JPH06215999A

JPH06215999A - 投影露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH06215999A
Application number: JP5007980A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】コンタクトホールパターンの投影露光時の焦
点深度を拡大する。【構成】投影光学系ＰＬの瞳面中心の円形領域内に分
布する結像光束ＬＦａのみを透過する第１の空間フィル
ターＰＣＭ１と、その外側の輪帯状領域内に分布する結
像光束ＬＦｂのみを透過する第２の空間フィルターＰＣ
Ｍ２の各々を交換して瞳ｅｐに配置する保持部材３０を
設ける。投影露光時は、第１の空間フィルターＰＣＭ１
と第２の空間フィルターＰＣＭ２とを交互に瞳ｅｐに配
置し、２つの結像光束を時間的にずらして（インコヒー
レントな状態に変換して）ウェハＷ上に照射する。

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、液晶デ
ィスプレイ等の微細パターンの形成に用いる投影型露光
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影型露光装置に使われている
投影光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立て調整を経て装置内に組み込
まれる。現在、半導体製造工程では水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）を照明光としてレチクル（マスク）
を照射し、そのレチクル上の回路パターンの透過光を投
影光学系を介して感光基板（ウェハ等）上に結像するス
テッパーが主に使われている。また評価用、あるいは研
究用としてエキシマレーザ（波長２４８ｎｍのＫｒＦレ
ーザ）を照明光とするエキシマステッパーも使われてい
る。エキシマステッパー用の投影光学系は屈折レンズの
みで構成した場合、使用できる硝材が石英やホタル石等
に限定される。

【０００３】一般に、投影光学系を用いた露光によって
微細なレチクルパターンを感光基板へ忠実に転写するた
めには、投影光学系の解像力と焦点深度（ＤＯＦ：デプ
スオブフォーカス）とが重要なファクターとなってい
る。現在実用化されている投影光学系のうち、ｉ線用の
もので開口数（ＮＡ）として０．６程度のものが得られ
ている。使用する照明光の波長が同じであるとき、投影
光学系の開口数を大きくすると、それに応じて解像力も
向上する。しかしながら、焦点深度（ＤＯＦ）は開口数
ＮＡの増大に伴って減少する。焦点深度は照明光の波長
をλとしたとき、ＤＯＦ＝±λ／ＮＡ²によって定義さ
れる。

【０００４】図１は従来の投影光学系の結像光路を模式
的に表したものであり、投影光学系は前群のレンズ系Ｇ
Ａと後群のレンズ系ＧＢとによって構成される。この種
の投影光学系はレチクルＲ側とウェハＷ側との両方をテ
レセントリックにしたもの、あるいはウェハＷ側のみを
テレセントリックにしたものが一般的である。さて、図
１においてレチクルＲのパターン面（投影光学系の物体
面）上に任意の３つの点Ａ、Ｂ、Ｃを想定する。点Ａか
ら様々の方向に進む光線Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌａ、Ｌ
ａ’、Ｌａ”のうち、光線Ｌ₁は投影光学系のレンズ系
ＧＡに入射できないような角度で発生する。また、前群
のレンズ系ＧＡに入射した光線のうち、光線Ｌ₂、Ｌ₃
は投影光学系内のフーリエ変換面ＦＴＰに位置する瞳ｅ
ｐを通過することができない。そして、他の光線Ｌａ、
Ｌａ’、Ｌａ”は瞳ｅｐを通過して後群のレンズ系ＧＢ
に入射し、ウェハＷの表面（投影光学系の瞳面）上の点
Ａ’に収斂する。従って、レチクルＲ上の点Ａから発生
した光線のうち、投影光学系の瞳ｅｐ（光軸ＡＸを中心
とする円形領域）を通過した光線が点Ａ’に点像を結像
するのに寄与する。ここで、点Ａから点Ａ’に向う光線
のうち、瞳ｅｐの中心点ＣＣ（光軸ＡＸの位置）を通る
光線Ｌａを主光線と呼び、この主光線Ｌａは両側がテレ
セントリックな投影光学系の場合、物体面側、像面側の
夫々の空間で光軸ＡＸと平行になっている。

【０００５】また、レチクルＲ上の他の点Ｂ、Ｃの夫々
から発生した光線についても全く同じであり、瞳ｅｐを
通過する光線のみが点像Ｂ’、Ｃ’の結像に寄与する。
同様に点Ｂ、Ｃの夫々から光軸ＡＸと平行に進んでレン
ズ系ＧＡに入射する光線Ｌｂ、Ｌｃは、いずれも瞳ｅｐ
の中心点ＣＣを通る主光線となる。このように瞳ｅｐは
レチクルＲのパターン面とウェハＷの表面との夫々に対
してフーリエ変換、及び逆フーリエ変換の関係にあり、
レチクル上のパターンからの光線のうち結像に寄与する
光線は全て瞳ｅｐを重畳して通ることになる。

【０００６】このような投影光学系の開口数は、一般に
ウェハ側の値として表されている。図１において、点像
Ａ’の結像に寄与する光線のうち、瞳ｅｐ内の最外部を
通る光線Ｌａ’、Ｌａ”がウェハＷ上で主光線Ｌａと成
す角度θｗが、この投影光学系のウェハ（像面）側での
開口数ＮＡｗに相当し、ＮＡｗ＝ｓｉｎθｗで表され
る。従って、光線Ｌａ’、Ｌａ”がレチクルＲ側で主光
線Ｌａと成す角度θｒは、レチクル（物体面）側での開
口数ＮＡｒと呼ばれ、ＮＡｒ＝ｓｉｎθｒで表される。
さらに、投影光学系の結像倍率をＭ（１／５縮小の場合
はＭ＝０．２）とすると、ＮＡｒ＝Ｍ・ＮＡｗの関係に
ある。

【０００７】ところで解像力を高めるためには、開口数
ＮＡｗ（ＮＡｒ）を大きくする訳であるが、このことは
換言すれば瞳ｅｐの径を大きくすること、さらにレンズ
系ＧＡ、ＧＢの有効径を大きくすることに他ならない。
ところが、焦点深度ＤＯＦの方は開口数ＮＡｗの２乗に
反比例して減少してしまうため、例え高開口数の投影光
学系が製造できたとしても、必要な焦点深度が得られな
いことになり、実用上の大きな障害となる。

【０００８】照明光の波長をｉ線の３６５ｎｍとし、開
口数ＮＡｗを０．６とすると、焦点深度ＤＯＦは幅で約
１μｍ（±０．５μｍ）になってしまい、ウェハＷ上の
１つのショット領域（２０ｍｍ角〜３０ｍｍ角程度）内
で表面の凹凸や湾曲がＤＯＦ以上の部分については解像
不良を起こすことになる。また、ステッパーのシステム
上でも、ウェハＷのショット領域毎のフォーカス合わ
せ、レベリング等を格段に高精度に行う必要が生じ、メ
カ系、電気系、ソフトウェアの負担（計測分解能、サー
ボ制御精度、設定時間等の向上努力）が増大することに
なる。

【０００９】そこで本件出願人は、このような投影光学
系の諸問題を解決し、しかも特公昭６２−５０８１１号
公報に開示されているような位相シフトレチクルを使わ
なくとも、高い解像力と大きな焦点深度との両方を得る
ことができる新たな投影露光技術を、特開平４−１０１
１４８号公報、特開平４−２２５３５８号公報等で提案
した。この露光技術は、投影光学系は既存のままで、レ
チクルへの照明方法を特殊な形体に制御することで、見
掛け上の解像力と焦点深度とを増大させるものであり、
ＳＨＲＩＮＣ（ＳｕｐｅｒＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔ
ｉｏｎｂｙＩｌｌｕｍｉＮａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏ
ｌ）法と呼んでいる。このＳＨＲＩＮＣ法は、レチクル
Ｒ上のライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパタ
ーン）のピッチ方向に対称的に傾斜した２つの照明光
（又は４つの照明光）をレチクルへ照射し、Ｌ＆Ｓパタ
ーンから発生する０次回折光成分と±１次回折光成分の
一方とを、投影光学系の瞳ｅｐ内で中心点ＣＣに関して
対称的に通し、２光束干渉（一方の１次回折光と０次回
折光との干渉）の原理を利用して、Ｌ＆Ｓパターンの投
影像（干渉縞）を生成するものである。このように２光
束干渉を利用した結像によると、デフォーカス時の波面
収差の発生が従来の方法（通常の垂直照明）の場合より
も押さえられるため、見かけ上焦点深度が大きくなるの
である。

【００１０】ところが、このＳＨＲＩＮＣ法はレチクル
Ｒ上に形成されるパターンがＬ＆Ｓパターン（格子）の
ように、周期構造を持つときに所期の効果が得られるの
であり、コンタクトホール等の孤立したパターンに対し
てはその効果が得られない。一般に、孤立した微小パタ
ーンの場合、そこからの回折光はほとんどフランフォー
ファー回折として発生するため、投影光学系の瞳ｅｐ内
では０次回折光と高次回折光とに明確に分離しないため
である。

【００１１】そこで、コンタクトホール等の孤立パター
ンに対して見掛け上の焦点深度を拡大させる露光方法と
して、ウェハＷの１つのショット領域に対する露光を複
数回に分け、各露光の間にウェハＷを光軸方向に一定量
だけ移動させる方法が、例えば特開昭６３−４２１２２
号公報で提案された。この露光方法はＦＬＥＸ（Ｆｏｃ
ｕｓＬａｔｉｔｕｄｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＥ
Ｘｐｏｓｕｒｅ）法と呼ばれ、コンタクトホール等の孤
立パターンに対しては十分な焦点深度拡大効果を得るこ
とができる。ただしＦＬＥＸ法は、わずかにデフォーカ
スしたコンタクトホール像を多重露光することを必須と
するため、現像後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭
度が低下したものとなる。この鮮鋭度低下（プロファイ
ル悪化）の問題は、ガンマ値が高いレジストを用いた
り、多層レジストを用いたり、あるいはＣＥＬ（Ｃｏｎ
ｔｒａｓｔＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＬａｙｅｒ）を
用いたりすることで補うことができる。

