JPH07297110A

JPH07297110A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07297110A
Application number: JP8933894A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小型且つ廉価な照明光学系を用いて、近接格
子法を適用した場合に、従来の特殊絞りを使用するＳＨ
ＲＩＮＣ法と同等の結像性能を得る。【構成】照明光学系（１〜１４）からの照明光が位相
型の回折格子ＰＧに入射し、回折格子ＰＧから発生した
±１次回折光、±３次回折光、…が多層膜フィルタより
なる光束選択部材ＬＳに入射し、光束選択部材ＬＳで選
択された±１次回折光がレチクルＲを照明する。その±
１次回折光のもとでレチクルＲのパターン像が投影光学
系ＰＬを介して、ウエハＷ上に高い解像度、且つ深い焦
点深度で転写される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回路
や液晶表示素子等の微細パターンをフォトリソグラフィ
工程で形成する際に用いられる投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等のパターンを形成する
ためのフォトリソグラフィ工程においては、レチクル
（又はフォトマスク等）上の原版パターンを、投影光学
系を介して半導体ウエハ（又はガラスプレート等）上の
感光膜（フォトレジスト等）に露光転写する投影露光装
置が使用されている。斯かる投影露光装置においては、
益々微細化するパターンサイズに対応して解像度を高め
るべく、露光波長λの短波長化、及び投影光学系の開口
数ＮＡの向上等の改良がなされてきた。これは、投影光
学系の解像度が、一般にｋ・λ／ＮＡ（ｋは０．７程度
の定数）で表されるため、露光波長λを小さくし、且つ
開口数ＮＡを大きくすることにより、解像度が向上する
ことを利用したものである。

【０００３】ところが、投影光学系の焦点深度は、一般
に、±λ／（２・ＮＡ²）で表されるため、露光波長λ
の短波長化、又は開口数ＮＡの拡大の何れを採用して
も、焦点深度は減少することとなる。現在の投影露光装
置では、一例として露光波長λは０．３６５μｍ（水銀
ランプのｉ線を使用する場合）、開口数ＮＡは０．５５
程度であるが、この場合の焦点深度は±０．６μｍ程度
となる。一方、半導体素子の高集積化に伴って半導体ウ
エハ上のパターンの凹凸（段差）は、製造工程によって
は１μｍにも及ぶことがあり、上記の焦点深度では、既
に殆ど余裕のない値となっている。

【０００４】そこで、十分な焦点深度を保ちつつ、高い
解像度を得る技術として、位相シフト法（特公昭６２−
５０８１１号公報参照）、又は所謂ＳＨＲＩＮＣ法（変
形光源法）（特開平４−１０１１４８号公報、特開平４
−１８０６１２号公報、特開平４−１８０６１３号公
報、特開平４−２２５３５９号公報参照）等が提案され
ている。前者の位相シフト法は、レチクルの透過領域の
一部に、他の部分に対して透過光の位相をπ［ｒａｄ］
だけシフトさせる位相シフタを被着した位相シフトレチ
クルを用いる方法である。また、後者のＳＨＲＩＮＣ法
は、通常のレチクルを使用し、レチクルへの照明光の入
射角を特定の範囲に制限して結像性能を改善する技術で
ある。

【０００５】また、一般に投影露光装置では、レチクル
に照射される照明光には高い照度均一性が要求されてい
る。このため、照明光学系中に、フライアイレンズ等の
オプティカルインテグレータを配し、レチクル上での照
明光の照度分布を均一化している。例えばフライアイレ
ンズを採用すると、フライアイレンズの射出面には、フ
ライアイレンズのエレメント数と同数の２次光源が形成
され、各２次光源からの光がそれぞれレチクルを重畳的
に照明する。また、フライアイレンズの射出面は、通
常、レチクルに対して光学的にフーリエ変換の関係とな
っている。即ち、フライアイレンズの射出面（２次光源
形成面）での照明光学系の光軸からの距離をｄとして、
この距離ｄの位置から射出された照明光束のレチクルへ
の入射角をθとすると、入射角θ（正確にはsin θ）は
その距離ｄに比例する。

【０００６】従って、フライアイレンズの射出面近傍に
特定形状の絞りを設けることで、レチクルへの入射光の
入射角の範囲を制限することができる。これを利用して
従来の通常の照明法では、ほぼ円形の絞りの開口径によ
り照明光の開口数と、投影光学系のレチクル側開口数と
の比であるコヒーレンスファクタ（σ値）を所望の値に
設定し、ＳＨＲＩＮＣ法では複数の偏心した小さな開口
よりなる絞りを用いて傾斜照明を行っていた。

