JPH07122469A

JPH07122469A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07122469A
Application number: JP26228893A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-05-12

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の瞳面上の光軸を中心とする
半径ｒ₁の円形透過部ＦＡ及び光軸を中心とする内半径
ｒ₁、外半径ｒ₂の輪帯透過部ＦＢを通過する結像光束
ＬＦａ、ＬＦｂと、その外側の輪帯透過部ＦＣを通過す
る結像光束ＬＦｃとの間の干渉性を低減させる干渉性低
減部材ＣＣＭを瞳面に配置する。さらに、円形透過部Ｆ
Ａの結像光ＬＦａと輪帯透過部ＦＢの結像光ＬＦｂとの
間に（２ｍ＋１）π〔ｒａｄ〕の位相差を与える位相シ
フターを設けることにより、少なくとも２つの結像光束
（ＬＦａ、ＬＦｂ）、ＬＦｃをインコヒーレントな状態
に変換する。

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へて装置内に組み込
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、Ｌ
ａ’、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ＮＡ_W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焦点深度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解像
力と焦点深度とを増大させるものであり、ＳＨＲＩＮＣ
（ＳｕｐｅｒＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙ
ＩｌｌｕｍｉＮａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）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。

【００１０】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、焦
点深度が大きくなるのである。ところが、このＳＨＲＩ
ＮＣ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回折
角度に対してほとんどフランフォーファ回折として発生
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
ンに対して見か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、１
９９１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ｅ
ｐ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】尚、上記のＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法の如く
投影光学系の瞳面でのフィルタリングにより透過率分布
や位相差を変化させ焦点深度を向上する方法は多重焦点
フィルター法として一般に知られている。多重焦点フィ
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５５頁に詳しく述べられている。

【００１４】

【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、例えば２個のコンタクトホ
ールパターンでは、両ホールのリンギング（本来のホー
ル像の周囲に生じる不要なサブピーク）がその中間で加
算されて極めて明るいゴースト像が作り出されるため、
ホール間のフォトレジストに不要な膜べりが生じてしま
い、事実上使用することが困難になることがわかった。

【００１５】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、また露光を第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。

【００１６】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忠実な転写を可能と
し、同時に焦点深度拡大効果が得られる装置を提供する
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では微細なパターンが形成されたマスク（レチ
クルＲ）を露光用の照明光で照射する照明手段（１〜１
４）と、マスクのパターンから発生した光を入射してパ
ターンの像を感光基板（ウェハＷ）上に結像投影する投
影光学系（ＰＬ）とを備えた投影露光装置において、投
影光学系内のマスクに対する光学的フーリエ変換面（Ｆ
ＴＰ）上、又はその近傍面上の光軸を中心とする半径ｒ
₁の円形状の第１領域（ＦＡ）内に分布する結像光と、
光軸を中心とする内半径ｒ₁、外半径ｒ₂の輪帯状の第
２領域（ＦＢ）内に分布する結像光との間に（２ｍ＋
１）π [rad]（ｍは整数）の位相差を与える位相シフト
部材と、光軸を中心とする半径ｒ₂以上の輪帯状の第３
領域（ＦＣ）内に分布する結像光と、第１領域及び第２
領域内に分布する結像光との間の干渉性を低減する干渉
性低減部材とを設けることとした。

【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）、又はその近傍面に干渉性低減部
材を設け、その瞳面内で円形状に分布する結像光と、そ
れ以外の部分に分布する結像光とを互いに干渉し合わな
い状態とする。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つの光束に空間
的に分割され、ウェハ等の被露光体に到達する。これら
の像のうち、円形状に分布する結像光によって作られる
像、すなわち中心の円形透過部（半径ｒ₁の第１領域Ｆ
Ａ）内に分布する結像光と、中間の輪帯透過部（内半径
ｒ₁、外半径ｒ₂の第２領域ＦＢ）内に分布する結像光
とによって作られる像は、円形透過部（ＦＡ）内の結像
光と輪帯透過部（ＦＢ）内の結像光との間の位相が（２
ｍ＋１）π [rad]だけずれているため、２重焦点フィル
ターとしての作用を受ける。もう一方の像は、周辺の輪
帯透過部（半径ｒ₂以上の第３領域ＦＣ）内に分布する
結像光によって作られるが、輪帯透過部（ＦＣ）を透過
した結像光は円形透過部（ＦＡ）及び輪帯透過部（Ｆ
Ｂ）を透過した結像光と干渉し合わない（インコヒーレ
ントである）ために、ウェハ上でも２つの光束は振幅的
に干渉し合うことはない。従って、コンタクトホールパ
ターンの像として、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、ここで全て振幅的に合成（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、全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（ウェハ
表面とベストフォーカス面との光軸方向のずれ）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０．３
６５μｍ）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】以上の原理を模式的に表したものが図６で
ある。図６の横軸は光軸を中心（０）とした瞳の径方向
の距離を表す。図６（Ａ）中のｔｃは瞳の振幅透過率を
表すが、通常の結像では瞳面には位相シフト板や、吸光
物質を置かないので、コンスタントに＋１の振幅透過率
となっている。図６（Ｂ）はウェハに入射する光束の角
度範囲を表し、ｓｉｎθｎ＝ＮＡ（ウェハ側開口数）で
あり、最大値はθｗ、ＮＡｗである。

【００２３】さて、瞳面に位相板等がなく、かつ−θｎ
から＋θｎの入射角度範囲の光がウェハに達するとき、
すなわちベストフォーカス（ΔＦ＝０）状態のときは、
図６（Ｃ）に示すように、レチクル上の一点とウェハ上
の像点との光路長差ΔＬＣＯはウェハへの入射角度又は
その正弦（ｓｉｎ）によらず等しくなる（ΔＬＣＯ＝
０）。一方、ウェハＷがΔＦ＝Ｆだけデフオォーカスす
ると上記の光路長差は入射角度（θ）の正弦に応じて１
／２ΔＦｓｉｎ²θだけ異なってくる。これを図６
（Ｄ）に示す。θ＝０からｓｉｎθ＝ＮＡｗの間にはΔ
ＬＣＦだけの光路差（デフォーカスによる波面収差）が
生じる。この光路差（波面収差）が像のプロファイルを
悪化させる。これがすなわちデフォーカスによる像の劣
化である。

【００２４】一方、図７はいわゆる多重焦点フィルター
の一例として２重焦点フィルターによる結像の原理を模
式的に示すものである。ここでは図７（Ａ）のように２
重焦点フィルターとして瞳面の中心部と周辺部で透過光
の位相をπ〔ｒａｄ〕だけ異ならしめるフィルターを用
いる。すなわちフィルターの振幅透過率は中心（円形領
域）で負、周辺（輪帯領域）で正となるが、この符号関
係は相対的なものであり、正負を反対にしても勿論構わ
ない。振幅透過率が負である領域は、図７（Ｂ）のよう
にウェハへの入射角として、−θ₁＜θ＜θ₁であり、
振幅透過率が正である領域はウェハへの入射角として、
−θｗ＜θ＜θ₁及びθ₁＜θ＜θｗとなる（ｓｉｎθ
₁＝ＮＡ₁とする）。

【００２５】さて、レチクル上の一点からウェハ上の像
点までの光路長差は、図７（Ｃ）のように使用する２重
焦点フィルタのためにベストフォーカス（ΔＦ＝０）に
おいてもΔＬＦＯ＝λ／２だけの光路差を含んでいる。
このため、ベストフォーカス（ΔＦ＝０）における像
は、通常の（２重焦点フィルターを用いない）場合の像
よりもむしろ劣化したものとなる。ところが、ΔＦ＝Ｆ
のデフォーカス状態においては、図７（Ｄ）のように２
重焦点フィルターの位相シフト効果により発生する位相
差ΔＬＦＦを、図６（Ｄ）の通常の光路長差ΔＬＣＦよ
りも少なくすることができる。従って、２重焦点フィル
ターによりある程度デフォーカスした位置での像を改善
できることとなり、焦点深度を増大することができる。