【００１２】また、ＦＬＥＸ法のように露光動作中にウ
ェハＷを光軸方向に移動させなくても、コンタクトホー
ルパターンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、
１９９１年春季応用物理学会の予稿集２９ａ−ＺＣ−
８，９で発表されたＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法も知られて
いる。このＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法は、投影光学系の瞳
ｅｐに透明な位相板を設け、この位相板によって結像光
に与えられる複素振幅透過率が光軸ＡＸから周辺に向か
って順次変化するような特性を持たせたものである。こ
のようにすると、投影光学系によって結像された像はベ
ストフォーカス面（レチクルＲと共役な面）を中心に光
軸方向に一定の幅（従来よりは広い）でシャープさを保
つことになり、焦点深度が増大するのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上で述べた各種従来
技術のうち、ＦＬＥＸ法、及びＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法
では、孤立的なコンタクトホールパターンに対して十分
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、ある程度接近した複数のコンタクトホールパターン
では、両方法共にホール間のフォトレジストに不要な膜
べりを生じさせてしまい、事実上使用することが困難に
なることがわかった。

【００１４】さらにＦＬＥＸ法では、孤立的なコンタク
トホールパターンについてもその像（多重露光で得られ
る合成光学像）のシャープネスを必然的に悪化させるた
めに、焦点深度は増大しても露光量裕度が減少するとい
う問題もある。また、露光作業中にウェハを光軸方向に
連続的に移動又は振動する方式のＦＬＥＸ法では走査露
光方式の露光装置への適用が難しく、さらに露光を第１
の露光と第２の露光に分割し、各露光間にウェハを光軸
方向に移動する方式では処理能力の低下が大きく、スル
ープットが著しく低下するという問題がある。

【００１５】そこで本発明は、コンタクトホール等の孤
立したパターンの投影露光の際に、焦点深度を拡大した
投影露光装置及び露光方法を得ることを目的とし、特に
比較的接近した複数の孤立パターンに対しても焦点深度
拡大効果が得られる装置及び方法を得ることを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為本
発明では、マスク（レチクルＲ）に形成されたパターン
の像を感応基板（ウェハＷ）上に結像投影する投影光学
系（ＰＬ）を備えた投影露光装置において、投影光学系
中のマスクのパターンに対する光学的なフーリエ変換面
（ＦＴＰ）、又はその近傍面に交互に配置される円形透
過部、又は輪帯状透過部を備えた複数の空間フィルター
（ＰＣＭ１、ＰＣＭ２）と、複数の空間フィルターの各
々を挿脱、又は交換してフーリエ変換面、又はその近傍
面に配置する能動部材（３０）とを設けるようにした。
複数の空間フィルターは、例えば投影光学系中のフーリ
エ変換面、又はその近傍面上の投影光学系の光軸を中心
とする円形領域（ＦＡ）内に分布する結像光（ＬＦａ）
のみを透過する第１の空間フィルター（ＰＣＭ１）と、
円形領域の外側の領域（ＦＢ）に分布する結像光（ＬＦ
ｂ）のみを透過する第２の空間フィルター（ＰＣＭ２）
とを有するものとした。

【００１７】さらに本発明では、マスク（レチクルＲ）
に形成されたパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介し
て感応基板（ウェハＷ）上に投影露光する露光方法にお
いて、投影光学系中のマスクのパターンに対する光学的
なフーリエ変換面（ＦＴＰ）、又はその近傍面上で、投
影光学系の光軸（ＡＸ）を中心とする円形領域、又は輪
帯状領域内に分布する結像光のみを、感応基板に照射す
る第１露光工程と、投影光学系中のフーリエ変換面、又
はその近傍面上で円形領域の外側、又は輪帯状領域の内
側、もしくは外側の領域に分布する結像光のみを、感応
基板に照射する第２露光工程とを設けるようにした。

【００１８】

【作用】本発明においては、レチクルパターン面に対し
て、光学的にフーリエ変換の関係となる投影光学系内の
面（以後、瞳面と略す）、又はその近傍面に、円形、又
は輪帯状透過部を備えた複数の空間フィルターを交互に
配置することで、その瞳面内で円形、又は輪帯状に分布
する結像光の一部と、それ以外の部分に分布する結像光
とを時間的にずらして（少なくとも２回に分けて）感応
基板上に照射する。この結果、レチクルパターン中の、
特にコンタクトホールパターンを透過、回折した露光光
束（結像光）は瞳面内で干渉し合わない２つの光束に時
間的に分割され、ウェハ等の被露光体にそれぞれ独立に
到達する。ウェハ上でも２つの光束の各々による像は振
幅的には干渉し合わない（インコヒーレントである）た
めに、それぞれの光束が作り出す像（コンタクトホール
の像）の光量上での強度合成像が得られる。従来の露光
方式ではレチクル上の微小コンタクトホールパターンを
透過、回折した光束は投影光学系を経てウェハ面に達す
ると、ここですべて振幅的に合成（コヒーレント加算）
されてレチクルパターンの像（光学像）を形成してい
た。従来のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法においても、瞳面に
分布する結像光を部分的に位相シフトさせているだけな
ので、コヒーレント加算であることに変わりはない。

【００１９】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
がないものとすると、ベストフォーカス（合焦状態）で
は、レチクル上の任意の１点からウェハ上の対応する像
点までの光路長は投影光学系中のどこの光線路を通るか
にかかわらず全て等しい（フェルマーの原理）。従っ
て、ウェハ上の振幅合成は位相差のない光の合成とな
り、すべてコンタクトホールパターンの強度を増大する
方向に作用する。

【００２０】ところがウェハがデフォーカスすると、上
記の光路長は投影光学系内の光線路によって異なった長
さとなる。この結果、上記の振幅合成は光路差（位相
差）を有する光の加算となり、一部で相殺効果が生じ、
コンタクトホールパターンの中心強度を弱めることにな
る。このとき生じる光路差は、ウェハ上の１つの像点に
入射する任意の光線の入射角をθとし、かつウェハに垂
直に入射する光線（主光線）の光路長を基準（＝０）と
すると、ほぼ１／２（ΔＦ・ｓｉｎ²θ）と表される。
ここでΔＦはデフォーカス量を表す。ｓｉｎθの最大値
は投影光学系のウェハ側の開口数ＮＡｗであるから、従
来の如く微小ホールパターンからの回折光のうち瞳ｅｐ
を通過した全ての光がウェハ上で振幅合成される場合、
最大で１／２（ΔＦ・ＮＡｗ²)の光路差を生じてしまう
ことになる。このとき、焦点深度としてλ／４の光路差
までを許容すると仮定すれば、以下の関係が成り立つ。

【００２１】１／２（ΔＦ・ＮＡｗ²)＝λ／４この式をまとめ直すと、ΔＦ＝λ／（２ＮＡｗ²)となっ
て一般に言われる焦点深度幅と一致する。例えば露光用
照明光波長として現在使われているｉ線（波長０．３６
５μｍ）を前提とし、開口数としてＮＡｗ＝０．５０を
想定すると、焦点深度±ΔＦ／２は±０．７３μｍとな
り、ウェハ上のプロセス段差１μｍ程度に対してほとん
ど余裕のない値となっている。

【００２２】一方、本発明では図２に示すように、投影
光学系の瞳面（ＦＴＰ）に複数の空間フィルター（Ｆ
Ａ、ＦＢ）を交互に配置する。但し、図２では図示の都
合上、第１の空間フィルター（円形透過部ＦＡ）と第２
の空間フィルター（輪帯状透過部ＦＢ）とを一体化した
空間フィルターＰＣＭをフーリエ変換面ＦＴＰに配置し
ている様子を示している。このとき、レチクルＲのパタ
ーン面に形成された孤立パターンＰｒで回折した結像光
束（主光線はＬＬｐ）は投影光学系ＰＬの前群レンズ系
ＧＡに入射した後、フーリエ変換面ＦＴＰに達する。そ
してフーリエ変換面ＦＴＰにおいて、瞳面ｅｐ内の円形
透過部ＦＡと輪帯状透過部ＦＢとの夫々を透過する光束
は時間的にずれてウェハ上に到達する。換言すれば、第
１の露光では円形透過部ＦＡを透過した光束のみがウェ
ハ上に到達し、空間フィルターを挿脱、又は交換した後
の第２の露光では、輪帯状透過部ＦＢを透過した光束の
みがウェハ上に到達する。すなわち本発明では、少なく
とも２回に分けてレチクルパターンの像をウェハ上に投
影露光することになる。

【００２３】このため、ウェハＷ上では第１の露光で形
成される第１の空間フィルター、すなわち瞳ｅｐ内の中
心部（光軸ＡＸを中心とした円形透過部ＦＡ）を透過し
た光束による像（強度分布）と、第２の露光で形成され
る第２の空間フィルター、すなわち瞳ｅｐ内の周辺部
（円形透過部の外側の輪帯状透過部ＦＢ）を透過した光
束による像（強度分布）とが、互いに振幅的に干渉し合
うことなく、強度的に加算されて合成される。すなわ
ち、光束ＬＦａのみの干渉によってウェハＷ上に生成さ
れる像と、光束ＬＦｂのみの干渉によって生成される像
とを、単純に強度的に加算したものが、本発明によって
得られるコンタクトホール等の孤立パターンの像Ｐｒ’
となる。