【０００７】なお、従来の通常の照明法のように、フラ
イアイレンズの射出面に、ほぼ円形の絞り（σ絞り）が
設けられている場合、そのほぼ円形の絞りを透過した照
明光は、レチクルに対して垂直入射を中心とした円錐状
の入射角度範囲で入射する。前述の如く、フライアイレ
ンズの射出面と、レチクル面とは、光学的にフーリエ変
換の関係となっているため、そのσ絞りの径は照明光束
の開口数（及びσ値）に対して、比例関係となってい
る。

【０００８】更に、ＳＨＲＩＮＣ法を、上述の偏心した
開口よりなる特殊絞りではなく、レチクル近傍の照明光
入射側に設けた回折格子により実現する方法も提案され
ている（特開平４−３４３２１５号公報、特開平５−１
８８５７７号公報参照）。レチクル近傍に回折格子を設
けると、照明光は先ずこの回折格子に入射し、それより
発生する回折光がレチクルを照明することとなる。回折
光の回折角は、回折格子の周期（ピッチ）と露光波長と
によって決まるため、回折格子のピッチを適当に定める
ことにより、レチクルへの上記回折光の入射角（即ち、
レチクルへの照明光の入射角）を最適な値とすることが
できる。このようにしてＳＨＲＩＮＣ法を実現する方式
を、以下では、「近接格子法」と呼ぶ。なお、このとき
に用いる回折格子としては、照明効率の点で位相型が好
都合であり、特に０次光（直進光）の発生を抑制できる
という点で全面での振幅透過率の和が０であるような位
相型格子が好都合である。

【０００９】ところでこのような位相格子は、透過光の
波長によって、発生する位相差量が変化するため、広帯
域の光に対して使用することはあまり好ましくない。し
かし、最近の投影露光装置では、光学系の色収差等の問
題により、露光波長は単色光（例えばレーザ光）、又は
例えば水銀の輝線であるｉ線（波長：０．３６５μｍ、
波長幅：０．００５μｍ）のような準単色光を採用して
いるため、波長による位相差への影響はほとんど考慮す
る必要はない。

【００１０】

【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、位相シフト法は位相シフトレチクルの製造、
検査、修正技術の確立が不十分であり、また位相シフタ
をパターン中のどの部分に被着させるかを決定する手法
には原理的な困難がある。それに対して、ＳＨＲＩＮＣ
法においては原理的な問題はないが、より高解像度の結
像系を実現するには、照明光のレチクルへの入射角をよ
り大きくする必要があり、開口数のより大きな、従って
より大型且つ高価な照明光学系が必要となる。

【００１１】また、ＳＨＲＩＮＣ法を近接格子法により
実現する場合には、照明光学系そのものの開口数は従来
の通常の照明法を用いる装置の照明光学系と同程度か、
あるいはより小さくてもよいため、大きさ及び価格の点
で特殊絞りを用いる方法よりも優れている。しかしなが
ら、近接格子法では、回折格子より発生する高次回折光
が結像性能に悪影響を及ぼすため、結像性能は特殊絞り
によるＳＨＲＩＮＣ法に比べて劣るという不都合があ
る。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、小型且つ廉価な
照明光学系を用いて、近接格子法を適用した場合に、従
来の特殊絞りを使用するＳＨＲＩＮＣ法と同等の結像性
能が得られる投影露光装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【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に示すように、転写用のパターンが形
成されたマスク（Ｒ）を照明光で照明する照明光学系
（１〜１４）と、そのマスクのパターンの像を感光基板
（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、マスク（Ｒ）と照明光学系（１
〜１４）との間に、マスク（Ｒ）から所定間隔だけ離し
て配置され、その照明光を偏向させる偏向部材（ＰＧ）
と、マスク（Ｒ）と偏向部材（ＰＧ）との間に配置さ
れ、その偏光部材から射出された光束の内、そのマスク
をそのまま通過した後、投影光学系（ＰＬ）の瞳（２
１）を通過する角度範囲内にある光束のみを選択的にそ
のマスクに導く光束選択部材（ＬＳ）とを有するもので
ある。

