JPH04316311A

JPH04316311A - 投影型露光装置

Info

Publication number: JPH04316311A
Application number: JP3083729A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 1992-11-06

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、半導体集積素子等の回
路パターン又は液晶素子のパターンの転写に使用される
投影型露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体等の回路パターン形成には、一般
にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要である。この工程には通常、レチクル（マスク）パターンを半導
体ウェハ等の試料基板上に転写する方法が採用される。試料基板上には感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影型露光装置では、レチクル上に描画
された転写すべき回路パターンが、投影光学系を介して
試料基板（ウェハ）上に投影、結像される。

【０００３】図６は、上述の従来の投影光学系を示し、
レチクル１７の照明光束Ｌ０は、照明光学系中のレチク
ル１７に対するフーリエ変換面（以後、瞳面と略す）、
もしくはその近傍に配置された、投影光学系の光軸ＡＸ
を中心としたほぼ円形領域の開口部１０ＡＸを有する開
口絞り１０により入射する。開口絞り１０は瞳面内にで
きる２次光源（面光源）像を円形に制限する。開口絞り
１０を通りほぼ円形に制限された光束ＬＡＸはレンズ系
１６を介してレチクル１７を照明する。こうしてレチク
ル１７のパターン１８を通過した照明光は投影光学系１
９を介してウェハ２１のレジスト層に結像される。

【０００４】このとき照明光学系の開口数と投影光学系
１９のレチクル側開口数の比、所謂σ値は開口絞り（例
えば空間フィルター１０の開口径）により決定され、そ
の値は０．３〜０．６程度が一般的である。照明光ＬＡ
Ｘはレチクル１７にパターニングされたパターン１８に
より回折され、パターン１８からは０次回折光Ｄ０　、
＋１次回折光ＤＰ　、−１次回折光Ｄｍ　が発生する。それぞれの回折光　　（Ｄ０　，Ｄｍ　，ＤＰ　）は投
影光学系１９により集光されウェハ（試料基板）２１上
に干渉縞を発生させる。この干渉縞がパターン１８の像
である。このとき０次回折光Ｄ０　と±１次回折光ＤＰ
　，Ｄｍ　のなす角θ（レチクル側）はｓｉｎθ＝λ／
Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パターンピッチ）により決まる
。

【０００５】パターンピッチが微細化するとｓｉｎθが
大きくなり、ｓｉｎθが投影光学系１８のレチクル側開
口数（ＮＡＲ　）　より大きくなると±１次回折光ＤＰ
　、Ｄｍ　は投影光学系を透過できなくなる。このとき
ウェハ２１上には０次回折光Ｄ０　のみしか到達せず干
渉縞は生じない。つまりｓｉｎθ＞ＮＡＲ　となる場合
にはパターン１８の像は得られず、パターン１８をウェ
ハ２１上に転写することができなくなってしまう。

【０００６】以上のことから、今までの露光装置におい
ては、ｓｉｎθ＝λ／Ｐ≒ＮＡＲ　となるピッチＰは次
式で与えられていた。　　Ｐ≒λ／ＮＡＲ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（１）最小パターンサイズはピッチＰの半分
であるから、最小パターンサイズは０．５・λ／ＮＡＲ
　程度となるが、実際のフォトリソグラフィーにおいて
はウェハの湾曲、プロセスによるウェハの段差等の影響
、又はフォトレジスト自体の厚さの為に、ある程度の焦
点深度が必要となる。この為、実用的な最小解像パター
ンサイズは、ｋ・λ／ＮＡとして表される。ここでｋは
プロセス係数と呼ばれ０．６〜０．８程度となる。レチ
クル側開口数ＮＡＲ　とウェハ側開口数ＮＡＷ　との比
は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル
上における最小解像パターンサイズはｋ・λ／ＮＡＲ　
、ウェハ上の最小パターンサイズは、ｋ・λ／ＮＡＷ　
＝ｋ・λ／Ｂ・ＮＡＲ（ただしＢは結像倍率（縮小率）
）となる。

