JPH05303209A - リソグラフィ工程 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、異なる寸法、形状を持った超微細
レジストパターンを設計通りに形成することが可能であ
り、特に０．２μｍ程度以下の超微細パターン及び０．
１５μｍ以下の超微細パターンが混在するランダムパタ
ーンまで形成可能なリソグラフィ工程を提供することを
目的とする。更に本発明は、フォーカスマージンの大き
なリソグラフィ工程を提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、異なる寸法または異なる形状を有
するレジストパターンを形成するに際し、変形照明法に
よりレジストを所定のパターンに露光し、形成されたレ
ジスト層の溶解除去すべきレジスト領域に関して、前記
レジスト層表面における溶解除去面積の小さい溶解除去
すべきレジスト領域のレジストの溶解を増大させる能力
を有する界面活性剤を含むリソグラフィ用現像液を前記
レジストパターンの形成の少なくとも一部に用いること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リソグラフィ工程に係
わり、特に超高密度集積化プロセスに適したリソグラフ
ィ工程に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化は益々進み、０．
２〜０．３μｍＬＳＩの検討もなされつつある。これに
伴いリソグラフィ工程では、プロセス余裕を持ったレジ
スト微細パターンの形成が必要となってきた。そのため
に、パターン形成には高解像度を有するフォトレジスト
が使用される。これらレジストはポジ型もしくはネガ型
であり、通常アルカリ性の現像液、例えばテトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド（以降ＴＭＡＨと略称
する）の２．３８ｗｔ％水溶液によりパターン形成が行
われている。

【０００３】レジスト材料の高分解能化に伴い、レジス
ト露光部と非露光部の溶解速度の比、即ちそのレジスト
の現像液に対する選択比が向上してきた様子を図２６に
示す。図２６には、種々の解像度を有すレジストに対
し、露光部と非露光部の溶解速度の選択比がＴＭＡＨ濃
度の関数として示されている。図において、ポジ型フォ
トレジストＡの解像力は１．２μｍ、ポジ型フォトレジ
ストＢは０．８μｍ、そして、ポジ型フォトレジストＣ
は０．６μｍである。図が示すように、レジストの解像
力性能の向上にともない、レジストの持つ選択比が指数
関数的に増加していることがわかる。つまり、高解像度
のレジストを実現することはその露光部と非露光部の選
択比を向上することに等しいことがわかる。

【０００４】現像能力を向上させるため、現像液の濃度
を増加することも試みられているが、この場合レジスト
の露光部と非露光部の選択比の低下につながり、レジス
トの解像力性能を劣化させてしまう。

【０００５】また、図２７に従来型の界面活性剤無添加
の現像液により形成された０．５５μｍラインアンドス
ペースのレジストパターンを示す。露光は、開口数が
０．４３のレンズを持つｇ線縮小投影露光装置で行っ
た。現像液のレジスト表面でのぬれ性が悪いため、現像
後のレジストパターンの裾引き・残渣物２４０１の発生
が認められる。これらの現象を抑えるために、一部に界
面活性剤添加の現像液が使用された。しかしながら、こ
れまでの界面活性剤添加現像液では、下地基板の種類に
よってはこのレジスト残渣物の発生を抑えることができ
ず、逆に界面活性剤の種類によっては、添加によりレジ
ストの感度を低下させたり、露光余裕を低下させてい
た。

【０００６】図２８に従来型の界面活性剤無添加の現像
液にシリコンウェハを６０秒間浸漬した後の表面の平坦
性を中心線平均粗さ（ＪＩＳ規格Ｂ０６０１）を用いて
示す。現像液に浸漬しないウェハ（リファレンス）に比
べ、現像液に浸漬したウェハは、６０秒間という短時間
現像液に触れるだけでその表面が非常に荒れることがわ
かる。またこのような表面状態のまま半導体素子を作製
するとその電気的特性は著しく劣化する。この荒れた表
面を用いてＭＯＳトランジスタを作製し、チャネル移動
度を調べたデータを図２９に示す。現像液に触れ表面荒
れを起こした場合、チャネル移動度はリファレンス値に
対して極端に悪化している。

【０００７】また、現像液にある界面活性剤を添加した
場合、シリコンの表面荒れは抑えられるが、界面活性剤
がシリコン上に吸着する。図３０に、Ｘ線光電子分光法
（ＸＰＳ）により炭素の１ｓピークを観測したデータを
示す。界面活性剤添加の現像液に６０秒さらされたシリ
コン表面からのデータには、界面活性剤の存在を示すピ
ーク２７０１がみられた。界面活性剤添加現像液を用い
ると、下地基板に界面活性剤が吸着し通常の洗浄工程で
は、除去されないことがわかった。界面活性剤が基板表
面に吸着すると、カーボン汚染となりその後の各種薄膜
形成に膜質の低下をもたらした。また、シリコン表面に
吸着しない界面活性剤を選択すると、シリコンの表面荒
れが発生した。

【０００８】０．６μｍまでの解像力（ライン／スペー
スパターンをマスク忠実性を示し形成できる）を持つレ
ジストを用いて、ホールパターンを形成するとそのレジ
ストの能力を発揮できないのが現状である。図３１に従
来型の現像液を用いた場合のホールパターンの断面写真
を示す。０．８μｍサイズのホールパターンが形成され
る露光条件（２２０ｍＪ／ｃｍ² ）では、０．７μｍ、
０．６μｍパターンはアンダー露光条件である。０．７
μｍパターンが形成される露光条件（２８０ｍＪ／ｃｍ
²）では、０．８μｍパターンはオーバー露光条件、
０．６μｍパターンはアンダー露光条件となる。つま
り、それ自身露光面積の小さいパターン（例えばホール
パターン）においては、現像液のぬれ性が悪くパターン
に浸透しないため、レジスト性能を十分発揮できなかっ
た。

【０００９】現像液のぬれ性を向上させるために、界面
活性剤を添加した現像液が使われている。図３２に、現
像液の界面活性剤添加濃度とホールパターン形成の露光
閾値エネルギの関係を示す。ホールパターンの露光閾値
エネルギとは、ホールの底が下地基板に到達するのに必
要な露光エネルギを意味する。現像液に添加する界面活
性剤の濃度を増加させると露光閾値エネルギの低下が起
こっているが、異なるパターンサイズ間での閾値露光エ
ネルギの差は界面活性剤添加前の状態と変っていない。
つまりこれまでの界面活性剤では、同一露光条件でのサ
イズの異なる微細ホールパターンを高精度に形成するこ
とは不可能であった。

【００１０】図３３に図３２で示される界面活性剤添加
の現像液により形成したホールパターンの断面写真を示
す。図が示すように、従来の界面活性剤を添加した場
合、ホールパターンの側壁が湾曲した形状になる。ま
た、現像液のぬれ性を向上させるためこれまでの界面活
性剤の添加量の増加を行った場合には、パターン形状の
劣化がみられた。

【００１１】一方、超微細レジストパターンを設計通り
に形成するためには、高精度なレジスト現像方法と共
に、高い解像力を持つ露光方法の開発が必要不可欠であ
る。このため、より解像力の高い露光装置の開発も盛ん
に行われている。

【００１２】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以下のエシマレーザー光に変えようとい
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。

【００１３】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。ステッパーの
解像力ＲＰは、ＲＰ＝ｋ１λ／ＮＡ なる式で表わすこ
とができ、通常のステッパーは、ｋ１ファクターの値が
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
ーの値を０．３５位にできる。

【００１４】しかしながら、この位相シフトマスクを実
現させるためには末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。