【００１４】この場合、偏向部材（ＰＧ）が回折格子で
ある場合、光束選択部材（ＬＳ）は、その回折格子から
の回折光の内、そのマスクをそのまま通過した後、投影
光学系（ＰＬ）の瞳（２１）を通過する次数の光束のみ
を選択的にそのマスクに導くようにする。また、光束選
択部材（ＬＳ）としては、多層膜フィルタ、又はエタロ
ン等が使用できる。

【００１５】

【作用】斯かる本発明によれば、偏向部材（ＰＧ）から
マスク（Ｒ）に対して入射角がかなり大きな光束が入射
する場合には、そのような光束を光束選択部材（ＬＳ）
により遮断する。そして、マスク（Ｒ）に入射した場合
にその０次光が投影光学系（ＰＬ）の瞳（例えば、開口
絞り２１の開口部）を通過するような入射角の光束、即
ちマスクパターンの像を高い解像度で、且つ深い焦点深
度で結像させるため必要な光束のみをマスク（Ｒ）に照
射する。これにより、従来の近接格子法の問題である近
接格子からの高次回折光の混入による結像性能の劣化が
防止され、高い解像度、及び深い焦点深度が得られる。

【００１６】なお、マスク（Ｒ）をそのまま通過した
後、投影光学系（ＰＬ）の瞳の中心部を通過する光束、
即ち偏向部材（ＰＧ）で偏向されずにマスク（Ｒ）に達
した光束も遮断した方がよい場合もある。また、偏向部
材（ＰＧ）が回折格子よりなる場合には、光束選択部材
（ＬＳ）は、その回折格子からの回折光の内、マスク
（Ｒ）をそのまま通過した後、投影光学系（ＰＬ）の瞳
を通過する次数の光束のみを選択的にそのマスクに導
き、例えばマスク（Ｒ）に対する入射角が大きな高次回
折光を遮断すればよい。この場合にも、その回折格子か
らの０次光を遮断した方がよい場合がある。

【００１７】

【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１は本実施例の投影
露光装置を示し、この図１において、水銀ランプ等の光
源１より発生した照明光は、楕円鏡２によりこの第２焦
点に集光された後、インプットレンズ４によりほぼ平行
な光束に変換される。その第２焦点付近に開閉自在にシ
ャッタ３が配置され、装置全体の動作を制御する主制御
系２５がシャッタ駆動部２６を介して、シャッタ３の開
閉を制御する。そのほぼ平行な光束から、短波長カット
フィルタ５、及び干渉フィルタ６により、例えばｉ線
（波長０．３６５μｍ）の照明光のみが選択されてフラ
イアイレンズ７に照射される。なお、露光用の照明光
（露光光）としては、水銀ランプ等の他の輝線（波長
０．４３６μｍのｇ線等）を使用する場合のみならず、
後述するようにＫｒＦエキシマレーザ光（波長：０．２
４８μｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長：０．１９
３μｍ）等のレーザ光を用いる場合にも本発明は適用さ
れる。

【００１８】フライアイレンズ７の射出側の面には、２
次光源（光源１の像）が、フライアイレンズ７のレンズ
エレメントの数だけ形成される。この２次光源形成面に
照明系の開口絞り（以下、「σ絞り」という）８を設け
る。主制御系２５が絞り制御部２７を介してσ絞り８の
開口径等を調整する。フライアイレンズ７から射出さ
れ、σ絞り８を透過した照明光は、ミラー９、第１リレ
ーレンズ１０、レチクルブラインド（可変視野絞り）１
１、第２リレーレンズ１２、ミラー１３、及びコンデン
サーレンズ１４を経て、ほぼ平行光束の状態で偏向部材
としての回折格子ＰＧに入射し、回折格子ＰＧから射出
された回折光が、光束選択部材ＬＳを経てレチクルＲを
照明する。本実施例の回折格子ＰＧは、後述のように０
次光が消失するように形成された位相格子であり、光束
選択部材ＬＳは、透明基板上に多層膜フィルタを形成し
たものである。

【００１９】このとき、レチクルブラインド１１は、レ
チクルＲのパターン面と共役になっており、レチクルブ
ラインド１１の開口形状によりレチクルＲ上の照明領域
を可変とすることができる。また、フライアイレンズ７
の射出側のσ絞り８の配置面は、レチクルＲのパターン
面と、光学的にほぼフーリエ変換の関係となっている。
レチクルＲを透過した光束、及びレチクルＲで回折され
た光束は、投影光学系ＰＬにより集光され、ウエハＷ上
にレチクルＲのパターンの像を形成する。投影光学系Ｐ
Ｌの瞳面（レチクルパターン面に対する光学的フーリエ
変換面）ＦＴＰに、開口絞り２１が設けられ、主制御系
２５が開口絞り駆動部２０を介して開口絞り２１の開口
径の開閉を行う。

