JPH07201723A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限界解像力をさらに向上させ、限界解像力を
実質的にλ／２ＮＡまで引き上げることのできる露光装
置を提供すること。 【構成】 Ｘ，Ｙ方向に直交するパターンが形成された
マスク１１を照明し、マスク１１上のパターンを投影光
学系１３により被露光基板１７上に投影露光する露光装
置において、投影光学系１３の瞳面の共役面に相当する
照明光学系の面内に配置され、光軸からＸ方向にずれた
位置及びＹ方向にずれた位置に夫々開口を有する遮光板
６と、光軸からＸ方向にずれた位置に形成された開口を
透過した光をＹ方向の直線偏光光に、光軸からＹ方向に
ずれた位置に形成された開口を透過した光をＸ方向の直
線偏光光に規定する偏光部材７と、マスク１１のＸ方向
パターンに入射する光に対しＸ方向の直線偏光光のみを
通し、Ｙ方向パターンに入射する光に対しＹ方向の直線
偏光光のみを通す偏光部材１４とを備えたことを特徴と
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
工程、特に集積回路パターンの転写に利用される露光方
法及び露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光リソグラフィー技術の進歩は目
ざましく、露光光の短波長化（ｉ線：365 nm）、ＫｒＦ
エキシマーレーザ（248 nm）や投影露光装置の高性能
化、特にレンズの高ＮＡ化によってより微細なレジスト
パターンをウエハ上に形成できるようになってきた。

【０００３】図１２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。光源側から、光源１０
１，第１集光光学系１０２，均一化光学系１０３，第２
集光光学系１０４，レチクル１０５，投影光学系１０
６，ウエハ１０７の順に配列されている。第１集光光学
系１０２は楕円反射鏡及びインプットレンズに相当する
部分であり、楕円鏡の他に球面鏡，平面鏡，レンズ等を
適当に配置し、光源１０１から出る光束をできるだけ効
率良く均一化光学系１０３に入れる役目を持つ。また、
均一化光学系１０３はオプチカルインテグレータ（縄の
目レンズ）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。

【０００４】第２集光光学系１０４は、アウトプットレ
ンズ及びコリメーションレンズに相当する部分であり、
均一化光学系１０３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
に近い場所に収差補正がされている波長のみを透過する
フィルタが挿入され、また場所は一義的ではないがコー
ルドミラーも挿入される。

【０００５】このような構成の装置においてレチクル１
０５から光が来る側を見た場合、光の性質は、第２集光
光学系１０４を通して均一化光学系１０３から出てくる
光の性質となり、均一化光学系１０３の出射側が見かけ
上の光源に見える。このため上記のような構成の場合、
一般的に均一化光学系１０３の出射側１０８を２次光源
と称している。レチクル１０５がウエハ１０７上に投影
される時、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１０６の開口数ＮＡ及びレチ
クル１０５を照射する光の性状、即ち２次光源１０８の
性状によって決まる。

【０００６】しかし、微細なパターンをレジスト上に形
成するため、露光光の短波長化、投影光学装置の高ＮＡ
化によって解像度を上げると、逆に焦点深度が低下する
ために実用解像度はあまり向上しない。そこで投影露光
装置においては、２次光源強度分布，レチクル，投影光
学系の瞳面の複素透過率分布を従来のものから変化させ
ることで、解像度や焦点深度の向上が考えられてきてい
る。

【０００７】解像力を向上させるものとして、特にＬＳ
Ｉにおける配線パターンのような１次元周期性を持つパ
ターン（以下Ｌ／Ｓと略記）に対しては、マスクの開口
部に対して隣合う開口部を通過する露光光との位相差が
ほぼ１８０度となるように形成されたマスクを用いるこ
とにより、透明基板上にＬ／Ｓパターンをクロム等の遮
光性物質を用いて形成した従来のマスクに対して、解像
度が約２倍向上することが知られている（特開昭57-620
52号公報）。

【０００８】また、光の偏光方向による干渉性の性質の
違いを利用したものとして、光源を改良したもの（特開
平5-109601号公報）、瞳を改良したもの（特開平 5-901
28号公報）、マスクを改良したもの（特開平 5-88356号
公報）などが知られている。しかし、光源のみを偏光さ
せる方法では、光源の偏光方向に辺を持つ１次元周期の
パターンに対してしか解像力向上効果を上げられず、偏
光方向に直交する方向に辺を持つパターンに対しては、
逆に解像力を落としてしまうことが知られている。さら
に、マスクに偏光子を形成する方法は、その形成が非常
に困難であるといえる。また、瞳位置において同心円状
に偏光子を形成する方法は、偏光子の偏光透過方向と直
交する偏光成分の光量の損失が大きくなってしまうとい
う欠点が存在する。