【００２６】尚、上記の説明では片側（正方向）のみの
デフォーカスを考えたが、逆側（負方向）のデフォーカ
スに対しても同様に２重焦点フィルターの効果は表れ
る。逆側のデフォーカスでは、図６（Ｄ）、図７（Ｄ）
共に放物線が上に凸となるが、このとき図６（Ｄ）中で
−ＮＡｗ〜−ＮＡ₁、及びＮＡ₁〜ＮＡｗの間に相当す
る光束は、図７（Ｄ）に示した−ＮＡ₁〜ＮＡ₁の間の
光束より１波長分ずれた（−側）の光束と干渉し、従っ
てΔＦ＝−Ｆの場合も光路差は同様にΔＬＦＦとなる。

【００２７】一方、本発明では図２に示すように、投影
光学系の瞳面（ＦＴＰ）に干渉性低減部材ＣＣＭを設け
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Ｆ
ＴＰにおいて、瞳面ｅｐ内の中心部の円形状透過部ＦＡ
及び中間部の輪帯状透過部ＦＢを透過する光束（それぞ
れＬＦａ、ＬＦｂ）と、周辺部の輪帯状透過部ＦＣを透
過する光束（ＬＦｃ）とが互いに干渉し合わない状態に
制御（変換）される。このため、ウェハＷ上では干渉性
低減部材ＣＣＭの円形状透過部ＦＡ及び中間の輪帯状透
過部ＦＢを透過した光束ＬＦａ、ＬＦｂと、周辺の輪帯
状透過部ＦＣを透過した光束ＬＦｃとは干渉を起こさな
い。その結果、中心透過部ＦＡ及び中間透過部ＦＢから
の光束ＬＦａ、ＬＦｂと周辺透過部ＦＣからの光束ＬＦ
ｃとはそれぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、そ
れぞれホールパターンの像（強度分布）Ｐｒ’を形成す
る。すなわち光束ＬＦａ、ＬＦｂのみの干渉によってウ
ェハＷ上に生成される像と、光束ＬＦｃ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。

【００２８】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ｓｉｎ（ψ／２）をもつものとす
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＞ｓｉｎ（ψ／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、図４、及び図５を参照して説明する。図３は本発明
で用いる瞳フィルターとしての干渉性低減部材ＣＣＭの
平面図及び振幅透過率を表す。

【００２９】前述の如く中心の半径ｒ₁の円形透過部Ｆ
Ａ、及び中間の内半径ｒ₁、外半径ｒ₂の輪帯状透過部
ＦＢに対して、周辺の内半径ｒ₂、外半径ｒ₃(投影光学
系のウェハ側開口数ＮＡに相当する）の輪帯状透過部Ｆ
Ｃには、上記透過部ＦＡ、ＦＢの各透過光との干渉性を
低減する部材が設けられている。従って、透過部ＦＡ、
ＦＢと透過部ＦＣとの振幅透過率を同一の座標上に表す
ことはあまり意味がない。なぜなら、２つの透過部Ｆ
Ａ、ＦＢの各透過光（ＬＦａ、ＬＦｂ）と透過部ＦＣの
透過光（ＬＦｃ）とは、振幅的に合成（干渉）し合うこ
とがないからである。従って図３では、（Ｂ）、（Ｃ）
のように夫々の振幅透過率を別々に、｜ａ＞（ケット
ａ）、及び｜ｂ＞（ケットｂ）として表した。この｜ａ
＞、｜ｂ＞は互いに干渉しない光を意味する。

【００３０】｜ａ＞（透過部ＦＡとＦＢの振幅透過率）
については、本発明では両部の透過光に（２ｍ＋１）π
〔ｒａｄ〕の位相差を与える位相シフト部材を用いるの
で、中央部（ＦＡ）と中間部（ＦＢ）とでは逆符号とな
る。図３（Ｂ）中では中心を負とし、中間を正とした
が、この符号関係は相対的なものなので、正負を逆の関
係にしても構わない。また、図３（Ｃ）に示すように、
周辺の輪帯透過部ＦＣの振幅透過率はここでは正とした
が、この値はその絶対値が１であればどのようなもので
あっても良い、また、図３（Ｃ）の振幅透過率と図３
（Ｂ）の振幅透過率とは全く無関係なものである。

【００３１】図５の如く、周辺の輪帯透過部ＦＣを通る
光束ＬＦｃ内での振幅合成では、光束ＬＦｃのウェハへ
の入射角度θは輪帯透過部ＦＣの半径ｒ₂、ｒ₃に対応
してθ₂＜θ＜θ₃の範囲となるので、ΔＦ＝Ｆのとき
の光路長差ΔＬは図５（Ｄ）のようにΔＬｂＦ＝１／２
Ｆ（ｓｉｎ²θ₃−ｓｉｎ²θ₂）となる。勿論、ΔＦ
＝０では、図５（Ｃ）のように光路長差ΔＬｂＯは０で
ある。

【００３２】一方、図４の如く中心透過部ＦＡ、及び中
間透過部ＦＢの透過光ＬＦａ、ＬＦｂによる像（振幅
合成）は、透過率分布｜ａ＞が前述の２重焦点フィルタ
ーと同様になっている。従って、ベストフォーカスΔＦ
＝０においても、図４（Ｃ）のようにΔＬａＯ＝λ／２
の光路長差を生じるが、ΔＦ＝Ｆのデフォーカス時には
光路長差が図４（Ｄ）のようにΔＬａＦ程度となり、デ
フォーカス時（ΔＦ＝±Ｆ）の方が波面収差が少ない、
すなわちプロファイルの良い像が得られることになる。

【００３３】第１の光束ＬＦａ及びＬＦｂと第２の光束
ＬＦｃとは互いには干渉し合わないので、光束ＬＦａ、
ＬＦｂのみの干渉による像Ｐｒ'₁と、光束ＬＦｃ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Δ
ＬｂＦ、ΔＬａＯ、ΔＬａＦのみに起因する。これらの
光路長差のうち、ΔＬｂＦ、ΔＬａＦについては、図
４、図５より明らかなように、従来のΔＦ＝Ｆのデフォ
ーカス時の光路長差ΔＬＣＦ＝１／２Ｆ（ＮＡｗ)² よ
り小さく、またΔＬａＯ＝λ／２については２重焦点フ
ィルター用の光路長差であり、一概に像を悪化させるも
のではない。

【００３４】この結果、本発明では同一量のデフォーカ
ス時において、従来の結像より光路長差を少なくするこ
とができ、すなわちより大きな焦点深度を得ることがで
きるようになる。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変
換する手法を、以後ＳＦＩＮＣＳ（ＳｐａｔｉａｌＦｉ
ｌｔｅｒｆｏｒＩＮＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｅａ
ｍ）法と呼ぶことにする。

【００３５】また本発明によると、前述のような従来の
２重焦点フィルター、あるいは３重焦点フィルターのみ
の使用時に問題となるリンギングも、全く問題がなくな
るが、この作用については実施例中で詳しく述べる。

【００３６】

【実施例】図８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８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。もちろんｉ線以外の波長、あるいは複数の波長を使
用してもよく、また光源自体もレーザー等でもよい。図
中、偏光制御部材６は本発明の実施形態によっては使用
するものであり、詳しくは後述する。