【００２０】本実施例においては、回折格子ＰＧ、及び
光束選択部材ＬＳにより、従来の通常の照明法を使用す
る場合と比べてより高解像度、且つ大焦点深度でレチク
ルＲのパターン像を露光できる。しかしながら、例え
ば、パターンサイズのそれ程微細でない工程において
は、通常の照明法を使用する投影露光装置としても使用
できることが望ましい。このため、回折格子ＰＧ、及び
光束選択部材ＬＳを、それぞれ回折格子ローダＰＧＬ、
及び光束選択部材ローダＬＳＬにより保持し、主制御系
２５からの指令により随時、回折格子ＰＧ、及び光束選
択部材ＬＳを、照明光束の光路外へ退避できるようにな
っている。この際、主制御系２５がこれから露光するレ
チクルＲの種類等を識別できることが望ましい。そこ
で、主制御系２５にはバーコードリーダ２８が接続さ
れ、これを介してレチクルＲがロードされる際にレチク
ルＲのバーコードを読むことにより主制御系２５はその
レチクルＲのパターンの微細度等を認識できるようにな
っている。

【００２１】また、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ
上に保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行なＺ軸方向に位置決めす
るＺステージ、及びそのＺ軸に垂直な面（ＸＹ平面）内
でウエハＷを位置決めするＸＹステージ等から構成され
ている。ウエハステージＷＳＴの移動座標は常時レーザ
干渉計２３により計測されている。更に、投影光学系Ｐ
Ｌの側面に、例えば斜入射方式でウエハＷのＺ方向の位
置（フォーカス位置）を計測するためのフォーカスセン
サ２４が配置され、主制御系２５からの指令、レーザ干
渉計２３で計測された座標情報、及びフォーカスセンサ
２４で検出されたフォーカス位置の情報がウエハステー
ジコントローラ２２に供給され、これに応じてウエハス
テージコントローラ２２がウエハステージＷＳＴの動作
を制御する。

【００２２】なお、図１においては、投影光学系ＰＬと
して屈折部材のみよりなるレンズ系を想定しているが、
その投影光学系ＰＬとして反射光学系や反射屈折光学系
を使用しても構わない。また、露光中にレチクル及びウ
エハを固定し、露光間にウエハを逐次移動する、所謂ス
テップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッ
パ等）、及び露光中にレチクル及びウエハを走査するス
キャン方式（スリットスキャン方式、若しくはステップ
・アンド・スキャン方式等を含む）の投影露光装置の何
れに対しても本発明を適用できる。例えば本発明をステ
ップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用する
場合には、回折格子ＰＧ、及び光束選択部材ＬＳはレチ
クルに同期してスキャンさせる必要はなく装置に対して
固定したままでよい。

【００２３】次に、図１の実施例における回折格子Ｐ
Ｇ、及び光束選択部材ＬＳの作用につき詳細に説明す
る。図２は、図１中の回折格子ＰＧ、光束選択部材Ｌ
Ｓ、及びレチクルＲを含む部分の拡大断面図であり、こ
の図２において、回折格子ＰＧは、石英等の透明基板Ｐ
Ｇ₀のレチクル側の面にＳｉＯ₂，又はＰＳＧ等の誘電
体からなる位相格子ＰＧ₁が形成されている。露光波長
をλ、その誘電体の屈折率をｎとして、その位相格子の
厚さｄを次のように設定する。

【００２４】ｄ＝λ／｛２・（ｎ−１）｝（１）これにより、誘電体部の透過光と、それ以外の部分の透
過光との位相差をπとすることができる。回折格子ＰＧ
のピッチについては、レチクルＲ上の遮光パターンＲＰ
により定まる。また、回折格子ＰＧのデューディ（誘電
体部の幅とそれ以外の部分の幅との比）は、前述の如く
０次光を発生させないために１：１とする。また、図２
の例ではレチクルＲ上の遮光パターンＲＰがＸ方向に周
期性を有するパターンであるため、位相格子ＰＧ₁もＸ
方向に周期性を有するパターンとなっている。これに対
して、遮光パターンＲＰがＸ方向及びＹ方向（図２の紙
面に垂直な方向）に周期性を有するパターンである場合
には、位相格子ＰＧ₁としても例えば市松格子状に凸部
と凹部とが配列された２次元の位相格子を使用する。

