JPH05326370A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｌ／Ｓパターンのサイズが大きい場合にあっ
ても焦点深度を十分大きくすることができ、露光精度の
向上をはかり得る投影露光装置を提供すること。 【構成】 マスクのパターンを投影光学系を介してウェ
ハ上に投影露光する投影露光装置において、マスク８を
照明する２次光源として、該光源の射出面内強度分布を
光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４つの領域
にて強度大とせしめる特殊絞り９′（４つ目フィルタ２
０）を設け、マスク８として、透光性基板上に半透明膜
のパターンが形成され、該半透明膜を通過する光の透光
性基板を通過する光に対する位相差が、１８０×（２ｎ
＋１）±３０（度）：ｎは整数、の関係を満たし、且つ
半透明膜の振幅透過率Ｔが透光性基板の振幅透過率Ｔ0
に対して０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．３０×Ｔ0 、の関係
を満たすハーフトーンマスクを用いたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
に要する微細レジストパターンを形成するための投影露
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光リソグラフィ技術の進歩は目覚
ましく、ｇ線（４３６nm）やｉ線（３６５nm）の投影露
光装置では、０．５μｍルールも実現できる可能性が出
てきた。これは、投影露光装置の高性能化、特にレンズ
の高ＮＡ化が進んだことによる。しかし、次世代の０．
３μｍルールも今までの延長で達成できるかは疑問であ
る。レンズの高ＮＡ化や、露光光の短波長化により解像
度は向上するが、焦点深度は低下するため実用解像度は
あまり向上しない。従って、焦点深度の向上技術の開発
が望まれている。

【０００３】図２３に、従来一般的に用いられている投
影露光装置の概略構成を示す。この図において、１は水
銀灯からなるランプ、２は楕円反射鏡、３は楕円反射鏡
２の第２焦点、４はインプットレンズ、５はオプチカル
インテグレータ（はえの目レンズ）、６はアウトプット
レンズ、７はコリメーションレンズ、８はレチクル（マ
スク）、９は均一絞りとしての開口絞り、１０は光学系
が収差補正されている波長の光だけを通すためのフィル
タ、１１，１２は光路を曲げて装置の高さを低くするコ
ールドミラー、１３はランプハウス、１４はレンズ，ミ
ラー或いはその組み合わせによりレチクル８上のパター
ンの像をウェハ上に投影する投影光学系、１５はウェ
ハ、１６は開口数を決定する絞りである。

【０００４】従来の投影露光装置の基本構成は、図２３
に示した以外にも多数あるが、模式的には図２４（ａ）
に示すように、光源１，第１集光光学系１８，均一化光
学系１９，第２集光光学系２０，レチクル８，投影光学
系１４，ウェハ１５の順に配列されている。第１集光光
学系１８は、図２３の例で楕円反射鏡２及びインプット
レンズ４に相当する部分であり、楕円鏡のほか球面鏡，
平面鏡，レンズ等を適当に配置し、光源から出る光束を
できるだけ効率良く均一化光学系１９に入れる役目を持
つ。また、均一化光学系１９は図２３のオプチカルイン
テグレータ５に相当する部分であり、その他として光フ
ァイバや多面体プリズム等が使用されることもある。

【０００５】第２集光光学系２０は、図２３のアウトプ
ットレンズ６及びコリメーションレンズ７に相当する部
分であり、均一化光学系１９の出射光を重畳させ、さら
に像面テレセントリック性を確保する。この他、光束が
光軸平行に近い個所に図２３のフィルタ１０に相当する
フィルタが挿入され、またコールドミラー１１，１２に
相当する反射鏡も、場所は一義的でないが挿入される。

【０００６】このように構成された装置においてレチク
ル８から光が来る側を見た場合、光の性質は、第２集光
光学系２０を通して均一化光学系１９から出てくる光の
性質となり、均一化光学系１９の出射側が見掛け上の光
源に見える。このため、上記のような構成の場合、一般
に均一化光学系１９の出射側２４を２次光源と称してい
る。レチクル８がウェハ１５上に投影されるとき、投影
露光パターンの形成特性、即ち解像度や焦点深度等は、
投影光学系１４の開口数及びレチクル８を照射する光の
性状、即ち２次光源２４の性状によって決まる。

【０００７】図２４（ｂ）は同図（ａ）に示した投影露
光装置におけるレチクル照明光線，結像光線に関する説
明図である。図２４（ｂ）において、投影光学系１４は
通常内部に開口絞り１６を有しており、レチクル８を通
った光が通過し得る角度θａを規制すると共に、ウェハ
１５上に落射する光線の角度θを決めている。

【０００８】一般に、投影光学系の開口数ＮＡと称して
いるのは、ＮＡ＝ｓｉｎθで定義される角度であり、投
影倍率を１／ｍとすると、ｓｉｎθａ＝ｓｉｎθ／ｍの
関係にある。また、この種の装置においては「像面テレ
セントリック」、即ち像面に落ちる主光線が像面に垂直
に構成されるのが普通であり、この「像面テレセントリ
ック」の条件を満たすため、図２４（ａ）の均一化光学
系１９の出射面、即ち２次光源２４の光源面の実像が開
口絞り１６の位置に結像される。

【０００９】このような条件下でレチクル８から第２集
光光学系２０を通して２次光源面を見た時の立体角をレ
チクル８に入射する光の範囲してとらえ、その半角をφ
とし照明光のコヒーレンシイσをσ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎ
θａで定義した場合、パターン形成特性はＮＡとσで決
定せられるものと考えていた。

【００１０】次に、ＮＡ及びσとパターン形成特性との
関連について詳細に説明する。ＮＡが大きい程解像度は
上がるが、焦点深度が浅くなり、また投影光学系１４の
収差のため広露光領域の確保が難しくなる。ある程度の
露光領域と焦点深度（例えば１０mm角、±１μｍ）がな
いと実際のＬＳＩ製造等の用途に使えないため、従来の
装置ではＮＡ＝０．３５程度が限界となっている。一
方、σ値は主としてパターン断面形状，焦点深度に関係
し、断面形状と相関を持って解像度に関与する。σ値が
小さくなるとパターンの淵が強調されるため、断面形状
は側壁が垂直に近づいて良好なパターン形状となるが、
細かいパターンでの解像性が悪くなり解像し得る焦点範
囲が狭くなる。逆に、σ値が大きいと細かいパターンで
の解像性，解像し得る焦点範囲が若干良くなるが、パタ
ーン断面の側壁傾斜がゆるく、厚いレジストの場合、断
面形状は台形ないし三角形となる。

【００１１】このため、従来の投影露光装置では、比較
的バランスのとれたσ値として、σ＝０．５〜０．７に
固定設定されており、実験的にσ＝０．３等の条件が試
みられているにすぎない。σ値を設定するには２次光源
２４の光源面の大きさを決めれば良いため、一般に２次
光源２４の光源面の直後にσ値設定用の円形開口絞り９
を置いている。

【００１２】このような一般的な投影露光装置の焦点深
度を向上させる１つの方法として、円形開口絞り９の代
わりに特殊な開口パターンを有する特殊絞りを用いる例
が提案されている（浮田と辻内による「顕微鏡対物レン
ズの研究（第１０報）」1957年の機械試験所所報，第11
巻，第２号，ｐ９〜，）。この中で特徴的なものは、図
２５（ａ）に示すフィルタを用いた場合、２つの光透過
領域を結ぶ方向とは垂直方向に並べられたＬ／Ｓパター
ンに対して極めて高い解像性能を有することが記述され
ていることである。