【００１５】１．位相シフト膜を形成する薄膜形成技術
が未確立。

【００１６】２．位相シフト膜付回路パータンの設計の
ＣＡＤの開発が未確立。

【００１７】３．位相シフト膜を付与できないパターン
の存在。

【００１８】４．位相シフト膜の検査、修正技術のが未
確立。

【００１９】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。

【００２０】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
かそれ以上の高い解像力が得られる微細パターン像の投
影方法が必要である。

【００２１】以上述べたように、現状のリソグラフィ工
程では，異なる寸法・形状のパターンが混在した場合、
設計通りにパターンを形成することは難しく、特にの
０．２μｍ程度以下のパターンが混在するランダムパタ
ーンを形成することは困難である。

【００２２】また、実用レベルで微細パターニングを行
うためにはフォーカスマージンをいかに拡大するかが重
要である。従来法では０．４μｍのライン＆スペースに
おけるフォーカスマージンは０．５μｍと非常に小さ
く、段差上のパターニングを形成できないという問題が
あった。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑
みなされたものであり、異なる寸法、形状を持った超微
細レジストパターンを設計通りに形成することが可能で
あり、特に０．２μｍ程度以下の超微細パターン及び
０．１５μｍ以下の超微細パターンが混在するランダム
パターンまで形成可能なリソグラフィ工程を提供するこ
とを目的とする。更に本発明は、フォーカスマージンの
大きなリソグラフィ工程を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のリソグラフィ工
程は、異なる寸法または異なる形状を有するレジストパ
ターンを形成するに際し、変形照明法によりレジストを
所定のパターンに露光し、形成されたレジスト層の溶解
除去すべきレジスト領域に関して、前記レジスト層表面
における溶解除去面積の小さい溶解除去すべきレジスト
領域のレジストの溶解を増大させる能力を有する界面活
性剤を含むリソグラフィ用現像液を前記レジストパター
ンの形成の少なくとも一部に用いることを特徴とする。

【００２５】尚、本リソグラフィ工程において、また消
泡性を有する界面活性剤を用いるのが好ましい。

【００２６】界面活性剤としては、エチレン−プロピル
ブロックを分鎖基に持つアミン系界面活性剤、親水基と
して、アミン基、エチレンオキサイド基及びプロピルオ
キサイド基を有する界面活性剤であることが好ましい。
さらに、これら界面活性剤の濃度は３００ｐｐｍ以上と
することが好ましい。

【００２７】また、本発明の界面活性剤は、下記一般式
（Ｉ） ＨＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_a（ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂Ｏ）_b（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_cＨ （ａ，ｂ，ｃは整数） （Ｉ） で表される界面活性剤が特に好ましい。

【００２８】さらに、ＨＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_aの分子量
をＡ、（ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂Ｏ）_bの分子量をＢ，（Ｃ
Ｈ₂ＣＨ₂Ｏ）_cＨの分子量をＣとしたとき、Ａ，Ｂ及び
Ｃの間に、 （Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≦０．３ が成り立つものが好ましく、界面活性剤の分子量は、４
０００以下であることが好ましい。現像液中の界面活性
剤の好ましい濃度は１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以
下である。

【００２９】また、レジスト表面もしくはレジストの下
地基体に吸着した前記界面活性剤を、０．１ｐｐｍ以上
のオゾンを含む超純水により除去することが好ましく、
さらに超純水中のオゾンの濃度は，２．０ｐｐｍ以上と
することがより好ましい。

【００３０】一方、上記変形照明法は、主として縦横パ
ターンで構造された微細パターンを照明し、該微細パタ
ーンで生じた回折光を投影光学系の瞳に入射させて該微
細パターンの像を投影する方法であって、前記瞳の中心
及び該瞳中心を通り前記縦横パターンの方向へ延びる一
対の軸上の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。

【００３１】尚、本発明は、特にレジストパターンのサ
イズが０．５μｍ以下の場合に、よりその効果が顕著に
現れる。

【００３２】

【作用及び実施態様例】本願では、より小さいレジスト
パターンの溶解を増大する能力を持つ界面活性剤を含ん
だ現像液を用いている。従って、描画装置により異なる
サイズを持つパターンを投影したレジストをこの現像液
を使って現像すると、レジスト表面に界面活性剤が吸着
する。そして、通常液の浸透しにくい微細エリアに界面
活性剤が存在するため、比較的大きなパターンエリアを
持つレジストと同様な過程を通って現像が進行する。そ
のため、レジストのパターンサイズ、形状に関係なく、
異なった寸法、形状を持った微細パターンが設計値通り
に形成され、より超高密度、より超高速度なＬＳＩを実
現することが可能になる。

【００３３】本発明の界面活性剤としては、特に上記
（Ｉ）式で表される界面活性剤が好ましいものであり、
更に該界面活性剤の構造、分子量を最適化することによ
り、現像時の泡立ちが一層抑えられ、しかも非露光部の
膜減りが一層抑えられて、微細パターンを極めて高精度
に形成することができる。

【００３４】図２３に界面活性剤の分子量、親水基の割
合（（Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））と発泡性及び曇点の
関係を示す。図２３から明らかなように、親水基の割合
を小さくすることにより発泡性は減少し、３０％で泡の
発生は全く認められなくなり、泡に起因するパターンの
欠陥は皆無となる。また、界面活性剤の分子量を４００
０以下とすることで、曇点を２５℃以上とすることがで
き、通常の現像条件では界面活性剤析出の影響は全くな
く、高精度のパターン形成ができる。

【００３５】更に、該界面活性剤の添加量を１００ｐｐ
ｍ以上とすることで濡れ性は一層向上し、異なる大きさ
のパターンが混在するランダムパターンの形成がより容
易になる。また添加量の上限は、界面活性剤の溶解度か
ら１０００ｐｐｍである。

【００３６】次に、変形照明法を用いた露光方法を図を
参照して詳細に説明する。変形照明法には、輪帯照明法
とＱ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．（QUADRUPOLE EFFECT FOR STEP
PERTECHNOLOGY）がある。輪帯照明法とは、光源面の形
状をドーナツ状にし、マスクで回折された露光光の０次
光と１次光の角度を大きくとるようにし、見かけのＮＡ
を大きくして解像度を向上させるものである。一方の
Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．は、以下に述べるように、輪帯照
明法に比べ更に高い解像力を持っている。

【００３７】図１は高周波数（ピッチ２ｄが数μｍ程
度）を持つ微細パターン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射さ
れた微細パターン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ー
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、微細パターンの周波数が大きくなるにつれ
て、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。

【００３８】図２（ａ）、（ｂ）に夫々、図１の微細パ
ターン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、図１の微細パターン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。

【００３９】図２（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、図２（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５ｂ，５ｃの
みが生じている。図２（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。

【００４０】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。

【００４１】２．位相シフトマスクでは０次回折光が存
在しない。

【００４２】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。

【００４３】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、図２（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、図２（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。

【００４４】本発明の方法においては、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。そのために、微細パターン６、特に従来技
術の項で述べたｋ１ファクターが０．５付近の空間周波
数を持つ微細パターンを照明した際、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ー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ー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。

【００４５】このような有効光源を形成し、例えばｋ１
ファクターが０．５程度の微細パターンを照明した時生
じる０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、微細パターンを照明する照明方法／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。