【００２５】また、光束選択部材ＬＳは、透明基板ＬＳ
₀のレチクル側の面に、特定の入射角（射出角）の範囲
の光束のみを透過させる誘電体多層膜ＭＬＣを形成した
ものである。この誘電体多層膜ＭＬＣの詳細については
後述する。次に、レチクルＲは、透明基板Ｒ₀の下面
（ウエハ側の面）に、クロム等の遮光材料により所定の
遮光パターンＲＰを形成したものである。一般に、レチ
クルパターンには、ライン・アンド・スペースパターン
と呼ばれるパターンのような、周期的なパターンが多く
含まれている。近接格子法を含むＳＨＲＩＮＣ法におい
ては、特にこのような周期的なパターンに対して、解像
度及び焦点深度が向上する。

【００２６】また、レチクルＲへの照明光の入射角は、
これらの周期的なパターンの内、最もピッチの小さなパ
ターン、即ち最も微細なパターンの焦点深度を最大にす
るように選ばれるのが普通である。このときの照明光の
入射角θは、上記の遮光パターンＲＰのピッチをＰとす
ると、次の条件を満たすことが望ましい。 sin θ＝λ／（２・Ｐ）（２）この（２）式の導出過程等については、前出の特開平４
−１０１１４８号公報、特開平４−１８０６１２号公
報、特開平４−１８０６１３号公報、特開平４−２２５
３５９号公報等に詳しく述べられている。

【００２７】また、近接格子法においては、位相格子の
ピッチＰ_pを、その遮光パターンＲＰのピッチの２倍と
する、即ち次式を成立させることにより、（２）式を満
たすことができる。Ｐ_p＝２・Ｐ（３）即ち、（２）式、及び（３）式より、ピッチＰ_pの位相
格子ＰＧ₁からは、次式により定まる回折角±θ₁の方
向にそれぞれ±１次光が発生し、これら±１次光がレチ
クルＲに対して同様に±θ（＝θ₁）の入射角で入射す
る。

【００２８】 sin θ₁＝λ／Ｐ_p＝λ／（２・Ｐ）＝sin θ （４）ところが、上述のデューティが１：１の位相格子ＰＧ₁
からは、±１次回折光だけでなく、±３次等の奇数次の
高次回折光も同時に発生してしまう。従来の近接格子法
においては、図２に示す如き光束選択部材ＬＳを用いて
いないため、そのような高次回折光もレチクルＲへ到達
することになり、結像特性に悪影響を与えていた。

【００２９】それに対して、本実施例では光束選択部材
ＬＳの作用により、レチクルＲへ到達する光束を±１次
光だけとすることができる。図３（ａ）は位相格子ＰＧ
₁からの±１次光が、光束選択部材ＬＳを透過してレチ
クルＲに到達する様子を示している。このときの位相格
子ＰＧ₁からの射出角（回折角）は、前述の如くθ₁で
あり、光束選択部材ＬＳへの入射角及び射出角も同様に
θ₁となる。

【００３０】図３（ｂ）は位相格子ＰＧ₁(ピッチＰ_p)か
らの±３次光が、光束選択部材ＬＳにより反射されてレ
チクルＲに到達できない様子を示している。このときの
位相格子ＰＧ₁からの±３次光の射出角±θ₃は、
（４）式に対応させると次式を満たす角度である。 sin θ₃＝３・λ／Ｐ_p （５）（４）式と（５）式とを比較すると、射出角θ₃は射出
角θ₁と比べて約３倍大きいことが分かる。このような
光束選択部材ＬＳは、例えば透明基板のレチクル側の面
に、入射角（及び射出角）に応じて反射、及び透過特性
の変化する誘電体多層膜ＭＬＣを被着することにより、
形成することができる。この場合、誘電体多層膜ＭＬＣ
としては、一般に狭帯域干渉フィルタと呼ばれる、特定
の狭い波長域の光束のみを透過させ、それ以外の波長の
光束を反射するタイプを用いるとよい。狭帯域干渉フィ
ルタは、波長に対する選択性を有するのみでなく、光束
の入射角に対する透過、及び反射の選択性も有してい
る。即ち、同一の波長の光束であっても、狭帯域フィル
タへの入射角に応じて透過率及び反射率が変化する。こ
の性質を利用して、上記の如き回折光の次数（回折角）
に対する選択性を持たせることができる。

