JPH07142361A

JPH07142361A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07142361A
Application number: JP29183793A
Authority: JP
Inventors: Koichi Matsumoto; 宏一松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】従来技術よりも深い焦点深度で孤立的なパタ
ーンを感光基板上に投影露光する。【構成】幅Ｌ２角の正方形の開口パターン３２内で、
幅Ｌ１角の正方形の領域３３とそれ以外の領域３４とで
位相反転を行うフォトマスクのパターン像を露光する投
影光学系の瞳面付近に、半径Ｒ２の円形の領域１８と内
半径Ｒ２で外半径Ｒ１の輪帯状の領域１９とで位相反転
を行う瞳フィルタ１６を設置する。各パラメータを、次
の範囲に設定する。１．４＜Ｌ２／Ｌ１＜１．６（１）０．４＜（Ｒ２／Ｒ１）²＜０．６（２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＵＬＳＩ等の半
導体素子や液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程に
て製造する際に、フォトレジストを塗布したウエハ又は
ガラス基板等の感光基板上にフォトマスク等のパターン
像を露光するために使用して好適な投影露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等を製造す
る際に、フォトマスク又はレチクル（以下、「フォトマ
スク」と総称する）のパターン像を投影光学系を介して
感光基板上に露光する投影露光装置が使用されている。
最近、半導体素子等の集積度が益々向上するのに伴い、
投影露光装置においてもより解像度を向上することが求
められている。しかしながら、例えば単に投影光学系の
開口数（ＮＡ）を大きくして解像度を高める方法では、
焦点深度が開口数の自乗に反比例して狭くなるため、限
界がある。そこで、最近は高い解像度を得ると同時に大
きな焦点深度を得るための技術の開発が進められてい
る。

【０００３】例えば第１の従来技術として、特開平４−
１７９２１３号公報に開示されている瞳フィルタ法があ
る。これは投影光学系の瞳面（フーリエ変換面）に部分
的な位相反転等を行う瞳フィルタを配置して、結像性能
の向上を図るものである。このように瞳フィルタを用い
る方法は、特にコンタクトホールパターンのように孤立
的なパターンを露光する場合に対して有効である。

【０００４】次に、第２の従来技術として、特公昭６２
−５０８１１号公報に開示されている所謂位相シフトマ
スク法がある。これは、フォトマスク上の開口パターン
の一部に位相部材を配置し、透過光の位相を部分的に反
転又は移相させるものである。この位相シフトマスク法
は周期的なパターンに対しても有効であるが、孤立的な
パターンを露光する場合には、エッジ強調型位相シフト
マスク等を使用する方法が有効である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、コンタクトホールパターン等のように、暗い
視野中に孤立した明るいパターンが存在する孤立的なパ
ターンを感光基板上に露光する際の結像性能の内で、特
に焦点深度に着目した場合、それぞれその技術で到達で
きる焦点深度には自ずから限界が存在している。即ち、
第１の従来技術又は第２の従来技術を単独で用いたので
は、焦点深度が十分でない場合があり、感光基板の凹凸
等の程度によってはフォトマスクのパターン像の全体は
高い解像度で露光されない場合があるという不都合があ
った。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、従来技術よりも
深い焦点深度で孤立的なパターンを感光基板上に投影露
光できる投影露光装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１及び図９に示す如く、開口パターン
（３２）内の第１のパターン領域（３３）及び残りの第
２のパターン領域（３４）を通過する照明光の間の位相
を反転させる位相部材が形成されたフォトマスク（Ｒ）
を照明する照明光学系（１〜１４）と、フォトマスク
（Ｒ）のパターンの像を感光基板（Ｗ）上に投影露光す
る投影光学系（ＰＬ）とを有する投影露光装置であっ
て、投影光学系（ＰＬ）の瞳面又はこの瞳面の近傍の所
定の面上に、フォトマスク（Ｒ）の開口パターン（３
２）内で位相が異なる部分（３３，３４）の間の面積比
に応じた面積比で第１の光束通過領域（１８）及び第２
の光束通過領域（１９）を設定し、その所定の面上に第
１の光束通過領域（１８）及び第２の光束通過領域（１
９）を通過する結像光束間の位相を反転する瞳フィルタ
（１６）を配置したものである。