【００４６】本発明の方法では、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、
この振幅比の違いは、例えば、マスクの縦パターンを解
像する場合には、マスク（微細パターン）へ斜入射させ
る光を、瞳の縦軸（瞳の中心を通り縦パターンの方向に
伸びる軸）にたいして対称となる一対の光パターンがで
きるようにペアの光でマスクを照明し、マスクの横パタ
ーンを解像する場合には、マスク（微細パターン）へ斜
入射させる光を、瞳の横軸（瞳の中心を通り横パターン
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ー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
ぼ等しい一対のピークを有するように、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９０°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。

【００４７】本発明の方法の一例として、図１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
図３（ａ）、（ｂ）の夫々に示す。

【００４８】図中、１が瞳、ｘが瞳の横軸（瞳の中心を
通り横パター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ーンの方向に伸びる、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。

【００４９】ここで示す二つ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
（光パターン）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、
図３（ａ）の例では、各部分２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの
中心が夫々（０．４５，０．４５），（−０．４５，
０．４５），（−０．４５，−０．４５），（０．４
５，−０．４５）の位置にあり、各部分の半径は０．２
である。又、図３（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。

【００５０】本例の有効光源は、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あ
り、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
路パター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ーンが延びる方向
である。

【００５１】本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ーンの縦横パターンの方向性に着目
し決定したものであり、４つの円形の部分２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｂ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、微細パターンへ斜入射させる。

【００５２】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ーカス
した時に回路パター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、全体がピーク値を示す均一な強度分布を持つもので
あっても、中心にのみピー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ー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ーンを介して連
続していてもいい。

【００５３】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、図３（ａ）、（ｂ）に示す例の如く、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。

【００５４】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、図３（ｂ）から図３（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、２
ｃ、２ｄの径が小さくなる。

【００５５】図３（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か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
害か生じてくるからである。

【００５６】この点を考慮した検討によれば、図３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良いことが分
かった。

【００５７】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はない、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。図３（ａ）、（ｂ）に示した例は、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
ターンの投影を要求するかによって異なる。

【００５８】今まで使用されてきたステッパーでは、瞳
１の中心（ｘ，ｙ）＝（０，０）に有効光源のピークが
存在していた。この装置で、コヒーレンスファクター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、デフォーカスが
生じた時、主として粗い線巾、前述のｋ１ファクターが
１以上の線巾でのコントラストを高く保つことに有効で
あるが、このデフォーカス時の効果はｋ１ファクターが
０．５に近づくにつれて急速に悪化する。そして、ｋ１
ファクターが０．５を越えると、極端な場合には像のコ
ントラストか全く失なわれてしまう。現在要求されてい
るのは、ｋ１ファクター０．６以下でのデフォーカス性
能の向上であり、ｋ１ファクター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。

【００５９】これに対し上記例で示した有効光源はｋ１
ファクターの値が小さく、ｋ１ファクター０．５付近の
結像を行なう際のデフォーカス時のコントラストを高く
保つことに効果がある。図３（ａ）の例は、図３（ｂ）
の例より、より外側に有効光源の各部分２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄが存在している為、図３（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
分でのデフォーカス特性は、ｋ１ファクターで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。

【００６０】図４は、図３（ｂ）の形態をＮＡ０．５の
投影レンズ系を持つｉ線ステッパー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７０％を
満たす範囲内のデフォーカスは焦点深度内（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が図３（ｂ）の場合の解像力と焦点深度
の関係を示す。ステッパー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、図３（ｂ）の場
合には、ほぼ０．４μｍまて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ｋｌファクター
で０．４５程度の解像力までは容易に達成できる。

【００６１】尚、本発明方法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）
と、瞳中心に有効光源を形成しない通常の輪帯照明法と
の相違点は、瞳１において、微細パターンの縦横パター
ンの方向に相当するｘ軸及びｙ軸上には有効光源のピー
クが存在していないことである。これは、ｘ及びｙ軸上
に有効光源のピークを配置すると、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、主として縦横パターンで構成される
微細パターンの像投影に関して、本発明は、輪帯照明法
よりも改善された像質の像を得ることを達成した。

【００６２】又、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―にも、
設定することができる。

【００６３】以上述べたように、本発明で用いる変形照
明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）は、通常の輪帯照明法に
比べ、極めて高い解像力を有する露光方法である。

【００６４】本発明の変形照明法による露光方法と高解
像度な現像方法により、従来困難であった、異なる寸法
または異なる形状が混在するレジストパターンを０．２
μｍの極微細パターンまで形成することが可能となる。
更にフォーカスマージンを従来法に比べ大きく拡大する
ことが可能となる。

【００６５】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１の実施例を図を用いて説明す
る。

【００６６】図５に、変形照明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．
Ｔ．）を用いたｉ線縮小投影装置で露光し、本実施例の
現像液で現像したレジストのライン／スペースパターン
の設計忠実度を示す。本実施例ではＴＨＭＲ−ｉｐ２８
００（東京応化工業（株））を使用したが、本発明の現
像液を用いた現像工程ではレジストの種類については特
にこだわらない。

【００６７】また本実施例で用いた界面活性剤は、エチ
レンープロピルブロックを分子鎖に持つアミン系消泡性
界面活性剤であるが、より小さいレジストパターンの溶
解を増大する能力を持つ界面活性剤を含んだ現像液であ
ればよい。即ち、異なる寸法または異なる形状を有する
レジストパターンを形成するに際し、形成されたレジス
ト層の溶解除去すべきレジスト領域に関して、レジスト
層表面における溶解除去面積の小さい溶解除去すべきレ
ジスト領域の溶解を増大させる能力を有する界面活性剤
であれば良い。

【００６８】これらのレジストと現像液を使った現像工
程後のホールパターンの形成を走査型顕微鏡により観察
した。

【００６９】図６にホールパターンの設計に用いた転写
マスクを示す。マスク６０１上の１／５のサイズが実際
のサイズとなる。直径が５インチのｎ型（１００）シリ
コン基板上に、膜厚０．７μｍのレジスト層（ＴＨＭＲ
−ｉｐ２８００：東京応化工業（株））を形成した。

【００７０】図７に示す変形照明法を用いたｉ線縮小投
影露光装置により、上記のマスク６０１を通してテスト
パターン６０２を試料表面に５対１の縮小投影を行っ
た。

【００７１】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の
露光装置を示す模式図である。

【００７２】図７（ａ）において、ｌｌは、その発光部
が楕円ミラーの第１焦点に設置される超高圧水銀灯、１
２は楕円ミラー、１４、２１、２５、２７は折り曲げミ
ラー、１５は露光量制御用シャッター、ｌ０５はフィー
ルドレンズ、１６は波長選択用干渉フィルター、ｌ７は
クロスＮＤフィルター、ｌ８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ーｌ２の第２焦
点に設置されるオプチカルインテグレ一ター、２０、２
２は第ｌ結像レンズ系（２０、２２）の各レンズ、２３
はハーフミラー、２４はマスク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ード、２６、２８は第
２結像レンズ系（２６、２８）の各レンズ、３０はパタ
ーンが形成されたマスク、３１はマスク３０のパターン
をｌ／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ー、３３はウエハー３２を吸着
保持するウエハーチャック、３４はウエハチャック３３
を保持するＸＹステージ、３５は中央に開口部３５ａを
備える遮光膜が形成されたガラス板、３６は上面に開口
部を備えたケース、３７はケース３６内に設けた光電変
換器、３８はステージ３４の移動量を計測する為の不図
示のレーザー干渉計の―部を成すミラー、４０は、ブレ
ード２４の受光面と光学的に等価な位置に置かれ、ブレ
ード２４と同様にインテグレーターｌ９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分割デイテクターを示す。