【００１３】一方、この変形例として、図２５（ｂ）に
示すように４つの開口を有するフィルタ（以下、４つ目
フィルタと称する）が提案されており（特公昭 56-9010
号公報）、この形の４つ目フィルタを用いた投影露光
は、1991年10月の第52回応用物理学会学術講演会におい
て、加門，宮本他により「変形光源を用いた縮小投影露
光法(I),(II)」（講演番号12a-ZF-3及び12a-ZF-4）と題
して発表された。これによれば、Ｌ／Ｓに対する高い解
像性能は一方向のみではなく、それに直角な方向も合わ
せて得られることが示されている。

【００１４】図２６は、この４つ目フィルタで照明した
場合と、通常照明の場合の転写特性をシミュレーション
した結果を示している。横軸はラインとスペースの比率
が１：１のＬ／Ｓパターンサイズ、縦軸は焦点深度（Ｄ
ＯＦ）を示している。露光波長は３６５ｎｍ（ｉ線）、
投影光学系のＮＡは０．５５である。また、像コントラ
スト７０％以上で解像できるレジストを想定している。
このようなＬ／Ｓパターンにおいては、Ｌ／Ｓ＜０．６
５μｍ、特にＬ／Ｓ＝０．４μｍ付近では、通常照明に
比べて４つ目照明による解像度、焦点深度向上効果が著
しい。しかしながら、Ｌ／Ｓ≧０．６５μｍでは逆に通
常照明の場合の焦点深度の方が４つ目照明に比べて大き
くなってしまう。

【００１５】特に、Ｌ／Ｓ＝０．７μｍ付近での焦点深
度が最も悪くなっている。この特性は４つ目フィルタの
目の位置、大きさに依存する。目の間隔が離れるほど小
さなＬ／Ｓの焦点深度が向上する一方で大きなＬ／Ｓで
の焦点深度の低下が著しくなるという傾向が顕著とな
る。また、目が小さい程特定サイズのＬ／Ｓパターンの
焦点深度のみが向上するような傾向を示す。このように
４つ目フィルタの目の位置，大きさによって多少の差異
はあるが、全体的な傾向は図２６に示す通りである。

【００１６】また、上記の説明はＬ／Ｓパターンに関し
てであるが、孤立抜きパターン形成時（ポジレジスト使
用時）においては、４つ目フィルタはむしろ逆効果であ
り、ＤＯＦが減少することが分かった。焦点深度１．５
μｍを確保できる最小抜き線幅は、通常露光では０．４
μｍであるのに対して、４つ目照明による露光では０．
４５μｍとなってしまう。つまり、４つ目照明による露
光を行う場合には、１：１のＬ／Ｓパターンは０．２９
μｍで設計できるのに対し、孤立抜きパターンは０．４
５μｍ以上で設計する必要があることを意味している。
実際のＬＳＩパターンにおいては、抜き線幅がデザイン
ルールに近く、両側が数μｍに渡ってレジストであるよ
うな典型的な孤立抜きパターンは少ないものの、ライン
に対してスペースの比率が小さいパターンは非常に多
い。このような所謂孤立抜きパターンの場合、焦点深度
１．５μｍ以上を確保できる線幅が大きくなり、チップ
のシュリンクに大きな影響を与える。

【００１７】また、４つ目フィルタを用いた４つ目露光
では、相互に直交する２方向以外に配置されたパターン
に対しては良好な解像性能が得られず、特に４５度方向
に配置されたパターンについては解像性能の低下が著し
いことが分かった。図２６に示す特性は、４つ目フィル
タとＬ／Ｓの方向とが図２７に示すような関係の場合で
ある。４つ目フィルタとＬ／Ｓの方向とが図２８のよう
な関係、即ちＬ／Ｓに対して４５度の方向性を有する場
合は、図２９に示すようにような結果が得られる。この
場合は、４つ目照明での転写は通常照明に比べて焦点深
度が悪くなってしまう。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、通常
の円形２次光源による露光に比べて４つ目フィルタを用
いた露光では、Ｌ／Ｓ＜０．６５μｍでは解像度，焦点
深度向上効果が著しい。しかしながら、Ｌ／Ｓ≧０．６
５μｍでは逆に通常照明の場合の焦点深度の方が４つ目
照明に比べて大きくなってしまう。特に、Ｌ／Ｓ＝０．
７μｍ付近では焦点深度が１．５μｍ程度となってしま
う。このため、大きな焦点深度が必要な層を転写する際
にはＬ／Ｓ＝０．７μｍ付近のパターンが良好に転写さ
れない。つまり、Ｌ／Ｓ＝０．４μｍ付近では２．５μ
ｍ程度の焦点深度を有しているのにも拘らず、より大き
なサイズのパターンによって転写特性が律速してしまう
問題がある。

【００１９】また、４つ目フィルタのように特定の４箇
所でのみ光を透過するフィルタを照明フィルタとして用
いると、パターンの方向によって解像性能に大きな差異
が生じるという問題があった。

【００２０】また、上記従来例ではＬ／Ｓの焦点深度及
び解像力は向上するが、その一方で孤立抜きパターンに
おいては焦点深度及び解像力が減少する。このことは、
パターンのスペース幅に対するライン幅が広い程、太い
線幅で設計する必要があることを示している。実際のＬ
ＳＩパターンでは、スペースに対するライン幅が広いパ
ターンは数多く存在するため、４つ目照明による大幅な
焦点深度増大効果をチップサイズのシュリンクに結び付
けることができない。

【００２１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、Ｌ／Ｓパターンのサイ
ズが大きい場合にあっても焦点深度を十分大きくするこ
とができ、露光精度の向上をはかり得る投影露光装置を
提供することにある。また、本発明の他の目的は、パタ
ーンの方向によらず、焦点深度を十分大きくすることの
できる投影露光装置を提供することにある。

【００２２】また、本発明の別の目的は、孤立抜きパタ
ーン又はスペース幅に対してライン幅が広い孤立抜き的
なパターンの抜き線幅をより細かく設計することがで
き、その結果、チップサイズの大幅なシュリンクを達成
する投影露光装置を提供することにある。

【００２３】

【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、次のような構成を採用している。

【００２４】即ち本発明（請求項１〜３）は、マスクの
パターンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する
投影露光装置において、マスクを照明する光源として、
該光源の射出面内強度分布を光軸に対して４回対称で且
つ光軸から外れた４つの領域にて強度大とせしめる特殊
絞りを設け、マスクとしてハーフトーンマスク，自己整
合型位相シフトマスク又はシフタ−エッジ型位相シフト
マスクを用いた特徴とする。ここで、ハーフトーンマス
クとは、透光性基板上に半透明膜のパターンが形成さ
れ、該半透明膜を通過する光の透光性基板を通過する光
に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たし、且つ半透明膜の振幅透過率Ｔが透光性
基板の振幅透過率Ｔ0 に対して、 ０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．３０×Ｔ0 を満たすものである。

