JPH0729808A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のホールパターンを高解像度、大焦点深
度で投影露光する。 【構成】 投影光学系ＰＬ中のフーリエ変換面ＦＴＰ、
又はその近傍に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とす
る半径ｒ₁ の円形領域（ＦＡ）内を透過する光の振幅
と、その外側（領域ＦＢ）を透過する光の振幅との符号
を異ならせる瞳フィルターＰＦを配置する。このとき、
円形領域の外側の透過光の振幅に対する円形領域内の透
過光の振幅の比をｔ、投影光学系ＰＬの瞳の半径をｒ₂
とすると、0.85×（0.34＋0.12t)≦ｒ₁ ／ｒ₂ ≦1.15×
（0.34＋0.12t)なる関係を満足するように半径ｒ₁ 、振
幅比ｔを定める。さらにレチクルパターンをウェハＷ上
に投影露光する際に、ウェハステージＷＳＴを駆動して
投影光学系ＰＬの結像面とウェハＷとを光軸ＡＸ方向に
相対的に移動する。 【効果】 十分な焦点深度が得られるとともに、複数の
ホールパターンの分離能力（解像度）が高く、かつリン
ギングも小さくできる。

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使用される投影
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、超精密加
工、及び精密な組立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３６
５ｎｍ）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、最近ではエキシマレーザ（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）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。尚、照明光を短波長
化しても解像力は向上するが、同様に短波長化に伴って
焦点深度は減少する。

【０００４】さて、投影光学系の開口数ＮＡを大きくし
て解像力を向上させても、焦点深度（フォーカスマージ
ン）ＤＯＦは開口数の２乗に反比例して減少してしまう
ため、たと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。例えば照明光の波長をｉ線の３６５
ｎｍとし、開口数を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
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。

【０００５】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、例えば特開平４−１
０１１４８号公報、特開平４−２２５３５８号公報で提
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
かけ上の解像力と焦点深度とを増大させるものであり、
ＳＨＲＩＮＣ（Ｓｕｐｅｒ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔ
ｉｏｎ ｂｙＩｌｌｕｍｉＮａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏ
ｌ）法と呼んでいる。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、
投影光学系の瞳内で光軸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。

【０００６】ところが、ＳＨＲＩＮＣ法はレチクル上で
比較的近接したパターン間での光の干渉性を利用して、
解像度や焦点深度の向上を図るものである。すなわち、
レチクル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、例えばコンタクトホールパターン（微小角
パターン）のように孤立的なパターン（他のパターンと
の間隔が比較的離れているパターン）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方向にほとんど一様な分布
として発生するため、投影光学系の瞳内では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。

【０００７】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、ウェハ上の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（Ｆｏｃｕ
ｓ Ｌａｔｉｔｕｄｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ＥＸ
ｐｏｓｕｒｅ）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。しかしながら、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、この多重露光で得られる合成光学像、及
び現像後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭度が低下
したものになることは否めない。このため、近接したコ
ンタクトホールパターンの解像度が劣化したり、あるい
は露光量変動に対するマージン（露光量裕度）が低下し
てしまうという問題がある。

【０００８】最近になって投影光学系の瞳面、すなわち
レチクルパターン面とウェハ表面の双方に対してフーリ
エ変換の関係となる投影光学系の面内に瞳フィルターを
設け、解像度や焦点深度を向上させる提案がなされてい
る。例えば、１９９１年春季応用物理学会の予稿集２９
ａ−ＺＣ−８、９で発表されたＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法
がある。Ｓｕｐｅｒ ＦＬＥＸ法は、投影光学系の瞳に
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。尚、Ｓｕｐｅｒ Ｆ
ＬＥＸ法のような瞳フィルター、いわゆる多重焦点フィ
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｓｕｐｅｒ ＦＬＥＸ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増大効果が得られる
ものの、本来のコンタクトホールパターン（暗下地中の
微小明パターン）の近傍に副次的に生じるサブピーク
（リンギング）の強度が比較的強くなってしまう。この
ため、ある程度近接した複数のコンタクトホールパター
ンでは、ホール間のリンギングが重なり合う場所に不必
要なゴーストパターンが転写され、フォトレジストに不
要な膜べりを生じさせてしまうという問題があった。