【０００９】一方、微細化されたマスクパターンにおい
ては、パターンの解像線幅が露光光の波長に接近するた
め、パターン透過時に発生する回析光の影響が無視でき
ず、被露光基板上のマスクパターン投影像における十分
な明暗の光量差の確保が困難となり、明暗境界のコント
ラストも低下する。この問題を解決するために、マスク
を照明する光源の形状を変えることによって限界解像力
を向上させる方法が提案されている（特開平 4-10148号
公報）。

【００１０】図１３（ａ）はこの提案に基づく従来の露
光装置及び露光方法を示している。図１３（ａ）におい
て、マスク１２１には代表的な微細パターン例として、
デューティ比０．５の１次元格子状パターン１２２が縦
横に形成されており、マスク１２１を照明する照明光学
系は、水銀ランプ１１１，楕円面鏡１１２，コールドミ
ラー１１３，集光光学素子１１４，インテグレータ１１
５，リレーレンズ１１８（瞳リレー系），ミラー１１
９，コンデンサレンズ１２０からなり、照明光学系の瞳
面（フーリエ変換面であって、ここでは水銀ランプ１１
１の２次光源像が形成されるインテグレータ１１５の射
出端面）の近傍には、マスクパターン１２２の微細度に
応じて光軸からの軸はずれ量が決められている４つの開
口部を有する遮光板１１６が配置される。

【００１１】図１３（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、遮光板１
１６、マスク１２１を上からみた図である。斜線部は遮
光部を示している。また、図１３（ｄ）は投影光学系１
２３中にある瞳面（遮光板１１６の位置のほぼ共役面に
相当する）での露光光分布を示している。実際の露光装
置では、図のそれぞれの座標（Ｘ，Ｙ），（ｘ，ｙ），
（Ｘ′，Ｙ′）の方向が一致するように配置されてい
る。図１３（ｂ）の円形開口部中心座標の最適位置はマ
スクパターンの微細度によって決定される。例えば、マ
スクパターンのピッチをｐとすると、格子パターン１２
２は縦パターンと横パターン両方が存在するために、開
口部最適中心座標（Ｘ，Ｙ）は（１／２ｐ，１／２
ｐ）、（１／２ｐ，−１／２ｐ）、（−１／２ｐ，１／
２ｐ）、（−１／２ｐ，−１／２ｐ）となる。また、図
１３（ｄ）の露光光分布の４つのピーク位置座標
（Ｘ′，Ｙ′）も同じになる。

【００１２】これを見て分かるように、マスクパターン
のピッチｐが小さくなると、遮光板１１６の開口部位置
座標及び投影光学系１２３の瞳位置での露光光ピーク位
置座標が、光軸から遠ざかることが分かる。投影光学系
の開口数をＮＡ、露光波長をλとすると、図１３（ｄ）
の瞳の半径はＮＡ／λで表せるから、 １／２ｐ＝ＮＡ／（２^1/2 λ） ｐ＝２^1/2 λ／２ＮＡ で表される微細パターンが解像できる限界であるといえ
る。実際には遮光板１１６の開口部にある程度の面積が
あるために、この面積の大小によって限界解像力に多少
のズレが出るものの、大同小異である。マスクパターン
のピッチｐが上式以下の微細度になると、回析光が瞳か
らはずれてしまい、結像できなくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、典型的
なＬＳＩパターンにおいては、１次元格子パターンが縦
横に配置した構成をとるために、これら縦パターンと横
パターン両方を高解像で結像させるためには、２次光源
位置に配置された遮光板の４つの開口部をパターンに対
して４５度の位置に配置せざるを得なかった。このた
め、縦パターン横パターンにおける限界解像力は２^1/2
λ／２ＮＡで制限されてしまった。

【００１４】また、１次元周期性を持つパターン群（Ｌ
／Ｓ）が、その周期性を複数方向に持つように配置され
ているマスクに対して、上記方法に基づく偏光を用いた
露光法では、ある方向のみに効果が発揮され、効果の現
れる方向と直交する方向に周期性を持つパターンに対し
ては逆効果を生じてしまう問題が生じたり、マスク形成
が困難であったり、若しくは光量の損失が大きくなって
しまうという問題が存在した。

【００１５】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、限界解像力をさらに向
上させ、限界解像力を実質的にλ／２ＮＡまで引き上げ
ることのできる露光方法及び露光装置を提供することに
ある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、１次元周期性
を持つパターン群（Ｌ／Ｓ）が、その周期性を複数方向
に持つように配置されているマスクに対し、いずれの方
向にも解像力向上効果を得ることができる露光方法及び
露光装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。