【００２５】自己整合型位相シフトマスクとは、透光性
基板上に遮光性膜によってパターンが形成され、該遮光
膜によるパターンの周囲又は周囲を除く部分に透光性膜
を配設し、該透光性膜を通過する光の透光性基板を通過
する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものである。

【００２６】シフタ−エッジ型位相シフトマスクとは、
透光性基板上に透光性膜によって少なくとも一部にパタ
ーンが形成され、該透光膜によるパターンを通過する光
の透光性基板を通過する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものである。

【００２７】また、本発明（請求項４）は、マスクのパ
ターンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投
影露光装置において、マスクを照明する光源として、該
光源の射出面内強度分布を光軸に対して４回対称で且つ
光軸から外れた４つの領域にて強度大とせしめる特殊絞
りを設け、さらに投影光学系の瞳位置に露光光に対する
透光性を有する基板を配置し、該基板の厚さ又は屈折率
に分布を持たせたことを特徴とする。

【００２８】ここで、投影光学系の瞳位置に配置する基
板においては、瞳の周辺部に相当する基板の厚さ又は屈
折率を、その他の部分に対して異ならせるのが望まし
い。また、上記の構成に加え、前記ハーフトーンマス
ク，自己整合型位相シフトマスク又はシフタ−エッジ型
位相シフトマスクを用いるのがより望ましい。

【００２９】また、本発明（請求項５）は、光源からの
光を集光する第１集光光学系と、この第１集光光学系で
集光された光を均一化する均一化光学系と、この均一化
光学系の出射側の光源面位置に設けられた特殊絞りと、
この特殊絞りを介して得られる光を集光してマスクに照
射する第２集光光学系と、マスクを透過した光をウェハ
上に投影する投影光学系とを具備し、マスクに形成され
たパターンをウェハ上に転写する投影露光装置におい
て、特殊絞りの構成として、光軸を中心とする同心円上
に略図形の中心があり、光源面内の強度分布を光軸に対
して４回対称で且つ光軸から外れた４つの領域にて強度
大とせしめる４箇所の比較的動径方向が広い領域と、こ
れら４つの領域を結合させる比較的動径方向が狭い領域
とを有するように構成したことを特徴とする。

【００３０】また本発明（請求項６〜８）は、マスクの
パターンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する
投影露光装置において、マスクを照明する光源として、
該光源の射出面内強度分布を光軸に対して４回対称で光
軸から外れた４つの領域にて強度大とし、且つ光源の中
心部分の強度を大とした特殊絞りを設け、マスクとし
て、ハーフトーンマスク，自己整合型位相シフトマスク
又はシフタ−エッジ型位相シフトマスクを用いた特徴と
する。

【００３１】また本発明（請求項９）は、マスクのパタ
ーンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投影
露光装置において、マスクを照明する光源の強度分布を
光軸から外れた１つの領域又は光軸を挟んで対称な２つ
の領域にて強度大とし、投影光学系の瞳の透過率分布
を、該瞳上で光源の強度大となる領域を含む瞳の直径方
向に沿って透過率大とし、光源の強度分布と瞳の透過率
分布を露光中に光軸を中心として同期回転させることを
特徴とする。

【００３２】また本発明（請求項１０）は、マスクのパ
ターンを投影光学系を介してウェハ上に投影露光する投
影露光装置において、マスクを照明する光源の強度分布
を、光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４つの
領域にて強度大とし、投影光学系の瞳の透過率分布を、
該瞳上で光源の強度大となる４つの領域からなる矩形の
辺方向又は対角線方向に透過率大とし、光源の強度分布
と瞳の透過率分布を露光中に光軸を中心として同期回転
させることを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明（請求項１〜３）によれば、光源強度分
布として、光軸に対して点対称であり、且つ光軸から外
れた４つの領域での強度が大なる照明方法にてパターン
転写する場合、ハーフトーンマスク，自己整合型位相シ
フトマスク，シフタエッジ型位相シフトマスク等を用い
ることによって、全てのサイズのＬ／ＳパターンのＤＯ
Ｆ向上効果をさらに大きくすることが可能である。光源
として単に４つ目フィルタを用いたのでは通常のＣｒマ
スクを用いた場合と同様、大きいＬ／Ｓパターンの焦点
深度が小さいＬ／Ｓに比べて相対的に小さくなってしま
う傾向があるが、上記各種位相シフトマスクを用いたこ
とによって絶対値としての焦点深度を向上させることが
できる。

【００３４】また、本発明（請求項４）によれば、光源
として４つ目フィルタを用いると共に、投影光学系の瞳
位置に露光光に対して透光性を有する基板を配置し、該
瞳の周辺部に相当する基板の厚さ又は屈折率をその他の
部分に対して異ならせることによって、パターンサイズ
に依存せず大きな焦点深度，限界解像力向上効果を得る
ことができる。これに加え、マスクにハーフトーンマス
クや位相シフトマスクを用いことにより、上記効果をよ
り大きくすることが可能である。

【００３５】また、本発明（請求項５）によれば、光源
としての特殊絞りが、輪帯照明フィルタと４つ目照明フ
ィルタとの２種類のフィルタの構成を兼ね備えており、
その結果、両者の欠点が打ち消し合い、パターンサイズ
と方向の依存性を実用上問題のないレベルまで低下させ
ることができ、高い解像性能と焦点深度向上効果が得ら
れる。

【００３６】また、本発明（請求項６〜８）によれば、
前述した請求項１〜３のように光源強度分布として、光
軸に対して点対称且つ光軸から外れた４つの領域での強
度が大なる照明方法にて転写する場合のＬ／Ｓパターン
の焦点深度，限界解像力向上効果に加え、光源の中心付
近の光源強度を大きくすることによって、孤立抜きパタ
ーンに対する焦点深度，解像力をも向上させることがで
きる。その結果、チップサイズの大幅なシュリンクを達
成することが可能となる。

【００３７】また、本発明（請求項９，１０）によれ
ば、露光装置の光源位置に光軸から偏心した位置にアパ
ーチャを有するフィルタを配設して、マスクを斜めから
照明する照明光学系とせしめることによって、偏心方向
と直角な方向の長いＬ／Ｓパターンの高次回折光が投影
光学系に入り、解像力が向上する。ここで、実際のＬＳ
Ｉは様々な方向性を有しているために、上記方向以外の
パターンより発生する高次回折光が瞳に入らず解像性が
向上しない。従って、該フィルタの偏心方向を長手方向
に合わせたスリットを瞳位置に配設するによって、上記
方向以外のパターンより発生する回折光を積極的にカッ
トする。さらに、該スリットと該フィルタを光軸を回転
軸として３６０度同期回転しながら露光することによっ
て、解像力のパターン方向性依存性を解消することがで
きる。