【００２４】尚、レチクルＲへの照明光ＩＬＢは従来と
同様に一定の開口数ｓｉｎψ／２を持つものとする。但
し、投影光学系ＰＬのレチクル側の開口数ＮＡｒに対し
ては、ＮＡｒ＞ｓｉｎψ／２の条件に設定される。そこ
で、本発明における結像原理を、さらに図３を参照して
説明する。図３は空間フィルターＰＣＭの構造と、コン
タクトホールの像Ｐｒ’を生成する結像光束の様子と、
デフォーカス時の各光束の光路差ΔＺとの各関係を模式
的に示したものである。

【００２５】図３（Ａ）の如く中心部を通る光束ＬＦａ
内での振幅合成では、光束ＬＦａが垂直入射光（主光線
ＬＬｐ）から入射角度θ₁までの角度範囲を含むから、
デフォーカス量がΔＦの時の光路長差の最大値ΔＺ
₁は、 ΔＺ₁＝１／２（ΔＦ・ｓｉｎ²θ₁) となる。尚、図３の最下段のグラフの横軸は入射角の正
弦を表し、ｓｉｎθ₁＝ＮＡ₁とする。

【００２６】一方、図３（Ｂ）の如く周辺部を通る光束
ＬＦｂ内での振幅合成では、光束ＬＦｂが入射角度θ₁
から開口数ＮＡｗ（ｓｉｎθｗ）までの入射角度範囲を
有するので、デフォーカス量がΔＦの時の最大光路長差
ΔＺ₂は、 ΔＺ₂＝１／２（ΔＦ）（ＮＡｗ²−ｓｉｎ²θ₁) となる。

【００２７】第１の光束ＬＦａと第２の光束ＬＦｂとは
互いには干渉し合わないので、光束ＬＦａのみの干渉に
よる像Ｐｒ'₁と、光束ＬＦｂのみの干渉による像Ｐｒ'₂
の劣化は、各光束内での光路長差ΔＺ₁、ΔＺ₂のみに
起因する。例えば、ｓｉｎ²θ₁＝１／２（ＮＡｗ²)で
あるようにｓｉｎθ₁を設定する、すなわち

【００２８】

【数１】

【００２９】の関係をほぼ満たすように第１の透過部Ｆ
Ａの半径を設定すると、第１の光束ＬＦａによる最大光
路差ΔＺ₁と、第２の光束ＬＦｂによる最大光路差ΔＺ
₂とは、それぞれ以下のようになる。 ΔＺ₁＝１／２（ΔＦ・ｓｉｎ²θ₁)＝１／４（ΔＦ・
ＮＡｗ²) ΔＺ₂＝１／２（ΔＦ)(ＮＡｗ² −ｓｉｎ²θ₁)＝１／
４（ΔＦ・ＮＡｗ²) このように、２つのインコヒーレントな光束ＬＦａ、Ｌ
Ｆｂの夫々は、いずれもΔＦのデフォーカス時にほぼ同
一の最大光路差、１／４（ΔＦ・ＮＡｗ²)を持つことに
なり、この値は従来の場合の半分である。換言すると、
従来の２倍のデフォーカス量（２ΔＦ）でも、従来の投
影方式でのデフォーカス量ΔＦのときと同じ最大光路長
差で済むこととなる。その結果、孤立パターンＰｒの結
像時の焦点深度は約２倍に増大することになる。このよ
うに投影光学系ＰＬの瞳面ｅｐにおいて、結像光束を互
いに干渉しない複数の光束に交換する手法を、以後ＳＦ
ＩＮＣＳ（ＳｐａｔｉａｌＦｉｌｔｅｒｆｏｒＩ
ＮＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｅａｍ）法と呼ぶことにす
る。

【００３０】

【実施例】図４は本発明の実施例による投影露光装置の
全体的な構成を示す。図４において、水銀ランプ１から
放射された高輝度光は楕円鏡２によって第２焦点に収斂
した後、発散光となってコリメータレンズ４に入射す
る。その第２焦点の位置にはロータリーシャッター３が
配置され、照明光の通過、遮断を制御する。コリメータ
レンズ４によってほぼ平行光束に変換された照明光は、
干渉フィルター５に入射し、ここで露光に必要とされる
所望のスペクトル、例えばｉ線のみが抽出される。干渉
フィルター５を射出した照明光（ｉ線）は、オプチカル
インテグレータとしてのフライアイレンズ７に入射す
る。

【００３１】さて、フライアイレンズ７に入射した照明
光（ほぼ平行光束）は、フライアイレンズ７の複数のレ
ンズエレメントによって分割され、各レンズエレメント
の夫々の射出側には２次光源像（水銀ランプ１の発光点
の像）が形成される。従って、フライアイレンズ７の射
出側にはレンズエレメントの数と同じ数の点光源像が分
布し、面光源像が作られる。フライアイレンズ７の射出
側には、面光源像の大きさを調整するための可変絞り８
が設けられる。この絞り８を通った照明光（発散光）は
ミラー９で反射され、集光レンズ系１０に入射した後、
レチクルブラインド（可変視野絞り）１１の矩形開口部
を均一な照度分布で照射する。図４では、フライアイレ
ンズ７の射出側に形成される複数の２次光源像（点光
源）のうち、光軸ＡＸ上に位置する１つの２次光源像か
らの照明光のみを代表的に図示してある。また、集光レ
ンズ系１０によって、フライアイレンズ７の射出側（２
次光源像が形成される面）はレチクルブラインド１１の
矩形開口面に対するフーリエ変換面になっている。従っ
て、フライアイレンズ７の複数の２次光源像の夫々から
発散して集光レンズ系１０に入射した各照明光は、レチ
クルブラインド１１上で互いにわずかずつ入射角が異な
る平行光束となって重畳される。

【００３２】レチクルブラインド１１の矩形開口を通過
した照明光は、レンズ系１２、及びミラー１３を介して
コンデンサーレンズ１４に入射し、コンデンサーレンズ
１４を射出する光が照明光ＩＬＢとなってレチクルＲに
達する。ここで、レチクルブラインド１１の矩形開口面
とレチクルＲのパターン面とは、レンズ系１２とコンデ
ンサーレンズ１４との合成系によって互いに共役に配置
されており、レチクルブラインド１１の矩形開口の像
が、レチクルＲのパターン面内に形成された矩形のパタ
ーン形成領域を含むように結像される。

【００３３】図４に示すように、フライアイレンズ７の
２次光源像のうち光軸ＡＸ上に位置する１つの２次光源
像からの照明光ＩＬＢは、レチクルＲ上では光軸ＡＸに
対して傾きのない平行光束になっている。これは、投影
光学系ＰＬのレチクル側がテレセントリックだからであ
る。もちろん、フライアイレンズ７の射出側には光軸Ａ
Ｘ上からずれて位置する多数の２次光源像（軸外の点光
源）が形成されるから、それらからの照明光はいずれも
レチクルＲ上では光軸ＡＸに対して傾いた平行光束とな
ってパターン形成領域内で重畳される。

【００３４】尚、レチクルＲのパターン面とフライアイ
レンズ７の射出側面とは、集光レンズ系１０、レンズ系
１２、及びコンデンサーレンズ１４の合成系によって光
学的にフーリエ変換の関係になっている。また、レチク
ルＲへの照明光ＩＬＢの入射角度範囲ψ（図２参照）は
絞り８の開口径によって変化し、絞り８の開口径を小さ
くして面光源の実質的な面積を小さくすると、入射角度
範囲ψも小さくなる。そのため絞り８は、照明光の空間
的コヒーレンシィを調整することになる。その空間的コ
ヒーレンシィの度合いを表すファクターとして、照明光
ＩＬＢの最大入射角ψ／２の正弦と投影光学系ＰＬのレ
チクル側の開口数ＮＡｒとの比（σ値）が用いられてい
る。このσ値は通常、σ＝ｓｉｎ（ψ／２）／ＮＡｒで
定義され、現在稼働中のステッパーの多くは、σ＝０．
５〜０．７程度の範囲で使われている。

【００３５】さて、レチクルＲのパターン面にはクロム
層によって所定のレチクルパターンが形成されている
が、ここではクロム層が全面に蒸着され、その中に微小
な矩形開口部（クロム層のない透明部）で形成された複
数のコンタクトホールパターンが存在するものとする。
コンタクトホールパターンはウェハＷ上に投影したと
き、０．５μｍ角（又は径）以下の寸法になるように設
計されていることもあり、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍ
を考慮してレチクルＲ上での寸法が決められている。ま
た、互いに隣接するコンタクトホールパターン間の寸法
は、通常１つのコンタクトホールパターンの開口部寸法
に対してかなり大きくなっているため、孤立的な微小パ
ターンとして存在する。すなわち、隣接する２つのコン
タクトホールパターンは、それぞれから発生した光（回
折、散乱光）が、回折格子のように互いに強く影響し合
うことがない程度に離れていることが多い。ところが、
後で詳しく述べるが、かなり接近した配置でコンタクト
ホールパターンを形成したレチクルも存在する。

【００３６】図４において、レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳＴに保持され、レチクルＲのコンタクトホール
パターンの光学像（光強度分布）は投影光学系ＰＬを介
してウェハＷの表面のフォトレジスト層に結像される。
ここで、図４中のレチクルＲからウェハＷまでの光路
は、結像光束の主光線のみで示す。また、投影光学系Ｐ
Ｌ内のフーリエ変換面ＦＴＰには、先の図２、図３で説
明した空間フィルターＰＣＭ１（図６）が配置されてい
る。図４には示していないが、空間フィルターＰＣＭ１
を含む複数個の空間フィルターは可動（保持）部材（タ
ーレット板、スライダー等）に固定されている。従っ
て、駆動系２０によって保持部材を駆動することによ
り、複数個の空間フィルターの各々を交換してフーリエ
変換面ＦＴＰに配置することが可能となっている（詳細
後述）。尚、保持部材上の各空間フィルター（ＰＣＭ１
等）は、瞳ｅｐの最大径をカバーする直径を有してい
る。