【００１８】即ち、本発明（請求項１）は、フォトマス
クと投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
面内において各々規定された光軸を原点とするＸＹ座標
系の方向が光学的に一致し、Ｘ方向に長いパターンとＹ
方向に長いパターンが形成された前記フォトマスクを照
明し、該フォトマスク上のパターンを投影光学系により
被露光基板上に投影露光する露光方法において、前記投
影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の面内に
おいて前記原点に対しＸ軸上の対称な２つの位置及びＹ
軸上で対称な２つの位置に照明光の強度が他の位置より
大なる領域をそれぞれ形成し、前記Ｘ軸上で対称な位置
に形成された照明光の強度大なる領域ではＹ方向の成分
を持つ偏光光を通過させると共に、前記Ｙ軸上で対称な
位置に形成された領域ではＸ方向の成分を持つ偏光光を
通過させ、前記フォトマスク上では、Ｘ方向に長いパタ
ーンに対しては前記偏光光のうちＸ方向の成分を持つ偏
光光のみを通過させ、Ｙ方向に長いパターンに対しては
前記偏光光のうちＹ方向の成分を持つ偏光光のみを通過
させることを特徴とする。

【００１９】また、本発明（請求項２）は、フォトマス
クと投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
面内において各々規定された光軸を原点とするＸＹ座標
系の方向が光学的に一致し、Ｘ方向に長いパターンとＹ
方向に長いパターンが形成された前記フォトマスクを照
明し、該フォトマスク上のパターンを投影光学系により
被露光基板上に投影露光する露光装置において、前記投
影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の面内に
配置され、前記原点に対しＸ軸上で対称な位置及びＹ軸
上で対称な位置にそれぞれ開口を有する遮光板と、前記
遮光板の原点に対しＸ軸上で対称な位置に形成された開
口に入射する光の偏光面をＹ方向の成分を持つ偏光に規
定する手段と、前記遮光板の原点に対しＹ軸上で対称な
位置に形成された開口に入射する光の偏光面をＸ方向の
成分を持つ偏光に規定する手段と、前記マスクのＸ方向
に長いパターンに入射する光に対してはＸ方向の成分を
持つ偏光光のみを通す手段と、前記マスクのＹ方向に長
いパターンに入射する光に対してはＹ方向の成分を持つ
偏光光のみを通す手段とを具備してなることを特徴とす
る。

【００２０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 遮光板は、光軸からＸ方向にずれた対称位置に形成
された２つの開口と、光軸からＹ方向にずれた対称位置
に形成された２つの開口とを有するものであること。 (2) 遮光板の開口部、又は開口部の光入射側若しくは光
出射側に偏光部材が形成されていること。 (3) マスクのパターン（開口部）、又はパターンの光入
射側若しくは光出射側に偏光部材が形成されているこ
と。

【００２１】また、本発明（請求項３）は、フォトマス
クと投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
面内において各々規定された光軸を原点とするＸＹ座標
系の方向が光学的に一致し、Ｘ方向に長いパターンとＹ
方向に長いパターンが形成された前記フォトマスクを照
明し、該フォトマスク上のパターンを投影光学系により
被露光基板上に投影露光する露光方法において、前記投
影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の面内に
て照明光の偏光面をＸ方向に対しθ°の角度に規定し前
記フォトマスクを照明し、前記フォトマスクを通過した
照明光を前記投影光学系の瞳面上の前記原点に対しＸ軸
上で対称な２つの領域では前記照明光の偏光方向を９０
°−θ°回転させ、前記原点に対しＹ軸上で対称な２つ
の領域では前記照明光の偏光方向をθ°回転させること
を特徴とする。

【００２２】また、本発明（請求項４）は、フォトマス
クと投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
面内において各々規定された光軸を原点とするＸＹ座標
系の方向が光学的に一致し、Ｘ方向に長いパターンとＹ
方向に長いパターンが形成された前記フォトマスクを照
明し、該フォトマスク上のパターンを投影光学系により
被露光基板上に投影露光する露光装置において、照明光
の偏光面がＸ方向に対しθ°の角度に規定された前記投
影光学系の光源と、前記投影光学系の瞳面上に設けられ
前記原点に対しＸ軸上で対称な２つの領域では前記照明
光の偏光方向を９０°−θ°回転させると共に、前記原
点に対しＹ軸上で対称な２つの領域では前記照明光の偏
光方向をθ°回転させることにより、瞳面にて偏光方向
を揃えるように偏光状態が制御された偏光部材とを具備
したことを特徴とする。

【００２３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 偏光状態を制御する手段又は偏光部材として、光源
光の偏光方向に制限された瞳面上の周縁領域内で光源光
の偏光方向を９０度回転させること。 (2) 光源及び瞳位置での偏光制御を行う偏光部材は、１
／２波長板により構成されること。 (3) マスクパターンは、１次元周期性を持つもののグル
ープから構成されていること。 (4) マスクとして、位相シフトマスクを用いること。 (5) 有効光源強度分布を形成する特殊絞りは、転写する
マスクのパターン寸法、ピッチに対応して任意に光強度
分布を変化できること。