【００１０】本発明はこの様な問題点を鑑みてなされた
ものであり、コンタクトホール等の孤立的なパターンに
対して焦点深度や露光量裕度を増大させるとともに、比
較的近接した複数の孤立パターンの間に誤転写（不要パ
ターンの転写）を生じさせない投影露光装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明では、微細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ＩＬＢ）で照射する照明手段
（１〜１４）と、レチクルのパターンから発生した光を
入射してその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）とを備えた投影露光装
置において、マスクと感応基板との間の結像光路内のフ
ーリエ変換面（ＦＴＰ）、又はその近傍に配置され、こ
のフーリエ変換面、又はその近傍面上の投影光学系（Ｐ
Ｌ）の光軸（ＡＸ）を中心とする半径ｒ₁ の円形領域
（ＦＡ）内を透過する光の振幅と、その外側領域（Ｆ
Ｂ）を透過する光の振幅との符号を異ならせる位相板
（瞳フィルターＰＦ）と、マスクのパターンを感応基板
上に投影露光する際に、投影光学系の結像面と感応基板
とを投影光学系の光軸方向に相対的に移動する可動部材
（ウェハステージＷＳＴ）とを設ける。さらに、円形領
域の外側の領域（ＦＢ）の透過光の振幅に対する円形領
域（ＦＡ）内の透過光の振幅の比をｔ、投影光学系の開
口数（ＮＡ）に対応する瞳面半径をｒ₂ とすると、 0.85×（0.34＋0.12t)≦ｒ₁ ／ｒ₂ ≦1.15×（0.34＋0.
12t) なる関係を満足するように半径ｒ₁ 及び振幅比ｔを定め
ることとした。

【００１２】さらに、位相板を結像光路中に挿脱可能と
し、かつ位相板を前記結像光路外へ退出した際、フーリ
エ変換面、又はその近傍に位相板とほぼ等しい光学的厚
さを有する透明な平行平面板（ＰＦ３）を配置する交換
手段（２０、３０）を設けるようにしてもよい。また、
可動部材が投影光学系の結像面と感応基板とを段階的に
相対移動するときは、照明光の波長をλ、投影光学系の
感応基板側の開口数をＮＡとすると、光軸ＡＸ方向にλ
／（１−√（１−ＮＡ² ))だけ離れた離散的な複数の位
置の各々で露光を行うこととした。一方、可動部材が投
影光学系の結像面と感応基板とを連続的に相対移動する
ときは、光軸ＡＸ方向に２λ／（１−√（１−ＮＡ² ))
程度以上相対移動させることとした。

【００１３】

【作用】本発明においては、位相型の瞳フィルターの中
心透過部（ＦＡ）の半径ｒ₁ 、及び中心透過部（ＦＡ）
とその外側の透過部（ＦＢ）との間の振幅比ｔ（すなわ
ち中心透過部（ＦＡ）の振幅透過率ｔ₁ ）を、ＦＬＥＸ
法の併用を前提として最適化した。このため、コンタク
トホールパターンの投影露光に必要な焦点深度、及び露
光量マージンを確保しつつ、近接した複数のホールパタ
ーンを十分に分離できるとともに、リンギングを小さく
してホールパターン間に不要なパターンが生じることを
防止することができる。

【００１４】

【実施例】図１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１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、
短波長カットフィルター５、干渉フィルター６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６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
体もレーザ等でもよい。

【００１５】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１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。

【００１６】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１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）／ＮＡｒで定義され、現在
稼動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。また、必要によっては前述のＳＨ
ＲＩＮＣ法による変形光源絞りや輪帯絞りを用いてもよ
い。

【００１７】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。

【００１８】図１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１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（以後、瞳面と称す）ＦＴＰに
は、位相型の瞳フィルターＰＦが設けられる。この瞳フ
ィルターＰＦは、投影光学系ＰＬの瞳面の最大径（開口
数ＮＡに相当）をカバーする直径を有し、かつ保持部材
（ターレット板、スライダー等）３０に固定されて交換
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。

【００１９】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、瞳
フィルターＰＦ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、瞳フィルターＰＦは投影光学
系ＰＬの瞳面（フーリエ変換面）ＦＴＰ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。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、ＮＡ可変絞りと瞳フィルターＰＦ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。