【００３７】ここで、ステッパーが専らコンタクトホー
ルパターンを露光するために使われるのであれば、保持
部材上には２組の空間フィルター（ＰＣＭ１、ＰＣＭ
２）のみを設けておき、これらを交互にフーリエ変換面
ＦＴＰに配置するだけで良い。しかしながら、複数台の
ステッパーによってリソグラフィ工程の露光作業を行う
場合、各ステッパーの最も効率的な運用を考えると、特
定の一台のステッパーをコンタクトホールパターン専用
の露光に割り当てることは躊躇される。このため、空間
フィルター（保持部材）は投影光学系ＰＬの瞳ｅｐに対
して挿脱可能に設け、コンタクトホールパターン以外の
レチクルパターンの露光時にもそのステッパーが使える
ようにしておくことが望ましい。または、コンタクトホ
ールパターン用の２組の空間フィルター以外、例えば瞳
ｅｐの最大径と同程度以上の直径を有する円形透過部を
備えた第３の空間フィルター（開口絞り等）を保持部材
に設けておき、コンタクトホールパターン以外のレチク
ルパターンの露光時には当該フィルターを瞳ｅｐに配置
するようにしておくと良い。本実施例では後者の方式を
採用し、保持部材上には３組の空間フィルターを設けて
おくものとする。

【００３８】尚、投影光学系によってはその瞳位置（フ
ーリエ変換面ＦＴＰ）に、実効的な瞳径を変えるための
可変開口絞りを設けることもある。この場合、その開口
絞りと空間フィルター（保持部材）とは機械的に干渉し
ないように、かつできるだけ接近して配置される。ま
た、空間フィルター（保持部材）に近接して可変開口絞
りを設ける場合、フーリエ変換面ＦＴＰ上で光軸ＡＸを
中心した円形領域内の光束のみを透過する第１の空間フ
ィルターＰＣＭ１として可変開口絞りを兼用しても良
い。この場合、前述の如き空間フィルターの交換機構を
設けず、円形領域以外の領域内の光束のみを透過する第
２の空間フィルター（ＰＣＭ２）を投影光学系ＰＬの瞳
ｅｐに対して挿脱可能に構成するだけでも良い。このた
め、第１の露光と第２の露光とで可変すべきフーリエ変
換面内での透過領域の切替機構が小型化できるといった
利点が得られる。また、第３の空間フィルターを可変開
口絞りとしても良い。

【００３９】さて、ウェハＷは、光軸ＡＸと垂直な面内
で２次元移動（以下、ＸＹ移動とする）するとともに、
光軸ＡＸと平行な方向に微動（以下、Ｚ移動とする）可
能なウェハステージＷＳＴ上に保持される。ウェハステ
ージＷＳＴのＸＹ移動、及びＺ移動はステージ駆動ユニ
ット２２によって行われ、ＸＹ移動に関してはレーザ干
渉計２３による座標計測値に従って制御され、Ｚ移動に
関してはオートフォーカス用のフォーカスセンサー２４
の検出値に基づいて制御される。ステージ駆動ユニット
２２、及び駆動系２０等は、主制御ユニット２５からの
指令で動作する。

【００４０】さらに主制御ユニット２５は、シャッタ駆
動ユニット２６へ指令を送り、シャッター３の開閉を制
御するとともに、開口制御ユニット２７へ指令を送り、
絞り８、レチクルブラインド１１の各開口の大きさを制
御する。また、主制御ユニット２５はレチクルステージ
ＲＳＴへのレチクルの搬送路中に設けられたバーコード
リーダー２８が読み取ったレチクル名（バーコードに記
された情報）を入力できるようになっている。従って、
主制御ユニット２５は入力したレチクル名に応じて駆動
系２０の動作、及び開口駆動ユニット２７の動作等を統
括的に制御し、ＳＦＩＮＣＳ法の要、不要、及び絞り
８、レチクルブラインド１１の各開口寸法を、そのレチ
クルに合わせて自動的に調整することができる。

【００４１】ここで、図４中の投影光学系ＰＬの一部分
の構造を、図５を参照して説明する。図５は全て屈折性
硝材で作られた投影光学系ＰＬの部分的な断面を示し、
前群のレンズ系ＧＡの最下部のレンズＧＡ₁と後群のレ
ンズ系ＧＢの最上部のレンズＧＢ₁との間の空間中にフ
ーリエ変換面ＦＴＰが存在する。投影光学系ＰＬは複数
枚のレンズを鏡筒で保持しているが、空間フィルターの
交換（保持部材３０の回転）のために、鏡筒の一部に開
口部を設ける。また、複数個（図６では３個）の空間フ
ィルターを備えた保持部材３０、及び駆動軸３０Ａの全
部、又は一部を、外気に直接露出させないようなカバー
２０Ｂを、鏡筒の開口部から延設する。このカバー２０
Ｂは、外気に浮遊する微小なダストが投影光学系ＰＬの
瞳空間内に進入するのを防ぐ。また、保持部材３０には
回転モータ等のアクチュエータ２０Ａが結合されてい
る。さらに、鏡筒の一部に瞳空間に連通する流路Ａｆを
設け、パイプ２９を介して温度制御されたクリーンエア
を瞳空間へ供給することで、空間フィルター（ＰＣＭ１
等）の露光光の一部吸収による温度上昇、及び瞳空間全
体の温度上昇を押さえるようにする。尚、瞳空間へ強制
的に供給されたクリーンエアを、保持部材３０、回転軸
３０Ａ、アクチュエータ２０Ａを介して強制的に排出す
るようにすれば、保持部材３０等で発生した埃塵が瞳空
間内に進入することを防止することができる。

【００４２】図６は複数個の空間フィルター（保持部
材）の第１実施例による構造を示し、保持部材（ターレ
ット板）３０は回転軸３０Ａを中心として、図５中のア
クチュエータ２０Ａによって回転可能となっている。保
持部材３０には３個の空間フィルターＰＣＭ１、ＰＣＭ
２、ＰＣＭ３が設けられている。図６では、第１の空間
フィルターＰＣＭ１が投影光学系ＰＬ内のフーリエ変換
面ＦＴＰに設定されている、すなわち空間フィルターＰ
ＣＭ１の円形開口（半径ｒ₁)の中心ＣＣが投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸと一致している。第２の空間フィルターＰ
ＣＭ２は、中心部に半径ｒ₂の円形遮光部を有する外半
径ｒ₃の輪帯状透過フィルターである。また、第３の空
間フィルターＰＣＭ３はコンタクトホールパターン以外
のパターンの露光時に用いられるものであり、円形開口
部の半径ｒ₄は瞳ｅｐの半径（開口数ＮＡｗに対応）と
同じである。３個の空間フィルターＰＣＭ１〜ＰＣＭ３
は、金属等の遮光板をくり抜いて形成したものでも良い
し、あるいはガラス、石英等の平板全面に被着した金属
等の遮光層をパターニングして形成したものでも良い。

【００４３】ところで、本実施例では図６の状態で第１
の露光を行い、さらに保持部材３０を回転して第２の空
間フィルターＰＣＭ２を瞳ｅｐに設定し、その中心と光
軸ＡＸとがほぼ一致した状態で第２の露光を行うことに
なる。すなわち、以上の２回の露光で、ウエハ上の１つ
のショット領域に対する露光が終了する。第１の露光と
第２の露光の各々の開始、及び終了を制御するロータリ
ーシャッター３の開閉は、駆動ユニット２７を介して主
制御ユニット２５により制御される。また、保持部材３
０の回転は、主制御ユニット２５からの指令に従って駆
動系２０により制御される。ロータリーシャッター３と
保持部材３０との制御は、主制御ユニット２５により同
期して行われる。

【００４４】さて、先に図３とともに説明した通り、第
１の露光で使用する第１の空間フィルターＰＣＭ１の円
形透過部（図３中のＦＡに相当）の半径ｒ₁、及び第２
の露光で使用する第２の空間フィルターＰＣＭ２の輪帯
状透過部（図３中のＦＢに相当）の内径ｒ₂、外径ｒ₃
は、瞳ｅｐの実効的な最大半径ｒ₄に対して、

【００４５】

【数２】

【００４６】なる関係をほぼ満足するように設定する。
この式から明らかなように、円形透過部の面積πｒ₁ ²、
及び輪帯状透過部の面積π（ｒ₃ ²−ｒ₂ ²）は、実効的な
瞳開口の面積πｒ₄ ²に対して約半分になっている。従っ
て、本実施例におけるコンタクトホールパターンの結像
時の焦点深度は、従来方式に比べて約２倍に増大する。
尚、この原理は作用の項で述べた通りである。

【００４７】また、円形透過部の半径ｒ₁、輪帯状透過
部の内径ｒ₂を、

【００４８】

【数３】

【００４９】なる関係に定めると、第１及び第２の露光
時に生じるデフォーカスによる波面収差は従来方式の半
分よりもさらに小さくなる。すなわち、焦点深度の増大
効果は従来方式の２倍よりもさらに大きくなる。但し、
この場合、第１、及び第２の空間フィルターＰＣＭ１、
ＰＣＭ２は共に、その透過部の面積が従来方式での瞳開
口の面積の半分よりも小さくなるので、露光光量がより
少なくなるという問題が生じる。

【００５０】そこで、露光光量のロスを低減するために
は、半径ｒ₁、内径ｒ₂を、

【００５１】

【数４】

【００５２】なる関係を満足するように定めれば良い。
この場合には、瞳面内の半径＝ｒ₄／２^1/2近傍の輪帯
領域内に分布する照明光束は、第１の露光と第２の露光
のいずれでもウェハに照射されることになる。勿論、光
量ロスの低減の代償として、焦点深度の増大効果は多少
薄らぐことなる。尚、半径ｒ₁、内径ｒ₂の値は他の任
意の範囲内に設定しても構わない。例えば、