【００３１】例えば使用する狭帯域干渉フィルタの透過
率特性を、図４（ａ）中の透過率特性Ｔ１１で示すよう
に、露光波長をｉ線（波長：０．３６５μｍ）として、
前述の位相格子ＰＧ₁からの１次回折光と同じ入射角の
光束に対して、透過率が最大となるように設定する。こ
のとき位相格子ＰＧ₁からの３次回折光に対しては、入
射角が透過率が最大となる角度（１次回折光の入射角）
とは約３倍異なるため、３次回折光の透過率特性Ｔ１３
は、１次回折光の透過率特性Ｔ１１よりも短波長側にシ
フトしたものとなり、露光波長での３次回折光の透過率
Ｔ１３_Eは、１次回折光の透過率Ｔ１１_Eより低い値と
なる。これにより、レチクルへの３次回折光の照射量を
減少させることができる。勿論、５次以上の高次の回折
光についても同様に透過率が低下するため、全体として
レチクルへ達する高次回折光を低減させることができ
る。

【００３２】また、狭帯域干渉フィルタにおいては、上
記の１次回折光よりも入射角の小さな光束の透過率につ
いても同様に低減するため、位相格子ＰＧ₁の製造誤差
（位相ずれ、デューディずれ）により０次光（回折角＝
０）が僅かに発生しても、この０次光がレチクルＲに達
することは防止されるか、又はその０次光の内でレチク
ルＲに達するのは無視できる程度である。なお、０次光
の場合、狭帯域干渉フィルタへの入射角は、１次回折光
の入射角より小さくなるため、透過率特性は長波長側に
シフトする。

【００３３】あるいは光束選択部材ＬＳ用の誘電体多層
膜ＭＬＣとして、所謂帯域フィルタを使用してもよい。
即ち、誘電体多層膜の透過率対波長特性が、一般に入射
角の増大に伴って短波長側へシフトする性質を利用し、
露光波長付近を帯域フィルタ透過域の長波長側の端に設
定する。より厳密には、露光波長をｉ線とした場合に
は、使用する帯域フィルタの透過率特性を図４（ｂ）の
透過率特性Ｔ２１に示す如く、前述の位相格子ＰＧ₁か
らの１次回折光の入射角において、露光波長の透過率
が、透過帯域の長波長端となるように設定する。一方、
３次回折光の入射角では入射角の増大による透過域のシ
フトにより、透過率特性Ｔ２３に示す如く透過率特性が
短波長側へシフトするため、露光波長での３次回折光の
透過率Ｔ２３ _Eを、１次回折光の透過率Ｔ２１_Eより低
くできる。勿論、この場合にも５次以上の高次回折光の
透過率も低減させることができる。但し、この図４
（ｂ）の例では、位相格子ＰＧ₁の製造誤差により生じ
る０次光については減光することができないため、位相
格子ＰＧ₁はより高性能の（０次光が少ない）ものを使
用することが望ましい。

【００３４】なお、このような誘電体多層膜の設計方法
については、例えば、石黒浩三，池田英生，横田英嗣：
光学薄膜，藤原史郎編（共立出版，東京，１９８５年）
（以下、「参考文献」という）の１１０頁に詳しく説明
されている。また、上記の光束選択部材ＬＳとして、ガ
ラス基板等の透過基板の片面に金属薄膜等で高反射膜を
形成した部材を、２枚対向させて配置した、所謂エタロ
ンを用いることもできる。エタロンも上記の狭帯域干渉
フィルタと同様に作用するが、その透過率対波長特性
（これは透過率対角度特性に等しい）は、狭帯域干渉フ
ィルタより一層鋭く、より理想的な光束選択特性を得る
ことができる。但し、一方で、透過率対波長特性も鋭く
なり過ぎるため、水銀ランプの輝線（ｉ線等）のような
準単色光を光源とする露光装置では、波長幅（ｉ線では
０．００５μｍ）を持った露光光の内、特定の極めて狭
い波長幅の単色光のみしかエタロンを透過できずレチク
ルを照明する光束の光量が低下してしまう。従って、エ
タロンは、エキシマレーザ光源、又はＹＡＧレーザの高
調波発生装置等の極めて発光波長幅の狭い光源を使用す
る露光装置に適した光束選択部材である。