【０００７】従って、より微細なパターンを転写する為
には、より短い波長の露光光源を使用するか、あるいは
より開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択する
必要があった。もちろん、波長と開口数の両方を最適化
する努力も考えられる。また、レチクルの回路パターン
の透過部分のうち、特定の部分からの透過光の位相を、
他の透過部分からの透過光の位相よりπだけずらす、い
わゆる位相シフトレチクルが特公昭６２−５０８１１号
公報等で提案されている。この位相シフトレチクルを使
用すると、従来よりも微細なパターンの転写が可能とな
る。

【０００８】また、投影光学系の瞳面近傍に、瞳面中心
部（光軸周辺領域）の透過率が瞳面周辺部（光軸から一
定距離離れた領域）より低くなる様な遮光フィルターを
加えて、投影光学系の解像度を高める技術も提案されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の露
光装置においては、照明光源を現在より短波長化（例え
ば２００ｎｍ以下）することは、透過光学部材として使
用可能な適当な光学材料が存在しない等の理由により現
時点では困難である。また投影光学系の開口数は、現状
でもすでに理論的限界に近く、これ以上の大開口化はほ
ぼ望めない状態である。

【００１０】また、もし現状以上の大開口化が可能であ
るとしても±λ／２ＮＡ２　で表わされる焦点深度は開
口数の増加に伴なって急激に減少し、実使用に必要な焦
点深度がますます少なくなるという問題が顕著になって
くる。一方位相シフトレチクルについては、その製造工
程が複雑になる分コストも高く、また検査及び修正方法
も未だ確立されていないなど、多くの問題が残されてい
る。

【００１１】また、瞳面中心部と周辺部で透過率の異な
る遮光フィルターにおいては、瞳面中心部の遮光フィル
ターが露光光を吸収することにより発熱し、その熱が投
影光学系の結像性能を悪化させる。それとともに、瞳面
中心部の遮光フィルターによって瞳面中心部での光束が
減少し、レチクルパターンに対する忠実度が極めて劣化
するなど問題点が多く実用的でない。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、通常のレチクルを使用しても、高解像度かつ大焦点
深度が得られる投影型露光装置の実現を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ために本発明においては、周期性パターン部分を有する
マスク（１７）を照明する照明光を射出する光源と、該
照明光を前記マスク上で均一な照度にするための照明系
と、前記マスクのパターン像を感光基板に結像投影する
投影光学系（１９）を備えた投影型露光装置において、
　　前記照明系は、前記照明系内の前記マスクとフーリ
エ変換の関係にある面（１１）、もしくはその近傍面内
における照明光束を、照明系の光軸に関して対称的に分
布する第１照明光（Ｌ１）と第２照明光（Ｌ２）とに分
離する分離光学部材（７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ）とを有
し、前記光源は前記第１照明光束と前記第２照明光束の
夫々を個別に射出する少なくとも２つの光源（１ａ、１
ｂ）からなっている。

【００１４】

【作用】本発明の装置は図５に示す如く、レチクル１７
上のパターン１８に対する照明光学系内のフーリエ変換
面１１の近傍に、光源、又は２次光源１０ａを有してい
る。ここでは簡略化のために２次光源１０ａは遮光板１
０中に設けられた透光部とした。遮光板１０は照明光源
からの光束Ｌ０によりほぼ一様に照明されているものと
する。ここで２次光源１０Ａは、光軸ＡＸから偏心した
位置（光軸ＡＸとは異なる位置）にある。従って２次光
源像１０ａより射出する光束Ｌａは、光軸ＡＸと２次光
源１０ａとのフーリエ変換面１１上での距離に応じた角
度（ψ）だけ傾いてレチクルパターン１８に入射する。

【００１５】さて、レチクル（マスク）上に描画された
回路パターン１８は、一般に周期的なパターンを多く含
んでいる。従って１つの開口部からの照明光が照射され
たレチクルパターン１８からは０次回折光成分Ｄ０　及
び±１次回折光成分ＤＰ　、Ｄｍ　及びより高次の回折
光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生する。このとき、照明光束が、傾いた角度でレチクル１７に入
射するから、発生した各次数の回折光成分も、垂直に照
明された場合に比べ、傾き（角度ずれ）をもってレチク
ルパターン１８から発生する。従って、＋１次光ＤＰ　
は光軸ＡＸに対してθＰ　−ψの方向に進行し、−１次
回折光Ｄｍ　は光軸ＡＸに対してθｍ　＋ψの方向に進
行する。