【００２０】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２
２によって行われ、ＸＹ移動に関してはレーザ干渉計２
３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
値に従って制御される。ステージ駆動ユニット２２、交
換機構２０等は、主制御ユニット２５からの指令で動作
する。この主制御ユニット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交換機構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、及び瞳フィルターＰＦの
要、不要（さらには最適な瞳フィルターの選択）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。

【００２１】ここで図１中の投影光学系ＰＬの一部分の
構造を、図２を参照して説明する。図２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（瞳面）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、本実施例で
は瞳フィルターＰＦ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、複数個の瞳
フィルター（図３中のＰＦ１〜ＰＦ３）を保持する保持
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２０Ｂ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、交換機構２０には回転モータ等のアクチュ
エータ２０Ａが結合されており、保持部材３０の回転に
より複数個の瞳フィルターを交互に投影光学系ＰＬの瞳
面ＦＴＰに配置可能となっている。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、瞳フィルターＰＦの露光光の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、交換機構
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、交換機構２０、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。

【００２２】図３は、図２中の保持部材３０の具体的な
構成を示し、本実施例ではターレット状の円板に３個の
瞳フィルターＰＦ１〜ＰＦ３を等角度間隔で固定してい
る。この３個の瞳フィルターＰＦ１〜ＰＦ３はいずれも
投影光学系ＰＬの瞳面の最大径をカバーする直径を有し
ており、前述したＮＡ絞りの開口径に依らず、瞳面ＦＴ
Ｐ内に分布する結像光は必ず瞳フィルターを透過するこ
とになる。ここで瞳フィルターＰＦ３は、瞳フィルター
を用いない通常の露光（ＳＨＲＩＮＣ法や輪帯照明法も
含む）を行う場合に瞳面ＦＴＰに配置されるものであ
り、瞳フィルターＰＦ１、ＰＦ２とほぼ等しい厚さ（光
学的厚さ）を有する透明な平行平面板（例えば石英基
板）である。これは、投影光学系ＰＬの結像特性（収
差）の変動を極力抑えるためのものである。

【００２３】また、瞳フィルターＰＦ１、ＰＦ２は本発
明による位相型の瞳フィルターであり、石英等の透明基
板の中心の円形領域（斜線部）に所定の膜厚で位相シフ
ター（例えばＳＯＧ）を被着して形成したものである。
従って、瞳フィルターＰＦ１、ＰＦ２では共に、中心の
円形透過部（位相シフト部）を透過する光の振幅（円形
透過部の透過率）と、その外側（基板裸面部）を透過す
る光の振幅（基板裸面部の透過率）とが異なっている。
このとき、円形透過部の透過光と基板裸面部の透過光と
の間に（２ｍ＋１）π [rad]（但し、ｍは整数）の位相
差を与えるように、位相シフターの膜厚を調整してお
く。

【００２４】ところで、本実施例では瞳フィルターＰＦ
１とＰＦ２とで、円形透過部の半径ｒ₁₁、ｒ₁₂、及び振
幅透過率を互いに異ならせるものとする。これは、本発
明による瞳フィルターでは投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ
（瞳面の径）に応じて円形透過部の半径、及び円形透過
部とその外側との振幅透過率の比（すなわち本実施例で
は、円形透過部に位相シフターを被着してその比を決定
することから、円形透過部の振幅透過率に相当する）の
少なくとも一方の最適値が変化するためであり、前述の
如きＮＡ可変絞りによって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ
が可変となっているステッパーにおいて、２通りの開口
数ＮＡの値に対してそれぞれ最適な瞳フィルターを用い
るべく、互いに形成条件が異なる２つの瞳フィルターを
用意したのである。従って、保持部材３０の構造を変更
して４種類以上の瞳フィルターを設けるようにし、３通
り以上の開口数ＮＡに対してそれぞれ円形透過部の半
径、振幅透過率の最適化を行う、すなわち最適な瞳フィ
ルターを用いることができるようにしてもよい。