【００７３】この装置の特徴的な構成はインテグレータ
ー１９の前に置いたフィルターｌ７及び絞り部材ｌ８で
ある。絞り部材ｌ８は、図７（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、フィルターｌ７は、図７（ｃ）に示すよ
うに、４個のＮＤフィルター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フィルター
により絞り部材ｌ８のリング状開口の４か所に入射する
光の強度がｌ０〜１００パーセント減衰せしめられる。
この４か所とは、とりもなおさず、投影レンズ系３ｌの
瞳面の、マスク３０の縦横パターンの方向に相当するｘ
ｙ軸上の４点を含む部分に対応する場所であり、このフ
ィルターｌ７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。

【００７４】マスク３０は不図示のマスクステージに保
持されている。そして、投影レンズ系３１はフィルター
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）はインテグレーターｌ９の
光出射面と投影レンズ系３ｌ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
レード２４の開口部のエッジとマスク３０のパターン部
とが互いに共役になるよう設定されている。尚、ブレー
ド２４は、マスク３０上のパター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ーターの指
令によって各遮光板の位置が制御され、開口部の大きさ
が使用するマスク３０に最適化される。

【００７５】ハーフミラー２３はインテグレーターｌ９
からの光束の一部を反射するミラーで、ミラー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分割ディテクター４２上に集
光される。４分割ディテクターの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ｌ８で形成したリング状
の有効光源を投影する。

【００７６】４分割ディテクター４２は、個々のディテ
クター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分割ディテクター４２からの各出力信号を加
算することによりシャッターｌ５の開閉制御の為の積算
信号を得る。

【００７７】ＸＹステージ３４上の部材３５〜３７は、
マスク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ステージ３４は照明系のチェックを行
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及びケース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（ウエハー３２の表面の高さを検出する周知の
センサー）とＸＹステージ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はケース３６に取り取り付
けられており、ケース３６は前述の通り中央に開口部が
開いているが、ここでは、このケース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。ケース３６の開口部が置かれ
る位置は投影レンズ系３ｌ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。従ってケース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。

【００７８】本実施例では、フィルターｌ７と絞り部材
ｌ８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、マスク３０の縦横パターンの方向
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（ｌｌ、１
２、１４、１５、ｌ０５、ｌ６、ｌ７、１８、１９、２
０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２
８）により、マスク３０のパターンを均一な照度で照明
し、投影レンズ系３１によりパターン像をウエハ―３２
上に投影して、ウエハー３２のレジストにパターン像を
転写した。

【００７９】又、ここでは、フィルター１７と絞り部材
ｌ８をインテグレーター１９の前に置いているが、フィ
ルター１７と絞り部材ｌ８をインテグレーターｌ９の直
後に置いてもいい。又、後述する第２実施例で使用する
図１１（ｂ）に示す絞り部材１８を、フィルター１７と
絞り部材１８より成る系の代わりに使用しても良い。レ
ジストパターニング装置の種類の違いに関しては、本発
明において何等影響ないのでその他の装置を用いても構
わない。

【００８０】その後、本実施例の現像液に試料を７０秒
間浸漬し、超純水による６０秒間の水洗を行いパターン
を形成した。パターンとパターンの間隔はそのパターン
サイズの２倍となっている。例えば０．３μｍサイズの
ホールの場合、その間隔は０．６μｍとなっている。こ
こでは先ず０．５μｍから０．３μｍサイズのホールを
作製した。

【００８１】図８にホールパターン形成の露光閾値エネ
ルギの界面活性剤添加濃度依存性を示す。界面活性剤の
増加にともないサイズの小さなホールに顕著な閾値露光
エネルギ低下がみられた。つまり０．４μｍパターンの
場合、露光閾値エネルギの界面活性剤添加依存性は余り
見られないが、０．３５μｍさらには０．３μｍとパタ
ーンサイズが小さくなるにつれ界面活性剤濃度の増加と
共に、閾値露光量が顕著に低下している。界面活性剤の
添加濃度が３００ｐｐｍ以上で、０．３μｍまでのホー
ルパターンを同一露光条件で形成することができた。こ
の現象は本発明で用いた現像液において、より小さいサ
イズのパターンに対して、レジスト溶解を増大する能力
があるためである。

【００８２】次にホールの断面を走査型顕微鏡により観
察し、本実施例の現像液と、従来の界面活性剤添加現像
液の比較を行った。図９に、０．４μｍ、０．３５μ
ｍ、０．３μｍのホールパターンプロファイルを示す。
従来の界面活性剤ではホールパターンの側壁が湾曲する
形状をもっていたが、本実施例で用いた現像液では、ホ
ールパターンの側壁部がシャープな形状を形成できた。
この現象は、微細エリアに選択的に現像液が浸透するこ
とと、溶解反応生成物が速く拡散してレジスト表面から
除去され、パターンが小さいほど新鮮な現像液が素早く
供給されるため、比較的大きなパターンエリアを持つレ
ジストと同様な過程を通って現像が進行するため生じる
のである。

【００８３】次に、図７に示す構成の高解像度パターン
を形成するために製造された変形照明法を用いたｉ線縮
小投影露光装置を用いて、０．２μｍまでのホールパタ
ーンを形成した。図１０に０．３μｍ、０．２５μｍ、
０．２μｍのホールパターンの断面写真を示す。露光エ
ネルギは４８０ｍＪ／ｃｍ² で同一露光条件である。図
から明らかなように、本実施例のリソグラフィ工程を用
いることにより、従来形成できなかった０．２μｍパタ
ーンまで、同一露光条件で正確に良好なパターンプロフ
ァイルを形成することができた。この現象は、形成しに
くい超微細パターンほど現像能力を増大させる効果を持
つ現像液により達成された。

【００８４】以上の結果から、本実施例のリソグラフィ
工程により、レジストのパターンサイズ、形状に関係な
く、特に０．２５μｍ以下の微細パターンが変形照明法
を用いたｉ線縮小投影露光装置で設計値通りに形成され
ることが確認された。

【００８５】（実施例２）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１１に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【００８６】図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の露光装
置の他の例を示す図であり、図中、図７で示した部材と
同じ部材又は同じ機能を持つ部材には、図７で付した番
号と同じ番号を付している。従って、図７の装置と本実
施例の装置を比較すると、本実施例の構成で図７の装置
と異なっている点は、図１１（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フィルターの代わりに部材１８の各独立開口に対
応させて４個の独立なフィルターｌ７ａ、ｌ７ｂ、ｌ７
ｃ、ｌ７ｄを設けている点、更にミラー１２とミラーｌ
４の間に４角錐プリズム１３を挿入している点である。

【００８７】又、本実施例では、４分割ディテクター４
２からの出力をシャッターｌ５の開閉制御以外の用途に
も優用し、測定ユニット３５〜３７にも使用する。

【００８８】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。

【００８９】４角錐プリズムｌ３、フィルター１７ａ、
１７ｂ、ｌ７ｃ、ｌ７ｄ及び絞り部材ｌ８を置かない状
態で、水銀灯１１からの光によりインテグレータｌ９を
照明すると、インテグレータ１９の光射出面で中心に高
いピークを持っ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。インテグレーターｌ９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ー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
心でピー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ーターｌ９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
ｌ８を単にインテグレター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、楕円ミラーｌ２の直
後に四角錐プリズムｌ３を挿入して、オプティカルイン
テグレーター１９上での照度分布をコントロールした。