【００３８】また、光源位置に配設するフィルタとし
て、光軸から偏心し且つ光軸に対して互いに対称なる位
置に１つずつ計２個のアパーチャを有するフィルタを用
いることによって、上記露光方法と同じ解像力を有し且
つ露光時間を半分にすることが可能である。さらに、光
源位置に配設するフィルタとして、光軸に対して４回対
称で且つ光軸から外れた４つの領域にて強度大とせしめ
るフィルタを用い、投影光学系の瞳位置に、例えば井桁
状に透過率大とせしめるスリットフィルタを用いること
によって、上記露光方法とほぼ同じ解像力を有し、且つ
露光時間をさらに短縮することが可能である。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００４０】図１は本発明の第１の実施例に係わる投影
露光装置を示す概略構成図である。図１において、１は
ランプ（光源）、２は楕円反射鏡、３は楕円反射鏡２の
第２焦点、４はインプットレンズ、５はオプチカルイン
テグレータ、６はアウトプットレンズ、７はコリメーシ
ョンレンズ、８はレチクル、９′は透過率に分布を有す
る特殊絞り、１０はフィルタ、１１，１２はコールドミ
ラー、１３はランプハウス、１４はレンズ，ミラー或い
はその組み合わせによりレチクル８上のパターンの像を
ウエハ上に投影する投影光学系、１５はウエハ、１６は
開口数を決定する絞りであり瞳と呼ばれている。光路長
に分布を有するフィルタである。

【００４１】光源のランプ１として水銀灯を使用し、ｇ
線４３６nm，ｈ線４０５nm，ｉ線３６５nm等の輝線、又
はこれらの波長近辺の連続スペクトルを取り出して用い
ている。このため、光源のランプ１は高い輝度が必要で
あるとともに集光効率や照射均一性を考えると点光源に
近い方がよい。しかし、実際にはそのような理想的な光
源は存在しないため、有限の大きさでしかも強度に分布
を持つランプ１を使用せざるを得ず、そのようなランプ
１から発せられる光をいかに高効率で、且つ照射均一性
の良い光に変換するかが課題となる。

【００４２】図１に示した装置では、楕円反射鏡２の第
１焦点にランプ１を置き、楕円反射鏡２の第２焦点３付
近に一旦光束を集める。そして、第２焦点３とほぼ焦点
位置を共有するインプットレンズ４により光束をほぼ平
行光束に直し、オプチカルインテグレータ５に入れる。
オプチカルインテグレータ５は多数の棒状レンズを束ね
たもので、はえの目レンズとも称される。このオプチカ
ルインテグレータ５を通すことが照射均一性を高める主
因となっており、インプットレンズ４はオプチカルイン
テグレータ５を通る光線のケラれを少なくして集光効率
を高める役目をなす。

【００４３】オプチカルインテグレータ５を出た光は、
アウトプットレンズ６及びコリメーションレンズ７によ
って、オプチカルインテグレータ５の各小レンズから出
た光束がレチクル８上に重畳して当たるよう集光され
る。オプチカルインテグレータ５に入射された光線は場
所による強度分布を有するが、オプチカルインテグレー
タ５の各小レンズから出る光がほぼ等しく重畳される結
果、レチクル８上では照射強度がほぼ均一となる。当然
のことながらオプチカルインテグレータ５に入射する光
の強度分布が均一に近ければ、出射光を重畳させたレチ
クル８の照度分布はより均一になる。オプチカルインテ
グレータ５の出射側には、後述する特殊絞り９′が配置
され、オプチカルインテグレータ５の出射側寸法を決め
ている。

【００４４】ランプ１として水銀灯を用いて楕円反射鏡
２で集光する場合、水銀灯の構造が図１に示すように縦
長であり両端が電極となっているため、ランプ１の軸方
向の光線を取り出すことができない。そのため、図１に
示すように、インプットレンズ４として凸レンズを使用
したのみではオプチカルインテグレータ５の中心部に入
る光の強度分布が落ちる場合がある。そこで、インプッ
トレンズ４とオプチカルインテグレータ５との間に両凸
又は片凸片凹の円錐レンズを挿入し、オプチカルインテ
グレータ５に入る光の強度分布をより一様にする場合も
ある。

【００４５】フィルタ１０は光学系が収差補正されてい
る波長の光だけを通すためのものであり、コールドミラ
ー１１，１２は光路を曲げて装置の高さを低くすると共
に、長波長光熱線を透過させてランプハウス１３の冷却
可能部分に吸収させる役目を担う。レチクル８を照射し
た光は投影光学系１４を通り、レチクル８上の微細パタ
ーンの像がウエハ１５上のレジストに投影露光転写され
る。

【００４６】図２は、本実施例装置で用いる特殊絞り
９′としての４つ目フィルタ２０の開口パターンを示す
平面図である。この図において斜線部が遮光部２３を示
し、４つの円形開口部（光透過部）２２が光軸２１に対
して４回対称であり、且つ光軸からずれた位置にそれぞ
れ配置されている。また、マスク８としては、後述する
ハーフトーンマスクを用いた。

【００４７】図３には、本実施例における４つ目フィル
タでの露光におけるパターンサイズに対するフォーカス
マージンを計算した結果を示す。点線が通常照明（σ値
０．６）によって通常のＣｒマスクを転写した場合、実
線が４つ目照明にて通常のＣｒマスクを用いた場合の露
光、一点鎖線が４つ目照明を行って更にハーフトーンマ
スクを用いた場合（本実施例）の露光である。なお、露
光装置のＮＡは０．５５、露光波λは３６５ｎｍであ
る。

【００４８】４つ目照明を行い、更にハーフトーンマス
クを用いることによって、全ての線幅での焦点深度が一
様に向上していることが分かる。Ｌ／Ｓ＝０．４μｍ付
近での最大の焦点深度を有すること、Ｌ／Ｓ＝０．７μ
ｍ付近で焦点深度が極小となることについては、通常の
Ｃｒマスクを用いた場合と同じであるが、絶対値として
の焦点深度が向上しているために、Ｌ／Ｓサイズの大き
なパターンにおいても実用上十分な焦点深度が得られて
いる。

【００４９】図４〜図６は、本実施例装置で用いるマス
ク８を説明するための図である。図４（ａ）にはハーフ
トーンマスクの典型的な断面構造を示し、図４（ｂ）に
は光振幅分布を示し、図４（ｃ）には光強度分布を示し
た。ハーフトーンマスクは透光性基板３０（通常はＳｉ
Ｏ₂ ）上に、露光光に対して半透明（１％≦振幅透過率
≦３０％）の膜３１によってＬＳＩパターンが形成され
ている。半透明膜３１の膜厚は該膜の透過光３２の位相
が基板透過光３３の位相に対して、 １８０×（２ｎ＋１）度±３０（％）：ｎは整数、

【００５０】の関係を満たすように制御されている。基
板透過光３３はウェハ上では回折して広がり図４（ｂ）
に示すＢようなプロファイルとなるが、半透明膜３１を
透過する光３２はウェハ上では逆位相となるため（プロ
ファイルＡ）、干渉して弱め合い像コントラストを向上
させる（プロファイルＣ）。

【００５１】また、上記実施例では、４つ目照明フィル
タによってハーフトーンマスクを露光すると効果が大き
いことを示したが、他の位相シフトマスク、例えばシフ
タ−エッジ型位相シフトマスクや自己整合型位相シフト
マスクを用いても、同様に大きな効果が生じる。図５に
は、シフタ−エッジ型位相シフトマスクの典型的な断面
構造を示した。シフタ−エッジ型位相シフトマスクは透
光性基板３０（通常はＳｉＯ₂ ）上に、露光光に対して
透明な物質３４（ＳｉＯ₂ ）によってＬＳＩパターンが
形成されている。この透明膜３４の膜厚は、透過光３５
の位相が基板透過光３３の位相に対して、 １８０×（２ｎ＋１）度±３０（％）：ｎは整数、