【０００８】この場合、その投影露光装置において、投
影光学系（ＰＬ）によるフォトマスク（Ｒ）の像面と感
光基板（Ｗ）の露光面とを投影光学系（ＰＬ）の光軸方
向に相対的に移動させる相対移動手段（２２）を設け、
フォトマスク（Ｒ）のパターンの像を感光基板（Ｗ）上
に投影露光している際に、相対移動手段（２２）を介し
てその像面と感光基板（Ｗ）の露光面とを投影光学系
（ＰＬ）の光軸方向に相対的に移動させるようにしても
よい。

【０００９】また、その投影露光装置において、その像
面と感光基板（Ｗ）の露光面とが光軸方向に相対移動し
ない状態で露光を行う場合には、例えば図１に示すよう
に、フォトマスク上の開口パターン（３２）を一辺の幅
がＬ２の正方形パターンとして、この正方形パターン中
で第１のパターン領域（３３）を一辺の幅がＬ１の正方
形領域としたとき、先ず次の条件を満足させることが望
ましい。

【００１０】１．４＜Ｌ２／Ｌ１＜１．６（１）これと共に、瞳フィルタ（１６）の第１の光束通過領域
（１８）を半径Ｒ２の円形領域として、第２の光束通過
領域（１９）を内半径Ｒ２で外半径Ｒ１の輪帯領域とし
たとき、更に次の条件を満たすことが望ましい。０．４＜（Ｒ２／Ｒ１）²＜０．６（２）

【００１１】

【作用】斯かる本発明の投影露光装置は、エッジ強調型
位相シフトマスクを用いる位相シフトマスクと瞳フィル
タとを最適な条件で併用するものである。即ち、単に位
相シフトマスクと瞳フィルタとを併用するのではなく、
互いの条件を最適化することにより、より深い焦点深度
を得るようにするものである。先ず、エッジ強調型位相
シフトマスクの焦点深度拡大効果を確認する。

【００１２】図１（ａ）は、エッジ強調型位相シフトマ
スクの一部を拡大して示し、この図１（ａ）に示すよう
に、クロム等の遮光部３１に正方形の開口パターン３２
が形成され、開口パターン３２内の中央部の正方形の第
１の領域３３とその周囲の第２の領域３４の何れか一方
に位相シフタが配置されている。そして、領域３３と領
域３４との間でそれらを通過する照明光の位相が互いに
π（又は（２ｎ＋１）π、ｎは整数）だけ異なってい
る。ここで、領域３３の１辺の長さをＬ１、領域３４の
外部の輪郭の１辺の長さ（即ち、開口パターン３２の１
辺の長さ）をＬ２とし、照明光の波長（露光波長）を
λ、投影光学系（ＰＬ）の開口数をＮＡとして、長さＬ
１を次のように仮定する。

【００１３】Ｌ１＝０．５×λ／ＮＡ（３）なお、この（３）式のパラメータとして、現在実用的な
機種の中で最も進んでいる投影露光装置で使用されてい
る代表的な値を使用するものとすると、露光波長λはｉ
線の波長である０．３６５μｍ、開口数ＮＡは０．５７
となる。このとき、長さＬ１の値は約０．３２μｍとな
り、実際のデバイスに当てはめた場合に６４Ｍビットの
ＤＲＡＭのパターンのサイズにほぼ等しくなる。

【００１４】次に、Ｌ２／Ｌ１をパラメータとして、通
常の瞳フィルタを使用しない投影光学系（ＰＬ）を用い
た場合の投影像の光強度（像強度）の分布を計算する。
また、照明光学系の開口数と投影光学系の開口数との
比、即ちコヒーレンスファクタ（σ値）については、σ
＝０とした。図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ｆ）〜
（ｊ）は、その像強度分布をパラメータ（Ｌ２／Ｌ１）
について１．０から１．９まで０．１ステップで計算し
た結果を示す。図２及び図３において、横軸は投影光学
系（ＰＬ）の光軸に垂直な方向のＸ座標を、λ／ＮＡで
正規化し、且つ投影像の中心の座標を０として示したも
のである。また、図２及び図３において、縦軸は投影光
学系（ＰＬ）の光軸に平行な方向のＺ座標を、λ／｛２
（ＮＡ）²}で正規化し、且つベストフォーカス面の座標
を０として示したものであり、像強度分布が、最大強度
を１として０．１ステップの等強度線で表されている。