【００１６】このとき回折角θＰ　、θｍ　はそれぞれ
　　ｓｉｎ（θＰ　−ψ）＋　ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（２）　　ｓｉｎ（θｍ　＋ψ）−　ｓｉｎψ＝λ／
Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（３）である。ここでは、＋１次回折光ＤＰ
　、−１次回折光Ｄｍ　の両方が投影光学系１９の瞳２
０を透過しているものとする。

【００１７】レチクルパターン１８の微細化に伴って回
折角が増大すると先ず角度θｍ　＋ψの方向に進行する
−１次回折光Ｄｍ　が投影光学系１９の瞳２０を透過で
きなくなる。すなわちｓｉｎ（θｍ　＋ψ）＞ＮＡＲ　
の関係になってくる。しかし照明光Ｌａが光軸ＡＸに対
して傾いて入射している為、このときの回折角でも＋１
次回折光ＤＰ　は、投影光学系１９に入射可能となる。すなわちｓｉｎ（θＰ　−ψ）＜ＮＡＲ　の関係になる
。

【００１８】従って、ウェハ２１上には０次回折光Ｄ０
　と＋１次回折光Ｄｍ　の２光束による干渉縞が生じる
。この干渉縞はレチクルパターン１８の像であり、レチ
クルパターン１８が１：１のラインアンドスペースの時
、約９０％のコントラストとなってウェハ２１上に塗布
されたレジストに、レチクルパターン１８の像をパター
ニングすることが可能となる。

【００１９】このときの解像限界は、　　ｓｉｎ（θＰ　−ψ）＝ＮＡＲ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
（４）となるときであり、従ってＮＡＲ　＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　Ｐ＝λ／（ＮＡＲ　＋ｓｉｎψ）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（５
）が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチで
ある。

【００２０】一例として今ｓｉｎψを０．５×ＮＡＲ　
程度に定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパター
ンの最小ピッチは　　Ｐ＝λ／（ＮＡＲ　＋０．５ＮＡＲ　）　　　　＝
２λ／３ＮＡＲ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
６）となる。

【００２１】一方、図６に示したように、照明光の瞳２
０上での分布が投影光学系１９の光軸ＡＸを中心とする
円形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は（
１）式に示したようにＰ≒λ／ＮＡＲ　であった。従っ
て、従来の露光装置より高い解像度が実現できることが
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウェハ上に結像パターンを形成す
る方法によって、焦点深度も大きくなる理由について説
明する。

【００２２】図５のようにウェハ２１が投影光学系１９
の焦点位置（最良結像面）に一致している場合には、レ
チクルパターン１８中の１点を出てウェハ２１上の一点
に達する各回折光は、投影光学系１９のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このため
従来のように０次回折光成分が投影光学系１９の瞳面２
０のほぼ中心（光軸近傍）を貫通する場合でも、０次回
折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等しく、
相互の波面収差も零である。しかし、ウェハ２１が投影
光学系１９の焦点位置に一致していないデフォーカス状
態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は光軸
近傍を通る０次回折光に対して焦点前方（投影光学系１
９から遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系１
９に近づく方）では長くなりその差は入射角の差に応じ
たものとなる。従って、０次、１次、…の各回折光は相
互に波面収差を形成して焦点位置の前後におけるボケを
生じることとなる。

【００２３】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
ェハ２１の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光がウ
ェハ２１に入射するときの入射角θｗ　の正弦をｒ（ｒ
＝ｓｉｎθｗ　）とすると、ΔＦ・ｒ２　／２で与えら
れる量である。（このときｒは各回折光の、瞳面２０で
の光軸ＡＸからの距離を表わす。従来の図５に示した投
影型露光装置では、０次回折光Ｄ０　は光軸ＡＸの近傍
を通るので、ｒ（０次）＝０となり、一方±１次回折光
ＤＰ　、Ｄｍ　は、ｒ（１次）＝Ｍ・λ／Ｐとなる（Ｍ
は投影光学系の倍率）。