【００５３】

【数５】

【００５４】

【数６】

【００５５】のいずれの関係を満足するように定めても
良い。図７は、図４の装置に好適な空間フィルターの第
２実施例による構造を示し、第１の空間フィルターＰＣ
Ｍ４は中心部に円形遮光部（半径ｒ₅)を有し、さらにそ
の外側に輪帯状透過部（内径ｒ₅、外径ｒ₆)を有してい
る。一方、第２の空間フィルターＰＣＭ５は中心部に円
形遮光部（半径ｒ₆)が形成され、その外側の輪帯状透過
部の外径は図６中の第２の空間フィルターＰＣＭ２と同
じ外径ｒ₃(＝ＮＡｗ）となっている。

【００５６】本実施例でも、第１の露光で使用する第１
の空間フィルターＰＣＭ４と第２の露光で使用する第２
の空間フィルターＰＣＭ５との各々は、透過した照明光
束のウェハへの入射角度範囲を制限する、すなわちデフ
ォーカスに伴う光路長差を減少することができる。この
とき、デフォーカスに伴う光路長差は、図７に示す如く
第１の露光（第１の空間フィルターＰＣＭ４の使用時）
ではΔＺ₃であり、第２の露光（第２の空間フィルター
ＰＣＭ５の使用時）ではΔＺ₄である。

【００５７】また、半径ｒ₅、ｒ₆の関係を、ｒ₃ ²−ｒ₆ ²＝ｒ₆ ²−ｒ₅ ² すなわち、ｒ₆ ²＝（ｒ₃ ²＋ｒ₅ ²）／２なる関係に設定すると、第１の空間フィルターＰＣＭ４
と第２の空間フィルターＰＣＭ５との透過部の面積は等
しくなる。すなわち、光路長差ΔＺ₃とΔＺ₄とは等し
くなり、焦点深度の増大効果は最大となる。

【００５８】また、第１の空間フィルターＰＣＭ４の中
心部には半径ｒ₅の円形遮光部が存在するため、同じ開
口数ＮＡｗの投影光学系であっても、本実施例での光路
長差ΔＺ₃、ΔＺ₄を、第１実施例で説明した図３での
光路長差ΔＺ₁、ΔＺ₂よりも小さくすることができ、
それだけ大きな焦点深度の増大が得られる。尚、半径ｒ
₅、ｒ₆の関係は以上の例に限定されるわけではなく、
他の任意の関係であっても構わない。さらに、第１の空
間フィルターＰＣＭ４の輪帯状透過部の外径と、第２の
空間フィルターＰＣＭ５の輪帯状透過部の内径とは互い
に異なっていても良い。

【００５９】図８は、図４の装置に好適な空間フィルタ
ーの第３実施例による構造を示し、第１の空間フィルタ
ーＰＣＭ６は中心部、及び周辺部が共に遮光部（斜線
部）となっている輪帯状透過部を有する。一方、第２の
空間フィルターＰＣＭ７は中心部、及び周辺部が共に透
過部となっている輪帯状遮光部（斜線部）を有してい
る。このとき、第１の空間フィルターＰＣＭ６は以上の
各実施例で述べた通り、透過光のウェハへの入射角度範
囲を制限することにより焦点深度が増大する。一方、第
２の空間フィルターＰＣＭ７は、原理的には以上の各実
施例と異なり、一種の３重焦点フィルターとして作用す
ることで焦点深度が増大する。３重焦点フィルターにつ
いては、昭和３６年１月２３日付で発行された。機械試
験所報告第４０号の「光学系における結像性能とその改
良方法に関する研究」と題する論文中の第４１頁〜第５
５頁に詳しく述べられている。

【００６０】図９は、図８中の第２の空間フィルターＰ
ＣＭ７の変形例を示す断面図であり、図８との差異は円
形透過部に位相板（位相膜）ＦＣ₂を設けている点だけ
である。位相板ＦＣ₂は、最外の輪帯状透過部の透過光
に対して光路長差を１／２波長だけずらすものである。
これにより、円形透過部と最外の輪帯状透過部との各透
過光の位相（振幅）を反転させることで、その部分で２
重焦点フィルターを形成し、焦点深度の増大効果が得ら
れる。

【００６１】ところで、以上の各実施例では、第１の空
間フィルターをフーリエ変換面ＦＴＰに配置した状態で
シャッター３を開いて第１の露光を開始し、所定時間経
過した後でシャッター３を閉じる。シャッター３が閉じ
た時点で、保持部材３０を駆動して第２の空間フィルタ
ーをフーリエ変換面ＦＴＰに配置し、その状態でシャッ
ター３を開いて第２の露光を開始することになる。この
とき、第１の露光と第２の露光の各々で、レチクルＲに
照射される積算露光量（照度×時間）は任意の値で構わ
ない。すなわち、第１の露光での積算露光量と第２の露
光での積算露光量とは等しくても良いし、あるいは互い
に異ならせても良い。要は第１の露光と第２の露光の各
々での積算露光量の和が最適露光量となれば良く、各積
算露光量の比率は任意で構わない。

【００６２】尚、露光光としては連続光（ｉ線等）、パ
ルス光（エキシマレーザ等）のいずれを用いて良い。特
にパルス光を用いる場合には、第１の露光と第２の露光
との切り替え（空間フィルターの交換）に際してシャッ
ター３を用いて照明光束を遮光しなくても、例えばパル
ス光の発振間隔を長くしてその間に空間フィルターの交
換を行うようにすれば良い。また、空間フィルターの交
換中は、レチクル（ウエハ）に到達する１パルス当たり
のエネルギー量が、例えばポジレジストの膜減り開始エ
ネルギー量よりも小さくなるように、エキシマレーザ光
源に与える印加電圧（又は充電電圧）を下げる、あるい
はパルスエネルギーを段階的、又は連続的に減光可能な
減光部材の減光率を上げるようにしても良い。この場
合、光源はパルス発振し続けるため、波長の狭帯化、安
定化の上で有利となる。尚、フィルター交換中でも露光
光がウエハに入射し得るが、ここでの露光光がレジスト
像の形成に影響を及ぼすことはない。

【００６３】また、以上の各実施例では第１の露光時と
第２の露光時とで投影光学系のベストフォーカス位置が
異なる場合がある。これは、投影光学系が球面収差を持
つ場合等である。このため、例えば特開平４−３４８０
１９号公報に開示されている焦点位置検出系を用いて、
第１の露光と第２の露光の各々でのベストフォーカス位
置を計測する。このとき、第１、第２の空間フィルター
の各々を瞳面に配置した状態でフォーカス計測を行う。
そして、第１の露光と第２の露光の各々では、例えば特
開昭５８−１１３７０６号公報に開示されている斜入射
光方式のフォーカスセンサーを用いて、各ベストフォー
カス位置にウェハ表面を一致させるようにすると良い。
上記公報に開示された焦点位置検出系は、ウェハステー
ジ上のスリットパターンをその下面（ステージ内部）か
ら露光光で照射するとともに、スリットパターン、及び
投影光学系を通過してレチクルパターン面で反射した光
を投影光学系、及びスリットパターンを介して光電検出
する。そして、ウェハステージをＺ方向に移動したと
き、光電信号のレベルが最大となる位置をベストフォー
カス位置として求めるものである。

【００６４】さらに、第１の露光と第２の露光の各々に
おいてＦＬＥＸ法を併用しても良く、焦点深度をさらに
増大することが可能となる。また、第１の露光時と第２
の露光時とで、ウェハを光軸方向に微小量だけずらして
露光を行うようにしても良く、やはり焦点深度のさらな
る増大が得られる。ここで、前述の如く第１の露光時と
第２の露光時とでベストフォーカス位置が異なれば、Ｆ
ＬＥＸ法を併用する場合には第１の露光と第２の露光の
各々で、そのベストフォーカス位置に応じてウェハの移
動開始、及び停止位置を定めると良い。一方、後者の方
式においてベストフォーカス位置が異なると、第１の露
光と第２の露光とでウェハを光軸方向にずらさなくても
良い。これは、空間フィルターの交換に伴ってベストフ
ォーカス面がウェハに対して相対的にシフトするためで
ある。

【００６５】尚、上記の如く第１の露光と第２の露光と
でベストフォーカス位置が異なる、あるいは意図的に異
ならせる場合には、第１の空間フィルターと第２の空間
フィルターのうち、輪帯状透過部を有する空間フィルタ
ーによる露光時のベストフォーカス位置が、中心部に円
形透過部を有する空間フィルターによる露光時のベスト
フォーカス位置よりも下側（投影光学系から離れる方
向）となるように、第１の露光と第２の露光の少なくと
も一方においてフォーカス位置、又は投影光学系の結像
特性（球面収差等）を調整すると良い。なぜなら、輪帯
状透過部による像は、後述する（図１９に示す）ように
リンギングを生じ易く、従ってこの像がレジスト表面近
傍（投影光学系に近い側）に形成されると、リンギング
部分の膜減りが生じ易くなるためである。

【００６６】また、以上の各実施例では第１、第２の露
光でパターン転写を終了する、換言すれば１回のパター
ン転写を第１の露光と第２の露光とに２分割するものと
したが、３回以上に分割して露光を行うようにしても良
い。ｍ（ｍ≧２なる整数）回に分割する場合には、ｍ個
の空間フィルターを交換しながら各露光を行う。このと
き、ｍ個の空間フィルターは、例えば１個の中心部透過
フィルターと、（ｍ−１）個の輪帯状透過フィルターと
であり、かつ（ｍ−１）個の輪帯状透過フィルターの各
々では内径、及び外径が互いに異なるようにしておく。