【００２５】図４は、本発明による位相型の瞳フィルタ
ーの構成の一例を示し、ここでは瞳フィルターＰＦが投
影光学系ＰＬに装填されてその中心が光軸ＡＸと一致し
ているものとする。図４において、瞳フィルターＰＦ
は、光軸ＡＸを中心とする半径ｒ₁ の円内（領域ＦＡ）
に、その外側（領域ＦＢ）を透過する光の振幅を＋１．
０（基準）として透過光の振幅をｔ（負の実数）とす
る、すなわち透過光の位相を反転させるとともに、ある
程度の減光作用を有する位相シフターＰＳが被着されて
いる。この減光作用は、例えば位相シフターＰＳ自身を
吸光性の材質で形成することによっても得られるが、例
えば位相シフターＰＳを、薄い金属膜（所定の透過率を
持ち、光が一部透過する）と透光性の位相シフターとの
２層膜等により形成してもよい。尚、瞳フィルターＰＦ
の半径ｒ₃ は投影光学系ＰＬの最大開口数（すなわち瞳
面の最大径）に対応している。但し、半径ｒ₃ 以上の領
域では投影光学系ＰＬ中に設けられたＮＡ絞りによって
結像光が遮光されるため、実際には瞳フィルターの半径
ｒ₃ が瞳面の最大径より大きくても全く問題ない。

【００２６】さて、本発明では前述の位相型瞳フィルタ
ーＰＦ（図４）と従来のＦＬＥＸ法とを併用すること
で、十分な焦点深度や露光量マージンを確保しつつリン
ギングを小さくしようとするものである。そこで本実施
例では、図１中のウェハＷを保持するウェハステージＷ
ＳＴが従来のＦＬＥＸ法の機能、すなわち露光中にウェ
ハＷを光軸ＡＸ方向に移動、又は振動させる機能を有す
る。

【００２７】そして、本件発明者の膨大なシミュレーシ
ョンの結果、図４の瞳フィルターＰＦでは半径ｒ₁ と振
幅透過率ｔ₁ （負の実数）、すなわち基板裸面部の振幅
透過率ｔ₂ に対する円形透過部の振幅透過率ｔ₁ の比ｔ
（＝ｔ₁ ／ｔ₂ ）とは、 ｒ₁ ＝（０．３４＋０．１２ｔ）ｒ₂ なる関係を満足するように定めるとよいことがわかっ
た。これが、瞳フィルターＰＦにおいて十分な焦点深
度、露光量マージンを確保しつつリンギングを極めて小
さくするための最適解である。尚、ｒ₂ は投影光学系Ｐ
Ｌの開口数に比例する瞳面の半径（最大径、又はＮＡ絞
りで規定される半径）である。ここで、基板の振幅透過
率ｔ₂ は固定値であるから、半径ｒ₁ と振幅透過率ｔ₁
とを制御して上記関係を満たすようにする。

【００２８】また、前述のＮＡ可変絞りによって投影光
学系ＰＬの開口数を変更する場合には、上記関係式中の
瞳面半径ｒ₂ の値が変化することになるから、変更後の
開口数に最適な半径ｒ₁ と振幅透過率ｔ₁ との少なくと
も一方の値が異なる瞳フィルターに交換する必要があ
る。但し、実際には半径ｒ₁ が上式の±１５％程度の範
囲内であれば、実用上十分な性能を得ることができる。
すなわち、図４の瞳フィルターＰＦでは、 0.85×（0.34＋0.12t)ｒ₂ ≦ｒ₁ ≦1.15×（0.34＋0.12
t)ｒ₂ なる関係を満足するように、半径ｒ₁ と振幅透過率ｔ₁
とを決定するようにしてもよい。従って、ＮＡ可変絞り
による投影光学系ＰＬの開口数の変化量が±１５％程度
の範囲内であれば、瞳フィルターを交換せずにそのまま
使用することもできる。

【００２９】さらに、本発明で位相型瞳フィルターと併
用するＦＬＥＸ法、例えば特開昭６３−４２１２２号公
報に開示されたように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を光軸方向に一定
量だけ移動させる方式では、照明光ＩＬＢの波長をλ、
投影光学系ＰＬのウェハＷ側の開口数をＮＡとすると、
光軸方向に関して離散的な複数の露光位置の相互間隔
（すなわちウェハＷの１回当たりの移動量）ΔＦ₁ を、 ΔＦ₁ ＝λ／（１−√（１−ＮＡ² )) 程度に定めることとした。これは、本件発明者によって
この移動量が本方式の最適値であることが見出されたた
めである。

【００３０】さらに本発明で用いるＦＬＥＸ法が、露光
中にウェハＷを光軸方向に連続的に移動させる方式であ
る場合には、その移動範囲ΔＦ₂ を、 ΔＦ₂ ＝２λ／（１−√（１−ＮＡ² )) 程度以上に定めることとした。これも、この移動範囲が
本方式の最適値であることが見出されたためである。ま
た、特にウェハＷを振動させる場合には、その振幅を、
例えば上記２つの移動量ΔＦ₁ 、ΔＦ₂ の中間値程度以
上に定めるとよい。