【００５２】の関係を満たすように制御されている。基
板透過光３３と、透明膜３４を透過する光３５はウェハ
上では逆位相となるため、透明膜３４のエッジ部に相当
する部分が干渉して弱め合い暗部を形成する。透明膜３
４の線幅が小さいので２つのエッジ部での暗部が重なり
合って１つの暗部を形成する。

【００５３】また、図６には、自己整合型位相シフトマ
スクの典型的な断面構造を示した。自己整合型位相シフ
トマスクは透光性基板３０（通常ＳｉＯ₂ ）上に、露光
光に対して不透明な物質３６（Ｃｒ等）によってＬＳＩ
パターンが形成されている。この不透明膜３６の周囲に
露光光に対して透明な物質（ＳｉＯ₂ 等）によって位相
シフタ３７を設ける。この位相シフタ３７の膜厚は透過
光３８の位相が基板透過光３３の位相に対して、 １８０×（２ｎ＋１）度±３０（％）：ｎは整数、

【００５４】の関係を満たすように制御されている。本
実施例では上記のような構造によって上記光学的原理を
達成するようにしたが、この構造は本発明を限定するも
のではなく、上記光学的原理を達成する他のマスク構造
でも構わない。

【００５５】このように本実施例によれば、光源形状を
決定するために図２に示すような４つ目フィルタ２０を
用い、マスク８として図４〜６に示すような各種位相シ
フトマスクを用いることにより、全てのサイズのＬ／Ｓ
パターンのＤＯＦ向上効果を大きくすることができる。
このため、Ｌ／Ｓパターンのサイズが大きい場合であっ
ても焦点深度を十分大きくすることができ、パターン露
光精度の向上をはかることが可能となる。

【００５６】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。この実施例は、４つ目＋瞳フィルタを利用したも
のである。光源形状を決定するための４つ目フィルタは
前記図２に示すものと同様であり、これに加えて本実施
例では、図１に示す投影光学系１４の瞳位置１６に図７
に示すような位相フィルタ４０を配置している。

【００５７】図７（ａ）の位相フィルタは、光軸４１に
対して回転対称な円盤形であり、直径が瞳直径に相当し
ている。材質は露光光に対して透光性を有するものであ
り、例えばＳｉＯ₂ を用いる。内径ｒ，幅ｄの輪帯領域
４２ではそれ以外の領域４３よりもｔだけ板厚が厚くな
っている。即ち、領域４２を通過する光の光路長が領域
４３のそれよりも長くなることを意味している。この光
路長の差は光の位相差を生じせしめる。ｒ，ｄ及びｔは
焦点深度を向上したい線幅、４つ目フィルタの位置等に
依存して決定される。また、この実施例では図７（ａ）
で示した厚さ分布を有する位相フィルタを用いたが、本
発明を限定するものでなく、焦点深度を向上させたい線
幅，線種によって、位相フィルタの形状は変わり得る。

【００５８】また、図７（ｂ）に示す位相フィルタも前
記位相フィルタと同様の効果を生じせしめる。図７
（ａ）との違いは、内径ｒ，幅ｄの輪帯領域４２ではそ
れ以外の領域４３よりもｔだけ板厚が薄くなっているこ
とである。即ち、領域４２を通過する光の光路長が領域
４３のそれよりも短くなっていることを意味している。
光路長の差によって生じる光の位相差は２πを１周期と
しているため、図７（ａ）（ｂ）いずれの構造において
も、所望の位相差を得ることが可能である。

【００５９】図８には、４つの開口部を有する４つ目フ
ィルタ２０及び位相フィルタ４０を用いた露光における
パターンサイズに対するフォーカスマージンを計算した
結果を示す。点線が通常露光（４つ目フィルタのみによ
る露光）、実線が通常のＣｒマスクを用いた場合の本実
施例による露光（４つ目フィルタ＋瞳フィルタ）で、一
点鎖線がハーフトーンマスクを用いた場合の本実施例に
よる露光（４つ目フィルタ＋瞳フィルタ＋ハーフトーン
マスク）である。なお、露光装置のＮＡは０．５５、コ
ヒーレンスファクタσは０．６、露光波長λは３６５ｎ
ｍである。

【００６０】位相フィルタ４０を瞳位置に挿入した場
合、Ｌ／Ｓ≧０．６５μｍで焦点深度向上効果が大きく
なり、４つ目照明のみで露光した場合の問題点を解決し
ていることが分かる。さらに、図４で示したハーフトー
ンマスクを用いると、更に効果が大きいことが分かる。
また、図５，図６で示した自己整合型マスク、シフタエ
ッジを用いても同様に効果が大きい。また、瞳関数の振
幅透過率が１００％であるため、スーパーフレックス法
の問題の一つ、即ちフィルタが露光光を吸収して熱とな
り、光学系が熱膨張を起こし、転写精度を劣化させると
言う問題は生じない。次に、本発明の第３の実施例につ
いて説明する。この実施例は、４つ目＋輪帯フィルタを
利用したものである。

【００６１】本実施例における図１に示す２次光源面の
特殊絞り９′の形状は、図９に示すようになっており、
５１は光軸、５２は光透過部、５３は遮光部である。こ
れは、光軸を中心とした動径方向に対して広い領域を持
った円形光透過部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが動径方向に対して狭
い領域を持ったリング状の光透過部Ｅによって結ばれて
いる。

【００６２】また、図９では全て曲線からなる境界によ
って構成したが、必ずしも曲線である必要はなく、図１
０に示す第２の形状を特殊絞り９′としてもよい。さら
に、特殊絞り９′の第３の形状は図１１に示す形状とし
ても本発明の範囲を逸脱するものではない。図１１の形
状の特徴は、動径方向に対して広い領域の部分が均一な
幅になっておらず、さらにその接続が断続的になってい
る点にある。図１１ではア〜タまでが光透過部である。

【００６３】また更に、上記の図９〜図１１に示した実
施例の形状において、光透過部５２の光透過率は必ずし
も１００％でなくてもよく、場合によっては、全領域に
おいて同一の透過率である必要もない。また、点対称で
ある必然性もない。この実施例において、光透過部５２
の配置及び占有面積は所望のパターンの解像性能と寸法
精度によって適宜変更することが可能である。

【００６４】図１２，１３は、図９に示した特殊フィル
タを用いて露光した場合の露光特性を示している。図１
２は縦横のＬ／Ｓパターンに対する特性、図１３は斜め
Ｌ／Ｓパターンに対する特性を示している。縦軸は、レ
ジストコントラストを７０％とした場合の焦点深度、横
軸はＬ／Ｓのパターンサイズを示している。

【００６５】実デバイスパターン転写に必要な焦点深度
を１．５μｍとすると、この必要焦点深度を確保できる
Ｌ／Ｓパターンサイズは図１２より、従来例で示した４
つの開口を有する特殊フィルタを用いた場合に比べて殆
ど劣化しない。即ち、従来例の場合はＬ／Ｓ≧０．３μ
ｍであるのに対して、本実施例ではＬ／Ｓ＝０．３２μ
ｍとなる。