【００９０】水銀灯１１は、その発光部が楕円ミラーｌ
２の第ｌ焦点位置と―致するように置かれており、水銀
灯１１から発し楕円ミラーｌ２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本の光束はミラーｌ４で反射さ
れシャッターｌ５の位置に到達する。そして、シャッタ
ー１５が開いていれば、そのままフィルター１６に入射
し、フィルターｌ６により、マスク３０の像をウェハー
３２上のレジスト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ｌｌの発光スペクトル
からｉ線が選択される。

【００９１】フイルターｌ６からの４本の光束は、夫
々、フィールドレンズｌ０５を通過した後、本実施例の
重要な要素であるフィルター１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、
１７ｄに入射する。この４個のフィルターは、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
インテグレーター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。各フィルターの光量減衰
作用を調節する場合には、各フィルター毎に数種類のＮ
Ｄフィルターを用意しておきＮＤフィルターを切り換え
て調節しても良いし、各フィルターを干渉フィルターで
構成し、この干渉フィルターの狭帯域性を利用し、この
干渉フィルターを傾けることにより調節しても良い。

【００９２】絞り部材ｌ８は、フィルターｌ７ａ、ｌ７
ｂ、１７Ｃ、ｌ７ｄからの４本の光束を受ける。この絞
り部材１８は、図１１（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、フィルター
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ｌ８の４個の
開口からの光でインテグレーター１９が照明され、イン
テグレーター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、図３（ａ）で示
した有効光源が形成される。

【００９３】通常、絞り部材１８の開口形状は、インテ
グレーター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。

【００９４】インテグレーターｌ９からの光は、レンズ
２０、ミラー２１、レンズ２２、ハーフミラー２３を介
してブレード２４に向けられる。この時、前述した様に
インテグレーターｌ９の各レンズからの光束がブレード
２４上で互いに重なり、ブレード２４が均一な照度で照
明される。又、ハーフミラー２３は、インテグレーター
ｌ９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分割ディテクター４２上
に集光される。

【００９５】ブレード２４の開口部を通過した光は、ミ
ラー２５、レンズ２６、ミラー２７及びレンズ２８によ
りマスク３０に向けられる。ブレード２４の開口部とマ
スク３０のパターン部とは互いに共役であるから、イン
テグレーターｌ９の各レンズからの光束がマスク３０上
でも重なり合い、マスク３０を均一な照度で照明する。
そして、マスク３０のパターンの像が、投影レンズ系３
１により投影される。４分割ディテクタ―４２の各ディ
テクターは、図３（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。各ディテクターの出力を加え合わ
せればシャッター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、各ディテクターの出力
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分割ディテクター４２の各デ
ィテクター相互のキャリブレー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
レーションについては後述する。

【００９６】装置の瞳面に形成される有効光源の形状は
インテグレーターｌ９の形状に対応したものになる。イ
ンテグレーター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図３（ａ）に示す光量分布が実現さ
れている。

【００９７】本実施例では光量モニター（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った。この為に、ＸＹステー
ジ３４を動かして測定ユニット（３５〜３７）を投影レ
ンズ系３１の真下に持ってきた。この測定ユニットで、
ガラス板３５の開風部３５ａ及びケース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ヘ導く開口部３５ａの受光面は投影
レンズ系３ｌの像面位置に設定した。ガラス板３５はケ
ース３６に取り取り付けられており、ケース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
ース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、ケース３６の上面
では、図３（ａ）に示す有効光源の４つの部分が分離し
て現れる。ケース３６の開口は、ブレード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、ケース３６の開ロを有効光源の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ステージ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。

【００９８】ケース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
分割ディテクター４２の対応するディテクターの出力と
の比較が行われる。つまり、ＸＹステージ３４側にある
光電変換器３７を参照ディテクターとして使用し、４分
割ディテクター４２の出力をキヤリブレーションできる
ため、安定した状態で有効光源の経時変化をモニターし
ていくことができる。そして４分割ディテタター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
ー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。

【００９９】本実施例では、１１６（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、図３
（ａ）に示すマスク３０の縦横パターンの方向に相当す
るｘｙ軸上及び瞳中心（光軸）上に光量分布のピークを
持たない有効光源を形成しつつ、照明系（ｌｌ、ｌ２、
ｌ３、ｌ４、ｌ５、ｌ６、ｌ７、ｌ８、１９、２０、２
１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８）によ
り、マスク３０のパターンを均一な照度で照明し、投影
レンズ系３１によりパターン像をウエハー３２上に投影
して、ウエハー３２のレジストにパターン像を転写し
た。

【０１００】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１０１】（実施例３）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１２に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１０２】図１２は、図１１の露光装置の改良例を示
す部分的概略図である。従って、図１２では、図１１の
実施例と同じ部材については図１１と全く同じ番号が付
けられている。

【０１０３】図中、１１は超高圧水銀灯、１２は楕円ミ
ラーである。ここでは楕円ミラーｌ２から出た光をビー
ムスプリッター群（５１、５３）で分割している。図３
（ａ）に示す４つの部分を持っ有効光源を形成する為
に、楕円ミラーｌ２から出た光を第１ビームスプリッタ
ー５１、第２ビームスプリッター５３で順次分割してい
る。５２は光路の折り曲げミラーである。第２ビームス
プリッター５３は第１ビームスプリッター５１で分割さ
れた２本の光束の双方の光路にまたがっで斜設されてお
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
ビームスプリッター５３から前記一部の光束の光路には
ミラー光学系があって、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
ームスプリッター群（５１、５З）及びミラー５２と不
図示のミラー光学系とにより４つに分けられた光路は、
インテグレーターｌ９の光出射面で図３（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、没影レンズ系３１の瞳面に図３（ａ）に示す有効光
源が形成される紙面内にある分割された２つの光路に
は、夫々、リレーレンズ６１ａ、６１ｂが置かれ、この
リレーレンズ６１ａ、６１ｂの作用で、各光路を進む光
がインテグレーターｌ９上に集光せしめられる。第１ビ
ームスプリッターの挿入の結果、両光路の光路長が互い
に異なる為、リレーレンズ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ーレンズ
についても同様である。

【０１０４】６３はビームスプリッター群（５１、５
３）により得た４本の光束の夫々について開閉制御がで
きるシャッター、１６ａ、ｌ６ｂ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ーで、紙面外
の他の２つの光路の夫々にも同様のフィルターが置かれ
る。これらのフィルターは、前記実施例のフィルター１
６と同様、水銀灯１１からの光からｉ線を取り出す。ｌ
７ａ、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
ターであり、紙面外の他の２つの光路の夫々にも同様の
フィルターが置かれる。そして、これらのフィルターの
機能は前記実施例のフィルター１７ａ、１７ｂ、ｌ７
Ｃ、ｌ７ｄと同様の機能を持つ。

【０１０５】又、本実施例では、インテグレーターに至
る光路を空間的に４つに分割した為、インテグレータを
４個の小型インテグレーター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ーター
ｌ９ａ、１９ｂのみを図示している。インテグレーター
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。

【０１０６】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１０７】（実施例４）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１３に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１０８】図１３は、本発明の影露光装置の、更に他
の例を示す部分的概略図である。

【０１０９】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図３（ａ）に示すよ
うな有効光源を瞳面に形成ながらパターン像を投影露光
する。

【０１１０】図１３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、１ｌは超高圧水銀灯、ｌ２は楕円ミラー、ｌ
４は折り曲げミラー、ｌ５はシャッター、ｌ６は波長選
択用干渉フィルター、ｌ９がオプティカルインテグレー
ターを示し、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。

【０１１１】本実施例の特徴的な構成は、インテグレー
ターｌ９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、マスク３０側から、平行平板７１を通してインテグ
レーター１９を観察すると、平行平板７１の揺動に伴っ
てインテグレーター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。この動作を図３（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ｌつのショットの露光が完了
する。