【００３１】また、前述の如くウェハを連続的に移動さ
せつつも、ウェハの移動速度を適切に制御することで段
階的（離散的）な移動方式とほぼ同等の効果が得られる
方式が、例えば特開平５−１３３０５号公報、特開平５
−４７６２５号公報で提案されている。本方式を採用す
る場合には、その移動量は前述した段階的な移動方式に
おける離散的な複数の露光位置の相互間隔と同程度、も
しくはそれ以上とする。

【００３２】尚、前述の如くウェハＷを段階的、又は連
続的に移動しながら露光を行う場合には、投影光学系Ｐ
Ｌのベストフォーカス位置を中心として、光軸方向にほ
ぼ対称になる範囲でウェハＷを移動するものとする。と
ころで、前述したウェハＷの移動に際しては、ウェハス
テージＷＳＴ内部のウェハ移動機構にエンコーダ等の位
置測定器を設けて、その測定値を基にウェハステージＷ
ＳＴの移動を制御してもよく、あるいは図１中のフォー
カスセンサー２４等の検出値を基にウェハステージＷＳ
Ｔを制御してもよい。また、露光中にウェハＷの代わり
にレチクルＲを移動するようにしてもよいが、この場合
は投影光学系ＰＬの縦倍率（＝横倍率の次乗）だけ移動
量を大きくする必要がある。すなわち、例えば投影光学
系が５倍系（１／５縮小露光）であれば、レチクルＲの
移動量はウェハＷの移動量の２５倍となる。尚、投影光
学系ＰＬを構成する少なくとも一部の光学素子を移動す
る、又はレチクルＲに照射する照明光ＩＬＢの波長をわ
ずかに変えて、投影光学系ＰＬの結像面を光軸方向にシ
フトさせるように構成してもよい。このとき、結像面の
シフト量は前述したウェハＷの移動量と同程度とする。

【００３３】次に、本実施例（図４）の瞳フィルターＰ
ＦとＦＬＥＸ法とを併用した場合のシミュレーション結
果を基に、本発明による効果について説明する。図６
は、図４中の円形透過部ＦＡの半径ｒ₁ をｒ₁ ＝０．２
２×ｒ₂ （ｒ₂ は投影光学系ＰＬの開口数ＮＡに相当す
る瞳面半径）、振幅透過率ｔ₁ をｔ₁ ＝−１．０（但
し、ｔ₂ ＝＋１．０）に設定したときのコンタクトホー
ルパターンの光学像シミュレーション結果（断面強度分
布）である。ここで、露光条件として照明光ＩＬＢの波
長をｉ線の０．３６５μｍとし、投影光学系ＰＬの（ウ
ェハＷ側）開口数ＮＡを０．５７とし、照明光学系のσ
値を０．６とした。また、離散的な２つの位置の各々で
露光を行う段階移動方式のＦＬＥＸ法を併用するものと
し、その２点の間隔（距離）ΔＦ₁ はΔＦ₁ ＝λ／（１
−√（１−ＮＡ² ))＝２．０〔μｍ〕とした。

【００３４】図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示すようにウ
ェハ上換算で０．３μｍ角の２個のコンタクトホール
が、中心間距離で０．４５μｍ（ウェハ上換算値）だけ
離れて並んだパターンの像のＡ−Ａ’断面での像強度分
布を示している。図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示すよう
にウェハ上換算で０．３０μｍ角の２個のコンタクトホ
ールが、中心間距離で０．７５μｍ（ウェハ上換算値）
だけ離れて並んだパターンの像のＢ−Ｂ’断面での像強
度分布を示している。図６（Ａ）、（Ｂ）では共に、実
線がベストフォーカス位置での像強度分布、一点鎖線が
±１μｍのデフォーカス位置での像強度分布、二点鎖線
が±２μｍのデフォーカス位置での像強度分布を表して
いる。また、図６（Ａ）、（Ｂ）中のＥthは、ポジ型フ
ォトレジストを完全に溶解するのに必要な露光光強度を
表している。従って、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６（Ａ）、
（Ｂ）中の光学像のゲイン（縦方向倍率）は、強度値Ｅ
th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０．３μｍとなるように
定めている。