【００３７】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１１の矩形の開口部を均一な照度分
布で照射する。図８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１
１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。

【００３８】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、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、
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。図８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が、
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ＡＸ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。
尚、レチクルＲのパターン面とフライアイレンズ７の射
出側面とが、集光レンズ系１０、レンズ系１２、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ことは言うまでもない。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）／ＮＡ
ｒ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。本発明で
は、そのσ値がどのような値であってもよく、極端な場
合σ＝０．１〜０．３程度であってもよい。

【００３９】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、その内に微小
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。

【００４０】図８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８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。そして、投影光学系
ＰＬ内のフーリエ変換面ＦＴＰには、先の図２、図３で
説明した干渉性低減部材ＣＣＭが設けられる。この干渉
性低減部材ＣＣＭは、瞳ｅｐの最大径をカバーする直径
を有し、スライダー機構２０によって光路外へ退出した
り、光路内に進入したりすることができる。仮りにその
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、干渉性低減部材ＣＣＭは投
影光学系ＰＬ内に固定しておいてもよい。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。そ
のため、干渉性低減部材ＣＣＭは投影光学系ＰＬの瞳ｅ
ｐ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。ここで、干渉
性低減部材ＣＣＭの挿脱に伴う投影光学系ＰＬの結像特
性の変動を防止するために、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、干渉性低減部材
ＣＣＭと同等の光学厚さを持つ光学部材（例えば平行平
板ガラス）を、干渉性低減部材ＣＣＭの代わりに瞳ｅｐ
に配置するとよい。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
ための円形開口絞り（ＮＡ可変絞り）を設けることもあ
る。この場合、その開口絞りと干渉性低減部材ＣＣＭ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。

【００４１】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）す
るウェハステージＷＳＴ上に保持される。ウェハステー
ジＷＳＴのＸＹ移動、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２
２、スライダー機構２０等は、主制御ユニット２５から
の指令で動作する。主制御ユニット２５は、さらにシャ
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、又は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スライダー機構２０の
動作、開口駆動ユニット２７の動作等を統括的に制御
し、絞り８、レチクルブラインド１１の各開口寸法、及
び干渉性低減部材ＣＣＭの要、不要を、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。

【００４２】ここで図８中の投影光学系ＰＬの一部分の
構造を、図９を参照して説明する。図９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、干渉性低減部材ＣＣ
Ｍの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。ま
た、干渉性低減部材ＣＣＭ、及びスライダー機構２０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２
０Ｂ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。スライダー機構２０に
は、回転モータ、ペンシリンダー、ソレノイド等のアク
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、干渉性低減部材ＣＣＭ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、スライダー機構２０、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、スライダー機構２０
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。

【００４３】図１０は干渉性低減部材ＣＣＭの第１の実
施例による構造を示し、（Ａ）は光軸ＡＸを通る点での
断面図、（Ｂ）は平面図である。さて、図８中の光源
（水銀ランプ１）からの光はランダムな偏光状態（種々
の偏光状態の光の合成された光であり、かつその偏光状
態が時間と共に変化する）であるとともに、そのコヒー
レント長ΔＬｃは極めて短い。今、照明光をｉ線とし
て、中心波長λ₀＝３６５ｎｍ、波長幅Δλ＝５ｎｍで
あると、コヒーレント長ΔＬｃは以下のように求まる。

【００４４】ΔＬｃ＝λ₀ ²／Δλ≒２６μｍ図１０に示す干渉性低減部材ＣＣＭは、紫外線に対して
高い透過率を有する透明平行平板上に、中心ＣＣから半
径ｒ₂の円形領域ＦＡ及びＦＢに厚さｈ₁の平行平板状
の透過物体を貼りつけたものである。このとき、貼りつ
ける透過物体の屈折率をｎ₁とすると、厚さｈ₁は、
（ｎ₁−１）ｈ₁≧ΔＬｃ（コヒーレント長）を満たす
ようにする。すると、透過部ＦＡ、ＦＢの各透過光と、
透過部ＦＣの透過光との間には（ｎ−１）ｈ₁、すなわ
ちコヒーレント長ΔＬｃ以上の光路差が与えられ、両光
束相互間の可干渉性が消失する。透過物体はガラスや石
英、蛍石等であり、屈折率ｎ₁は１．５程度なので、厚
さｈ₁は５２μｍ以上であれば良い。

【００４５】さらに中心透過部ＦＡには、中間透過部Ｆ
Ｂの透過光との間に（２ｍ＋１）π〔ｒａｄ〕の位相差
を与える位相シフターを付加する。これはＳｉＯ₂等の
薄膜を蒸着、スパッター、ＣＶＤ等で形成したものであ
る。位相シフターの屈折率をｎ₂とすれば、厚さｄは
（ｎ₂−１）ｄ＝（ｍ＋１／２）λ₀、（λ₀＝０．３
６５μｍ）とすればよい。屈折率ｎ₂が１．５程度であ
れば、例えばｍ＝０としたとき、厚さｄはｄ＝０．３６
５μｍとすればよい。

【００４６】厚さｄはｍ＝１、２、３‥‥に対応してよ
り厚くすることも可能ではあるが、位相シフターとして
の薄膜の材質による光の吸収の問題が生じてしまう等の
問題があるので、実用上はｍ＝０、１、２程度に対応し
た厚さとする方が良い。同様に、透過部ＦＡ、ＦＢに付
加する透過平行平板の厚さｈ₁も、あまり厚いと吸収や
幾何光学的な収差への悪影響を生じるので、必要以上に
厚くすることは得策ではない。

【００４７】また、図１０に示した例の変形として、平
行平板状である基板自体を加工して、透過部ＦＡ及びＦ
Ｂに凸部又は凹部の段差を与えてもよい。この場合も段
差ｈ ₁'（すなわち透過部ＦＡ、ＦＢと透過部ＦＣの厚さ
の段）は基板の屈折率をｎ₀として、（ｎ₀−１）ｈ₁'
≧ΔＬｃとする。図１１は干渉性低減部材の第２の実施
例を示す。図１１の例では、中心の円形透過部ＦＡ及び
中間の輪帯透過部ＦＢに別の平行平板を貼り付ける代わ
りに、その透過部ＦＡ、ＦＢにイオン打ち込み法等によ
って部分的に他より屈折率の高い領域を作る。この部分
の屈折率をｎ₃、他の部分の屈折率をｎ₀とし、かつ深
さをｈ₂とすれば、（ｎ₃−ｎ₀）ｈ₂≧ΔＬｃであれ
ば、透過部ＦＣの透過光と他の透過部ＦＡ、ＦＢの透過
光との間の干渉性は消失する。この例でも、中心の透過
部ＦＡには厚さｄの位相シフターを設けた。厚さｄの条
件は図１０の例と同様である。

【００４８】図１２は干渉性低減部材ＣＣＭの第３の実
施例による構成を示す。本実施例は、顕微鏡による試料
観察用のプレパラートのカバーガラス、高分子による薄
膜（ペリクル）、又はアクリル薄板等のような薄い透明
基板（厚さｈ₃)の一部を図１２（Ｂ）に示すようにくり
抜いたものであり、くり抜き部が周辺の透過部ＦＣにあ
たる。図１２では、中心の円形透過部ＦＡ及び中間の輪
帯透過部ＦＢを一体に保持するために、何本かの支柱ｅ
によって透過部ＦＡ、ＦＢと透過部ＦＣの外形を規定す
る外枠とを結合させておく。薄い透明基板の厚さを
ｈ₃、屈折率をｎ₅としたとき、（ｎ₅−１）ｈ₃≧Δ
Ｌｃであれば、透過部ＦＡ、ＦＢの各透過光と透過部Ｆ
Ｃの透過光との間の干渉性は消失する。尚、この例でも
中心の透過部ＦＡには厚さｄの位相シフターを付加す
る。支柱ｅは遮光性であるのが望ましいが、透過性であ
ってもその支柱部の面積は小さいため、結像性能への悪
影響はほとんどなく、金属膜等を付けて遮光部にしてし
まうこともできる。