【００２４】従って、０次回折光Ｄ０　と±１次回折光
ＤＰ　、Ｄｍ　のデフォーカスによる波面収差はΔＦ・
Ｍ２（λ／Ｐ）２／２となる。一方、本発明における投
影型露光装置では、図５に示すように０次回折光成分Ｄ
０　は光軸ＡＸから角度ψだけ傾いた方向に発生するか
ら、瞳面２０における０次回折光成分の光軸ＡＸからの
距離はｒ（０次）＝Ｍ・ｓｉｎψである。

【００２５】一方、−１次回折光成分Ｄｍ　の瞳面にお
ける光軸からの距離はｒ（−１次）＝Ｍ・ｓｉｎ（θＰ
　−ψ）となる。そしてこのとき、ｓｉｎψ＝ｓｉｎ（
θＰ　−ψ）となれば、０次回折光成分Ｄ０　と＋１次
回折光成分ＤＰ　のデフォーカスによる相対的な波面収
差は零となり、ウェハ２１が焦点位置より光軸方向に若
干ずれてもパターン１８の像ボケは従来程大きく生じな
いことになる。すなわち、焦点深度が増大することにな
る。また、（３）式のように、ｓｉｎ（θＰ　−ψ）＋
ｓｉｎψ＝λ／Ｐであるから、照明光束Ｌａのレチクル
１７への入射角ψが、ピッチＰのパターンに対して、ｓ
ｉｎψ＝λ／２Ｐの関係にすれば焦点深度をきわめて増
大することが可能である。

【００２６】

【実施例】本発明の第１の実施例について図面を参照に
して説明する。図１は本発明の実施例に好適な投影型露
光装置（ステッパー）の全体構成の概略を示す平面図で
ある。水銀ランプ等の輝線ランプ等の光源１ａより射出
された照明光は楕円鏡２ａにより集光された後、レンズ
系３ａ、フライアイレンズ等の照度均一化手段４ａ、リ
レーレンズ系５ａ、６ａ、ミラー７ａ、８ａ、フーリエ
変換面１１、もしくはその近傍に光源像１０ａを形成す
る。フーリエ変換面１１はレチクル１７上のレチクルパ
ターン１８に対して、コンデンサーレンズ１４、１６及
びミラー１５介してほぼフーリエ変換の関係となってい
る。同様に水銀ランプ等の輝線ランプ等の光源１ｂより
射出された第２照明光は楕円鏡２ｂにより集光された後
、レンズ系３ｂ、フライアイレンズ等のインテグレータ
４ｂ、リレーレンズ系５ｂ、６ｂ、ミラー７ｂ、８ｂを
介して、フーリエ変換面１１、もしくはその近傍に光源
像１０ｂを形成する。

【００２７】ミラー７ａ、７ｂ、８ｂ、８ｂ（本発明に
いう分離光学部材）によって光源像１０ａ、１０ｂはフ
ーリエ変換面１１内で互いに分離して形成されており、
照明光学系の光軸ＡＸに関して対称となるように形成さ
れている。ミラー７ａ、７ｂにはモータ等の駆動部材９
ａ、９ｂが設けられており、ミラー８ａ、８ｂにはモー
タ等の駆動部材１２ａ、１２ｂが設けられている。そし
て光源像（２次光源）のフーリエ変換面１１内での位置
を任意に変更することが可能となっている。この位置変
更に際しては、例えばミラー７ａ、７ｂを光軸と平行な
方向（Ａ方向）に移動することにより、又はミラー８ａ
、８ｂを光軸方向（Ｂ方向）に移動することにより行う
。またミラー７ａとミラー８ａ（ミラー７ｂとミラー８
ｂ）との間にプレーンパラレル等の光学部材を設けて紙
面と垂直な方向に光束を移動させるようにしてもよい。あるいは光源１ａ（１ｂ）から楕円鏡２ａ（２ｂ）、リ
レーレンズ７ａ（７ｂ）、ミラー８ａ（８ｂ）、９ａ（
９ｂ）までを１つのブロックとして、このブロック全体
をＢ方向又は紙面と垂直な方向に移動する駆動部材を設
けてもよい。これら駆動部材の制御は主制御系１００で
行われる。