【００３５】図６（Ａ）、（Ｂ）に示した通り本発明に
おいては、ホールパターンの像がベストフォーカス位置
（実線）と±１μｍのデフォーカス位置（一点鎖線）と
でほとんど変化しない（図では両者がほとんど重なって
いる）、すなわち極め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、
特に図６（Ａ）に示すように、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
つ両ホール間に不要な転写（明ピーク）が生じないとい
う利点がある。

【００３６】図７は、図６とは異なる条件での光学像シ
ミュレーション結果を示す。図７では、中心透過部ＦＡ
の半径ｒ₁ はｒ₁ ＝０．２２×ｒ₂ 、振幅透過率ｔ₁ は
ｔ₁＝−１．０（図６の場合と同様）であるが、ＦＬＥ
Ｘ法としては光軸方向に２．０μｍずつ離れた離散的な
３点の各々で露光を行う方式を採用するものとした。
尚、露光条件（ＮＡ、σ、λ等）や使用するパターン等
の他の条件は図６と全く同様である。図７（Ａ）、
（Ｂ）はそれぞれ図６（Ａ）、（Ｂ）と同様に、図５
（Ａ）、（Ｂ）に示すパターンの光学像を示す。図７
（Ａ）、（Ｂ）では共に、ベストフォーカス位置（実
線）、±１μｍのデフォーカス位置（一点鎖線）、及び
±２μｍのデフォーカス位置（二点鎖線）での像が全て
重なっている、すなわちフォーカス方向（光軸方向）の
極めて広い範囲にわたって非常に良好な像が得られるこ
とがわかる。もちろん、この場合にも、近接したコンタ
クトホールの分離能力は極めて高く、リンギングも十分
に低く押さえられている。

【００３７】図８は、瞳フィルターの形成条件（ｒ₁ 、
ｔ₁ ）は本発明による瞳フィルターの条件（図６、図
７）と同様であるが、ここでは特にＦＬＥＸ法を併用し
なかった場合でのシミュレーション結果（光学像）を示
している。尚、露光条件（ＮＡ、σ、λ）や使用するホ
ールパターン等の他の条件は図６、図７と全く同様であ
る。図８（Ａ）、（Ｂ）でも、リンギングは十分に低く
抑えられているが、±１μｍのデフォーカス位置での像
（一点鎖線）が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おり、十分な焦点深度が得られな
い。すなわち、本発明で用いる位相型瞳フィルターに
は、後述する２重焦点型瞳フィルターのような強い焦点
深度拡大効果（２重焦点効果）はないので、ＦＬＥＸ法
を併用しないと焦点深度の向上はあまり期待できない。

【００３８】図９〜図１１は、図６〜図８とは異なる条
件の瞳フィルターを用いた場合での光学像シミュレーシ
ョン結果を示す。図９では中心透過部ＦＡの振幅透過率
ｔ₁をｔ₁ ＝−０．７とし、半径ｒ₁ をｒ₁ ＝（０．３
４＋０．１２×ｔ）×ｒ₂ ≒０．２６×ｒ₂ とした。
尚、本実施例では透過部ＦＢの振幅透過率ｔ₂ を＋１．
０としたので、上記比ｔはｔ＝ｔ₁ となる。また、露光
条件（ＮＡ、σ、λ）や使用するパターン等の他の条件
は図６、図７と全く同様であり、従ってＦＬＥＸ法での
ウェハＷの移動量ΔＦ₁ も開口数ＮＡ、波長λが一定で
あるため、図６、図７と同じである。すなわち、ＦＬＥ
Ｘ法として光軸方向に２．０μｍずつ離れた離散的な３
点の各々で露光を行う。図９（Ａ）、（Ｂ）でも、各フ
ォーカス位置での像がほぼ重なって十分な焦点深度が得
られ、かつ近接したコンタクトホールの分離能力も極め
て高く、リンギングも十分に低く押さえられている。