【００１５】例えば、図２（ｃ）において、点Ｐ１は像
強度が１（最大強度）の点、最小の楕円Ｃ１は像強度が
０．９の等強度線、最大の楕円Ｃ２は像強度が０．１の
等強度線を示す。そして、本願では、投影像の中心位置
（Ｘ座標が０の位置）において、像強度が最大強度から
１０％低下した部分のＺ座標の差分、即ち図２（ｃ）の
場合では楕円Ｃ１で示すように、Ｘ座標が０の位置で像
強度が０．９となるＺ座標の差分δＺ₁を焦点深度とみ
なす。

【００１６】図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ｆ）より、
Ｌ２／Ｌ１の値が１．５までは、Ｌ２／Ｌ１の値が大き
くなるにつれて、像強度分布は縦方向（Ｚ方向）に長く
伸びて、焦点深度が大きくなっていくことが分かる。し
かし、図３（ｇ）〜（ｊ）より、Ｌ２／Ｌ１の値が１．
６を超えると、二重焦点状態となってしまうことが分か
る。投影像と感光基板（Ｗ）の露光面とを投影光学系
（ＰＬ）の光軸方向に相対的に静止させている通常の露
光方法では、このような二重焦点状態は好ましくなく、
最も焦点深度が深くなるときのパラメータＬ２／Ｌ１の
値は約１．５近傍であった。しかしながら、後述のよう
に投影像と感光基板（Ｗ）の露光面とを光軸方向に相対
的に移動させて露光を行う方式では、そのような二重焦
点状態は却って好都合である場合もある。

【００１７】次に、図１（ａ）のようなエッジ強調型位
相シフトマスクのパターン像を投影する際に、瞳フィル
タ法を併用することを考える。図１（ｂ）に示すよう
に、投影光学系（ＰＬ）の瞳の最大半径をＲ１とする
と、一例として、投影光学系（ＰＬ）の瞳面付近に設置
される瞳フィルタ（１６）は、半径Ｒ２（＜Ｒ１）の円
形の領域１８と、領域１８と同心円状で且つ内半径Ｒ２
で外半径Ｒ１の輪帯状の領域１９との何れか一方の領域
に位相反転膜を被着したものとなる。即ち、瞳フィルタ
（１６）は、領域１８と領域１９との間でそれらを通過
する照明光の位相が互いにπ（又は（２ｍ＋１）π、ｍ
は整数）だけ異なるように構成されている。

【００１８】そして、図１（ａ）のエッジ強調型位相シ
フトマスクのパラメータＬ１／Ｌ２の値を、ここでは
１．４７とし、且つ長さＬ１を（３）式で表し、瞳フィ
ルタ（１６）について（Ｒ２／Ｒ１)²をパラメータαと
して像強度分布を計算した結果を図４及び図５に示す。
図４（ａ）〜（ｅ）及び図５（ｆ）〜（ｊ）は、その像
強度分布をパラメータα（＝（Ｒ２／Ｒ１)²）について
０．１から１．０まで０．１ステップで計算した結果を
示す。図４及び図５においては、図２及び図３と同様
に、横軸はλ／ＮＡで正規化したＸ座標、縦軸はλ／
｛２（ＮＡ）²}で正規化したＺ座標であり、像強度分布
が、最大強度を１として０．１ステップの等強度線で表
されている。

【００１９】例えば、図４（ｃ）において、点Ｐ２は像
強度が１（最大強度）の点、小さい楕円Ｃ３は像強度が
０．９の等強度線、最大の楕円Ｃ４は像強度が０．１の
等強度線を示す。そして、投影像の中心位置（Ｘ座標が
０の位置）において像強度が最大強度から１０％低下し
た点のＺ座標の差分である焦点深度はδＺ₂となってい
る。また、周辺の像強度が０．１の小さい楕円状の分布
Ｃ５及びＣ６等はリンギング（干渉）による像を示して
いる。