【００２４】

【作用】本発明（請求項１，２）によれば、光軸からＸ
方向にずれた位置及びＹ方向にずれた位置にそれぞれ開
口を有する遮光板を設け、それぞれの開口に対して光の
偏光面を直線偏光に規定し、マスクのＸ方向に長いパタ
ーン及びＹ方向に長いパターンのそれぞれに対しても光
の偏光面を直線偏光に規定することにより、マスクのＸ
方向に長いパターンは光軸からＹ方向にずれた開口から
のＸ方向直線偏光光のみで露光し、Ｙ方向に長いパター
ンは光軸からＸ方向にずれた開口からのＹ方向直線偏光
光のみで露光することができる。これにより、限界解像
力を向上させ、実質的にλ／２ＮＡまで引き上げること
が可能となる。

【００２５】また、本発明（請求項３，４）によれば、
光源としてほぼ直線方向に偏光した光を用いることで、
瞳面上での回析光の偏光成分において、パターン周期方
向による解像特性に異方性が生じる。瞳面上にて、光源
の偏光方向に回析した成分を上記偏光板により偏光方向
を回転することによって、結像の際にベクトル的干渉効
果による解像特性の低下を防ぐことが可能となる。従っ
て、像のコントラストを高くすることができ、それによ
って高解像度を有する微細なパターン群を得ることが可
能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例に係わる投影露光装置の概略構成を示す斜視図であ
る。マスク１１には、代表的な微細パターン例として、
デューティ比０．５の１次元格子状パターン１２が縦横
に形成されている。さらに、格子状パターン１２上或い
はその近傍には、露光光のうち所定の偏光面を有する光
のみを通過させる偏光部材１４が形成されている。マス
ク１１を照明する照明光学系は、水銀ランプ１，楕円面
鏡２，コールドミラー３，集光光学素子４，インテグレ
ータ５，リレーレンズ８（瞳リレー系），ミラー９，コ
ンデンサレンズ１０からなり、照明光学系の瞳面（フー
リエ変換面であって、ここでは水銀ランプ１の２次光源
像が形成されるインテグレータ５の射出端面）の近傍に
は、マスクパターン１２の微細度に応じて光軸からの軸
はずれ量が決められている４つの開口部を有する遮光板
６が配置される。さらに、この開口部又はその近傍に
は、露光光のうち所定の偏光面を有する光のみを通過さ
せる偏光部材７が形成されている。

【００２８】このように構成された露光装置において、
楕円面鏡２の第１焦点に配置された水銀ランプ１で発生
した露光光は、楕円面鏡２，コールドミラー３で反射さ
れて楕円面鏡２の第２焦点に集光された後に、コリメー
タレンズや光束分布補正用のコーン状プリズム等からな
る集光光学素子４を通過して、フライアイレンズ群から
なるインテグレータ５により、遮光板６の位置に実質的
な面光源を形成する。この面光源は、従来同様にマスク
１１に上方から様々な入射角で入射する露光光を与える
べきものであるが、遮光板６が設けられているため、遮
光板６の４つの開口部を射出する光束だけが透過でき
る。この４つの開口部を通過すべき光は偏光部材によっ
て偏光面が規定され、リレーレンズ８，ミラー９，コン
デンサレンズ１０を介して、マスク１１を照明する。

【００２９】そして、偏光部材１４によって照明光の偏
光面がさらに規定され、マスク１１のパターン１２に入
射した光はマスク透過後回析し、投影光学系１３に入射
してその瞳面に次数別のスポットを形成する。その後さ
らに投影光学系１３を通過して、被露光基板１７上に縮
少結像される。

【００３０】ここで、本実施例における上記装置構成の
内、従来例と異なるのは、遮光板６の設置方法と、新た
に設けた偏光部材７，１４である。図２（ａ）（ｂ）は
それぞれ、遮光板６と偏光部材７、マスク１１と格子パ
ターン１２及び偏光部材１４を上からみた図である。斜
線部は遮光部を示している。また、偏光部材７，１４に
よる偏光面の規定方向を矢印で示した。つまり、矢印の
方向に電場が振動している光のみが偏光部材７，１４を
通過することができる。

【００３１】また、図２（ｃ）は投影光学系１３中にあ
る瞳面（遮光板６の位置のほぼ共役面に相当する）での
露光光分布を示している。図中の矢印は瞳面に到達した
露光光の偏光面を示している。Ｘ′軸上の２つのピーク
がｙパターン１２ｙより到達した回析光、Ｙ′軸上の２
つのピークがｘパターン１２ｘより到達した回析光を示
している。実際の露光装置では、図のそれぞれの座標
（Ｘ，Ｙ），（ｘ，ｙ），（Ｘ′，Ｙ′）の方向が一致
するように配置されている。このように、従来例では遮
光板６の開口部が格子パターン１２ｘ，１２ｙに対して
４５度の位置に存在したのに対し、本実施例では格子パ
ターン１２ｘ，１２ｙに対して、平行及び垂直方向に位
置するのが異なる。