【００３９】一方、図１０では振幅透過率ｔ₁ をｔ₁ ＝
−０．４、半径ｒ₁ をｒ₁ ＝（０．３４＋０．１２ｔ）
×ｒ₂ ≒０．２９×ｒ₂ とした。また、図１１では振幅
透過率ｔ₁ をｔ₁ ＝−０．２、半径ｒ₁ をｒ₁ ＝（０．
３４＋０．１２ｔ）×ｒ₂ ≒０．３２×ｒ₂ とした。図
１０（Ａ）、（Ｂ）、図１１（Ａ）、（Ｂ）のいずれで
も、各フォーカス位置での像がほぼ重なって十分な焦点
深度が得られ、かつ近接したコンタクトホールの分離能
力も極めて高く、リンギングも十分に低く押さえられて
いる。

【００４０】以上のシミュレーション結果（図７、図９
〜図１１）の通り本発明では、位相型瞳フィルターＰＦ
の半径ｒ₁ と振幅透過率ｔ₁ （すなわち比ｔ）とが、ｒ
₁ ＝（０．３４＋０．１２×ｔ）×ｒ₂ （ｒ₂ は前述の
通り瞳面半径、すなわち開口数ＮＡに相当する）の関係
をほぼ満たし、かつＦＬＥＸ法における離散的な露光位
置の間隔がほぼλ／（１−√（１−ＮＡ² ))であれば、
極めて優れた結像性能を得ることができる。但し、実用
上は半径ｒ₁ が上式を±１５％程度の範囲内で満足すれ
ば、十分な焦点深度を確保しつつ近接した複数のコンタ
クトホールの分離能力が高く、かつリンギングも十分に
小さくできる。

【００４１】尚、ここで参照した図７、図９〜１１では
いずれもＦＬＥＸ法として離散的な３つの位置の各々で
露光を行う方式を前提としていたが、ＦＬＥＸ法におけ
る離散的な複数位置は２つ以上であればいくつであって
も構わない。図１２は、図１１と同一の瞳フィルター
（ｔ₁ ＝−０．２、ｒ₁ ＝０．３２×ｒ₂ ）と、ＦＬＥ
Ｘ法として光軸方向に２μｍだけ離れた離散的な２点の
各々で露光を行う方式とを併用した場合での光学像シミ
ュレーション結果を示す。図１２（Ａ）、（Ｂ）でも、
図６（Ａ）、（Ｂ）の場合（ｔ₁ ＝−１．０、ｒ₁ −
０．２２×ｒ₂ の瞳フィルターと２点露光のＦＬＥＸ法
との併用）とほぼ同様に優れた光学像を得ることができ
る。尚、図６〜図１４では（Ａ）が図５（Ａ）のパター
ンの光学像を示し、（Ｂ）が図５（Ｂ）のパターンの光
学像を示している。

【００４２】以上のシミュレーションでは、ＦＬＥＸ法
として離散的な複数点の各々で露光を行う方式を採用す
るものとしたが、この複数点の間隔ΔＦ₁ についても本
件発明者が行った膨大なシミュレーション結果から得ら
れた最適値であり、間隔がこれよりも小さいと、焦点深
度増大効果が十分でなく、これより大きいと、いわゆる
二重焦点化（あるいは三重焦点化）してしまい、やはり
十分な焦点深度を得ることができない。また、シミュレ
ーションではＦＬＥＸ法で露光を行う離散的な複数点は
２点又は３点としたが、これは４点以上であっても構わ
ない。さらにＦＬＥＸ法として、離散的な複数点の各々
で露光を行う代わりに、光軸方向のある範囲内で露光中
にウェハを連続的に移動させる方式を採用しても良い。
この場合、連続的な移動を行う範囲は、上記の離散的な
点の間隔の最適値ΔＦ₁ の、２倍程度以上の範囲とする
とよい。

【００４３】図１３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（光学像）を示したものであり、
図１３（Ａ）は図５（Ａ）のパターンの光学像、図１３
（Ｂ）は図５（Ｂ）のパターンの光学像を示している。
図１３（Ａ）、（Ｂ）では、本発明による位相型瞳フィ
ルターとＦＬＥＸ法との併用方式を採らないため、共に
±１μｍのデフォーカス位置での像（１点鎖線）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。

【００４４】図１４も比較のために、従来の通常露光
（瞳フィルター不使用）にＦＬＥＸ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１４で
のＦＬＥＸ法の条件は、離散的な３点の各々で露光を行
うものとし、かつ各間隔は共に１．５μｍとした。図１
４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、通常露光とＦＬＥＸ法
の併用でも±１μｍ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５（Ｂ）の如きある程度離れて並
ぶ複数のホールパターンの像（図１４（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５（Ａ）
のホールパターンの像（図１４（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９（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６〜図
１７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ＦＬＥＸ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６、図７、図９〜図
１２）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。