【００２０】図４及び図５より、パラメータαの値の変
化により焦点深度が大きく変化することが分かる。そし
て、図４（ｅ）に示すように、α＝０．５付近で焦点深
度が最大となり、図５（ｆ）〜（ｉ）に示すように、α
の値が０．６〜０．９の範囲では二重焦点状態となって
いる。また、図５（ｊ）に示すα＝１．０（即ちＲ１＝
Ｒ２）の状態は、図１（ｂ）の瞳フィルタ（１６）の全
面を通過した照明光の位相が一定の場合であり、図５
（ｊ）（α＝１．０）と図４（ｅ）（α＝０．５）との
相違は瞳フィルタ（１６）の作用に基づくものである。

【００２１】上述の計算結果をまとめると、図２及び図
３は、エッジ強調型位相シフトマスクを単独で使用した
場合の焦点深度を示し、図４及び図５は、エッジ強調型
位相シフトマスクと瞳フィルタとを併用した場合の相乗
効果による焦点深度を示す。ここで、本来ならば通常の
フォトマスクに対して瞳フィルタを使用した場合の焦点
深度も計算すべきであるが、図４及び図５に比較して、
焦点深度が浅いことが明らかなので省略する。

【００２２】また、図４（ｅ）に示すように、α＝０．
５付近で焦点深度が最大となっているが、パラメータα
の値を０．５としたときの瞳フィルタ（１６）は、投影
光学系の瞳面内において位相が０の領域と位相がπの領
域との面積が等しいことになる。図１（ｂ）の場合を例
に取ると、α＝０．５、即ちＲ２／Ｒ１＝（０．５）
^1/2のときには、領域１８と領域１９との面積が等しく
なる。

【００２３】そして、通常のフォトマスクのコンタクト
ホールパターンの像を瞳フィルタ（１６）を介して投影
する場合、回折光がほぼ一定振幅で、投影光学系の瞳面
の全面に拡がるため、領域１８と領域１９との面積が等
しい場合には、領域１８と領域１９とを合わせた瞳面全
体を透過した光の振幅の積分値はほぼ０となる。これ
は、ベストフォーカス面上の投影像の強度がほぼ０であ
る事を示しており、その上下に所定の光強度分布のある
二重焦点状態になっていることが分かる。従って、これ
からも通常のフォトマスクに対して瞳フィルタを使用し
た場合の焦点深度の拡大作用が本発明より小さいことが
分かる。

【００２４】これに対して、本発明では、エッジ強調型
位相シフトマスクと瞳フィルタとを併用し、且つ図４
（ｅ）で示すようにＬ２／Ｌ１＝１．４７で且つα＝
０．５の場合のように、特性を定めるパラメータの組み
合せを最適化することにより、極端に長い焦点深度を得
たものである。即ち、図１（ａ）のようなエッジ強調型
位相シフトマスクと図１（ｂ）のような瞳フィルタとを
併用する場合、最適なパラメータの組み合せは、エッジ
強調型位相シフトマスクについてはＬ２／Ｌ１の値が
１．４７となり、瞳フィルタについてはα、即ち（Ｒ２
／Ｒ１）² の値が０．５となる組み合せである。しかし
ながら、実際にはそれら２つのパラメータについては、
上述の（１）式及び（２）式の条件が満たされていれ
ば、従来例と比べて十分に長い焦点深度が得られる。そ
して、Ｌ２／Ｌ１の値が（１）式の下限より小さくなる
と、エッジ強調型位相シフトマスクの効果は無くなり、
また、Ｌ２／Ｌ１の値が（１）式の上限を超えると二重
焦点状態になってしまう。

【００２５】一方、瞳フィルタについても、（Ｒ２／Ｒ
１）² の値が（２）式の下限より小さくなると、瞳フィ
ルタの効果は無くなり、また、（Ｒ２／Ｒ１）² の値が
（２）式の上限を超えると二重焦点状態になってしま
う。更に、瞳フィルタに関しては図１（ｂ）に示すよう
な２相型の、即ち２つの領域１８，１９からなる瞳フィ
ルタを使用する限りにおいては、上述のようにＲ１／Ｒ
２の値は（０．５）^1/2付近が望ましいが、例えば図８
（ｂ）に示すような３相型以上の多相型の瞳フィルタを
使用する場合には、最適な条件は（２）式とは異なった
ものとなる。例えばエッジ強調型位相シフトマスクにお
ける位相反転部間の面積比が設定されると、２相型又は
３相型以上の瞳フィルタについては、その設定された面
積比に応じて位相反転部間の面積比を最適化することに
なる。