【００４９】尚、図１２の例では干渉性低減部材ＣＣＭ
の厚さｈ₃を薄くする（≒５２μｍ程度）ことができる
ので、干渉性低減部材ＣＣＭ等の平行平板を瞳面に設け
ることを前提にせずに設計、製造されている従来の投影
光学系に挿入しても、干渉性低減部材ＣＣＭにより発生
する幾何光学的な諸収差を少なく押さえるこができる。
一方、図１０、図１１に示したように、ある程度厚さ
（基板の厚さ）のある干渉性低減部材ＣＣＭでは、投影
光学系として瞳面に平行平板を備えて使用することを前
提として設計、製造されたものを用いることとなる。こ
の場合には逆に、瞳面から干渉性低減部材ＣＣＭを除い
た状態では幾何光学的な諸収差が悪化するので、コンタ
クトホール等以外の工程で使用する場合には干渉性低減
部材ＣＣＭを光学系から取り除き、代わりにほぼ同様の
厚さの平行平板を挿入するとよい。

【００５０】以上の各実施例では、干渉性低減部材とし
て光束間に時間的なコヒーレント長以上の光路差を与え
る部材を用いたが、他の方式の部材を用いてもよい。図
１３は別の方式による干渉性低減部材の構成を示す第４
の実施例であって、図１３（Ａ）、（Ｂ）は夫々断面図
及び平面図を示す。中心透過部ＦＡと中間透過部ＦＢと
は、図１３（Ｃ）に示すように周辺透過部ＦＣに対して
直交する方向の直線偏光のみを透過する偏光板で構成
し、透過部ＦＣの透過光は透過部ＦＡ、ＦＢの透過光の
直線偏光方向と直交する。偏光方向の直交する直線偏光
同士は互いに干渉し合わないので、このように偏光特性
を制御することでも、両光束の干渉性を解消（低減）す
ることができる。

【００５１】尚、図１３（Ａ）の如くこの場合も中心透
過部ＦＡには厚さｄの位相シフト部材を設ける。これに
よって、透過部ＦＡと透過部ＦＢとが２重焦点フィルタ
ーを形成することは、これまでの実施例と全く同様であ
る。また、厚さｄの条件も前述と同様である。あるい
は、図１３（Ａ）の位相シフターを廃止し、その代わり
に透過部ＦＡ、ＦＢの各偏光板の厚さ自体を異ならせ
て、（２ｍ＋１）π〔ｒａｄ〕の位相差を与えてもよ
い。

【００５２】また、図１３の例の偏光板による干渉性低
減部材ＣＣＭよりもウェハ側に１／４波長板（λ／４
板）を設けて、上記２つの直交する直線偏光を、互いに
逆回転の円偏光に変えてしまってもよい。この場合に
も、互いに逆回転の円偏光は干渉し合わないので、偏光
板と１／４波長板とを組み合わせた干渉性低減部材とし
て用いることができる。このとき、１／４波長板の軸方
向（屈折率の高い方向）は、前述した直交する２偏光の
両者の偏光方向に対して４５°ずれた方向としておく。

【００５３】以上の偏光板を用いる実施例では、投影光
学系ＰＬ中の干渉性低減部材ＣＣＭが偏光板で構成され
ているために、投影光学系ＰＬを透過すべき本来の光量
のうち半分の光量は干渉性低減部材ＣＣＭとしての偏光
板に吸収されることになる。これは露光パワーの低下も
意味するが、投影光学系内に熱（吸収した露光光のエネ
ルギー）が蓄積することとなり、光学系や硝材の安定性
という点で問題となる。

【００５４】そこで、この熱の問題（露光パワーの損
失）を解決する実施例を図１４、１５、１６、１７を参
照して説明する。本実施例では、照明光ＩＬＢの偏光特
性が重要になるので、まずそのことから説明する。図１
４は照明光学系中に設ける偏光制御部材６（図８）のい
くつかの実施例を示したものである。図１４（Ａ）は偏
光制御部材６として偏光板６Ａを用いる例であり、ラン
ダム偏光である水銀ランプ１からの入射光は特定の直線
偏光となって射出される。図１４（Ｂ）は偏光制御部材
６として偏光板６Ａと１／４波長板６Ｂとを組み合わせ
た例を示す。このときも、ランダム偏光である入射光
は、偏光板６Ａによって先ず直線偏光にされ、次に１／
４波長板６Ｂにより、右回り、又は左回りのいずれか一
方の円偏光となって射出される。このときも１／４波長
板６Ｂの軸方向は偏光板６Ａからの直線偏光を円偏光に
変換する軸方向としておく。また光源からの光束（入射
光束）自体が、直線偏光の場合、例えばレーザ光源を使
用した場合には、レチクルＲに達する照明光ＩＬＢは偏
光制御部材６は設けなくても直線偏光となっている。し
かしながら、後述する投影光学系内の偏光状態制御部材
の構成によっては、図１４（Ｃ）に示す如く、１／４波
長板６Ｂのみを偏光制御部材６として設けて、円偏光に
しておくとよい。この場合の１／４波長板６Ｂの軸方向
も上述した通りに設定される。

【００５５】さて、図１４に示したような偏光制御部材
６を用いてレチクルＲへの照明光ＩＬＢの偏光特性を揃
えておくと、コンタクトホールパターンを透過、回折し
て、投影光学系ＰＬ中の干渉性低減部材ＣＣＭに達する
結像光束も特定の直線偏光、又は円偏光に揃った状態と
なっている。そこで照明光ＩＬＢが、例えば図１４
（Ａ）のように直線偏光に揃っている場合に好適な干渉
性低減部材ＣＣＭの構造を第５の実施例として図１５に
示す。図１５（Ａ）は干渉性低減部材ＣＣＭとして１／
２波長板を使用する例である。図１５（Ａ）は干渉性低
減部材ＣＣＭに入射する直前の光（照明光ＩＬＢ）の偏
光状態を示し、ここでは同図中で上下方向に電場の振動
面をもつ直線偏光であるものとする。図１５（Ｂ）は干
渉性低減部材ＣＣＭの平面構造を示し、中心の円形透過
部ＦＡ及び中間の輪帯透過部ＦＢは１／２波長板で構成
され、周辺の輪帯透過部ＦＣは透過部ＦＡ、ＦＢ（１／
２波長板）とほぼ同等の厚さ（光学的厚さ）を持った通
常の透明板（例えば石英）である。また、円形透過部Ｆ
Ａには厚さｄの位相シフター（λ／２シフター）が設け
られており、厚さｄの条件は図１０の例と同様である。
図１５の干渉性低減部材ＣＣＭを通過した直後の光の偏
光状態は図１５（Ｃ）に示すように、中心の円形透過部
ＦＡ及び中間の輪帯透過部ＦＢの部分の偏光状態が左右
方向（但し、向きは逆）の直線偏光に変換され、周辺の
輪帯透過部ＦＣの部分では偏光状態は何ら変化しない。
このため、先の第１の実施例と同様に結像光束を互いに
干渉し合わない偏光状態に分けることができる。ここ
で、透過部ＦＡ、ＦＢとしての１／２波長板の軸方向
（面内の回転）は、入射する直線偏光の方向をそれと直
交する方向に変換する軸方向に設定されるが、１／２波
長板の軸方向と照明光ＩＬＢの偏光方向とを最適化する
ように、干渉性低減部材ＣＣＭと偏光制御部材６とを面
内で回転方向に相対的に調整できるようにしてもよい。