【００３２】図２（ａ）の円形開口部中心座標の最適位
置はマスクパターンの微細度によって決定される。例え
ば、マスクパターンのピッチをｐとすると、開口部最適
中心座標（Ｘ，Ｙ）は、（１／２ｐ，０）、（−１／２
ｐ，０）、（０，１／２ｐ）、（０，−１／２ｐ）とな
る。また、図２（ｃ）の露光光分布の４つのピーク位置
座標（Ｘ′，Ｙ′）も同じになる。これを見て分かるよ
うに、マスクパターンのピッチｐが小さくなると、遮光
板６の開口部位置座標及び投影光学系１３の瞳位置での
露光光ピーク位置座標が、光軸から遠ざかることが分か
る。投影光学系１３の開口数をＮＡ、露光波長をλとす
ると、図２（ｃ）の瞳の半径はＮＡ／λで表せるから、 １／２ｐ＝ＮＡ／λ ｐ＝λ／２ＮＡ で表される微細パターンが解像できる限界であるといえ
る。実際には、遮光板６の開口部にある程度の面積があ
るために、この面積の大小によって限界解像力に多少の
ズレが出るものの、大同小異である。従来の技術による
と、ｐ＝２^1/2 λ／２ＮＡが限界解像力であったのに対
し、本実施例によると、ｐ＝λ／２ＮＡとなり、実質的
に２^1/2 倍の限界解像力向上ができた。さらに、従来例
と異なり、ｙパターン，ｘパターン共に被露光基板１７
への入射面に対して垂直な偏光成分（ｓ偏光成分）のみ
で結像するため、さらに限界解像力，焦点深度が向上す
ることとなった。

【００３３】ここで、本実施例による露光原理を図３に
従ってさらに詳しく説明する。図３は、本実施例の露光
装置の斜視概念図である。遮光板６の４つの開口部のう
ち、６ａと６ｃからの照明光は、同じ作用によってｙ軸
に平行な格子パターン１２ｙ（ｙパターンと呼ぶ）の露
光に寄与し、限界解像力を向上させる。また、６ｂと６
ｄからの照明光は、同じ作用によってｘ軸に平行な格子
パターン１２ｘ（ｘパターンと呼ぶ）の露光に寄与し、
限界解像力を向上させる。従って代表して、開口６ａと
６ｂからの照明による露光を説明する。図３（ａ）は開
口６ａからの照明光による露光を説明する図、図３
（ｂ）は開口６ｂからの照明光による露光を説明する図
である。

【００３４】まず、図３（ａ）に従って開口６ａからの
照明による露光を説明する。開口６ａより発せられる照
明光は、照明光学系を介してマスク１１を照明する。こ
の際の照明光は、開口６ａ付近に配置した偏光部材（不
図示）により、ｙ軸（Ｙ軸）方向に直線偏光している。
一方、マスク１１上及びマスク１１近傍には、マスクパ
ターンの方向性に対応して偏光部材１４が配置されてい
る、具体的には、ｙパターン１２ｙにはｙ軸に平行な直
線偏光光のみを通過させるような偏光部材１４ｙを、ｘ
パターン１２ｘにはｘ軸に平行な直線偏光光のみを通過
させるような偏光部材１４ｘを配置する。すると開口６
ａからの照明光は、ｙ軸（Ｙ軸）方向に直線偏光してい
るため、ｙパターン１２ｙでは偏光部材１４ｙを通過で
きるが、ｘパターン１２ｘでは偏光部材１４ｘによって
遮蔽される。ｙパターン１２ｙを通過した照明光は回析
し、投影光学系の瞳位置１３ａを通過後、被露光基板１
７上に結像する。

【００３５】このように開口６ａ，６ｃからの照明光に
よる結像では、ｙパターン１２ｙのみが転写され、ｘパ
ターン１２ｘは全く転写されない。また、この露光では
被露光基板１７への入射面に対して垂直な偏光成分のみ
による結像であるため、非常に高いコントラストの像が
得られる。

【００３６】次に、図３（ｂ）に従って開口６ｂからの
照明による露光を説明する。開口６ｂからの照明光は、
開口６ｂ付近に配置した偏光部材（不図示）によって、
ｘ軸（Ｘ軸）方向に直線偏光しているため、ｘパターン
１２ｘでは偏光部材１４ｘを通過できるが、ｙパターン
１２ｙでは偏光部材１４ｙによって遮蔽される。ｘパタ
ーン１２ｘを通過した照明光は回析し、投影光学系の瞳
位置１３ａを通過後、被露光基板１７上に結像する。こ
のように開口６ｂ，６ｄからの照明光による結像では、
ｘパターン１２ｘのみが転写され、ｙパターン１２ｙは
全く転写されない。上記同様、この露光では被露光基板
への入射面に対して垂直な偏光成分のみによる結像であ
るため、非常に高いコントラストの像が得られる。