【００２６】また、これまでの説明は、露光中の感光基
板（Ｗ）と投影像とが相対的に静止しているものと仮定
していた。しかし、最近、露光中に例えば感光基板を投
影光学系（ＰＬ）の光軸方向（フォーカス方向）に移動
することにより、感光基板の露光面と投影像とを相対的
に移動させる所謂フレックス法（ＦＬＥＸ法）が提案さ
れている。そこで、エッジ強調型位相シフトマスクと瞳
フィルタとを併用した上に、更にそのフレックス法を適
用して、露光中に感光基板（Ｗ）の露光面と投影光学系
（ＰＬ）の像面とをフォーカス方向に相対移動させる。

【００２７】この場合、感光基板（Ｗ）の露光面とその
像面とがフォーカス方向に相対移動するので、（１）式
及び（２）式に示した条件に拘束される必要がなくな
る。つまり、図５（ｆ）〜（ｉ）に示すような二重焦点
状態であっても、フレックス法を更に適用することによ
り、極めて深い焦点深度の光強度分布のもとで静止状態
で露光する場合と同様に露光を行うことができる。しか
も、フレックス法を適用する際には、却って二重焦点状
態の方が結果としてより大きな焦点深度が得られること
になる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。図９は、本実施例の投
影露光装置の概略構成を示し、この図９において、水銀
ランプ１から射出された露光光は、楕円鏡２で反射され
た後、インプットレンズ４、所定の波長帯の光を選択し
て通過させる第１のフィルタ板５及び第２のフィルタ板
６を経てフライアイレンズ７に入射する。楕円鏡２の第
２焦点の近傍に露光光の照射及び遮断を切り換えるため
のシャッタ３を配置し、装置全体の動作を制御する主制
御系２３が駆動装置２４を介してシャッタ３の開閉を行
う。

【００２９】フライアイレンズ７の後側（フォトマスク
側）焦点面に、露光光用の開口絞り（以下、「σ絞り」
という）８が配置され、σ絞り８内の多数の２次光源か
らの露光光が、ミラー９で反射された後、第１のリレー
レンズ１０、可変視野絞り（レチクルブラインド）１
１、第２のリレーレンズ１２、ミラー１３及びコンデン
サーレンズ１４を介して、フォトマスクＲのパターン領
域を均一な照度で照明する。この場合、可変視野絞り１
１の配置面はフォトマスクＲのパターン形成面と共役で
あり、σ絞り８の配置面は、投影光学系ＰＬの瞳面（フ
ォトマスクＲのパターン領域のフーリエ変換面）ＦＴＰ
と共役である。主制御系２３が、駆動装置２５を介して
σ絞り８及び可変視野絞り１１の開口部の形状を所定の
形状に設定する。

【００３０】また、フォトマスクＲをレチクルステージ
ＲＳＴ上に保持し、レチクルステージＲＳＴの近傍にレ
チクルリーダ２６を配置する。図示省略されたレチクル
ローダ系によりフォトマスクＲをレチクルステージＲＳ
Ｔ上にロードする際に、フォトマスクＲ上に形成された
レチクル情報（バーコード等）をレチクルリーダ２６で
読み取り、読み取ったフォトマスク情報を主制御系２３
に供給する。これにより、主制御系２３は、現在レチク
ルステージＲＳＴ上に保持されているフォトマスクＲの
内容（パターンの種類、パターンの最小線幅、エッジ強
調型位相シフトマスクか否かの識別情報等）を認識する
ことができる。