【００５６】あるいは干渉性低減部材ＣＣＭとして、中
心の円形透過部ＦＡ及び中間の輪帯透過部ＦＢと周辺の
輪帯透過部ＦＣとを共に１／４波長板（ほぼ同一厚）で
構成してもよい。この場合も入射する光束は図１５
（Ａ）のように全て直線偏光なので、各透過部（ＦＡ、
ＦＢ）、及びＦＣの１／４波長板の軸方向を入射光束の
偏光状態に対して互いに逆方向の円偏光となるように最
適化することにより、中心の円形透過部ＦＡ及び中間の
輪帯透過部ＦＢを通過した光束は右回りの円偏光に、周
辺の輪帯透過部ＦＣを通過した光束は左回りの円偏光に
変換でき、互いに偏光状態の異なる（干渉し合わない）
光束を得ることができる。この場合も、上述の実施例と
同様に干渉性低減部材ＣＣＭとしての１／４波長板の軸
方向に合わせて、照明光ＩＬＢの偏光方向を偏光制御部
材６により調整できるようにしておくとよい。尚、図１
５（Ｂ）に示した中心の円形透過部ＦＡ及び中間の輪帯
透過部ＦＢとしての１／２波長板は、水晶等の旋光物質
に代えてもよく、その場合でも全く同様に直線偏光の方
向を変換することができる。

【００５７】また、上記の１／２波長板又は１／４波長
板を用いる実施例に対しては、照明光は直線偏光ではな
くて、図１４（Ｂ）、（Ｃ）のような円偏光を用いるこ
ともできる。すなわち、円偏光は図１５（Ｂ）の如き干
渉性低減部材によって円形透過部ＦＡ及び輪帯透過部Ｆ
Ｂの透過光は逆回りの円偏光に変換され、周辺の輪帯透
過部ＦＣの透過光は元の円偏光のままである。あるいは
透過部ＦＡ、ＦＢと透過部ＦＣとを軸方向の異なる１／
４波長板とする例でも、入射する円偏光は夫々直交する
直線偏光に変換され、やはり互いに干渉し合わない２つ
の光束に分割される。また、入射光束（照明光ＩＬＢ）
が円偏光であると、１／２波長板や１／４波長板の軸方
向を照明光の偏光特性に合わせて回転調整する必要がな
くなるので好都合である。

【００５８】以上のように、図１４に示した偏光制御部
材６と図１５に示した干渉性低減部材ＣＣＭを用いる
と、先に述べたような偏光板を用いた干渉性低減部材Ｃ
ＣＭでの露光エネルギーの吸収の問題がなくなり、投影
光学系ＰＬ内での熱蓄積が押さえられる点で極めて好都
合である。しかしながら、今度は照明光学系中で照明光
ＩＬＢを１つの偏光状態に揃えることに伴う光量損失
（半分以上）が問題点として残る。そこで、照明光の光
量損失を低減させた照明系の一例を、図１６を参照して
説明する。図１６の系は、図１４中の偏光制御部材６の
代わりに設けられるものである。

【００５９】まず、図１６（Ａ）において入射光束は２
つの偏光ビームスプリッター６Ｃ、６Ｄによって分割、
合成される。すなわち、１番目の偏光ビームスプリッタ
ー６ＣではＰ偏光（紙面内上下方向の偏光）成分が透過
して２番目の偏光ビームスプリッター６Ｄも透過して直
進する。一方、ビームスプリッター６Ｃで分割されたＳ
偏光（紙面と垂直な方向の偏光）成分はミラー６Ｅ、６
Ｆを介してビームスプリッター６Ｄで合成され、Ｐ偏光
成分と同軸になって進む。このとき、ミラー６Ｅ、６Ｆ
の光路によってＰ偏光とＳ偏光とに光路差としてほぼ２
×ｄ₁を与える。従って、入射光束の時間的コヒーレン
ト長ΔＬｃが２ｄ₁よりも短かければ、合成後のＰ偏光
成分とＳ偏光成分とは、偏光方向が相補的であることの
他に時間的にもインコヒーレント（非可干渉）になる。
これら２つの偏光成分を持った照明光が使われ、かつ干
渉性低減部材ＣＣＭとして図１５（Ｂ）のものが使われ
ると、図１７（Ａ）に示す通り、干渉性低減部材ＣＣＭ
に入射するＰ偏光成分（例えば白ヌキの矢印方向）とＳ
偏光成分（例えば黒ヌリ矢印方向）は、それぞれ図１７
（Ｃ）のように干渉性低減部材ＣＣＭを透過した後では
互いに干渉し合わない４つの光束となる。すなわち、中
心の円形透過部ＦＡ及び中間の輪帯透過部ＦＢ（１／２
波長板）では元の偏光方向が９０°だけ回転させられ
る。この４つの光束はそれぞれ偏光方向が異なるととも
に、透過部ＦＡ、ＦＢと透過部ＦＣとで偏光方向が同一
であっても時間的にインコヒーレントであるために干渉
し合うことはない。すなわち、透過部ＦＡ、ＦＢを通過
したＳ偏光成分はＰ偏光成分に変換され、透過部ＦＣを
通過したＰ偏光成分と同一偏光方向となるが、その２つ
の光は時間的にインコヒーレントであるので干渉しな
い。もし、図１６（Ａ）のような構成の偏光制御部材か
らの照明光を用いないと、図１７中のＰ偏光とＳ偏光は
時間的にはコヒーレントのままであるため、干渉性低減
部材ＣＣＭを透過した後の各光束も偏光方向が同じであ
れば互いに干渉し合うこととなり、本発明の効果は薄ら
ぐ。図１６（Ａ）に示した系は合成すべき２つの偏光成
分の光路長差を大きくとることができるので、比較的に
時間的コヒーレント長の長い光源、例えば狭帯化したレ
ーザ光源等に適している。

【００６０】尚、レーザ光源として直線偏光を使用する
場合は、あえて図１６（Ａ）の構成の偏光制御手段を用
いなくても、本発明の効果を得ることができる。ただ
し、直線偏光のレーザ光源に対して図１６（Ａ）の如き
偏光制御手段を用いると、照明光を時間的にインコヒー
レントな２つの光束とすることができるため、レーザ光
源使用時に問題となるスペックルや干渉縞（照度ムラ）
を低減することができるという効果がある。この場合、
図１６（Ａ）の１段目のビームスプリッター６Ｃに入射
する直線偏光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ−６
Ｃに対して図１６（Ａ）に示すように、Ｐ偏光方向とＳ
偏光方向との中間（両者から４５°方向）の偏光方向Ｌ
ＰＬとするとよい。

【００６１】ところで、光源が水銀ランプのように比較
的大きなスペクトル幅を有する光源の場合にはその時間
的コヒーレント長は短いので、図１６（Ｂ）のような簡
単な部材を図８中の偏光制御部材６として用いることが
できる。この部材は石英等の透明平行平板６Ｇの表面に
偏光反射膜６Ｈを付け、裏面に金属等で全反射膜６Ｊを
付けたもので、水銀ランプからのコリメートされた光束
を所定角度で反射するように配置される。このとき、水
銀ランプからのランダム偏光の入射光のうち、Ｓ偏光成
分（紙面と垂直な方向）は表面の膜６Ｈで反射され、Ｐ
偏光成分は表面の膜６Ｈ、平行平板６Ｇを透過して裏面
の膜６Ｊで反射され、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とにはほ
ぼ平行平板６Ｇの厚さ（光学的厚さ）のほぼ２倍に相当
する光路差が与えられる。例えば水銀ランプからのｉ線
の場合、前述の如くコヒーレント長ΔＬｃは２６μｍ程
度となる。従って、十分に薄い平行平板６Ｇ（例えば１
ｍｍ厚程度）であっても、時間的コヒーレンスを消すた
めに十分な光路長差を与えることができる。