【００６６】一方、図１３に示す斜めのＬ／Ｓパターン
では、従来例による露光によると、必要焦点深度を確保
できるパターンサイズはＬ／Ｓ≧０．７μｍであり、斜
めＬ／Ｓは非常に太く設計する必要があるのが分かる。
これに対して、本実施例による露光では、Ｌ／Ｓ≧０．
５５μｍで必要焦点深度を確保することができ、通常露
光の場合（Ｌ／Ｓ≧０．５μｍ）に比べても遜色がな
い。つまり、本実施例によると、縦横方向の露光特性
は、従来の４つのアパーチャマスクを有する特殊フィル
タを用いた場合の優れた解像特性を保ちつつ、斜めＬ／
Ｓにおいてもそれほど解像特性を劣化させず、斜めＬ／
Ｓパターンの大幅な設計ルール縮小を可能とした。

【００６７】図９の特殊フィルタの円形開口部ＡＢＣＤ
の半径，中心位置，リング状領域Ｅの幅，内径，外径に
よって図１２，１３に示す特性が変化する。必要に応じ
て最適化する必要がある。

【００６８】このように本実施例によれば、４つ目＋輪
帯を有する特殊フィルタの使用により高い解像性能と焦
点深度向上効果があり、しかも従来得られなかったパタ
ーンサイズと方向に対する効果の依存性を実用上問題の
ないレベルに低下させる効果がある。また、マスクとし
て図４〜６に示したハーフトーンマスク，自己整合型マ
スク，シフタエッジ型マスクを用いると、更に焦点深度
増大効果が大きい。

【００６９】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。この実施例は、５つ目フィルタ及び５つ目フィル
タにハーフトーンマスクを併用したものである。基本的
には第１の実施例と類似しており、２次光源としての５
つ目フィルタ６０は、図１４に示すようになっており、
６１は光軸、６２は光透過部、６３は遮光部である。光
軸６１に対して４回対称であり且つ光軸から外れた４つ
の開口部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに加え、光軸５１付近に開口Ｅ
を有する。

【００７０】このようなフィルタ６０を用いて、通常の
Ｃｒマスク、及びハーフトーンマスクを露光した結果
を、図１５，１６に示す。図１５は、ラインとスペース
の比率が１：１のＬ／Ｓパターンに対する解像度及び焦
点深度向上効果を示している。横軸はパターンサイズ、
縦軸は焦点深度（ＤＯＦ）を示している。なお、露光波
長は３６５ｎｍ（ｉ−ｌｉｎｅ）、投影光学系のＮＡは
０．５５である。

【００７１】このようにＬ／Ｓパターンにおいては、５
つ目照明露光による焦点深度向上効果は、４つ目照明露
光に比べて低下する。しかし、焦点深度１．５μｍを確
保できる最小線幅は、４つ目照明露光の場合と殆ど同じ
であり、チップサイズのシュリンクには何等悪影響を及
ぼさない。また、ハーフトーンマスクを用いることによ
って、焦点深度増大効果を更に大きくすることができ
る。

【００７２】図１６は、孤立抜きパターンのパターンサ
イズに対する焦点深度を計算した結果を示している。４
つ目照明によって露光した場合に比べて、５つ目照明露
光とすることによって焦点深度が向上していることが分
かる。さらにに、ハーフトーンマスクを用いることによ
って、更に焦点深度が向上していることが分かる。焦点
深度１．５μｍを確保できる抜き線幅は、４つ目照明に
よる通常Ｃｒマスク露光の場合が０．４５μｍであるの
に対し、５つ目照明によるハーフトーンマスク露光では
０．４１μｍまで細くすることが可能であることが分か
る。また、開口の大きさを最適化することによって、更
に焦点深度を向上させることが可能である。

【００７３】つまり、５つ目照明露光とすることによっ
て、１：１のＬ／Ｓの最小線幅を細く（０．３μｍ程
度）設計できるという４つ目照明露光の長所を有したま
ま、孤立抜きパターンの抜き線幅をより細く設計するこ
とが可能となった。この結果、ＬＳＩパターン内に数多
く存在するスペース幅に対してライン幅が太い所謂孤立
抜き的パターンの抜き線幅をより細く設計することが可
能となり、チップサイズの大幅なシュリンクを達成する
ことが可能となった。

【００７４】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。実施例においては、４
つ目照明及び５つ目照明を達成する手段として、図２，
図４に示した特殊絞りを用いたが、本発明を限定するも
のではなく、他にファイバ等を用いて４つ目照明及び５
つ目照明を達成することが可能である。

【００７５】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図１７は本発明の第５の実施例に係わる投影露光
装置を示す概略構成図である。光源７１から発生した光
は、第１集光光学系７２によって集光され、均一化光学
系７３へと導かれる。均一化光学系７３は光ファイバや
多面体プリズム等が使用されることもある。均一化光学
系７３を出た光は結像し２次光源を形成する。この２次
光源位置に、光軸から偏心した位置にアパーチャ８１を
有するフィルタ４（以下、偏心１つ目フィルタと称す）
を設置する。露光光はこのアパーチャ８１の部分のみを
通過し、第２集光光学系７５を通してレチクル７６を照
明する。

【００７６】レチクル７６を通過した露光光は、投影光
学系７７によってウェハ７９上に達する。投影光学系７
７内に存在する瞳７８は通常は円形開口であるが、本実
施例では図示の通り瞳位置にスリット状のフィルタ（以
下、瞳スリットフィルタと称す）が設置されている。こ
のスリットの長手方向は、偏心１つ目フィルタ７４の偏
心方向と同じである。この偏心１つ目フィルタ７４と瞳
スリットフィルタ７８は、前記記載の位置関係を維持し
たまま、同期回転制御回路８０及び図示しないモータ等
により同期回転可能である。１回の露光は同期回転制御
回路８０にて偏心１つ目フィルタ７４と瞳スリットフィ
ルタ７８を３６０度回転することによって終了する。

【００７７】図１８には、本実施例の投影露光装置での
露光におけるパターンサイズに対するフォーカスマージ
ンを計算した結果を示す。点線が通常露光（σ＝０．
６）、実線が通常のＣｒマスクを用いた場合の実施例に
よる露光である。なお、露光装置のＮＡ，コヒーレンス
ファクタσ，露光波長λはそれぞれ０．５５，０．６，
３６５ｎｍである。図１８の結果はＬ／Ｓの方向には依
存しない。従って本実施例は前述した問題点を解決し、
Ｌ／Ｓの方向依存性をなくし、しかも通常露光に比べて
飛躍的な焦点深度増大を達成していることが分かる。ま
た、アパーチャ８１の中心の光軸からの偏心距離を大き
くするほど細かいＬ／Ｓの焦点深度が向上する。

【００７８】このように本実施例によれば、露光装置の
２次光源位置に光軸から偏心した位置にアパーチャ８１
を有するフィルタを配設して、マスク７６を斜めから照
明する照明光学系とことによって、偏心方向と垂直な方
向に長いＬ／Ｓパターンの高次回折光が投影光学系７７
に入り、解像力が向上する。しかも、フィルタの偏心方
向を長手方向に合わせたスリットを瞳位置に配設するこ
とによって、上記方向以外のパターンより発生する回折
光を積極的にカットし、さらにスリットとフィルタを光
軸を回転軸として３６０度同期回転しながら露光するこ
とによって、解像力のパターン方向依存性を解消するこ
とができる。