【００２８】また図１中の照明系内にはハーフミラー１
３ａ、１３ｂが設けられている。このハーフミラー１３
ａ、１３ｂで反射された照明光束は光量センサーＤａ、
Ｄｂに導かれる。光量センサーＤａ、Ｄｂは、それぞれ
光源像１０ａ、１０ｂからの第１照明光（Ｌ１）と第２
照明光（Ｌ２）の照射光量をモニターすることができ、
必要によってはこのモニター結果を光源１ａ、１ｂのそ
れぞれの光量を制御する主制御系１００にフィードバッ
クする。例えば、光源１ａ、１ｂの電源出力に対して補
正を行ない、両光源の光出力が同一になるようにしても
良い。あるいは、レチクル１７に入射する第１、第２照
明光の夫々の光量を同一とする方法として、それぞれの
光源からの光路中にＮＤフィルター等の減光手段を設け
てもよい。また、光源の数を２つではなく複数の光源を
用いて露光を行う場合、前述の光量制御やＮＤフィルタ
ーを使って、レチクルパターン中の特に重要なパターン
に対して最適となるように特定の光源の光量を強くし、
あまり重要でないパターンに対応する光源の光量は弱く
することで、重要なパターンの像質を特に改善すること
ができる。また、それぞれの光源１ａ、１ｂからの光路
中に、別々にシャッターを設け、かつ、光量センサーＤ
ａ、Ｄｂの出力を基にそれぞれのシャッターを開閉して
もよい。

【００２９】尚、光源１ａ、１ｂの数は、２個に限定さ
れるものではなく（理論的には１つでもよい）、レチク
ル１７に入射する光束の数に合わせて複数の光源を配置
するようにしてもよい。ここで、この２つの光源像１０
ａ、１０ｂは必ずしも光軸ＡＸに対して対称に配置され
る必要はないが、この光源像が２ｎ個（ｎは自然数）で
あり、かつそれらが光軸ＡＸについて対称に配置されて
いると、ウエハ２１の微少なデフォーカスによる像のシ
フトや像の忠実度の劣化を防ぐことができる。

【００３０】ところで、光源像（２次光源）１０ａ、１
０ｂの位置、及び大きさはレチクル１７上のレチクルパ
ターン１８の周期性（ピッチ、周期方向）に応じて決定
されることが望ましい。この位置はレチクルパターン１
８の周期性（ピッチ、周期方向）によって定められるも
のである。この光源位置を設定する具体的方法の一例に
ついて説明する。前述の駆動部材９ａ、９ｂ、１２ａ、
１２ｂによるミラー７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの移動はキ
ーボード等の入力手段２５からの情報に基づいて行われ
る。この入力手段２５は、光源の位置（光源、または２
次光源の作る光量分布の重心位置）、及びフーリエ変換
面１１上全体での光量分布極大値位置の指定値を入力す
る手段である。あるいはレチクル１７上のレチクルパタ
ーン１８の微細度、方向性等のパターン情報（周期性情
報）を入力するものであってもよい。このとき、このパ
ターン情報は、入力手段２５から主制御系１００に伝達
され、主制御系１００は、パターン情報をもとに、光源
の最適位置等を演算し、駆動部材９ａ、９ｂ、１２ａ、
１２ｂを動作させる。

【００３１】なお、入手手段からの入力情報は、パター
ン情報でなく、レチクルの名称等であってもよい。この
場合、主制御系１００中には既に多数のレチクルのパタ
ーン情報が記憶されており、レチクル名称に応じたパタ
ーン情報を用いて光源位置が決定される。あるいはレチ
クル１７上に名称、あるいはパターン情報を記号化した
もの、例えばバーコード等を記入しておき、レチクル交
換の際等に、このバーコード等をバーコードリーダ２３
によって判読し、この情報を基に、主制御系１００が光
源位置を決定してもよい。または、バーコード等に、光
源位置等を記入しておいてもよい。この動作はレチクル
１７が例えばレチクル１７ｂに交換される毎に行っても
よいし、ロット毎に行われるようにしてもよい。