【００６２】また、別の実施例として図１６（Ａ）、又
は（Ｂ）の系の射出側に１／４波長板を設けて２つの直
線偏光を、互いに逆方向の円偏光に変換してもよい。こ
のとき、図１７（Ｂ）の干渉性低減部材ＣＣＭを透過し
た後の光束は同様に、４つの互いに干渉し合わない光束
に分割される。そしてそれらは互いに時間的に干渉し合
わないか、逆回りの円偏光であるために干渉し合わない
かのいずれかになっている。

【００６３】尚、以上の１／２波長板、又は１／４波長
板を用いる干渉性低減部材の実施例中での説明を省略し
たが、ここでも当然に中心の円形透過部ＦＡと中間の輪
帯透過部ＦＢとの透過光の間に（２ｍ＋１）π〔ｒａ
ｄ〕の位相差を与える位相シフターを設ける。また、以
上のいずれの実施例でも位相シフターは中心透過部ＦＡ
に設けるとしたが、位相差は相対的なものなので、位相
シフターを中間の輪帯透過部ＦＢに設けても全く同様の
効果が得られる。

【００６４】また、１／２波長板、１／４波長板を用い
る実施例については、図１５、１７の構成のように中心
透過部ＦＡ及び輪帯透過部ＦＢに、あるいは周辺透過部
ＦＣにも１／２ないし１／４波長板を基板となる透明板
に貼り付ける構成としてもよい。また、以上の全ての実
施例において中心の円形透過部ＦＡの半径及び中間の輪
帯透過部ＦＢの内半径をｒ₁、中間の輪帯透過部ＦＢの
外半径及び周辺の輪帯透過部ＦＣの内半径をｒ₂とした
が、半径ｒ₁、ｒ₂はｒ₁＝α・ｒ₃（但し、０．２５
≦α≦０．３０）、ｒ₂＝β・ｒ₃（但し、０．６０≦
β≦０．８０）であるものとする。この理由については
後述する。また、半径ｒ₃は投影光学系の実効的な最大
開口数（ＮＡｗ）に相当する値となる。ところで、図８
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よい。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。さらに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。

【００６５】そこで、等倍のミラープロジェクション方
式のアライナーに本発明を適用した場合を図１８、１９
を参照して説明する。図１８において、水銀ランプ（Ｘ
ｅ−Ｈｇ）ランプ１からの照明光は照明光学系ＩＬＳを
介してレチクル（マスク）Ｒ上で円弧スリット状の照明
領域内に投射される。レチクルＲは１次元走査可能なレ
チクルステージＲＳＴに保持され、ウェハステージＷＳ
Ｔと同期して同一速度で移動する。投影光学系はレチク
ル側とウェハ側の夫々に反射面ＭＲ₁、ＭＲ₄を有する
台形状の光学ブロックと、大きな凹面ミラーＭＲ₂と小
さな凸面ミラーＭＲ₃とで構成され、凸面ミラーＭＲ₃
の曲率半径に対して凹面ミラーＭＲ₂の曲率半径は約２
倍に設定されている。この図２１のような系の場合、凸
面ミラーＭＲ₃の表面がレチクルパターン面（又はウェ
ハ面）に対するフーリエ変換面ＦＴＰに一致しているこ
とが多い。

【００６６】このとき、レチクルＲ上の点Ｐｒから発生
した結像光束は主光線ＬＬＰに沿って、反射面ＭＲ₁、
凹面ミラーＭＲ₂の上側、凸面ミラーＭＲ₃の全面、凹
面ミラーＭＲ₂の下側、及び反射面ＭＲ₄の順に進み、
ウェハＷ上の点Ｐｒ’に収斂する。このように凸面ミラ
ーＭＲ₃の表面が系の瞳面となっているときでも、今ま
で述べてきた各実施例で使用した干渉性低減部材ＣＣＭ
がそのまま、あるいは若干の変形によって同様に用いる
ことができる。

【００６７】具体的には、図１９（Ａ）に示すように干
渉性低減部材ＣＣＭを凸面ミラーＭＲ₃の直近に配置
し、凹面ミラーＭＲ₂から凸面ミラーＭＲ₃へ入射して
くるときと、凸面ミラーＭＲ₃から凹面ミラーＭＲ₂へ
射出していくときとの２回（往復）の光路で、中心の円
形透過部ＦＡ及び中間の輪帯透過部ＦＢを通った光束と
周辺の輪帯透過部ＦＣを通った光束とがコヒーレント長
ΔＬｃ以上の光路長差をもつように構成すればよい。あ
るいは図１９（Ｂ）に示すように、フーリエ変換面とな
っている凸面ミラーＭＲ₃'の表面に所定の半径（面積）
で微小な段差を設け、その段差の上面部と下面部とが反
射光束に対してコヒーレント長ΔＬｃ以上の光路長差
（段差量の２倍）を与えるようにしてもよい。この場
合、その段差はミラーＭＲ₃'と一体に形成されることも
あるが、いずれにしろその段差部分が干渉性低減部材Ｃ
ＣＭに相当する。尚、図１９（Ｂ）に示した凸面ミラー
ＭＲ₃'の表面に形成する段差部は透過物体（薄膜）とし
てもよい。その場合、凸面ミラーＭＲの表面とその透過
物体（透過部ＦＡに相当）の表面との段差、すなわち透
過物体の厚みｄは、屈折率ｎの透過物体中を光束が往復
することにより生じる光路長差２（ｎ−１）ｄがコヒー
レント長ΔＬｃよりも大きくなるように定められる。

【００６８】また、透過部ＦＡ，ＦＢ、ＦＣのいずれか
に１／２波長板や１／４波長板を組み合わせ、偏光状態
を制御する場合は往復の光路で２倍の偏光作用を受ける
ことを考慮して１／２波長板は１／４波長板に、１／４
波長板は１／８波長板にそれぞれ変更する必要がある。
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、
ＣＣＭ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、干渉性低減部材ＣＣＭ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。

【００６９】また、以上の各実施例において、干渉性低
減部材ＣＣＭを透過部材として使用する場合には、その
界面（表面）に反射防止コートを施しておくとよい。以
上、本発明の各実施例のうち、光束（照明光ＩＬＢ）の
時間的なコヒーレント長ΔＬｃ以上の光路差を与える方
式の干渉性低減部材ＣＣＭによって分割された結像光束
間の光路長差は、従来のＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法で与え
られる光路長差（１／２波長〜数波長分）と比べて格段
に大きなものとなる。さらにＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法で
は、投影光学系の瞳面に配置されたフィルター（複素振
幅透過率）を通った結像光束の全てがウェハＷ上で干渉
（振幅合成）することにより変わりはなく、本発明とＳ
ｕｐｅｒＦＬＥＸ法とは原理的に全く異なるものであ
る。その原理的な違いによって、本発明においてはＳｕ
ｐｅｒＦＬＥＸ法で得られなかった新たな効果が得ら
れる。このことについては、以下で述べるシミュレーシ
ョンを参考にして説明する。