【００６７】さらに、図４の装置では空間フィルターの
交換機構として、複数の空間フィルターを有するターレ
ット板を回転させる方式を採用したが、これ以外のいか
なる方式を用いても構わない。例えば、複数の空間フィ
ルターの各々を光軸方向に極近接して配置し、かつ各空
間フィルターを独立に瞳ｅｐに対して挿脱可能に構成し
ても良い。また、２個以上の空間フィルターを組み合わ
せて第１、又は第２の空間フィルターを構成するように
しても良い。尚、液晶素子、又はＥＣ（エレクトロクロ
ミック）素子で空間フィルターを形成しても良く、交換
機構を用いることなく高速に瞳面内での遮光（又は透
過）領域を変更することができる。

【００６８】また、以上の各実施例において円形、又は
輪帯状遮光部、あるいはそれと均等の遮光板は、露光波
長についてのみ遮光すれば良いので、誘電体薄膜等によ
る光学的なシャープカットフィルター等を用いて、露光
波長（紫外光）等の短波長域を吸収してしまうものでも
良い。このようにすると、例えばＨｅ−Ｎｅレーザを光
源としてウェハ上のアライメントマークを照射し、その
反射光等を投影光学系を介して検出するＴＴＬ方式のア
ライメント系を使う場合、瞳面に位置する遮光部、又は
遮光板がマークからの反射光に対して悪影響（遮光）を
与えるなどの問題はなくなる。あるいは、ウェハマーク
照明用のレーザビームやマークからの反射光が通る上述
の金属等の遮光板、又は遮光部上の位置だけ透過領域と
しても良く、その面積が小さければ本発明の効果を特に
損なうものとはならない。

【００６９】図１０はＴＴＬ方式のアライメント系の一
例を示し、ウェハＷ上に格子マークＧＲが形成され、こ
のマークＧＲの格子ピッチ方向の位置ずれを検出するも
のとする。ここで、図１０（Ａ）は紙面上の左右方向が
ピッチ方向となるような方向からアライメント系を見た
もので、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の系を９０°回転
した方向から見たものである。レチクルＲの上方に設け
られたアライメント光学系の対物レンズＯＢＪからはコ
ヒーレントなレーザビーム（Ｈｅ−Ｎｅ）ＡＬＢ₁、Ａ
ＬＢ₂の２本が、ミラーＭＲで反射されて面ＣＦで交差
した後、レチクルＲの周辺の窓ＲＭを介して投影光学系
ＰＬに入射する。

【００７０】まず図２０（Ａ）に示すように、２本のビ
ームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂は、瞳に位置する空間フィルタ
ーＰＣＭに形成された屈曲性補正素子ＰＧ₁、ＰＧ₂の
夫々に入射し、ここで投影光学系ＰＬの軸上色収差分に
対応した量で２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂の進行方
向を変える。これによって２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬ
Ｂ₂はウェハＷ上の格子マークＧＲを、そのピッチ方向
に関して対称的に傾いた角度で照射する。このとき、格
子マークＧＲのピッチＰｇ、ビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂
の波長λａ、及びビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂の入射角θ
ａが、ｓｉｎθａ＝λａ／Ｐｇを満たしていると、ビー
ムＡＬＢ₁の照射によって格子マークＧＲから発生した
＋１次回折光と、ビームＡＬＢ₂の照射によってマーク
ＧＲから発生した−１次回折光とは、図１０（Ａ）のよ
うに２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂の丁度中間の光路
を同軸となって干渉ビームＡＤＬとして逆進する。

【００７１】この干渉ビームＡＤＬは空間フィルターＰ
ＣＭに形成された屈曲性補正素子ＰＧ₃で進行方向を変
えられ、レチクルＲの窓ＲＭを通ってアライメント光学
系の方へ戻っていく。このとき、図１０（Ｂ）にも示す
ように、ウェハＷのマークＧＲに達する２本のビームＡ
ＬＢ₁、ＡＬＢ₂はピッチ方向と直交する方向（非計測
方向）に関して傾斜しているため、干渉ビームＡＤＬも
傾斜して発生する。また、図１０（Ａ）に示すように２
本のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂は面ＣＦで交差するとし
たが、実際は面ＣＦを窓ＲＭの位置に一致させることが
できる。すなわち、２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂に
対して生ずる軸上色収差分をほぼ完全に補償することが
できる。さらに、図１０（Ｂ）のように２本のビームＡ
ＬＢ₁、ＡＬＢ₂を非計測方向に関してテレセントリッ
クな条件からずらして窓ＲＭに入射させることによっ
て、倍率色収差分を補償することができる。尚、対物レ
ンズＯＢＪの光軸ＡＸａはレチクルＲに対して垂直に設
定される。

【００７２】マークＧＲの位置ずれ計測にあたっては、
２つの方法がある。その１つは、２本のビームＡＬ
Ｂ₁、ＡＬＢ₂の交差によってマークＧＲ上に形成され
る干渉縞を基準にしてマークＧＲのピッチ方向の位置ず
れを検出するものである。そのためには、アライメント
光学系内に、戻ってきた干渉ビームＡＤＬを光電検出す
る光電センサーを設けて、その出力信号レベルを計れば
良い。もつ１つの方法は、２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬ
Ｂ₂の間にわずかな周波数差（例えば２０〜１００ＫＨ
ｚ程度）を与え、マークＧＲ上に生成された干渉縞をそ
の周波数差に応じた速度で走らせるヘテロダイン法であ
る。この場合、２本のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂の周波
数差を持つ基準交流信号を作り、光電センサーからの出
力信号（ヘテロダイン法の場合、干渉ビームＡＤＬはビ
ート周波数で強度変化しているため、交流信号となる）
との間で位相差を求めることで、マークＧＲの位置ずれ
が計測できる。

【００７３】このように、投影光学系ＰＬの瞳面に、色
収差補償用の屈曲補正素子ＰＧ₁、ＰＧ₂、ＰＧ₃を設
ける場合、それらの配置によっては以上の各実施例で示
した空間フィルターの遮光部（又は遮光板）の形状と位
置的に干渉してしまうこともある。しかしながら、この
種のアライメント方式のビームＡＬＢ₁、ＡＬＢ₂、又
は干渉ビームＡＤＬは極めて小さなスポット径であるた
め、補正素子ＰＧ₁、ＰＧ₂、ＰＧ₃の夫々の寸法も極
めて小さくて良い。通常、補正素子ＰＧ₁〜ＰＧ₃は透
明な硝材の表面にエッチング等によって位相格子として
作り込まれる。そのため先にも述べたように、遮光部
（又は遮光板）が位置的に干渉するときは、その位置の
遮光部のみを透明部にしておけばよい。

【００７４】また、図１０では補正素子ＰＧ₁〜ＰＧ₃
を空間フィルターＰＣＭ上に直接形成するように示した
が、補正素子ＰＧ₁〜ＰＧ₃を形成した通常の石英板を
瞳面に固定的に配置し、空間フィルターＰＣＭはその石
英板の極近傍に挿脱、又は交換可能に配置するようにし
ても良い。尚、投影光学系ＰＬの瞳面内の中心部に小さ
な径の補正レンズ（凸レンズ）を設け、それによってア
ライメントビームの色収差分を補償する方式が、例えば
ＵＳＰ．５，１００，２３７に提案されている。この場
合、その補正レンズの部分に露光波長に対する透過率が
小さく、アライメントビームの波長に対する透過率が極
めて高いダイクロイック膜を蒸着しておくと、図８に示
した空間フィルターＰＣＭ６の中心遮光部と実質等価な
ものが容易に構成できる。但し、ＵＳＰ．５，１００，
２３７には図８の如く輪帯状透過部も同時に設けておく
ことについては全く示唆されていない。

【００７５】また、図４に示したウェハステージＷＳＴ
の駆動ユニット２２のうち、ウェハＷを光軸方向に微動
させる制御の中に、従来のＦＬＥＸ法の機能を持たせて
も良い。前述の如くＦＬＥＸ法の併用により本発明によ
る焦点深度の増大効果をさらに増大させることができ
る。本発明は投影型露光装置であればどのタイプのもの
にも適用できる。例えば投影レンズを用いたステッパー
タイプのものでもよく、あるいは反射屈折光学系を用い
たステップアンドスキャン型のものであっても１：１の
ミラープロジェクションタイプのものであってもよい。
特にスキャンタイプ（ステップアンドスキャン）やミラ
ープロジェクション方式では、レチクルやウェハを投影
光学系の光軸と垂直な面内で走査移動させながら露光す
るため、従来のＦＬＥＸ法の適用が難しいとされていた
が、本発明はそのような走査型の露光方式の装置に極め
て簡単に適用できるといった利点がある。

【００７６】さらにエキシマレーザを光源とする投影露
光装置では、投影光学系の瞳面に、フライアイレンズ等
の射出側に形成される２次光源面（多数の点光源）が再
結像されるため、その瞳面に光学素子（レンズ、反射
面、開口絞り、ＰＣＭ等）を配置すると、長期間の使用
によってその光学素子が収斂した光源像のために劣化す
る可能性がある。そのため、空間フィルターＰＣＭ（保
持部材３０）等は瞳面に厳密に配置するのではなく、む
しろ若干ずらして配置した方が好ましい。次に、本発明
の各実施例によって得られる作用、効果について、シミ
ュレーション結果をもとに説明する。尚、以下のシミュ
レーションでは、１回のパターン転写を第１の露光と第
２の露光とに２分割して行うものとし、かつ各露光時で
のウェハ位置は固定としてある。また、第１の露光と第
２の露光の各々でレチクル面上での積算露光量は等しい
ものとしてある。