【００３５】なお、エタロンを構成する高反射膜として
金属等を使用するとしたが、これを誘電体多層膜で形成
してもよい。エタロンの設計方法についても前出の「参
考文献」の３０頁に詳細に説明されている。ここで、光
束選択部材ＬＳの作用についてまとめてみる。図５は、
図１中の回折格子ＰＧからウエハＷまでの光学系を示
し、この図５において、回折格子ＰＧには図１のコンデ
ンサーレンズ１４より投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ
平行な光束よりなる照明光（露光光）３１が照射されて
いる。この場合、レチクルＲ上にＸ方向に所定ピッチで
周期的なパターンが形成されているものとして、回折格
子ＰＧからはＸＺ平面内で所定の回折角で照明光３１の
±１次回折光３２，３３、±３次回折光３４，３５、及
び更に高次の回折光が射出され、これらの回折光が光束
選択部材ＬＳに向かう。

【００３６】この場合、仮に光束選択部材ＬＳが無いも
のとすると、レチクルＲに入射する＋１次回折光３２及
び−１次回折光３３のレチクルＲからの０次光は、それ
ぞれ投影光学系ＰＬの開口絞り２１の開口部（以下、
「瞳」と呼ぶ）２１ａ内の点３６及び３７を通過してウ
エハＷ側に向かう。そして、＋１次回折光３２によるレ
チクルＲからの−１次回折光３２Ａはほぼ瞳２１ａ内の
点３７付近を通過してウエハＷに向かい、−１次回折光
３３によるレチクルＲからの＋１次回折光３３Ａはほぼ
瞳２１ａ内の点３６付近を通過してウエハＷに向かうた
め、ウエハＷ上では高い解像度且つ深い焦点深度でレチ
クルＲのパターンが投影される。

【００３７】一方、光束選択部材ＬＳが無いものとした
場合、レチクルＲに入射する＋３次回折光３４及び−３
次回折光３５のレチクルＲからの０次光は、それぞれ投
影光学系ＰＬの瞳２１ａの外側の点３８及び３９で阻止
されてウエハＷには達しない。しかしながら、例えば＋
３次回折光３４のレチクルＲからの所定次数の回折光３
４Ａは、その瞳２１ａ内の点３８Ａを通過してウエハＷ
に達する恐れがあり、同様に−３次回折光３５のレチク
ルＲからの所定次数の回折光も、瞳２１ａを通過してウ
エハＷ側に達する恐れがある。このように±３次回折光
３４，３５の回折光のみがウエハＷに達すると、ウエハ
Ｗ上での結像特性が悪化する。そこで、本実施例では、
光束選択部材ＬＳによりそれら±３次回折光３４，３
５、及びより高次の回折光を遮断しているのである。

【００３８】以上をまとめると、光束選択部材ＬＳで
は、レチクルＲからの０次光が投影光学系ＰＬの瞳２１
ａを通過するような照明光を通過させて、それ以外の照
明光を遮断するのが望ましい。但し、例えば照明光３１
による回折格子ＰＧからの０次光が存在した場合、この
０次光のレチクルＲからの０次光も投影光学系ＰＬの瞳
２１ａ内を通過することになるが、この０次光は結像特
性を悪化させるものである。そこで、光束選択部材ＬＳ
では、レチクルＲに対して光軸ＡＸにほぼ平行に入射す
る照明光、即ち０次光が投影光学系ＰＬの瞳２１ａの中
心部を通過するような照明光をも遮断することが望まし
い。このように、レチクルＲに対して大きな入射角で入
射する照明光、及び小さな入射角で（光軸ＡＸにほぼ平
行に）入射する照明光の両方を遮断できる光束選択部材
ＬＳの一例が、図４（ａ）に示す特性を有する多層膜フ
ィルタ、及びエタロンである。

【００３９】なお、上述実施例では、回折格子ＰＧと光
束選択部材ＬＳとが分離されているが、図６に示すよう
にそれらを一体化した光束偏向選択部材４０を使用して
もよい。図６において、光束偏向選択部材４０は、ガラ
ス基板等の透明基板４１の照明光学系側の面に位相型の
回折格子４２を形成し、透明基板４１のレチクル側の面
に多層膜フィルタよりなる狭帯域干渉フィルタ４３を被
着して構成されている。この狭帯域干渉フィルタ４３
は、回折格子４２からの±１次回折光をレチクル側に透
過させて、他の高次回折光、及び０次光を遮断（反射）
するような入射角対透過率の特性を有する。