【０１１２】本実施例では、光源として水銀灯１１を使
用したが、光源がエキシマレーザー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が所定の位置に釆た時に
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ーザーを使用し、平行平
板７１の光軸回りの回転の周期をエキシマレーザーの発
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、レーザ―が２００Ｈｚで発光しているとすると、
ｌ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。

【０１１３】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ーで作られる為、
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。

【０１１４】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ーｌ７を置かなかったのは、
この理由によっている。

【０１１５】さて、平行平板７１を通過した光は、レン
ズ７２、ハーフミラー７３、レンズ７４を介してマスク
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
ード２４とは違うブレード７８をマスク３０の近くに配
置した。このブレード７８は、ブレード２４と構成及び
機能が同じであり、マスク３０上に形成したパターンの
大きさに応じてその開口部の大きさを変えることができ
る。

【０１１６】ミラー７３は入射光の大部分を反射する―
方、入射光の一部分を透過させて露光量制御用の光量モ
ニターに光を導く。７５はコンデンサレンズ、７６はマ
スク３０と光学的に等価な位置にあるピンホール板で、
ミラー７３からの光がレンズ７５によりピンホール板７
６に集光され、ピンホール板７６のピンホールを通過し
た光がフォトディテクター７７で受光され、フォトディ
テクター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ーターは、この信号に基づ
いてシャッター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ーする必要がな
いので、フォトディテクター７７は特に４分割ディテク
ターである必要はない。

【０１１７】本実施例では、投影レンズ系３１の瞳面に
図３（ａ）で示す有効光源を形成しつつ、マスク３０の
パターンを均一な照度で照明し、投影レンズ系３１によ
りパターン像をウエハー上に投影して、ウエハーのレジ
ストにパターン像を転写した。

【０１１８】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１１９】（実施例５）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１４に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１２０】図１４は本発明の露光装置の、更に他の例
を示す部分的概略図である。

【０１２１】本実施例では光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザー８１（中心波長２４８．４ｎｍ、バンド幅０．０
０３〜０．００５ｎｍ）を用いた。エキシマレーザー８
１はパルス発光する為、シャッターを設けずにレーザー
自身の駆動制御により露光制御を行うこと、及び、レー
ザー自身がフィルターを持ちレーザー光のバンド幅が狭
帯域化されている為、波長選択用干渉フィルターを配置
しないことが特徴となっている。ビームスプリッター群
（５１、５３）、ミラー５２、フィルターｌ７及びイン
テグレ一タｌ９の働きは、図１２に示した実施例と同じ
である。又、インテグレーター１９以降の系は図１１
（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。

【０１２２】エキシマレーザー８１の場合、レーザー光
のコヒーレンシーが高いので、スペックルパターンの発
生を押さえる必要がある。この為、本実施例では、イン
コヒーレント化ユニット８２が、ビームスプリッター群
５１〜５３で光が分離された後に置かれている。エキシ
マレーザー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。

【０１２３】本実施例では、図示した光学系（１７、ｌ
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図３（ａ）で示す有効光源を形成し
つつ、マスクのパターンを均一な照度で照明し、投影レ
ンズ系によりパターン像をウエハー上に投影して、ウエ
ハーのレジストにパターン像を転写した。

【０１２４】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１２５】（実施例６）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１５に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１２６】図１５は、図１４に示した第５実施例を改
良した装置を示す部分的概略図である。

【０１２７】本実施例は、レーザー８１からのレーザー
光を反射型４角錐プリズムで４個の光束に分離した。図
１１の装置では透過型の４角錐プリズムｌ３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
レーザ―を用いた。レーザー８１から出たレーザー光は
アフォーカルコンバーター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９２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図３（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
曲げるミラーであり、ミラー９３以降の構成は図１４の
装置と同じで、インテグレーター１９以降の系は、図１
１（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。

【０１２８】本実施例でも、図示した光学系（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図３（ａ）で示す有効光源を形成し
つつ、マスクのパターンを均一な照度で照明し、投影レ
ンズ系によりパターン像をウエハー上に投影して、ウエ
ハーのレジストにパターン像を転写した。

【０１２９】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１３０】（実施例７）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１６に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１３１】図１６は、本発明の露光装置の、更に他の
例を示す部分的概略図である。

【０１３２】本実施例ではファィバー束１０１を用いた
照明系を示す。ファイバー束１０１の光入射面は超高圧
水銀灯１１の光が楕円ミラー１２によって集光する位置
に配置され、各ファイバーを介して光束が引き回され
て、インテグレータ１９の光入射面に導かれている。フ
ァィバー束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、その一つ一つが図３
（ａ）の有効光源の各部分に対応している。各ファイバ
ー束の出口には有効光源の各部分の光量を調整するフイ
ルター１７が配置されている。これ以降の光学系は図１
３の実施例の構成がそのまま流用されている。但し、光
量モニターのフォトディテクターに、各ファイバー束の
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層の部分）のバランスを測定する為、４分割ディテク
ター１０２が用いられている。４分割ディテクター１０
２の個々のディテクターは、夫々、４個のインテグレー
ター１９の出口に対応している。

【０１３３】本実施例では、投影レンズ系３１の瞳面に
図３（ａ）で示す有効光源を形成しつつ、マスク３０の
パターンを均一な照度で照明し、投影レンズ系３１によ
りパターン像をウエハー上に投影して、ウエハーのレジ
ストにパターン像を転写した。

【０１３４】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１３５】（実施例８）実施例１と同様にして、５イ
ンチシリコン基板上に０．７μｍのレジストを形成した
後、図１７に示す露光装置を用いてレジスト上にテスト
パターン６０２の５対１の縮小投影を行った。

【０１３６】図１７は、本発明の露光装置の、更に他の
例を示す部分的概略図である。

【０１３７】本実施例では複数の光源を用いて照明系を
構成した。ここでは、光源として超高圧水銀灯ｌｌａ、
１１ｂを用いているが、光源としてエキシマレーザーを
使用し、レーザー光学系即ち平行で発散角の少ないビー
ムに対する光学系を組むことも可能である。

【０１３８】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ｌ０３に入射して、凹
レンズｌ０３により統合されて、波長選択用干渉フィル
ター１６、有効光源の各部分の光量を調整する４個のフ
ィルターｌ７を介してインテグレーターｌ９に到達す
る。インテグレーター１９以降の光学系の構成は図１６
の装置と同様で、投影レンズ系３１の瞳面に図３（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によりパターン像をウエハー上に投影し
て、ウエハーのレジストにパターン像を転写した。

【０１３９】次に、実施例１と同様にして現像を行っ
た。その結果、実施例１と同様、従来形成できなかった
０．２μｍまでのパターンが設計値通りに形成されるこ
とが確認された。

【０１４０】以上述べた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
の部分で述ベた様に、有効光源の各部分の中心位置を表
わすパラメーター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ーターｑ、又有効光源の各部分の形
状は、投影露光の対象となるパター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ーター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ｌ８を
使用するものは、絞り部材ｌ８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
る絞りを用意しておけば良い。

【０１４１】（実施例９）本発明の第９実施例を図１８
〜２２を用いて説明する。

【０１４２】図１８は、本実施例のオゾン添加の超純水
リンス洗浄で用いたオゾン添加超純水の製造方法を示す
概念図である。この装置は超純水の電気分解によりオゾ
ンを発生させ、超純水に溶け込ませている。オゾン発生
装置は市販品を用いており、特別な処置は取っていな
い。この装置を用いると、超純水中のオゾン濃度を０．
０１〜１０ｐｐｍまで精度良く安定に供給できる。