【００７７】図１１（Ａ）は以下のシミュレーションに
用いた１辺がウェハ上で０．３μｍに相当する正方形の
コンタクトホールパターンＰＡであり、以下のシミュレ
ーションでは図１１（Ａ）中のＡ−Ａ’断面でのウェハ
上での像強度分布を扱うものとする。図１１（Ｂ）は先
の図３、図６に示した第１、第２の空間フィルターの各
透過部ＦＡ、ＦＢを示すもので、第１の空間フィルター
ＰＣＭ１の円形透過部ＦＡ（及び第２の空間フィルター
ＰＣＭ２の円形遮光部）の半径ｒ₁と瞳の最大半径ｒ₄
との比ｒ₁／ｒ₄は、原理説明のところで述べたように
ＮＡ₁／ＮＡｗ＝０．７０７になるように定められてい
る。すなわち、透過部ＦＡを通った結像光束の最大入射
角をθ₁とすると、ｓｉｎ²θ₁＝１／２（ＮＡｗ²)を
満たすように決められている。尚、以下のシミュレーシ
ョンは、全てＮＡｗ＝０．５７、露光波長はｉ線（波長
０．３６５μｍ）という条件のもとで行った。また、照
明光束のコヒーレンスファクターであるσ値は０．６と
した。

【００７８】さて、図１１（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はパ
ターンＰＡのウェハ上での像強度分布を示し、それぞれ
ベストフォーカス位置での強度分布Ｉ₁、１μｍのデフ
ォーカス位置での強度分布Ｉ₂、２μｍのデフォーカス
位置での強度分布Ｉ₃である。また、図１１（Ｃ）、
（Ｄ）、（Ｅ）中のＥｔｈはウェハ上のポジ型フォトレ
ジストを完全に除去（感光）させるに必要な強度を示
し、Ｅｃはポジレジストが溶解（膜減り）し始める強度
を示す。各強度分布の縦方向の倍率（露光量）はベスト
フォーカスでのコンタクトホール径（Ｅｔｈを横切るス
ライス部の幅）が０．３μｍとなるように設定した。比
較のために、図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ
通常の投影露光装置（空間フィルターを取り除いたも
の）によるベストフォーカス位置での強度分布Ｉ₇、１
μｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ ₈、２μｍのデ
フォーカス位置での強度分布Ｉ₉を示す。このときのシ
ミュレーション条件も同様にＮＡｗ＝０．５７、波長λ
＝０．３６５μｍ、σ＝０．６である。図１２（Ａ）〜
（Ｃ）と図１１（Ｄ）〜（Ｆ）とを比較すると、デフォ
ーカス時の像強度の変化（コントラスト低下）が減少
し、焦点深度が増大することがわかる。

【００７９】一方、図１３は通常の投影露光装置にＦＬ
ＥＸ法を組み合わせたときの像強度分布Ｉ₁₀、Ｉ₁₁、Ｉ
₁₂の変化を表したものである。ＦＬＥＸ法の露光条件は
ベストフォーカス位置と、±１．２５μｍだけデフォー
カスした位置の夫々とで各１回の計３回の分割露光とし
た。図１３（Ａ）〜（Ｃ）のシミュレーション結果と図
１１（Ｃ）〜（Ｅ）のシミュレーション結果とを比較す
ると、本発明での焦点深度の増大効果はＦＬＥＸ法と同
程度に得られることがわかる。

【００８０】図１４は、本発明の実施例中の図７に示し
た第１、第２の空間フィルターＰＣＭ４、ＰＣＭ５を用
いた場合のシミュレーション結果を示す。このとき、図
１４（Ｂ）に示すように第１の空間フィルターＰＣＭ４
の中心の円形遮光部ＦＤ₁の半径Ｋ₁は０．３１ｒ₂(す
なわちｓｉｎθ_K1＝０．３１ＮＡｗ）の関係に決定さ
れ、その外側の輪帯状透過部ＦＡの外径、及び第２の空
間フィルターＰＣＭ５の輪帯状透過部の内径Ｋ₂は０．
７４ｒ₂(すなわちｓｉｎθ_K2＝０．７４ＮＡｗ）の関係
に設定されているものとする。もちろん露光条件とし
て、ＮＡｗ＝０．５７、σ＝０．６、λ＝０．３６５μ
ｍはそのままである。図１４（Ｂ）のような空間フィル
ターＰＣＭ４、ＰＣＭ５でも、図１４（Ｃ）、（Ｄ）、
（Ｅ）に示す通りベストフォーカス位置での強度分布Ｉ
₄、１μｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ₅、２μ
ｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ₆の如く、十分な
焦点深度増大効果が得られる。尚、瞳面の中心部（半径
Ｋ₁以内）は、２回の露光のいずれでも遮光されること
になる。

【００８１】図１５は比較のために従来のＳｕｐｅｒ
ＦＬＥＸ法でのシミュレーション結果を示したものであ
る。図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は開口数ＮＡｗが
０．５７で、瞳中心点から０．５４８ＮＡｗの半径内の
部分の複素振幅透過率を−０．３にしたフィルターを瞳
に設けたときに得られるベストフォーカス位置での強度
分布Ｉ₁₃、１μｍのデフォーカス位置での強度分布
Ｉ₁₄、２μｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ₁₅を示
す。ＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法では図１５のようにベスト
フォーカス位置での中央強度が高く、プロファイルがシ
ャープであるが、デフォーカス量による中心強度低下
は、ある量から急峻に起こっている。しかしながら焦点
深度の拡大効果としては、図１１、図１４に示した本発
明による効果と同程度である。但し、ＳｕｐｅｒＦＬ
ＥＸ法では本来の像（中心強度）の周辺に、図１５
（Ａ）に示すようなサブピーク（リンギング）が発生す
る。これは、図１５でシミュレーションのモデルとなっ
た孤立したコンタクトホールパターンＰＡでは問題ない
が、後述する近接した複数のコンタクトホールパターン
への適用時に大きな問題となる。

【００８２】図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそのよう
なリンギングを防止するために、図１５でシミュレーシ
ョンモデルとしたＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法の瞳フィルタ
ーよりも作用を弱めたフィルターを用いた場合のシミュ
レ−ション結果を示す。この場合、投影光学系の開口数
ＮＡｗは０．５７とし、瞳中心部の半径０．４４７ＮＡ
ｗに相当する部分内の複素振幅透過率を−０．３とした
フィルターを用いる。図１６（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ
ベストフォーカス位置での強度分布Ｉ₁₆、１μｍのデフ
ォーカス位置での強度分布Ｉ₁₇、２μｍのデフォーカス
位置での強度分布Ｉ₁₈を示し、確かに図２７の場合に比
べてリンギングは弱くなるが、同時に焦点深度の増大効
果も低減してしまう。

【００８３】図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、近接した２つの
コンタクトホールパターンＰＡ₁、ＰＡ₂が例えば図１
７（Ｅ）のように中心間距離０．６６μｍ（ウェハ上換
算）だけ離れて並ぶ場合に、各種露光方法で得られる像
強度分布をシミュレーションした結果を示す。図１７
（Ａ）は、図３、図６と同じシミュレーション条件によ
るＳＦＩＮＣＳ法（本発明）によって得られた像強度分
布を示し、図１７（Ｂ）は従来のＦＬＥＸ法によって得
られた像強度分布を示し、図１７（Ｃ）は図１５と同じ
条件でのＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法（１）で得られた像強
度分布を示し、図１７（Ｄ）は図１６と同じ条件でのＳ
ｕｐｅｒＦＬＥＸ法（２）で得られた像強度分布を示
し、いずれの強度分布もベストフォーカス位置でのもの
である。

【００８４】このシミュレーション結果からわかるよう
に、図１７（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）で得られる像は、２
つのホール像の間の強度が膜ベリ強度Ｅｃより低いた
め、両ホール間のレジスト（ポジ型）は完全に残膜し、
両ホールのレジスト像は分離して良好に形成される。と
ころが、図１７（Ｂ）に示したＦＬＥＸ法では、２つの
ホール像の間の強度が十分に低くなく、両ホール間のレ
ジストが膜減りし、良好なパターンは形成できない。す
なわち、わずかな露光量のちがいによって、２つのコン
タクトホールの像がつながってしまうこともある。この
ように孤立的なコンタクトホールパターンの投影時の焦
点深度は本発明のＳＦＩＮＣＳ法と従来のＦＬＥＸ法と
では同程度の拡大効果が得られたが、近接したホールパ
ターンの解像度（忠実度）の点では本発明のＳＦＩＮＣ
Ｓ法の方がＦＬＥＸ法より優れていることがわかる。

【００８５】尚、図１７（Ｃ）、（Ｄ）のシミュレーシ
ョンでは一方のホールパターンによるリンギングのピー
ク部が他方のホールパターンの中心強度部と重なるよう
な条件で２つのホールパターンＰＡ₁、ＰＡ₂の中心間
距離を定めたので、２つのホールパターン像の間にはリ
ンギングの影響が現れない。このことは逆に、２つのホ
ールパターンＰＡ₁、ＰＡ₂の中心間距離が先の条件
（ウェハ上で０．６６μｍ）と異なってくると、リンギ
ングの影響が現れることを意味する。

【００８６】図１８は中心間距離が０．９６μｍ（ウェ
ハ上換算）で並んだ２つのコンタクトホール像のベスト
フォーカス位置での強度分布のシミュレーション結果で
ある。図１４に示した条件でのＳＦＩＮＣＳ法（本発
明）による像強度分布Ｉ₂₃は、図１８（Ａ）のように２
つのホール像の間が十分に暗く、良好なレジストパター
ンが形成できる。ところが、図１５に示した条件でのＳ
ｕｐｅｒＦＬＥＸ法（１）では、図１８（Ｂ）の強度
分布Ｉ₂₄のように、２つのホールパターンの夫々による
リンギングが合成（加算）されてしまい、２つのホール
像の中間に明るいサブピーク（膜ベリ強度Ｅｃ以上）が
生じ、この部分のレジストが膜ベリしてしまう。このた
め、良好なレジスト像を得ることができない。一方、図
１６に示した条件でのＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法（２）に
よって中心間距離が０．９６μｍの２つのホールパター
ンを投影すると、その像強度分布Ｉ₂₅は図１８（Ｃ）に
示すようになる。このように比較的効果の弱いＳｕｐｅ
ｒＦＬＥＸ法（２）の場合は、リンギングが少なく膜
ベリもないため、良好なレジスト像を得ることができ
る。ところが、この条件では図１６で説明した通り、本
発明でのＳＦＩＮＣＳ法に比べて十分な焦点深度拡大効
果を得ることができない。