【００３１】コンデンサーレンズ１４から射出される露
光光ＩＬＢのもとで、フォトマスクＲのパターン像が投
影光学系ＰＬを介してフォトレジストが塗布されたウエ
ハＷ上に投影露光される。ウエハＷはウエハステージＷ
ＳＴ上に載置され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷ
を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で位置
決めするＸＹステージ、及びウエハＷを光軸ＡＸに平行
なＺ方向に位置決めするＺステージ等より構成されてい
る。主制御系２３が、駆動装置２２を介してウエハステ
ージＷＳＴの動作を制御することにより、ウエハＷの所
望のショット領域が投影光学系ＰＬの露光フィールド内
に位置決めされると共に、そのショット領域の投影光学
系ＰＬの光軸方向の位置（フォーカス位置）が投影光学
系ＰＬによる結像面の位置に設定される。

【００３２】また、本例では、投影光学系ＰＬの瞳面Ｆ
ＴＰ（即ち、フォトマスクＲのパターン形成面に対する
フーリエ変換面）の近傍に、必要に応じて第１の瞳フィ
ルタ１５または第２の瞳フィルタ１６を配置する。交換
装置２１が、主制御系２３からの指令に応じてその瞳面
ＦＴＰの近傍に第１の瞳フィルタ１５又は第２の瞳フィ
ルタ１６を配置する。第１の瞳フィルタ１５は、単なる
ガラスプレート（石英等の素ガラス）であり、同じく円
板上のガラスプレートからなる第２の瞳フィルタ１６の
下面には、小さな円形の領域に当該領域を透過する光の
位相を、それ以外の領域を透過する光に比較してπだけ
変える薄膜（例えばＳＯＧ）１７が被着されている。

【００３３】この場合、第１の瞳フィルタ１５は、特に
瞳面ＦＴＰ内での位相変化を必要としない通常のフォト
マスクの露光を行う際に用いられるものであり、第２の
瞳フィルタ１６はフォトマスクＲとしてエッジ強調型位
相シフトマスクが用いられる場合に設置されるものであ
る。次に、フォトマスクＲとしてエッジ強調型位相シフ
トマスクを使用する場合につき説明する。この場合、フ
ォトマスクＲには、図１（ａ）に示すように、クロム膜
等の遮光膜３１内に長さＬ１角の正方形の開口パターン
３２が形成され、開口パターン３２の中央部の長さＬ２
（＜Ｌ１）角の正方形の領域３３と、それ以外の枠状の
領域３４とで、それらを透過する露光光ＩＬＢの位相が
反転するように構成されている。その開口パターン３２
は、コンタクトホールパターンのような孤立的パターン
に相当するパターンである。そして、パラメータＬ２／
Ｌ１の値を次の（４）式の範囲に設定する。

【００３４】１．４＜Ｌ２／Ｌ１＜１．６（４）図６はそのような位相シフトマスクの構成例を示し、フ
ォトマスクＲの透明基板３５上に遮光膜３１が被着さ
れ、遮光膜３１内の開口パターンの輪郭部近傍に枠状に
位相シフタ３６が被着されている。その位相シフタ３６
により、開口パターンの中央部の領域３３を通過する露
光光と周囲の領域３４を通過する露光光との間にπの位
相差が付与されている。

【００３５】また、図７はそのような位相シフトマスク
の別の構成例を示し、フォトマスクＲの透明基板３５上
に遮光膜３１が被着され、遮光膜３１内の開口パターン
の中央部に正方形状に位相シフタ３７が被着されてい
る。その位相シフタ３７により、開口パターンの中央部
の領域３３を通過する露光光と周囲の領域３４を通過す
る露光光との間にπの位相差が付与されている。

【００３６】これに対して、図１（ｂ）は本実施例の瞳
フィルタ１６を示し、この図１（ｂ）において、半径Ｒ
１は図９の投影光学系ＰＬの瞳半径（不図示の開口絞り
の半径）と等しく、図９の薄膜１７により瞳フィルタ１
６の全面が半径Ｒ２（≦Ｒ１）の円形の領域１８と、そ
れ以外の内半径Ｒ２で外半径Ｒ１の輪帯状の領域１９と
に分離されている。そして、薄膜１７の作用により、領
域１８を通過する露光光と領域１９を通過する露光光と
の間にπの位相差が付与されている。また、（Ｒ２／Ｒ
１）²をパラメータαとして、このパラメータαの値を
次の範囲に設定する。