【００７９】また、本実施例によれば、瞳スリットフィ
ルタ７８として、図１９に示すように０次回折光を減衰
させるための半透明部を設けることによって、さらに解
像度向上がはかれる。図１９のように偏心１つ目フィル
タ７４から出た光は、マスク７６を斜めから照明する。
１：１のＬ／Ｓパターンの場合、マスク７６の透過光は
回折して主に±１次回折光，０次回折光に分かれる。０
次光は直進して瞳スリットフィルタ７８のａ点に到達す
る。また、＋１次回折光はｂ点に達する。−１次回折光
は瞳に入らず、結像に関与しない。０次光は＋１次回折
光に平べて大きいので、半透明膜８５によって減衰させ
ることによって、より解像度を上げることが可能であ
る。本実施例では半透明膜８５を用いたが、０次光のみ
を減衰させる手段であればよい。

【００８０】図２０は本発明の第６の実施例を示す概略
構成図である。なお、図１７と同一部分には同一符号を
付して、その詳しい説明は省略する。本実施例と第５の
実施例とが異なる点は、２次光源に装着する光源フィル
タの形状である。

【００８１】即ち、本実施例での光源フィルタは光軸を
挟んで対象なる位置に２つのアパーチャ８１，８２を設
けている（以下、２つ目フィルタと称す）。本実施例に
よると、解像特性は第５の実施例と同じであるが、１回
の露光が同期回転制御回路８０にて２つ目フィルタ７４
と瞳スリットフィルタ７８を１８０度回転することによ
って終了することが異なる。第５の実施例のアパーチャ
８１からの光量と、本実施例での１つのアパーチャから
の光量が等しければ、アパーチャが２つになり回転角度
が半分になるため、露光時間を半分にすることができ
る。

【００８２】図２１は本発明の第７の実施例を示す概略
構成図である。なお、図１７と同一部分には同一符号を
付して、その詳しい説明は省略する。本実施例と第６の
実施例とが異なる点は、２次光源に装着する光源フィル
タの形状と瞳位置に装着するフィルタの形状である。

【００８３】即ち、本実施例での光源フィルタは光軸に
対して４回対称の位置に４つのアパーチャ８１，８２，
８３，８４を設けている（以下、４つ目フィルタと称
す）。また、瞳位置のフィルタは井桁状の開口を有して
いる（以下、瞳井桁フィルタと称す）。なお、瞳位置の
フィルタの形状としては、瞳位置における４つ目を接続
する開口であればよく、上記の井桁のように４つ目から
なる矩形の辺方向に沿って開口を設けたもの、或いは４
つ目の対角線方向に開口を設けたもの（この場合は十字
型開口となる）であってもよい。

【００８４】本実施例によると解像特性は第５の実施例
とほぼ同じであるが、１回の露光が同期回転制御回路８
０にて４つ目フィルタと瞳井桁フィルタを９０度回転す
ることによって終了することが異なる。第５の実施例の
アパーチャからの光量と、本実施例での１つのアパーチ
ャからの光量が等しければ、アパーチャが４つになり回
転角度画１／４になるため、露光時間を１／４にするこ
とができる。

【００８５】上記第５〜第７の実施例においては、投影
光学系の瞳位置にスリット状の或いは井桁状のフィルタ
を設置するが、このフィルタの遮光部分では露光光が吸
収され熱に変わり、光学系を劣化させ、転写精度に大き
く影響を及ぼすという問題が生じる。図２２は、特に第
５と第６の実施例での上記問題を解決するための瞳フィ
ルタの具体的構成を示している。図は瞳スリットフィル
タについての構成図である。９１はスリット、９２は傾
斜を有したミラーである。露光光が上から該瞳スリット
フィルタに入射すると、傾斜したミラー９２に入射した
露光光は吸収されることなく反射される。反射された露
光光は光学系の外へ導かれ、光学系の外に配設された吸
収体によって吸収される。従って、露光光は光学系の中
で熱に変わることがないので転写精度を劣化させること
もない。

【００８６】また、第５〜第７の実施例において、マス
クとしてハーフトーン位相シフトマスクを適用すること
によって、さらに焦点深度及び解像力を向上させること
が可能となる。図１８の１点鎖線が上記３つの実施例に
加えハーフトーンマスクを用いて転写した場合の転写特
性を示している。通常のＣｒマスクを用いた場合に比べ
て焦点深度が向上していることが分かる。

【００８７】また、上記の例では、４つ目照明フィルタ
と位相フィルタによってハーフトーンマスクを露光する
と効果が大きいことを示したが、他の位相シフトマス
ク、例えばシフタエッジ型位相シフトマスク、自己整合
型位相シフトマスクを用いても同様に大きな効果が得ら
れる。さらに、上記光学的原理を達成する他のマスク構
造でも構わない。

【００８８】また、第５〜第７の実施例では、２次光源
の形状を決定するために光軸から偏心した少なくとも１
つのアパーチャを有するフィルタを用いたが、本発明を
限定するものではなく、ファイバ等の他の方法を用いて
もよい。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１〜
３）によれば、２次光源として４つ目フィルタを用い、
且つマスクとしてハーフトーンマスク，自己整合型位相
シフトマスク，シフタエッジ型位相シフトマスク等を用
いることによって、Ｌ／Ｓパターンのサイズが大きい場
合にあっても焦点深度を十分大きくすることができ、露
光精度の向上をはかることができる。

【００９０】また、本発明（請求項４）によれば、２次
光源として４つ目フィルタを用いると共に、投影光学系
の瞳位置に位相フィルタを配置することによって、パタ
ーンサイズに依存せず大きな焦点深度，限界解像力向上
効果を得ることができる。これに加え、マスクにハーフ
トーンマスクや位相シフトマスクを用いことにより、上
記効果をより大きくすることが可能である。

【００９１】また、本発明（請求項５）によれば、２次
光源として、輪帯照明フィルタと４つ目照明フィルタと
の２種類のフィルタの構成を兼ね備えた特殊絞りを用い
ることにより、パターンサイズと方向の依存性を実用上
問題のないレベルまで低下させることができ、高い解像
性能と焦点深度向上効果が得られる。

【００９２】また、本発明（請求項６〜８）によれば、
前述した請求項１〜３のように２次光源として４つ目フ
ィルタを用いて露光する場合のＬ／Ｓパターンの焦点深
度，限界解像力向上効果に加え、２次光源の中心付近の
光源強度を大きくすることによって、孤立抜きパターン
に対する焦点深度，解像力をも向上させることができ
る。その結果、チップサイズの大幅なシュリンクを達成
することが可能となる。また、本発明（請求項９，１
０）によれば、偏心したアパーチャを有する２次光源と
瞳フィルタを同期回転することにより、パターンの方向
によらず、焦点深度を十分大きくすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる投影露光装置を
示す概略構成図、