【００７０】尚、本発明で用いる干渉性低減部材ＣＣＭ
は、瞳面を通る結像光束（コンタクトホールパターンの
場合、ほぼ一様に分布する）を瞳の径方向で複数部分に
分割し、各部分光束間の干渉性を低減させる目的のため
のみに作用する。従って各実施例で用いた干渉性低減部
材ＣＣＭには、各部分光束によって互いに独立に結像し
た複数の像（Ｐｒ'₁、Ｐｒ'₂等）の夫々のベストフォー
カス位置（焦点位置）を、投影光学系の光軸ＡＸ方向に
相互にずらす効果、すなわちある種の球面収差を与える
効果は全くない。

【００７１】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。以下のシミュレーションでは、光学系の条件とし
て露光波長はｉ線（波長：０．３６５μｍ）、投影光学
系の開口数はＮＡ＝０．５７、照明光学系のσ値（コヒ
ーレンスファクター）は０．６であるものとした。ま
た、レチクルパターンとしては図２０（Ａ）、（Ｂ）に
示した近接した２個のコンタクトホールパターンを用い
るものとし、各ホールパターンの大きさはウェハ上換算
で０．３０μｍ角、ホールパターンの間隔はウェハ上換
算でそれぞれ中心間距離が０．７５μｍ（図２０
（Ａ))、１．０５μｍ（図２０（Ｂ))であるものとす
る。

【００７２】図２１（Ａ）は、本発明による図２０
（Ａ）に示したコンタクトホールパターンのＡ−Ａ’断
面におけるウェハ上での像強度分布を示し、図２１
（Ｂ）は、図２０（Ｂ）に示したコンタクトホールパタ
ーンのＢ−Ｂ’断面におけるウェハ上での像強度分布を
示す。図２１（Ａ）、（Ｂ）では、実線はベストフォー
カス位置での強度分布を表し、一点鎖線は±１μｍのデ
フォーカス位置での強度分布を表し、二点鎖線は±２μ
ｍのデフォーカス位置での強度分布を表している。ま
た、図２１（Ａ）、（Ｂ）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（溶解）させるのに必要な
露光光強度を表している。従って、同図中でこの強度値
Ｅthのもとでの光学像のスライス幅が、ウェハ上に形成
されるホールパターンの径になると考えられる。尚、図
２１（Ａ）、（Ｂ）中の光学像のゲイン（像強度分布の
縦方向の倍率）は、強度値Ｅthのもとでの光学像のスラ
イス幅がベストフォーカス位置での像強度分布（実線）
で０．０３μｍ（設計値）となるように定めている。ま
た、前述のシミュレーションに用いた本発明による瞳フ
ィルターは、中心の円形透過部ＦＡの半径及び中間の輪
帯透過部ＦＢの内半径ｒ₁と、中間の輪帯透過部ＦＢの
外半径及び周辺の輪帯透過部ＦＣの内半径ｒ₂とをそれ
ぞれ投影光学系ＰＬの瞳面半径（実効的な最大開口数に
相当）ｒ₃に対して、ｒ₁＝０．２８×ｒ₃、ｒ₂＝
０．７４×ｒ₃とした。

【００７３】図２１（Ａ）、（Ｂ）に示す通り本発明に
よる瞳フィルターでは、ベストフォーカス位置での像
（実線）と±１μｍのデフォーカス位置での像（一点鎖
線）とがほとんど重なっている、すなわち焦点深度が十
分に大きくなっている。従って、大きな焦点深度でコン
タクトホールパターンを投影露光することが可能であ
る。また、図２０（Ａ）の如き比較的近接した２個のホ
ールパターンに対しても十分な分離能力（解像力）があ
り、かつリンギング（本来のホール像の周囲に生じる不
要なサブピーク）がなく両ホール間に明ピークが生じな
い、すなわち不要なホールパターンがフォトレジストに
転写されることがないという利点が得られる。一方、図
２０（Ｂ）の如きある程度離れて並ぶ２個のホールパタ
ーンでも、同様に両ホール間に不要なホールパターン
（明ピーク）が生じることはない。

【００７４】図２２は比較のために、従来の通常露光で
のシミュレーション結果を示したものであり、図２２
（Ａ）は図２０（Ａ）のパターンの光学像、図２２
（Ｂ）は図２０（Ｂ）のパターンの光学像を示してい
る。図２３でのシミュレーション条件（λ、ＮＡ、σ、
ホールパターン、フォーカス位置）は全て図２１と同様
である。図２２（Ａ）、（Ｂ）では、瞳フィルター及び
ＦＬＥＸ法を用いないため、共に±１μｍのデフォーカ
ス位置（１点鎖線）での像はベストフォーカス位置での
像（実線）に比べて大きく劣化している。従って、通常
の結像方法では十分な焦点深度が得られないことがわか
る。

【００７５】図２３も比較のために、通常露光にＦＬＥ
Ｘ法を適用した場合でのシミュレーション結果を示した
ものである。図２３でのシミュレーション条件は図２
１、図２２と全く同様であるが、ＦＬＥＸ法は光軸方向
に関して離散的な３点の各々で露光を行うものとし、そ
の間隔は各１．５μｍとした。図２３（Ａ）、（Ｂ）に
示すように、通常露光とＦＬＥＸ法との併用でも±１μ
ｍのデフォーカス位置での像（一点鎖線）をベストフォ
ーカス位置での像（実線）に近づけること、すなわち焦
点深度を増大することは可能ではある。しかしながら、
図２０（Ｂ）の如きある程度離れて並ぶホールパターン
の像（図２３（Ｂ))では両ホールは完全に分離するが、
それよりも近接した図２０（Ａ）のホールパターンの像
（図２３（Ａ))では両ホールの分離が十分でなく、両ホ
ールがつながって形成されてしまう恐れがある。これ
は、図２３（Ａ）中のホール間の像強度がＥth／２に近
づいているためである。尚、図２１〜図２５中のＥth／
２は、ポジ型フォトレジストで膜ベリが生じ始める露光
量にほぼ対応しているものとする。従って、単なるＦＬ
ＥＸ法では、両ホールの中間のフォトレジストが膜ベリ
を起こしてしまう可能性がある。これに対して、前述の
本発明による像（図２１）では両ホールの中間部の光量
は十分に小さく膜ベリの心配は全くない。

【００７６】図２４、図２５は比較のために、従来の２
重焦点型瞳フィルター（位相差フィルター）、一例とし
てＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法でのシミュレーション結果を
示したものである。図２４、図２５ではシミュレーショ
ン条件は全て図２１〜図２３と同様であるが、瞳フィル
ターとしては瞳中心部（例えば光軸を中心とした半径ｒ
₁の円形領域内）に分布する結像光と、その周辺部（例
えば内半径ｒ₁、外半径が投影光学系の最大開口数に相
当する瞳面の最大径となる輪帯領域内）に分布する結像
光とにπ〔rad]の位相差を与える２重焦点フィルターを
用いるものとした。また、図２４ではｒ₁＝０．４×ｒ
₃、図２５ではｒ₁＝０．３×ｒ₃とした。但し、ｒ₃
は瞳面半径、すなわち投影光学系の開口数ＮＡに相当す
る。