【０１４３】図１９は、本発明で用いられた現像液にシ
リコンウェハを６０秒間浸漬し、その後水洗リンスを６
０秒間行った試料と、２ｐｐｍのオゾンを含む超純水リ
ンスを６０秒間行った試料から得られるカーボン１ｓピ
ークをＸ線光電子分光により分析したデータである。超
純水リンスではシリコン表面から界面活性剤ピーク１９
０１が見られるが、２ｐｐｍのオゾンを含んだ超純水リ
ンスでは、界面活性剤ピーク１９０１は見られない。シ
リコン表面に吸着した界面活性剤は、室温のオゾン超純
水リンス洗浄により分解され、除去されることが確認さ
れた。また、超純水へのオゾンの添加濃度を０．１ｐｐ
ｍとしたときも、洗浄時間を１０分間にすることにより
同様の効果があることが確認されている。

【０１４４】次に、非露光レジストの薄膜を形成した試
料を、本発明の界面活性剤添加現像液に６０秒間浸漬
し、表面に界面活性剤を吸着させた。その後２ｐｐｍの
オゾンを含む超純水処理を行い、試料表面の超純水の接
触角を調べた。図２０にオゾン超純水洗浄時間とレジス
ト表面からの界面活性剤の除去能力の関係を示す。２ｐ
ｐｍのオゾンを含む超純水洗浄前は、レジスト表面に界
面活性剤が吸着している為、その接触角は清浄レジスト
表面の値より低い値を取る。しかしながら、６０秒以上
の洗浄により、清浄レジスト表面上の接触角の値と完全
に一致し、界面活性剤が除去されることが確認された。

【０１４５】次に、実施例１と同様にして、０．３μｍ
のレジストパターンを作製し、２ｐｐｍのオゾンを含む
超純水で洗浄した。

【０１４６】図２１は、２ｐｐｍのオゾンを含む超純水
洗浄前後の０．３μｍのレジストパターンプロファイル
を示す。２ｐｐｍのオゾンを含む超純水洗浄前後の０．
３μｍのレジストパターンプロファイルには全く相違点
はみられない。オゾンによるレジストパターンの変形等
の悪影響がないことが確認された。

【０１４７】図２２は、本発明で用いられる現像液
（ｂ）と、従来の現像液にシリコンウェハ（ａ）を３０
分間浸漬した後、２ｐｐｍのオゾンを含む超純水洗浄後
の表面写真を示している。従来の界面活性剤無添加の現
像液に浸漬するとシリコンの表面荒れを引き起こすが、
本発明で用いられる現像液ではシリコンの表面荒れは起
こらないことが確認された。

【０１４８】（実施例１０）実施例１と同様に、変形照
明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）を用いたｉ線縮小投影装
置で焦点を種々変えて露光し、現像液として東京応化製
ＮＭＤ−３（ＴＭＡＨ２．３８ｗｔ％）に、（Ａ＋Ｃ）
／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）＝０．１、分子量１９４４の界面活性
剤（第１工業製薬製エパン６１０）を４００ｐｐｍ添加
したものを用い０．４μｍと０．３５μｍのライン＆ス
ペースパターンを形成した。レジストパターン形成条件
を表１に示す。

【０１４９】

【表１】 以上のレジストと現像液を使って作製したライン＆スペ
ースパターンを走査型電子顕微鏡により観察した。結果
を図２４に示す。

【０１５０】図において、Ｆ値は焦点位置を表す量であ
り、本実施例の場合＋０．４μｍがベストフォ−カスを
示す。

【０１５１】図２４から明らかなように、ＭＣＰＲｉ６
６００，ＴＨＭＲｉｐ１８００のいずれのレジストに対
しても、０．４μｍパターンの場合でＦ＝−１．１から
１．９μｍまで正確でシャープなパターンが得られ、約
３μｍのフォーカスマージンが得られることが分かっ
た。また、０．３５μｍのパターンでもＦ＝−０．６μ
ｍ〜１．４μｍと約２μｍのフォーカスマージンが得ら
れた。

【０１５２】以上のように本実施例のフォトリソグラフ
ィー工程により、極めて大きなフォーカスマージンが得
られ、より安定したパターニングが可能となった。

【０１５３】本実施例では、界面活性剤としてエパン６
１０を用いたが、分子量及び親水基の割合の異なるエパ
ン４２０（分子量１２００、親水基の割合２０％）、エ
パン７２０（分子量２０００、親水基の割合２０％）に
ついても同様な結果が得られた。

【０１５４】（実施例１１）実施例１０と同様に、変形
照明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）を用いたｉ線縮小投影
装置で露光し、現像液として東京応化製ＮＭＤ−３（Ｔ
ＭＡＨ２．３８ｗｔ％）に、（Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋
Ｃ）＝０．１、分子量１９４４の界面活性剤（第１工業
製薬製エパン６１０）を種々の濃度に添加したものを用
いコンタクトホ−ルを形成した。

【０１５５】種々の大きさのコンタクトホ−ルパタ−ン
を形成するのに必要な露光閾値エネルギ−と現像液中の
界面活性剤濃度との関係を調べたところ、個々のコンタ
クトホ−ルに対応する露光閾値エネルギ−の差は、界面
活性剤添加量と共に減少した。また図２５に示すように
露光閾値エネルギ−は１００〜１０００ｐｐｍの範囲で
一定となることがわかった。

【０１５６】

【発明の効果】本発明のフォトリソ工程により、超高密
度集積化半導体プロセスにおいて、０．２μｍまでの異
なった寸法、形状を持った全ての微細レジストパターン
を設計通りに形成することが可能となり、より超高密
度、より超高速なＬＳＩを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】微小パターン像の投影原理を示す説明図。

【図２】瞳上での光分布を示す概略図。 （ａ）従来マスクを用いた場合。 （ｂ）位相シフトマスクを用いた場合。

【図３】（ａ）瞳上での有効光源の一例を示す説明図。 （ｂ）瞳上での有効光源の他の例を示す説明図。

【図４】図３（ａ）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グラフ。

【図５】本発明の現像液により現像したレジストパター
ンのマスク忠実度を示すグラフ。

【図６】ホールパターンの設計に用いた転写マスクを示
す模式図。

【図７】（ａ）本発明の変形照明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．
Ｔ．）を用いた露光装置の一例を示す概念図。 （ｂ）図７（ａ）の絞り部材の概略正面図。 （ｃ）図７（ａ）のクロスフィルターの説明図。

【図８】本実施例におけるホールパターン形成の露光閾
値エネルギの界面活性剤添加濃度依存性を示すグラフ。

【図９】変形照明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）を用いた
ｉ線ステッパと本発明の現像液により形成した、０．３
μｍ、０．３５μｍ、０．４μｍのホールパターンプロ
ファイルを示す写真。

【図１０】変形照明法（Ｑ．Ｕ．Ｅ．Ｓ．Ｔ．）を用い
たｉ線ステッパーと本発明の現像液により形成した、
０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍのホールパター
ンプロファイルを示す写真。

【図１１】第２の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１２】第３の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１３】第４の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１４】第５の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１５】第６の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１６】第７の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１７】第８の実施例で用いた露光装置を示す概念
図。