【００３２】この２つの光源像１０ａ、１０ｂ（２つの
２次光源）より射出する第１照明光と第２照明光はコン
デンサーレンズ１４、１６及びミラー１５によりレチク
ル１７上のレチクルパターン１８を照明する。レチクル
パターン１８より発生する０次、及び±１次回折光は、
投影光学系１９により集光されウエハ２１上に、レチク
ルパターン１８の像を形成する。このとき、ウェハ２１
上の像の解像度及び焦点深度が改善される理由は作用の
項で述べたとおりである。

【００３３】また、投影光学系１９は屈折系であっても
反射系であっても、あるいは両者の合成であってもよい
。また、レチクル１７と、ウエハ２１間の結像倍率は任
意でよく、等倍、縮小、拡大のいずれであってもよい。レチクル１７に対する照明方法はケーラー照明、クリチ
カル照明のいずれであっても良い。尚、クリチカル照明
を行う場合フライアイレンズ４ａ、４ｂのレチクル側焦
点面側，あるいは光源側焦点面側の近傍に光源像劣化手
段を設けるとよい。また、ダイクロイックミラーや、干
渉フィルター等の単色化部材を照明系内に設けても良い
。

【００３４】図２はレチクルパターン１８のフーリエ変
換面１１とレンズ系５、６を介して共役な関係となって
いる面１１ａ上に複数の光源を配置した例を示したもの
である。ここでコンデンサーレンズ１４よりレチクル側
は図１と同様である。面１１上には光源１ａ、１ｂが配
置されており、面１１と面１１ａとは共役な関係となっ
ているため、面１１上には光源１ａ、１ｂの像が形成さ
れる。ここで、光源１ａ、１ｂの数は２個に限定される
わけではなく任意の数でよい。また、光源１ａ、１ｂの
位置はレチクルパターン１８の周期性に応じて可変とな
っている。この位置変更は駆動部材２２ａ、２２ｂによ
って光軸ＡＸと垂直な面内で光源１ａ、１ｂを移動する
ことにより行われる。

【００３５】本実施例においては、フーリエ変換面１１
近傍には従来の如き、遮光板（σ絞り）は配置されない
ものとしたが、遮光板を配置してもかまわない。このと
き遮光板には、２次光源位置に対応した透過部が設けら
れているものとする。またこのとき、フーリエ変換面１
１上に、光源又は２次光源の像が正確に結ばれている必
要性はない。例えばぼやけた光源像があり、その中から
部分的に、遮光板の遮光部を透過することにより、２次
光源が形成されてもよい。

【００３６】次に、光源又は２次光源位置の決定方法の
具体例について説明する。作用の項で述べたとおり図５
に示す様に、傾いた照明光がレチクルパターン１８に入
射することにより発生する０次回折光Ｄ０　と＋１次回
折光ＤＰが投影光学系１９の瞳面２０にて、光軸よりほ
ぼ等距離となる位置を通れば、焦点深度は最大となる。

【００３７】図３（ａ）は、レチクル上の回路パターン
の一例を示す図である。この回路パターンは、一方向に
周期性を持つ１：１のライン・アンド・スペースパター
ンである。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す回路パター
ンのレチクル上での焦点深度を最大とする照明光束の入
射角を、照明光学系内におけるレチクルパターン１８の
フーリエ変換面１１上の位置に置き換えて示した図であ
る。レチクル１７への照明光束の入射角の正弦は、フー
リエ変換面１１では位置（光軸ＡＸからの距離ｒ）に変
換されている。図３（ａ）のライン・アンド・スペース
・パターン（ピッチＰ）に対する照明光束の中心位置は
、フーリエ変換面で線分ＬＡ、またはＬＢ上にあれば焦
点深度を最大とすることができる。このとき、線分ＬＡ
、及びＬＢはｓｉｎ−１（λ／２Ｐ）なる角度（レチク
ルに入射する角度）に相当する距離Ａ、Ｂだけ光軸ＡＸ
からパターンのピッチ方向に離れている線分である。つ
まり、光源、又は２次光源の中心は、照明光学系中のレ
チクルパターン面に対するフーリエ変換面１１上の、線
分ＬＡ、ＬＢとほぼ一致する位置にあれば、図３（ａ）
のパターンの焦点深度を最大とすることができる。