【００３７】図４は本実施例の結果を示すもので、
（ａ）（ｂ）はそれぞれ本実施例の露光と従来の露光で
使用する遮光板の平面図を示している。開口部の座標
（Ｘ，Ｙ）は本実施例の場合、（０．９ＮＡ／λ，
０）、（−０．９ＮＡ／λ，０）、（０，０．９ＮＡ／
λ）、（０，−０．９ＮＡ／λ）、従来の場合（０．９
×２^1/2ＮＡ／２λ，０．９×２^1/2 ＮＡ／２λ）、
（０．９×２^1/2 ＮＡ／２λ，−０．９×２^1/2 ＮＡ／
２λ）、（−０．９×２^1/2 ＮＡ／２λ，０．９×２
^1/2 ＮＡ／２λ）、（−０．９×２^1/2 ＮＡ／２λ，−
０．９×２^1/2 ＮＡ／２λ）である。

【００３８】図４（ａ）に示したように、本実施例では
開口部を透過する露光光の偏光面が図示の方向に規定さ
れるように偏光部材が開口部付近に配置されている。ま
た、円形開口の半径は両者とも０．１ＮＡ／λである。
ＮＡ＝０．５，λ＝２５０ｎｍの露光条件にて、線幅
０．１７μｍのラインアンドスペースパターンをマスク
パターンとして露光した場合の、被露光基板上での像強
度分布（１周期分）を計算した結果を図４（ｃ）に示し
た。このように本実施例による露光では、従来例に比べ
て限界解像力の向上効果が著しいことが分かった。

【００３９】本実施例で用いるマスクの構造を図５に示
す。図５は、図１、２に示したマスク１１の一部の断面
図である。図５（ａ）（ｂ）に示すように、格子パター
ンの周囲が偏光膜（偏光部材）１４で覆われており、ネ
ガ型レジストを用いて周期的開口部に対応する位置にレ
ジストパターンを形成するような、ネガ型マスクを使用
する場合には、偏光部材１４は図５（ａ）のようにマス
クの遮光膜の上に形成されてもよいし、図５（ｂ）のよ
うにマスクの裏面に形成されていてもよい。

【００４０】一方、格子パターンの周囲が遮光膜で覆わ
れておらず、ポジ型レジストを用いて周期的遮光部に対
応する位置にレジストパターンを形成するような、ポジ
型マスクを使用する場合には、偏光部材１４を遮光膜の
上に形成すると、そのエッジ部にて露光光の位相差が発
生し、不要な暗部を形成してしまう結果となる。このた
め、図５（ｃ）のように結像面から外れた位置に配置す
るのがよい。また、図５（ｄ）のようにマスクとは独立
に偏光部材１４よりなる平板を挿入する方法をとっても
よい。

【００４１】また、上述の実施例においては、遮光板６
の開口として円形状のものを用いたが、本発明を限定す
るものではなく、円形以外の形状、例えば正方形，扇型
等でも構わない。また、遮光板の開口位置、開口やマス
クのパターンに設ける偏光部材の偏光方向は、必ずしも
厳密なものではなく、本発明の効果が得られる範囲で多
少ずれていてもよい。 （実施例２）図６は、本発明の第２の実施例に係わる露
光装置の概略構成を示す斜視図である。本実施例で用い
る露光装置の基本的な構成は従来の装置と同一であり、
異なるのは図１２の瞳と光源の部分である。図６は特
に、Ｌ／Ｓ群を転写するための構成図を示している。

【００４２】図６に示すように、光源２１は直線偏光し
たものを用いる。その偏光方向は、Ｌ／Ｓパターンの周
期方向のある一方向とほぼ等しい方向にとる。また、瞳
位置２９には、光源２１の偏光方向に制限された領域に
偏光方向を約９０度回転させる偏光板３０を設ける。

【００４３】以下に、本実施例によって解像力が向上す
る原理を説明する。レチクル２５上のＬ／Ｓパターンを
照明光学系の光軸上から点光源にて照明した場合（コヒ
ーレント照明に相当）、投影光学系の瞳面２９での回析
光分布は図７（ａ）（ｂ）のようになる。これは、レチ
クル２５上のパターンをフーリエ変換した結果得られる
分布に他ならない。ここでは、パターンが周期性を保っ
て無限に広がっていると仮定しているため、その回析光
分布は離散的に分布する。このことは、パターン群の大
きさが十分であれば近似として十分成立する。また、こ
の図においては回析光の高次成分は省略してあり、全て
を描いてはいない。これらの回析光成分の内、瞳の内側
を通過する成分のみが結像に関与する。

【００４４】瞳を通過後、図８（ａ）のような偏光状態
（ｓ偏光）で結像する場合と、図８（ｂ）の状態（ｐ偏
光）で結像する場合とを比較すると、電場ベクトルの方
向が揃っているｓ偏光状態で結像する方がｐ偏光状態に
比べ、より高コントラストな像を形成することが可能と
なる。通常の露光装置において光源２１は偏光状態とし
て無偏光状態であるといえる。この場合、無偏光光は互
いにインコヒーレントで直交する２つの直線偏光として
扱うことが可能である。よって、通常の露光装置におい
てもこのｐ偏光成分による像質の劣化が起こっていると
言える。