【００８７】図１９は、その他の投影露光法として、投
影光学系の瞳面に瞳の実効的な半径ｒ₂に対して０．７
０７倍の半径（ＮＡｗ×０．７０７）をもつ円形遮光板
のみを配置したときに得られる孤立したホールパターン
の像強度分布Ｉ₂₆を示したものである。この場合も、や
はり本来の像の周囲にリンギングが生じることになり、
近接したコンタクトホールパターンの投影露光への適用
は難しい。

【００８８】図２０は近接した複数のコンタクトホール
の例として、ＤＲＡＭ中のメモリーセル部に使われるコ
ンタクトホールパターンＰＡ₁、ＰＡ₂、ＰＡ₃、ＰＡ
₄の２次元的な配列の一例を示すものである。このよう
なホールパターン群に対してＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法を
使うと、各ホールの周囲にはリンギング（サブピーク）
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄが生じ、それらが重なる領域Ｒ
ｏでは４つのリンギングの夫々のピーク強度が重なり合
うことになる。このような場合には２個のホールパター
ン（２つのリンギングが重なる）のみの場合には膜ベリ
の発生しなかった比較的効果の弱いＳｕｐｅｒＦＬＥ
Ｘ法（２）であっても、サブピークの大きさが図１８
（Ｃ）に示す状態の約２倍となり、やはり膜ベリ強度Ｅ
ｃ以上となるため、良好なパターン転写ができなくな
る。すなわち、ウェハ上の領域Ｒｏの位置に本来レチク
ル上には存在しないホールの像（ゴースト像）を形成し
てしまうことになる。

【００８９】一方、本発明によるＳＦＩＮＣＳ法であれ
ば図１８（Ａ）に示すように、２つのホールパターンの
中間の光強度分布は膜ベリ強度Ｅｃの１／２以下である
ので、図２０に示した領域Ｒｏ内では、その加算強度が
図１８（Ａ）の状態からさらに２倍となっても膜減り強
度Ｅｃ以下にすることができる。以上、本発明の各実施
例とその作用について説明したが、ラインアンドスペー
スをもつレチクルを使用するときは、空間フィルターＰ
ＣＭを投影光学系ＰＬ外へ退出させ、照明系の一部をＳ
ＨＲＩＮＣ法、又は輪帯照明法に適するように交換可能
としてもよい。尚、コンタクトホールパターンの投影露
光時に空間フィルターＰＣＭを用いるとともに、ＳＨＲ
ＩＮＣ法、又は輪帯照明光源等の変形照明系を併用する
ようにしてもよい。その場合、露光すべきレチクルをコ
ンタクトホール用からラインアンドスペース用に交換す
るときは、空間フィルターＰＣＭのみを退出させればよ
い。

【００９０】また、本発明の各実施例に示した空間フィ
ルターＰＣＭは、円形状、あるいは輪帯状の透過部で構
成したが、これは文字通りの形状に限られるものではな
い。例えば円形状の透過部は矩形を含む多角形に、輪帯
状の透過部はその多角形を環状に取り囲む形状に、それ
ぞれ変形してもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、コンタクトホー
ル等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、Ｆ
ＬＥＸ法、あるいはＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法と同程度に
拡大させることができるとともに、ＦＬＥＸ法のように
感光基板を光軸方向に移動、又は振動させることなく、
またＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法のように複雑な複素振幅透
過率の関数をもつ空間フィルターを作成する必要もない
と言った利点がある。特に本発明では、投影光学系の瞳
面（フーリエ変換面）での空間的フィルタリングに伴っ
て発生し易いリンギング自体が十分に小さく押さえられ
るため、複数個のコンタクトホールパターンが比較的接
近して配置される場合であっても、ＳｕｐｅｒＦＬＥ
Ｘ法のようにリンギングのサブピーク部の重畳によって
生じる悪影響（ゴースト像の発生等）は皆無になるとい
った大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の投影露光方法を説明する図。

【図２】本発明の投影露光方法を実施するための原理的
な構成を示す図。

【図３】本発明の露光方法により焦点深度が増大する原
理を説明する図。

【図４】本発明の実施例に好適な投影露光装置の全体的
な構成を示す図。

【図５】投影光学系の部分的な構造を示す部分断面図。

【図６】本発明の第１実施例による第１、第２の空間フ
ィルターの構成を示す図。

【図７】本発明の第２実施例による第１、第２の空間フ
ィルターの構成を示す図。

【図８】本発明の第３実施例による第１、第２の空間フ
ィルターの構成を示す図。

【図９】図８中の第２の空間フィルターの変形例の一例
を示す図。

【図１０】ＴＴＬ方式のアライメント系を用いたときの
投影光学系の構成を示す。

【図１１】単独のホールパターンに対する本発明のＳＦ
ＩＮＣＳ法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフを示す。

【図１２】単独のホールパターンに対する従来の通常露
光法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフを示す。

【図１３】単独のホールパターンに対する従来のＦＬＥ
Ｘ法による効果を像強度分布としてシュミレーションし
たグラフを示す。

【図１４】単独のホールパターンに対する本発明のＳＦ
ＩＮＣＳ法による効果を像強度分布としてシュミレーシ
ョンしたグラフを示す。

【図１５】単独のホールパターンに対する従来のＳｕｐ
ｅｒＦＬＥＸ法（１）による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフを示す。

【図１６】単独のホールパターンに対する従来のＳｕｐ
ｅｒＦＬＥＸ法（２）による効果を像強度分布として
シュミレーションしたグラフを示す。

【図１７】２個の接近したホールパターンに対する各種
露光法による効果を像強度分布としてシュミレーション
したグラフを示す。

【図１８】接近した２個のホールパターンの間隔を図１
７の場合と考えたときに各種露光法による効果を像強度
分布としてシュミレーションしたグラフを示す。

【図１９】瞳の中心に円形遮光部のみを設けたときに、
単独のホールパターンの像強度分布にリンギングが生じ
ることを示すグラフ。

【図２０】２次元的に分布したコンタクトホールパター
ンとリンギングの発生位置との関係を示す。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウェハＰＬ投影光学系ＡＸ光軸ＰＡ、ＰＡ₁、ＰＡ₂ ホールパターンＰＣＭ１、ＰＣＭ４、ＰＣＭ６第１の空間フィルタ
ーＰＣＭ２、ＰＣＭ５、ＰＣＭ７第２の空間フィルタ
ーＦＡ円形状透過部ＦＢ輪帯状透過部ＩＬＢ照明光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を感応
基板上に結像投影する投影光学系を備えた投影露光装置
において、前記投影光学系中の前記マスクのパターンに対する光学
的なフーリエ変換面、又はその近傍面に交互に配置され
る円形透過部、又は輪帯状透過部を備えた複数の空間フ
ィルターと；前記複数の空間フィルターの各々を挿脱、
又は交換して前記フーリエ変換面、又はその近傍面に配
置する能動部材とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。
【請求項２】前記複数の空間フィルターは、前記フー
リエ変換面、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸
を中心とする円形領域内に分布する結像光のみを透過す
る第１の空間フィルターと、前記円形領域の外側の領域
に分布する結像光のみを透過する第２の空間フィルター
とを有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光
装置。
【請求項３】前記複数の空間フィルターは、前記フー
リエ変換面、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸
を中心とする輪帯状領域内に分布する結像光のみを透過
する第１の空間フィルターと、前記輪帯状領域の内側、
又は外側に分布する結像光のみを透過する第２の空間フ
ィルターとを有することを特徴とする請求項１に記載の
投影露光装置。
【請求項４】マスクに形成されたパターンの像を感応
基板上に結像投影する投影光学系を備えた投影露光装置
において、前記投影光学系中の前記マスクのパターンに対する光学
的なフーリエ変換面、又はその近傍面に配置され、該フ
ーリエ変換面、又はその近傍面を通過する結像光を選択
的に遮光可能な遮光部材と；前記フーリエ変換面、又は
その近傍面上での結像光の通過領域を変化させるように
前記遮光部材を制御する制御手段とを備えたことを特徴
とする投影露光装置。
【請求項５】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感応基板上に投影露光する露光方法にお
いて、前記投影光学系中の前記マスクのパターンに対する光学
的なフーリエ変換面、又はその近傍面上で、前記投影光
学系の光軸を中心とする円形領域、又は輪帯状領域内に
分布する結像光のみを、前記感応基板に照射する第１露
光工程と；前記フーリエ変換面、又はその近傍面上で前
記円形領域の外側、又は前記輪帯状領域の内側、もしく
は外側の領域に分布する結像光のみを、前記感応基板に
照射する第２露光工程とを含むことを特徴とする露光方
法。
【請求項６】微細なパターンが形成されたマスクを露
光用の照明光で照射して、該マスクのパターンの像を投
影光学系を介して感応基板上に投影露光する露光方法に
おいて、前記マスクに対して前記照明光を複数回に分けて照射す
るとともに、該照射毎に前記投影光学系中の前記マスク
のパターンに対する光学的なフーリエ変換面、又はその
近傍面上での結像光の通過領域を互いに異ならせること
を特徴とする露光方法。