【００３８】図４（ａ）は、回路パターンの他の例を示
す図である。この回路パターンは横方向にピッチＰＸ　
、縦方向にピッチＰＹ　で配置されている２次元パター
ンを示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す回路
パターンのレチクル上での焦点深度を最大とする光源又
は２次光源の位置を表わす図である。図４（ｂ）に示す
とおり、光源又は２次光源の中心はレチクルパターンに
対するフーリエ変換面１１上のほぼ線分ＬＡ、ＬＢ上の
任意の位置と、線分ＬＣ、ＬＤ上の任意の位置とにあれ
ばよい。尚、図４（ｂ）中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは夫々、Ａ
＝Ｂ＝λ／２ＰＸ　Ｃ＝Ｄ＝λ／２ＰＹ　で与えられる距離（レチクル面での角度は距離に変換さ
れる）である。

【００３９】また、光源位置を、ＰＥ、ＰＦ、ＰＧ、Ｐ
Ｈに示す４点のうちのいずれかとすれば、図４（ａ）に
示すパターンからの０次回折光と、横方向（Ｘ方向）の
周期により発生する±１次回折光のいずれかと、縦方向
（Ｙ方向）の周期により発生する±１次回折光のいずれ
かの、合計３本の回折光は、投影光学系瞳面２０内にて
光軸ＡＸよりほぼ等距離を通り、焦点深度の増大効果は
より顕著となる。

【００４０】レチクル上のパターンが任意形状であって
も上記と同様に０次回折光と、＋１次または−１次回折
光、あるいは他の次数の回折光とが投影光学系瞳面で、
光軸からほぼ等距離な位置を通るように光源を設定すれ
ば焦点深度が増大する。ここで、２次元パターンが２次
元周期方向の両方について同時にλ／２Ｐの関係を満た
すことができない場合（交点ＰＥ、ＰＦ、ＰＧ、ＰＨが
存在しない場合、もしくは交点ＰＥ、ＰＦ、ＰＧ、ＰＨ
上に２次光源像を配置しようとすると２次光源像が有効
な瞳領域からはみ出す場合）は、この関係を満たすよう
にパターンを分解し、パターン毎に最適な照明光を入射
させるようにすればよい。

【００４１】また、レチクルパターンの周期性があまり
強くない場合には、パターンからの回折光は、上記の様
に離散的（０次、１次、２次と区別できる）なものにな
らない。しかし、この場合にも、投影光学系の瞳面２０
内でほぼ連続的に広がる回折光の中から極大を選び、そ
の少なくとも２つの極大値が投影光学系瞳面２０におい
て、光軸ＡＸからほぼ等距離の位置を通るように光源位
置を決定することで、焦点深度の増大ができる。

【００４２】なお、パターン形状が決定されれば、回折
光の強度分布は計算によって求まる。このため、光源位
置は、パターン形状から計算によって求めることが可能
である。また各光源又は２次光源の形状は、点状あるい
は円形に限るものではなく、任意の形状でよい。その大
きさは、フーリエ変換面１１上に形成される各光源個々
より射出する各光束のそれぞれのσ値が０．１から０．
３程度となることが望ましい。σ値が０．１より小さい
と像の忠実度が劣化し、０．３より大きいと焦点深度の
増大効果が薄らぐためである。