【００７７】図２４（Ａ）、（Ｂ）では共に焦点深度は
十分に大きくなっている、すなわちベストフォーカス位
置での像（実線）と±１μｍのデフォーカス位置での像
（一点鎖線）とがほとんど重なっているが、本来のホー
ル像の周囲に生じる不要なサブピーク（リンギング）は
非常に大きくなっている。特に図２０（Ｂ）の如きある
程度離れて並ぶホールパターンの像（図２４（Ｂ))で
は、両ホールのリンギングがその中間で加算されて極め
て明るいゴースト像を作り出してしまう。このため、両
ホール間に不要なホールパターンが誤転写されることと
なり、このような瞳フィルターは実際には使用すること
ができない。一方、図２５（Ａ）、（Ｂ）では、図２４
の場合に比べて半径ｒ₁の値が小さくなっているので、
図２４よりもリンギングが多少小さくなるが、その一方
で焦点深度は減少する、すなわちベストフォーカス位置
での像（実線）と±１μｍのデフォーカス位置での像
（一点鎖線）との差が大きくなり、実用上十分な焦点深
度を得ることができない。

【００７８】以上のように、従来提案されている二重焦
点フィルター（位相差フィルター）においては、半径ｒ
₁の値によって焦点深度とリンギングとが大きく変動す
るが、どちらも良好とするような半径ｒ₁の最適化は不
可能である。これに対して本発明においては、既に図２
１に示した通り十分大きな焦点深度を持ちながらリンギ
ングも十分小さく、かつ近接したホールパターンの分離
能力も高いといった、極めて優れた投影露光装置を実現
することができる。

【００７９】ところで、本発明による瞳フィルター（Ｃ
ＣＭ）の各透過部の半径ｒ₁、ｒ₂は、前述の実施例
（シミュレーション）での値、すなわちｒ₁＝０．２８
×ｒ₃、ｒ₂＝０．７４×ｒ₃にのみ限定されるもので
はなく、ｒ₁＝α・ｒ₃、ｒ₂＝β・ｒ₃としたとき、
α、βが０．２５≦α≦０．３０、０．６０≦β≦０．
８０なる範囲であれば、前述の実施例と全く同様に良好
な結像性能が得られる。すなわち十分な焦点深度拡大効
果が得られるとともに、比較的近接した２個のホールパ
ターンでも高い分離能力（解像力）があり、かつ両ホー
ル間に不要なホールパターンが転写されることがない。

【００８０】また、前述の実施例（シミュレーション）
では、レチクル上のコンタクトホールパターンとしてウ
ェハ上換算で０．３μｍ角（又は径）のパターン、すな
わち１／５縮小系ならレチクル上では１．５μｍ角（又
は径）を、ウェハ上で０．３μｍ角に転写するものとし
たが、レチクルパターンのサイズは必ずしもウェハ上換
算で所望のサイズでなくてもよい。例えば、ウェハ上換
算で０．４μｍ角となるレチクル上の２μｍ角のホール
パターンがウェハ上で０．３μｍ角となるように、露光
量を調整して転写してもよい。

【００８１】さらに本発明による投影露光装置に、例え
ば特開平４−１３６８５４号公報、特開平４−１６２０
３９号公報に開示された、いわゆるハーフトーン型位相
シフトレチクルやエッジ強調型位相シフトレチクル等を
併用して露光を行うようにしても良い。また、本発明に
よる投影露光装置において前述したＦＬＥＸ法を併用し
て露光を行うようにしても良い。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コンタク
トホールパターンの転写に際して十分な焦点深度が得ら
れるのみでなく、比較的近接して並ぶ複数のコンタクト
ホールパターンの分離能力（解像度）が高く、かつある
程度離れて並ぶコンタクトホール間に不要な誤転写を生
じない、すなわちリンギングの小さな投影露光装置を実
現することができる。

【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】本発明の投影露光装置に使用する干渉性低減部
材の原理的な構成を説明する図。

【図４】図３の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理を説明する図。

【図５】図３の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理を説明する図。

【図６】従来の投影露光法における焦点深度の考え方を
説明する図。

【図７】従来の２重焦点フィルターにおける焦点深度の
考え方を説明する図。

【図８】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。

【図９】投影光学系の一部の構造を詳細に示す断面図。

【図１０】本発明の第１の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭの構成を示す図。

【図１１】本発明の第２の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭの構成を示す図。

【図１２】本発明の第３の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭの構成を示す図。

【図１３】本発明の第４の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭの構成を示す図。

【図１４】本発明の実施例に適用される照明光学系の一
部の変形例を示す図。

【図１５】本発明の第５の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭの構成とその作用を説明する図。

【図１６】偏光方向を制御した照明光学系の一部の構成
を示す図。

【図１７】図１５の第５の実施例による干渉性低減部材
ＣＣＭと図１６の照明光学系とを組み合わせたときの状
態を示す図。

【図１８】本発明の各実施例が適用されるミラープロジ
ェクション方式のアライナーの構成を示す図。

【図１９】図１８のアライナーに、本発明の各実施例に
よる干渉性低減部材ＣＣＭを適用した様子を示す図。

【図２０】（Ａ）はレチクル上で比較的近接した２個の
ホールパターンの様子を示す図、（Ｂ）はレチクル上で
ある程度離れた２個のホールパターンの様子を示す図。

【図２１】複数のホールパターンに対する本発明による
効果を像強度分布としてシミュレーションしたグラフ。

【図２２】複数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ミュレーションし
たグラフ。

【図２３】複数のホールパターンに対する従来の通常露
光法とＦＬＥＸ法との併用による効果を像強度分布とし
てシミュレーションしたグラフ。

【図２４】複数のホールパターンに対する従来の２重焦
点型フィルター（ＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法）による効果
を像強度分布としてシミュレーションしたグラフ。

【図２５】複数のホールパターンに対する従来の２重焦
点型フィルター（ＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法）による効果
を像強度分布としてシミュレーションしたグラフ。

【符号の説明】

Ｒ・・・レチクルＷ・・・ウェハＰＬ・・・投影光学系ＦＴＰ・・・フーリエ変換面（瞳面）ＡＸ・・・光軸ＰＡ・・・ホールパターンＣＣＭ・・・干渉性低減部材ＦＡ・・・円形状透過部ＦＢ・・・輪帯状透過部ＩＬＢ・・・照明光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/207 Ｈ 9122−2Ｈ 7/26 ５１１ 7124−2Ｈ 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５２８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細なパターンが形成されたマスクを露光
用の照明光で照射する照明手段と、前記マスクのパター
ンから発生した光を入射して前記パターンの像を感光基
板上に結像投影する投影光学系とを備えた投影露光装置
において、前記投影光学系内の前記マスクに対する光学的フーリエ
変換面上、又はその近傍面上の光軸を中心とする半径ｒ
₁の円形状の第１領域内に分布する結像光と、前記光軸
を中心とする内半径ｒ₁、外半径ｒ₂の輪帯状の第２領
域内に分布する結像光との間に（２ｍ＋１）π [rad]
（ｍは整数）の位相差を与える位相シフト部材と；前記
光軸を中心とする半径ｒ₂以上の輪帯状の第３領域内に
分布する結像光と、前記第１領域及び第２領域内に分布
する結像光との間の干渉性を低減する干渉性低減部材と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記干渉性低減部材として、前記第１領域
及び第２領域内に分布する結像光と、前記第３領域内に
分布する結像光との間に時間的コヒーレント長以上の光
路差を与える時間的コヒーレンス低減部材を用いること
を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記干渉性低減部材として、前記第１領域
及び第２領域内に分布する結像光と、前記第３領域内に
分布する結像光との間の偏光状態を互いに異ならせる偏
光状態制御部材を用い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】前記半径ｒ₁、ｒ₂は、前記投影光学系の
前記フーリエ変換面の半径をｒ₃とすると、ｒ₁＝α・ｒ₃ （０．２５≦α≦０．３０）ｒ₂＝β・ｒ₃ （０．６０≦β≦０．８０）なる関係を満足するように定めたことを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載の投影露光装置。