【図１８】オゾン含有超純水の製造法を示す概念図。

【図１９】オゾン超純水洗浄によりシリコン表面から界
面活性剤が除去されることを示すＸＰＳスペクトル。

【図２０】接触角測定により、オゾン超純水洗浄により
レジスト表面からの界面活性剤が除去されることを示す
グラフ。

【図２１】オゾン超純水洗浄後の０．２８μｍラインア
ンドスペースパターンを示す写真。 （ａ）洗浄前 （ｂ）洗浄後

【図２２】実施例９の現像液と従来の現像液によるシリ
コン表面荒れ状態を示す写真。 （ａ）従来の現像液 （ｂ）本実施例の現像液

【図２３】本発明の界面活性剤の分子量、親水基の割合
と発泡性及び曇点の関係を示すグラフ。

【図２４】焦点位置を種々変えて露光し、実施例１０の
現像液を用いて形成したライン＆スペースレジスタパタ
ーンの電子顕微鏡写真 （ａ）レジストＭＣＰＲｉ６６００ （ｂ）レジストＴＨＭＲｉｐ１８００

【図２５】コンタクトホ−ル形成に要する露光閾値エネ
ルギ−と界面活性剤濃度との関係を示すグラフ。

【図２６】レジストの現像液に対する選択比のＴＭＡＨ
濃度依存性を示すグラフ。

【図２７】従来の現像液により形成された０．５５μｍ
ラインアンドスペースパターンを示す写真。

【図２８】現像液への浸漬によるシリコン表面の中心線
平均粗さの変化を示すグラフ。

【図２９】現像液によるＭＯＳＦＥＴのチャネル移動度
の劣化を示すグラフ。

【図３０】界面活性剤のシリコンウェハ表面への吸着を
示すＸＰＳスペクトル。

【図３１】従来の現像液によるホールパターンプロファ
イルを示す写真。

【図３２】従来の現像液におけるホールパターン形成の
露光閾値エネルギの界面活性剤添加濃度依存性を示すグ
ラフ。

【図３３】図３２で示される界面活性剤添加の現像液に
より形成したホールパターンを示す写真。

【符号の説明】 １ 投影光学系の瞳、 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 有効光源、 ６ 微細パターン、 ７ 投影レンズ系、 ｘ 横パターンが延びる方向に沿う軸、 ｙ 縦パターンが延びる方向に沿う軸、 ｌｌ 超高圧水銀灯、 １２ 楕円ミラー、 １４，２１，２５，２７ 折り曲げミラー、 １５ 露光量制御用シャッター、 ｌ０５はフィールドレンズ、 １６ 波長選択用干渉フィルター、 ｌ７ クロスＮＤフィルター、 ｌ８ 絞り部材、 １９ オプチカルインテグレ一ター、 ２０，２２ 第ｌ結像レンズ系レンズ、 ２３ ハーフミラー、 ２４ マスキングブレード、 ２６，２８ 第２結像レンズ系レンズ、 ３０ マスク、 ３１ 縮小投影レンズ系、 ３２ ウエハー、 ３３ ウエハーチャック、 ３４ ＸＹステージ、 ３５ 中央に開口部３５ａを備える遮光膜が形成された
ガラス板、 ３６ 上面に開口部を備えたケース、 ３７ 光電変換器、 ３８ ミラー、 ４０ 遮光板、 ４１ 集光レンズ、 ４２ ４分割デイテクター、 ６０１ マスク、 ６０２ テストパターン、 １９０１，２７０１ 界面活性剤のピーク、 ２４０１ 裾引き、残渣物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 久幸 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学工学部電子工学科内 (72)発明者 下村 茂樹 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉（無番地) 東北大学工学部電子工学科内 (72)発明者 鈴木 章義 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 野口 美代子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 宮脇 守 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる寸法または異なる形状を有するレ
   ジストパターンを形成するに際し、変形照明法によりレ
   ジストを所定のパターンに露光し、形成されたレジスト
   層の溶解除去すべきレジスト領域に関して、前記レジス
   ト層表面における溶解除去面積の小さい溶解除去すべき
   レジスト領域のレジストの溶解を増大させる能力を有す
   る界面活性剤を含むリソグラフィ用現像液を前記レジス
   トパターンの形成の少なくとも一部に用いることを特徴
   とするリソグラフィ工程。
2. 【請求項２】 前記界面活性剤は消泡性を有する界面活
   性剤であることを特徴とする請求項１記載のリソグラフ
   ィ工程。
3. 【請求項３】 前記界面活性剤は、エチレン−プロピル
   ブロックを分鎖基に持つアミン系界面活性剤であること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のリソグラ
   フィ工程。
4. 【請求項４】 前記界面活性剤は、親水基として、アミ
   ン基、エチレンオキサイド基及びプロピルオキサイド基
   を有する界面活性剤であることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載のリソグラフィ工程。
5. 【請求項５】 前記界面活性剤の濃度は３００ｐｐｍ以
   上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
   ずれか１項に記載のリソグラフィ工程。
6. 【請求項６】 前記界面活性剤は、下記一般式 ＨＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_a（ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂Ｏ）_b（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_cＨ （ａ，ｂ，ｃは整数） で表されることを特徴とする請求項１または２記載のリ
   ソグラフィ工程。
7. 【請求項７】 ＨＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_aの分子量をＡ、
   （ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂Ｏ）_bの分子量をＢ，（ＣＨ₂ＣＨ
   ₂Ｏ）_cＨの分子量をＣとしたとき、Ａ，Ｂ及びＣの間
   に、 （Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）≦０．３ が成り立つことを特徴とする請求項６記載のリソグラフ
   ィ工程。
8. 【請求項８】 前記界面活性剤の分子量は、４０００以
   下であることを特徴とする請求項６または請求項７記載
   のリソグラフィ工程。
9. 【請求項９】 前記界面活性剤の濃度は１００ｐｐｍ以
   上１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項６
   ないし請求項８のいずれか１項に記載のリソグラフィ工
   程。
10. 【請求項１０】 前記レジストパターンのサイズが０．
    ５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求
    項９のいずれか１項に記載のリソグラフィ工程。
11. 【請求項１１】 レジスト表面もしくはレジストの下地
    基体に吸着した前記界面活性剤を、０．１ｐｐｍ以上の
    オゾンを含む超純水により除去することを特徴とする請
    求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のリソグ
    ラフィ工程。
12. 【請求項１２】 前記超純水中のオゾンの濃度は，２．
    ０ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１１に記載
    のリソグラフィ工程。
13. 【請求項１３】 前記変形照明法は、輪帯照明法である
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか
    １項に記載のリソグラフィ工程。
14. 【請求項１４】 前記変形照明法は、主として縦横パタ
    ーンで構造された微細パターンを照明し、該微細パター
    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
    パターンの像を投影する方法であって、前記瞳の中心及
    び該瞳中心を通り前記縦横パターンの方向へ延びる一対
    の軸上の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請求項１
    ないし請求項１２のいずれか１項に記載のリソグラフィ
    工程。
15. 【請求項１５】 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
    等しい一対のピークを有することを特徴とする請求項１
    ４に記載のリソグラフィ工程。
16. 【請求項１６】 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
    しい他の一対のピークを有することを特徴とする請求項
    １５に記載のリソグラフィ工程。
17. 【請求項１７】 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部分が前記ピークの一方を、
    該第２部分が前記ピークの他方を有することを特徴とす
    る請求項１５に記載のリソグラフィ工程。
18. 【請求項１８】 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ーンより成り、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１７に記載のリソグラフィ
    工程。 ０．２５＜ｐ＜０．６ ０．１５＜ｑ＜０．３
19. 【請求項１９】 前記瞳中心及び該瞳中心を通り前記縦
    横パター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１４に
    記載のリソグラフィ工程。