【００４３】以上、本発明の実施例について説明したが
、これらの構成に限定されるものではない。例えば以上
の実施例において光源として水銀ランプ１、１ａ、１ｂ
を用いて説明したが、他の輝線ランプやレーザ（例えば
エキシマーレーザー光源等）であってもかまわない。特に２次光源を形成する手段として複数の光源を用いる
場合、図１の水銀ランプ１ａ、１ｂをエキシマレーザ光
源１ａ、１ｂとしてもよい。エキシマレーザ光源１ａ、
１ｂより射出された照明光束は夫々フライアイレンズ４
ａ、４ｂ、リレーレンズ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、ミラ
ー７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂを介してフーリエ変換面１１
、もしくはその近傍面に光源像１０ａ、１０ｂを形成す
る。また、エキシマレーザ光は干渉性が高いため、レチ
クル１１上で有害な干渉縞（スペックル）が発生してし
まう。そこで、ミラー７ａ、７ｂをエキシマレーザ光源
１ａ、１ｂのパルス発振に合わせて微動可能としている
。この微動はモータ等の駆動部材９ａ、９ｂにより行わ
れ、干渉縞（スペックル）を平均化することにより実質
的に干渉縞の影響を除去している。

【００４４】この例では、瞳面上で互いに分離した光軸
ＡＸから偏心した領域を通過する照明光束を形成する手
段として２つの光源を用いたものである。このように、
レチクル１７に入射する２つの照明光束を夫々別光源か
ら射出することにより、２つの照明光束のレチクル１７
上での干渉による結像への影響を減少させることができ
る。これは特にエキシマレーザ光のように高い干渉性を
もつ光源を使用する場合有効である。

【００４５】また投影光学系１９の開口数については述
べなかったが、例えば不要なる回折光（光軸から他と等
距離にならない回折光）を遮断する為に、開口数は可変
となることが望ましい。この開口数の可変は不図示の可
動部材によっておこなわれ、この可動部材は主制御系１
００と連動しており、レチクルパターンに応じて開口数
を可変とするものである。

【００４６】また、最近、露光中にウェハ２１を投影光
学系１９の光軸方向に移動、又は振動させる方法、ある
いは光軸方向の複数ケ所にウェハ２１を移動して、多重
露光することにより焦点深度の増大を行なう方法が提案
されているが、本発明とこれらの方法を組み合わせて使
用することもできる。すなわち、本発明の露光装置に加
えて、さらにウェハ２１を露光中に光軸方向移動する可
動ステージと可動ステージの移動を制御する制御系とを
備えた装置を使用するとよい。

【００４７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、従来のレチクル
を使用して、高解像度及び大焦点深度の投影型露光装置
が実現できる。また、レチクルに傾いて入射する照明光
束の夫々を別光源からの照明光束とすることにより、照
明光束間の干渉によるレチクルパターン像の劣化を防止
することができるともに、光源を複数化したことによっ
て従来に比べて高い強度でレチクルを照明することが可
能となる。

【００４８】また照明光全体の光量重心方向が、光学系
光軸方向と一致するようにすると、ウェハ（被露光基板
）の微少なデフォーカスによる位置ずれによる像のシフ
トや、忠実度の劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に好適な露光装置の全体構成
を示す図、

【図２】フーリエ変換面上に光源像を形成する変形例を
示す図、

【図３】（ａ）一次元パターンの一例を示す図、（ｂ）
（ａ）に示すパターンに対する２次光源位置を示す図、

【図４】（ａ）二次元パターンの一例を示す図、（ｂ）
（ａ）に示すパターンに対する２次光源位置を示す図、

【図５】本発明の原理を説明する図、

【図６】従来の露光装置を示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ…光源、３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ…レンズ系４ａ、
４ｂ…フライアイレンズ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ…ミラー、１１…フーリエ変換面、１７…レチクル、１８…レチクルパターン、１９…投影光学系、２１…ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　周期性パターン部分を有するマスクを
照明する照明光を射出する光源と、該照明光を前記マス
ク上で均一な照度にするための照明系と、前記マスクの
パターン像を感光基板に結像投影する投影光学系を備え
た投影型露光装置において、前記照明系内の前記マスク
とフーリエ変換の関係にある面、もしくはその近傍面内
における照明光束を、照明系の光軸に関して対称的に分
布する第１照明光束と第２照明光束とに分離する分離光
学部材と、前記第１照明光束と前記第２照明光束の夫々
を個別に射出する少なくとも２つの光源とを有すること
を特徴とする投影型露光装置。
【請求項２】　　前記２つの光源の夫々をエキシマレー
ザ光源にしたことを特徴とする請求項１に記載の投影型
露光装置。