【００４５】そこで、光源を直線偏光として偏光方向を
パターン周期方向と一致させることによって、ｐ偏光成
分による像質劣化を抑えることが可能となる。しかしこ
の場合、同一レチクル上にて異なる方向に周期性を持つ
パターンに対しては逆に像質が劣化することになる。よ
ってこれを救済するために、図９（ａ）に示すような瞳
位置において偏光方向を約９０度回転させる波長板３０
を、上記直線偏光によって像質が劣化する方のパターン
による回析光が通過する領域に設けることにより、この
方向に周期性を持つパターンに対して解像性を向上させ
ることが可能となる。

【００４６】また、波長板を使用することによって、従
来例にある瞳位置に偏光子を置くことによる光量損失と
いう問題を解消することが可能となる。また、光源とし
て直線偏光を使用する際の光量損失は、レーザ光を使用
する場合、ブリュースター窓等をレーザ共振器に取り付
けることにより、そもそも直線偏光として取り出すこと
が可能であり、また水銀ランプ等の無偏光光に対して
も、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ３３と
１／２波長板３０により光量損失を抑え、有効に使用す
ることが可能である。（実施例３）図１１は、本発明の
第２の実施例に係わる露光装置の概略構成を示す斜視図
である。本実施例における第１の実施例との相違点は、
光源の直線偏光方向に対して、瞳位置での波長板の挿入
位置とその偏光回転方向である。なお、図６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。

【００４７】本実施例においては簡単のため、Ｌ／Ｓ群
の主周期方向に対して光源２１の偏光方向を４５度程度
傾いた状態に設置する。そうして、図９（ｂ）に示すよ
うな波長板３１を用い、瞳位置での偏光面回転角度を±
４５度とすることで、第１の実施例と同様の効果を得る
ことが可能となる。この場合、Ｌ／Ｓの周期方向による
波長板通過の有無が存在せず等しく通過するため、波長
板３１を通過することによる光量損失の差による解像性
への影響を抑えることが可能となる。

【００４８】なお、第２，第３の実施例において、光源
の偏光特性は必ずしも直線偏光である必要はなく、長軸
と短軸の長さの比が大きい楕円偏光であっても構わな
い。また、光源は必ずしも円形である必要はなく、リン
グ形状や４つ目形状等、変形照明法であっても、それに
対応する瞳上の位置に波長板を配置できれば何等問題で
はない。更には、光強度分布を２値化する必要はなく、
連続的に強度分布が変化するものであっても構わない。
また、例えば光ファイバ束によって光源分布を形成して
も差し支えない。

【００４９】また、実施例の構成において、瞳面の複素
透過率分布に変調をかけたり、像面側の焦点面位置を変
えて多重露光をすることを加えても、本発明には何等差
し支えるところではない。また、波長板による位相変化
を補償するために、補償板を瞳位置に形成することは望
ましい実施形態の一つである。さらにその波長板の形状
も、図に示した形状以外であっても何等差し支えるもの
ではない。また、マスクとしてレベンソン型位相シフト
マスクを用いることによって、瞳面上における回析光分
布を瞳周縁部に配置することが可能となる。これによっ
て、より偏光特性を用いた解像性の向上を得ることが可
能となる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明（請求項１，
２）によれば、光軸からＸ方向にずれた位置及びＹ方向
にずれた位置にそれぞれ開口を有する遮光板を設け、そ
れぞれの開口に対して光の偏光面を直線偏光に規定し、
マスクのＸ方向に長いパターン及びＹ方向に長いパター
ンのそれぞれに対しても光の偏光面を直線偏光に規定す
ることにより、限界解像力を向上させ、実質的にλ／２
ＮＡまで引き上げることが可能となる。

【００５１】また、本発明（請求項１，２）によれば、
パターンの周期方向によらず、像形成時の干渉における
偏光方向依存性を調整することは可能となり、よって像
コントラストの改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における投影露光装置の概略構成
を示す斜視図。

【図２】第１の実施例における遮光板，マスクの平面図
と瞳位置での露光光分布図。

【図３】第１の実施例による露光原理を説明するための
露光装置の斜視概念図。

【図４】実施例及び従来例の遮光板の平面図と計算比較
結果を示す図。

【図５】第１の実施例で用いるマスクの構造を示す断面
図。

【図６】第２の実施例に係わる投影露光装置の概略構成
を示す斜視図。

【図７】レチクルパターンにより回析する光の様子を表
した模式図。

【図８】ｓ偏光状態及びｐ偏光状態における光の干渉を
表す模式図

【図９】１／２及び１／４波長板を用いた例を示す模式
図。

【図１０】偏光ビームスプリッタと１／２波長板により
光量損失を抑えた例を示す図。

【図１１】第２の実施例に係わる投影露光装置の概略構
成を示す斜視図。

【図１２】従来一般的に用いられている投影露光装置の
概略構成を示す模式図。

【図１３】光源の形状を変えて限界解像力を向上させた
従来の露光装置を示す斜視図。

【符号の説明】

１…水銀ランプ ２…楕円面鏡 ３…コールドミラー ４…集光光学素子 ５…インテグレータ ６…遮光板 ７…偏光部材 ８…リレーレンズ（瞳リレー系） ９…ミラー １０…コンデンサレンズ １１…マスク １２…マスクパターン １３…投影光学系 １４…偏光部材