【００４０】この光束偏向選択部材４０を図１におい
て、回折格子ＰＧ及び光束選択部材ＬＳの代わりに設置
する。この場合、図６に示すように、回折格子４２にほ
ぼ垂直に入射した照明光３１により回折格子４２から±
１次回折光３２，３３、±３次回折光３４，３５、…、
及び僅かの０次光４４が発生する。しかしながら、狭帯
域干渉フィルタ４３により、０次光４４、及び±３次回
折光３４，３５以上の高次回折光が反射されてしまうた
め、図１のレチクルＲには±１次回折光３２，３３だけ
が照射される。これにより、極めて簡単な構成で、従来
の特殊絞りを使用するＳＨＲＩＮＣ法と同様の照明が行
われ、高い解像度、及び深い焦点深度が得られる。

【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、近接格子法によりＳＨ
ＲＩＮＣ法を実現する際に問題となっていた、偏向部材
（近接格子）からの高次回折光のマスクへの照射量を光
束選択部材により減少（反射）させることができる。こ
れにより、近接格子法での、感光基板上のマスクパター
ンの像の像質（コントラスト等）を特殊絞りを使用した
場合のＳＨＲＩＮＣ法と同等にすることができる。

【００４３】更に、照明光学系の大きさや価格は従来の
近接格子法の場合と基本的に同様であり、特殊絞りを使
用するＳＨＲＩＮＣ法に必要な照明光学系よりも小型且
つ廉価に製造できると共に、軽量化の点でも優れている
といった利点がある。また、偏向部材を回折格子（位相
格子等）より形成し、光束選択部材が、その回折格子か
らの回折光の内、マスクをそのまま通過した後、投影光
学系の瞳を通過する次数の光束のみを選択的にそのマス
クに導く場合には、その回折格子が平面的な形状で狭い
空間にも容易に配置できると共に、その回折格子からの
各回折光の回折角が大きく異なっているため、光束選択
部材での分離が容易であるという利点がある。

【００４４】また、光束選択部材が多層膜フィルタより
なる場合には、多層膜フィルタは薄いためその光束選択
部材を狭い空間に容易に配置できる。また、多層膜フィ
ルタとして特に狭帯域干渉フィルタを使用した場合に
は、マスクをそのまま通過した後、投影光学系の瞳の中
心部を通過するような照明光をも容易に遮断できるた
め、感光基板上での投影像の像質をより高めることがで
きる。

【００４５】一方、光束選択部材がエタロンよりなる場
合には、エタロンの間隔等の調整により光束の選択特性
を容易に調整できるため、例えば投影光学系の開口数を
変えたような場合でも、それに応じて最適な照明光のみ
をマスクに導くことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す構
成図である。

【図２】図１中の回折格子ＰＧからレチクルＲまでを拡
大して示す断面図である。

【図３】光束選択部材ＬＳによる光束の選択作用の説明
図である。

【図４】（ａ）は狭帯域干渉フィルタの波長に対する透
過率の特性を示す図、（ｂ）は帯域フィルタの波長に対
する透過率の特性を示す図である。

【図５】光束選択部材ＬＳで選択する回折光とウエハＷ
上での結像特性との関係の説明に供する図である。

【図６】回折格子ＰＧと光束選択部材ＬＳとを一体化し
た光束偏向選択部材の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１光源７フライアイレンズ８照明系の開口絞り（σ絞り）１１レチクルブラインドＰＧ回折格子ＰＧ₁ 位相格子ＰＧＬ回折格子ローダＬＳ光束選択部材ＭＬＣ誘電体多層膜ＬＳＬ光束選択部材ローダＲレチクルＰＬ投影光学系２１開口絞りＷウエハＷＳＴウエハステージ２５主制御系４０光束偏向選択部材

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用のパターンが形成されたマスクを
照明光で照明する照明光学系と、前記マスクのパターン
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、前記マスクと前記照明光学系との間に、前記マスクから
所定間隔だけ離して配置され、前記照明光を偏向させる
偏向部材と、前記マスクと前記偏向部材との間に配置され、前記偏向
部材から射出された光束の内、前記マスクをそのまま通
過した後、前記投影光学系の瞳を通過する角度範囲内に
ある光束のみを選択的に前記マスクに導く光束選択部材
と、を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記偏向部材は回折格子よりなり、前記光束選択部材は、前記回折格子からの回折光の内、
前記マスクをそのまま通過した後、前記投影光学系の瞳
を通過する次数の光束のみを選択的に前記マスクに導く
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】前記光束選択部材は多層膜フィルタより
なることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光
装置。
【請求項４】前記光束選択部材はエタロンよりなるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。