【００３７】０．４＜（Ｒ２／Ｒ１）²＜０．６（５）そして、（４）式及び（５）式の条件を満たした状態
で、且つウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方
向）に固定した状態で、フォトマスクＲのパターン像を
投影光学系ＰＬを介してウエハＷの各ショット領域に投
影露光する。これにより、極めて深い焦点深度で露光が
行われるため、ウエハＷの露光面に凹凸がある場合で
も、フォトマスクＲの前部のパターンが高い解像度で露
光される。なお、なお、より望ましいパラメータの設定
方法は、図１（ａ）についてＬ２／Ｌ１の値を１．４７
として、図１（ｂ）について（Ｒ２／Ｒ１）²の値を
０．５に設定することである。

【００３８】次に、ウエハＷへの露光中に、図９のウエ
ハステージＷＳＴ中のＺステージを駆動して、ウエハＷ
の露光面を投影光学系ＰＬの結像面に対して相対移動さ
せる所謂フレックス法を使用してもよい。このようにフ
レックス法を使用する場合には、パラメータの最適な条
件は（４）式及び（５）式よりも広くなる。フレックス
法を使用する場合には、却って二重焦点状態の方が望ま
しい場合もあるが、二重焦点状態を得るためには、例え
ばパラメータＬ２／Ｌ１について（４）式の上限を超え
るように設定するか、又はパラメータ（Ｒ２／Ｒ１）²
について（５）式の上限を超えるように設定すればよ
い。

【００３９】また、フレックス法を適用するためには、
例えばフォトマスクＲ側を投影光学系ＰＬの光軸方向に
移動させるか、又は露光光ＩＬＢの波長を所定範囲で変
更させることにより、ウエハＷの露光面と像面とを相対
移動させてもよい。なお、エッジ強調型位相シフトマス
クとしては、図８（ａ）に示すようなフォトマスクを使
用してもよい。この図８（ａ）において、フォトマスク
の透明基板上の遮光膜３１内に、矩形の開口パターン３
８を囲むように４個の細長い開口パターン３９Ａ〜３９
Ｄが形成されている。そして、中央の開口パターン３８
を通過する露光光の位相と、４個の開口パターン３９Ａ
〜３９Ｄを通過する露光光の位相とが反転するように、
位相シフタが被着されている。

【００４０】また、投影光学系ＰＬの瞳面付近に設置す
る瞳フィルタについても、図８（ｂ）に示すような３相
型の瞳フィルタ２０を使用してもよい。図８（ｂ）にお
いては、瞳フィルタ２０の全面が半径Ｒ３の円形の領域
１８Ａ、内半径Ｒ３で外半径Ｒ４の輪帯状の領域１９
Ａ、及び内半径Ｒ４で外半径Ｒ５の輪帯状の領域１８Ｂ
に分割され、領域１８Ａ及び１８Ｂとを通過する露光光
の位相と、領域１９Ａとを通過する露光光との位相とが
反転するように位相膜が被着されている。そして、図８
（ａ）のフォトマスクと図８（ｂ）の瞳フィルタ２０と
を組み合わせる場合には、図８（ａ）の位相反転部間の
面積比に応じて、図８（ｂ）の瞳フィルタ２０の位相反
転部の面積比を変えて、例えばテストプリントにより最
も焦点深度が深くなる条件を捜すようにしてもよい。な
お、瞳フィルタにＳＯＧ等の位相シフタを部分的に被着
する代わりに、例えば瞳フィルタ（ガラスプレート）を
エッチングして部分的に段差を形成する、あるいはイオ
ンビームを注入する等して、露光光の位相をπ（又は
（２ｎ＋１）π）［ｒａｄ］だけシフトさせるようにし
てもよい。

【００４１】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、エッジ強調型位相シフ
トマスクと瞳フィルタとを併用し、更に両者の適用条件
を最適化しているため、エッジ強調型位相シフトマスク
と瞳フィルタとの相乗効果により、特にコンタクトホー
ルパターンのような孤立的なパターンの像を露光する際
の焦点深度を従来例と比べて格段に増大できる利点があ
る。