【図２】第１の実施例における４つ目フィルタの構成を
示す平面図、

【図３】第１の実施例におけるＬ／ＳサイズとＤＯＦと
の関係を示す特性図、

【図４】ハーフトーンマスクの典型的な断面構造を示す
図、

【図５】シフタ−エッジ型位相シフトマスクの典型的な
断面構造を示す図、、

【図６】自己整合型位相シフトマスクの典型的な断面構
造を示す図、

【図７】第２の実施例に用いた位相フィルタの概略構成
を示す斜視図、

【図８】第２の実施例におけるＬ／ＳサイズとＤＯＦと
の関係を示す特性図、

【図９】第３の実施例に用いた輪帯を有する４つ目フィ
ルタの構成を示す図、

【図１０】輪帯を有する４つ目フィルタの別の例を示す
図、

【図１１】仮想的な輪帯を有する４つ目フィルタの構成
を示す図、

【図１２】第３の実施例における縦横Ｌ／ＳサイズとＤ
ＯＦとの関係を示す特性図、

【図１３】第３の実施例における斜めＬ／ＳサイズとＤ
ＯＦとの関係を示す特性図、

【図１４】第４の実施例に用いた５つ目フィルタの構成
を示す図、

【図１５】第４の実施例におけるＬ／ＳサイズとＤＯＦ
との関係を示す特性図、

【図１６】第４の実施例における抜きパターンサイズと
ＤＯＦとの関係を示す特性図、

【図１７】第５の実施例に係わる投影露光装置を示す概
略構成図、

【図１８】第５の本実施例におけるＬ／ＳサイズとＤＯ
Ｆとの関係を示す特性図、

【図１９】第５の実施例の作用を説明するための模式
図、

【図２０】第６の実施例に係わる投影露光装置を示す概
略構成図、

【図２１】第７の実施例に係わる投影露光装置を示す概
略構成図、

【図２２】発熱を抑えた瞳フィルタの具体的構成例を示
す斜視図、

【図２３】従来の投影露光装置を示す概略構成図、

【図２４】従来装置の問題点を説明するための図、

【図２５】開口絞りの代わりに用いるフィルタの例を示
す図、

【図２６】従来装置におけるパターンサイズと焦点深度
との関係を示す特性図、

【図２７】４つ目フィルタとＬ／Ｓの方向との関係を示
す図、

【図２８】４つ目フィルタとＬ／Ｓの方向との関係を示
す図、

【図２９】Ｌ／Ｓに対して４５度の方向性を有する場合
のパターンサイズと焦点深度との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…ランプ、 ２…楕円反射
鏡、３…楕円反射鏡２の第２焦点、 ４…インプ
ットレンズ、５…オプチカルインテグレータ、 ６
…アウトプットレンズ、７…コリメーションレンズ、
８…レチクル（マスク）、９′…特殊絞り、
１０…フィルタ、１１，１２…コー
ルドミラー、 １３…ランプハウス、１４…投影
光学系、 １５…ウエハ、１６′…フ
ィルタ、。 ２０…４つ目フィルタ、２
１，５１，６１…光軸、 ２２，５２，６２
…光透過部、２３，５３，６３…遮光部、 ３
０…透光性基板、３１…半透明膜、
３４…透明膜、３６…不透明膜、
３７…位相シフタ、４０…位相フィルタ（瞳フィル
タ）、 ５０…輪帯を有する４つ目フィルタ、６０…５
つ目フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉虫 秀一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 堀岡 啓治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４
   つの領域にて強度大とせしめ、 前記マスクとして、透光性基板上に半透明膜のパターン
   が形成され、該半透明膜を通過する光の透光性基板を通
   過する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たし、且つ半透明膜の振幅透過率Ｔが透光性
   基板の振幅透過率Ｔ0 に対して ０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．３０×Ｔ0 を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４
   つの領域にて強度大とせしめ、 前記マスクとして、透光性基板上に遮光性膜によってパ
   ターンが形成され、該遮光膜によるパターンの周囲又は
   周囲を除く部分に透光性膜を配設し、該透光性膜を通過
   する光の透光性基板を通過する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光
   装置。
3. 【請求項３】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４
   つの領域にて強度大とせしめ、 前記マスクとして、透光性基板上に透光性膜によって少
   なくとも一部にパターンが形成され、該透光膜によるパ
   ターンを通過する光の透光性基板を通過する光に対する
   位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光
   装置。
4. 【請求項４】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４
   つの領域にて強度大とせしめ、 前記投影光学系の瞳位置に、露光光に対する透光性を有
   する基板を配置し、該基板の厚さ又は屈折率に分布を持
   たせたことを特徴とする投影露光装置。
5. 【請求項５】光源からの光を集光する第１集光光学系
   と、この第１集光光学系で集光された光を均一化する均
   一化光学系と、この均一化光学系の出射側の光源面位置
   に設けられた特殊絞りと、この特殊絞りを介して得られ
   る光を集光してマスクに照射する第２集光光学系と、マ
   スクを透過した光をウェハ上に投影する投影光学系とを
   具備し、マスクに形成されたパターンをウェハ上に転写
   する投影露光装置において、 前記特殊絞りは、光軸を中心とする同心円上に略図形の
   中心があり、光源面内の強度分布を光軸に対して４回対
   称で且つ光軸から外れた４つの領域にて強度大とせしめ
   る４箇所の比較的動径方向が広い領域と、これら４つの
   領域を結合させる比較的動径方向が狭い領域からなるも
   のであることを特徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で光軸から外れた４つの
   領域にて強度大とし、且つ光源の中心部分の強度を大と
   し、 前記マスクとして、透光性基板上に半透明膜のパターン
   が形成され、該半透明膜を通過する光の透光性基板を通
   過する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たし、且つ半透明膜の振幅透過率Ｔが透光性
   基板の振幅透過率Ｔ0 に対して ０．０１×Ｔ0 ≦Ｔ≦０．３０×Ｔ0 を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光装置。
7. 【請求項７】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で光軸から外れた４つの
   領域にて強度大とし、且つ光源の中心部分の強度を大と
   し、 前記マスクとして、透光性基板上に遮光性膜によってパ
   ターンが形成され、該遮光膜によるパターンの周囲又は
   周囲を除く部分に透光性膜を配設し、該透光性膜を通過
   する光の透光性基板を通過する光に対する位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光
   装置。
8. 【請求項８】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源として、該光源の射出面内強
   度分布を光軸に対して４回対称で且つ光軸から外れた４
   つの領域にて強度大とし、且つ２次光源の中心部分の強
   度を大とし、 前記マスクとして、透光性基板上に透光性膜によって少
   なくとも一部にパターンが形成され、該透光膜によるパ
   ターンを通過する光の透光性基板を通過する光に対する
   位相差が、 １８０×（２ｎ＋１）±３０（度）：ｎは整数、 の関係を満たすものを用いたことを特徴とする投影露光
   装置。
9. 【請求項９】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源の強度分布を、光軸から外れ
   た１つの領域又は光軸を挟んで対称な２つの領域にて強
   度大とし、 前記投影光学系の瞳の透過率分布を、該瞳上で前記光源
   の強度大となる領域を含む瞳の直径方向に沿って透過率
   大とし、 前記光源の強度分布と前記瞳の透過率分布を露光中に光
   軸を中心として同期回転させることを特徴とする投影露
   光装置。
10. 【請求項１０】マスクのパターンを投影光学系を介して
    ウェハ上に投影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する光源の強度分布を、光軸に対して
    ４回対称で且つ光軸から外れた４つの領域にて強度大と
    し、 前記投影光学系の瞳の透過率分布を、該瞳上で前記光源
    の強度大となる４つの領域からなる矩形の辺方向又は対
    角線方向に透過率大とし、 前記光源の強度分布と前記瞳の透過率分布を露光中に光
    軸を中心として同期回転させることを特徴とする投影露
    光装置。