍの微細パタ−ンを記録できる。

【００８８】以上述べた半導体製造用投影露光装置では
瞳面での有効光源の配置を固定としてきた。しかしなが
ら、実施例の最初の部分で述べた様に、有効光源の各部
分の中心位置を表わすパラメ−タ−ｐとその半径或はそ
れに外接する円の半径を表わすパラメ−タ−ｑ、又有効
光源の各部分の形状は、投影露光の対象となる回路パタ
−ンの種類によって最適値が異なる。従って、例えば、
各実施例の装置で有効光源の形状を表すパラメ−タ−ｐ
、ｑを可変にする系を構成するといい。例えば、各実施
例の内絞り部材１８を使用するものは、絞り部材１８と
して開口形状が可変なものを使用したり、或は複数個の
互いに開口形状が異なるの絞りを用意しておくとかする
。

【００８９】又、以上述べた装置は半導体製造用の装置
であったが、本発明は集積回路パタ−ン像を投影する場
合に限定されない。即ち、本発明は、主として縦横パタ
−ンからなる微細パタ−ンを持つ物品の像を光学系によ
り投影する様々な場合に適用される。

【００９０】又、以上述べた装置は、像投影用光学系と
してレンズ系を使用するものであったが、本発明は、ミ
ラ−系を使用する場合にも適用される。

【００９１】又、以上述べた装置は、像投影に使用する
光として、ｉ線、波長２４８．４ｎｍのレ−ザ−光を用
いていたが、本発明は波長の種類に関係なく適用される
。従って、例えばｇ線（４３６ｎｍ）を露光波長とする
半導体製造用投影露光装置にも適用されうる。

【００９２】

【発明の効果】以上、本発明では、像投影用光学系の瞳
に予め決めた有効光源を形成してやることにより、空間
周波数が非常に高い微小パタ−ンの像を、位相シフトマ
スクを用いる場合と同様の分解能で且つ位相シフトマス
クを用いる場合よりも簡単な手法で、投影できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】微小パタ−ン像の投影原理を示す説明図。

【図２】図２は瞳上での光分布を示す図で、Ａは従来マ
スクを用いた時の瞳上での光分布を示す図。Ｂは位相シ
フトマスクを用いた時の瞳上での光分布を示す図。

【図３】図３は本発明の第１実施例を示す図で、Ａは本
発明の第１実施例の瞳上での有効光源の一例を示す説明
図。Ｂは本発明の第１実施例の瞳上での有効光源の別の
例を示す説明図。

【図４】図３Ａの有効光源を形成する投影系と従来の投
影系の周波数特性を示す図。

【図５】図５は本発明の第２実施例を示す図で、Ａは本
発明の第２実施例を示す投影露光装置の概略図。Ｂは本
発明の第２実施例で用いる絞り部材の正面図。Ｃは本発
明の第２実施例で用いるクロスフィルタ−の説明図。

【図６】図６は本発明の第３実施例を示す図で、Ａは本
発明の第３実施例を示す投影露光装置の概略図。Ｂは本
発明の第３実施例で用いる絞り部材の正面図。

【図７】本発明の第４実施例を示す投影露光装置の部分
的概略図。

【図８】本発明の第５実施例を示す投影露光装置の部分
的概略図。

【図９】本発明の第６実施例を示す投影露光装置の部分
的概略図。

【図１０】本発明の第７実施例を示す投影露光装置の部
分的概略図。

【図１１】本発明の第８実施例を示す投影露光装置の部
分的概略図。

【図１２】本発明の第９実施例を示す投影露光装置の部
分的概略図。

【符号の説明】

１　　投影光学系の瞳 ２ａ　　有効光源 ２ｂ　　有効光源 ２ｃ　　有効光源 ２ｄ　　有効光源

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主として縦横パタ−ンで構成された微
   細パタ−ンを照明し、該微細パタ−ンで生じた回折光を
   投影光学系の瞳に入射させて該微細パタ−ンの像を投影
   する方法において、前記瞳の中心及び該瞳中心を通り前
   記縦横パタ−ンの方向へ延びる一対の軸上の各部分より
   も他の部分の光強度が大きい光量分布を備える有効光源
   を形成することを特徴とする像投影方法。
2. 【請求項２】　　前記光量分布が、前記瞳中心を通り前
   記一対の軸とほぼ４５°を成す方向に延びる第１軸に沿
   った前記瞳中心に関して対称な場所に互いの強度がほぼ
   等しい一対のピ−クを有することを特徴とする請求項１
   の像投影方法
3. 【請求項３】　　前記光量分布が、前記瞳中心を通り前
   記第１軸とほぼ９０°をなす方向に延びる第２軸に沿っ
   た前記瞳中心に関して対称な場所に互いの強度がほぼ等
   しい他の一対のピ−クを有することを特徴とする請求項
   ２の像投影方法。
4. 【請求項４】　　前記有効光源が互いに分離した第１及
   び第２部分を備え、該第１部分が前記ピ−クの一方を、
   該第２部分が前記ピ−クの他方を有することを特徴とす
   る請求項２の像投影方法。
5. 【請求項５】　　前記第１及び第２部分は夫々ほぼ円形
   の互いに径が等しい光パタ−ンより成り、前記瞳の半径
   を１、前記第１及び第２部分の半径をｑとし、前記一対
   の軸をＸＹ座標軸として前記瞳中心を該ＸＹ座標の原点
   にとり、前記第１及び第２部分の中心位置の座標を夫々
   （ｐ，ｐ）、（−ｐ，−ｐ）とした時、以下の条件を満
   たすことを特徴とする請求項４の像投影方法。 ０．２５＜ｐ＜０．６ ０．１５＜ｑ＜０．３
6. 【請求項６】　　前記瞳中心及び該瞳中心を通り前記縦
   横パタ−ンの方向へ延びる一対の軸上の各部分の光強度
   がほぼゼロに設定されることを特徴とする請求項１の像
   投影方法。
7. 【請求項７】　　主として縦横パタ−ンで構成された回
   路パタ−ンを照明し、該回路パタ−ンで生じた回折光を
   投影光学系の瞳に入射させて該回路パタ−ンの像をウエ
   ハ−上に投影し、該ウエハに該回路パタ−ン像を転写す
   ることにより半導体デバイスを製造する方法において、
   前記瞳の中心及び該瞳中心を通り前記縦横パタ−ンの方
   向へ延びる一対の軸上の各部分よりも他の部分の光強度
   が大きい光量分布を備える有効光源を形成することを特
   徴とする半導体デバイス製造方法。
8. 【請求項８】　　前記瞳中心及び該瞳中心を通り前記縦
   横パタ−ンの方向へ延びる一対の軸上の各部分の光強度
   がほぼゼロに設定されることを特徴とする請求項７の半
   導体デバイス製造方法。