【００４３】更に、フレックス法を併用して、感光基板
の露光面と像面とを投影光学系の光軸方向に相対移動さ
せた場合には、より焦点深度を増大できる。特にフレッ
クス法を併用する際には、二重焦点状態でも構わないた
め、適用条件の範囲が広がるという利点もある。また、
エッジ強調型位相シフトマスク及び瞳フィルタを併用す
る際に、感光基板の露光面と投影光学系による像面とを
静止させて露光を行う場合には、（１）式及び（２）式
の条件を満足することにより、特に焦点深度を深くでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例のエッジ強調型位相
シフトマスクの要部を示す拡大平面図、（ｂ）はその実
施例の瞳フィルタを示す平面図である。

【図２】エッジ強調型位相シフトマスクの投影像の光強
度分布について、パラメータＬ２／Ｌ１の値を１〜１．
４の範囲で０．１ステップで変化させて計算した結果を
示す等強度線図である。

【図３】エッジ強調型位相シフトマスクの投影像の光強
度分布について、パラメータＬ２／Ｌ１の値を１．５〜
１．９の範囲で０．１ステップで変化させて計算した結
果を示す等強度線図である。

【図４】エッジ強調型位相シフトマスクと瞳フィルタと
を併用した場合の投影像の光強度分布について、パラメ
ータαの値を０．１〜０．５の範囲で０．１ステップで
変化させて計算した結果を示す等強度線図である。

【図５】エッジ強調型位相シフトマスクと瞳フィルタと
を併用した場合の投影像の光強度分布について、パラメ
ータαの値を０．６〜１．０の範囲で０．１ステップで
変化させて計算した結果を示す等強度線図である。

【図６】（ａ）はエッジ強調型位相シフトマスクの一例
の要部の拡大断面を示す端面図、（ｂ）はその平面図で
ある。

【図７】（ａ）はエッジ強調型位相シフトマスクの他の
例の要部の拡大断面を示す端面図、（ｂ）はその平面図
である。

【図８】（ａ）エッジ強調型位相シフトマスクの更に別
の例の要部を示す拡大平面図、（ｂ）は瞳フィルタの他
の例を示す平面図である。

【図９】実施例の投影露光装置の全体を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

ＲフォトマスクＰＬ投影光学系ＷウエハＷＳＴウエハステージＩＬＢ露光光ＦＴＰ瞳面１５第１の瞳フィルタ１６第２の瞳フィルタ２１交換装置２３主制御系３１遮光膜３２開口パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口パターン内の第１のパターン領域及
び残りの第２のパターン領域を通過する照明光の間の位
相を反転させる位相部材が形成されたフォトマスクを照
明する照明光学系と、前記フォトマスクのパターンの像
を感光基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影
露光装置であって、前記投影光学系の瞳面又は該瞳面の近傍の所定の面上
に、前記フォトマスクの開口パターン内で位相が異なる
部分の間の面積比に応じた面積比で第１の光束通過領域
及び第２の光束通過領域を設定し、前記所定の面上に前
記第１の光束通過領域及び第２の光束通過領域を通過す
る結像光束間の位相を反転する瞳フィルタを配置したこ
とを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記投影光学系による前記フォトマスク
の像面と前記感光基板の露光面とを前記投影光学系の光
軸方向に相対的に移動させる相対移動手段を設け、前記
フォトマスクのパターンの像を前記感光基板上に投影露
光している際に、前記相対移動手段を介して前記像面と
前記感光基板の露光面とを前記投影光学系の光軸方向に
相対的に移動させるようにしたことを特徴とする請求項
１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記フォトマスク上の前記開口パターン
を一辺の幅がＬ２の正方形パターンとして、該正方形パ
ターン中で前記第１のパターン領域を一辺の幅がＬ１の
正方形領域としたとき、１．４＜Ｌ２／Ｌ１＜１．６の条件を満足すると共に、前記瞳フィルタの前記第１の光束通過領域を半径Ｒ２の
円形領域として、前記第２の光束通過領域を内半径Ｒ２
で外半径Ｒ１の輪帯領域としたとき、０．４＜（Ｒ２／Ｒ１）²＜０．６の条件を満足するようにしたことを特徴とする請求項１
記載の投影露光装置。