───────────────────────────────────────────────────── 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 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトマスクと投影光学系の瞳面の共役面
   に相当する照明光学系の面内において各々規定された光
   軸を原点とするＸＹ座標系の方向が光学的に一致し、 Ｘ方向に長いパターンとＹ方向に長いパターンが形成さ
   れた前記フォトマスクを照明し、該フォトマスク上のパ
   ターンを投影光学系により被露光基板上に投影露光する
   露光方法において、 前記投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
   面内において前記原点に対しＸ軸上の対称な２つの位置
   及びＹ軸上で対称な２つの位置に照明光の強度が他の位
   置より大なる領域をそれぞれ形成し、前記Ｘ軸上で対称
   な位置に形成された照明光の強度大なる領域ではＹ方向
   の成分を持つ偏光光を通過させると共に、前記Ｙ軸上で
   対称な位置に形成された領域ではＸ方向の成分を持つ偏
   光光を通過させ、 前記フォトマスク上では、Ｘ方向に長いパターンに対し
   ては前記偏光光のうちＸ方向の成分を持つ偏光光のみを
   通過させ、Ｙ方向に長いパターンに対しては前記偏光光
   のうちＹ方向の成分を持つ偏光光のみを通過させること
   を特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】フォトマスクと投影光学系の瞳面の共役面
   に相当する照明光学系の面内において各々規定された光
   軸を原点とするＸＹ座標系の方向が光学的に一致し、 Ｘ方向に長いパターンとＹ方向に長いパターンが形成さ
   れた前記フォトマスクを照明し、該フォトマスク上のパ
   ターンを投影光学系により被露光基板上に投影露光する
   露光装置において、 前記投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
   面内に配置され、前記原点に対しＸ軸上で対称な位置及
   びＹ軸上で対称な位置にそれぞれ開口を有する遮光板
   と、 前記遮光板の原点に対しＸ軸上で対称な位置に形成され
   た開口に入射する光の偏光面をＹ方向の成分を持つ偏光
   に規定する手段と、前記遮光板の原点に対しＹ軸上で対
   称な位置に形成された開口に入射する光の偏光面をＸ方
   向の成分を持つ偏光に規定する手段と、 前記マスクのＸ方向に長いパターンに入射する光に対し
   てはＸ方向の成分を持つ偏光光のみを通す手段と、前記
   マスクのＹ方向に長いパターンに入射する光に対しては
   Ｙ方向の成分を持つ偏光光のみを通す手段とを具備して
   なることを特徴とする露光装置。
3. 【請求項３】フォトマスクと投影光学系の瞳面の共役面
   に相当する照明光学系の面内において各々規定された光
   軸を原点とするＸＹ座標系の方向が光学的に一致し、 Ｘ方向に長いパターンとＹ方向に長いパターンが形成さ
   れた前記フォトマスクを照明し、該フォトマスク上のパ
   ターンを投影光学系により被露光基板上に投影露光する
   露光方法において、 前記投影光学系の瞳面の共役面に相当する照明光学系の
   面内にて照明光の偏光面をＸ方向に対しθ°の角度に規
   定し前記フォトマスクを照明し、前記フォトマスクを通
   過した照明光を前記投影光学系の瞳面上の前記原点に対
   しＸ軸上で対称な２つの領域では前記照明光の偏光方向
   を９０°−θ°回転させ、前記原点に対しＹ軸上で対称
   な２つの領域では前記照明光の偏光方向をθ°回転させ
   ることを特徴とする露光方法。
4. 【請求項４】フォトマスクと投影光学系の瞳面の共役面
   に相当する照明光学系の面内において各々規定された光
   軸を原点とするＸＹ座標系の方向が光学的に一致し、 Ｘ方向に長いパターンとＹ方向に長いパターンが形成さ
   れた前記フォトマスクを照明し、該フォトマスク上のパ
   ターンを投影光学系により被露光基板上に投影露光する
   露光装置において、 照明光の偏光面がＸ方向に対しθ°の角度に規定された
   前記投影光学系の光源と、前記投影光学系の瞳面上に設
   けられ前記原点に対しＸ軸上で対称な２つの領域では前
   記照明光の偏光方向を９０°−θ°回転させると共に、
   前記原点に対しＹ軸上で対称な２つの領域では前記照明
   光の偏光方向をθ°回転させることにより、瞳面にて偏
   光方向を揃えるように偏光状態が制御された偏光部材と
   を具備したことを特徴とする露光装置。