【００４５】次に、従来の２重焦点型瞳フィルター（位
相差フィルター）のみを使用した場合でのシミュレーシ
ョン結果を図１５、図１６、図１７に示す。図１５〜図
１７では、シミュレーション条件（ＮＡ、λ、σ、フォ
ーカス位置）は全て図６〜１４での条件と同様である
が、瞳フィルターとしては本発明とは異なる条件の位相
型フィルターを用いるものとした。また、使用するパタ
ーンは全て図５（Ｂ）に示したある程度離れて２個並ぶ
ホールパターンとする。

【００４６】さて、図１５では半径ｒ₁ ＝０．４×
ｒ₂ 、振幅透過率ｔ₁ ＝−１．０とし、図１６では半径
ｒ₁ ＝０．３×ｒ₂ 、振幅透過率ｔ₁ ＝−１．０とし
た。但し、ｒ₂ は投影光学系の瞳面半径、すなわち開口
数ＮＡに相当する。また、図１５、図１６の（Ａ）はＦ
ＬＥＸ法を併用しない場合での光学像を示し、（Ｂ）は
前述の如く最適化した間隔のもとで離散的な２点の各々
で露光を行うＦＬＥＸ法を併用した場合での光学像を示
している。但し、図１５（Ｂ）は間隔ΔＦ₁ が３．５μ
ｍ、図１６（Ｂ）は間隔ΔＦ₁ が２．５μｍであるもの
とする。

【００４７】図１５で用いた瞳フィルターは、従来提案
されている２重焦点効果（焦点深度拡大効果）が比較的
強い瞳フィルターである。このため、ＦＬＥＸ法を併用
しなくても、図１５（Ａ）に示すようにベストフォーカ
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）とがほぼ重なっており、大きな焦点深
度を得ることができる。しかしながら、リンギングは非
常に大きくなっており、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
転写されることになり、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。また、図１５（Ｂ）の如
くＦＬＥＸ法を併用しても、リンギングは多少低減する
ものの依然大きく、実際に使用できるものにはならな
い。

【００４８】一方、図１６では瞳フィルターの半径ｒ₁
の値が図１５の場合に比べて小さく、図１５と比較して
リンギングが多少小さくなるが、その一方で焦点深度は
低減する、すなわち図１６（Ａ）では±１μｍのデフォ
ーカス位置での像（一点鎖線）がベストフォーカス位置
での像（実線）よりもかなり劣化したものとなってい
る。これに対して図１６（Ｂ）では、ＦＬＥＸ法を併用
するために十分な焦点深度が得られることになるが、Ｆ
ＬＥＸ法を併用しても残存するリンギングが悪影響を及
ぼすため、ベストフォーカス位置での像（実線）であっ
てもＥth／２レベルにおいて両ホールが夫々内側にふく
らんだ、変形した形状となっており、良好なレジストプ
ロファイル（転写パターン）が得られないことがわか
る。

【００４９】図１７は、図１５、図１６とは異なる条件
の従来の２重焦点型瞳フィルターを用いた場合のシミュ
レーション結果を示す。図１７では半径ｒ₁ ＝０．６×
ｒ₂、振幅透過率ｔ₁ ＝−０．２とし、ある程度大きく
焦点深度を拡大する条件として、瞳フィルターに吸収を
持たせるものとした（図１５、１６の瞳フィルターはｔ
₁ ＝−１．０）。また、図１７（Ａ）はＦＬＥＸ法を併
用しない場合での光学像を示し、図１７（Ｂ）はＦＬＥ
Ｘ法を併用する場合での光学像を示している。但し、図
１７（Ｂ）では光軸方向に４μｍだけ離れた離散的な２
点の各々で露光を行うものとする。図１７（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、本例では十分な焦点深度は得られ
るものの、振幅透過率ｔ₁ の値を変えてもリンギングの
影響が大きく、良好な光学像を得ることはできない。
尚、図１５〜図１７の（Ｂ）で使用したＦＬＥＸ法の条
件（移動量）は本件発明者によりそれぞれの条件に対し
て最適化された値を用いている。

【００５０】これに対して本発明においては、瞳フィル
ター自身としては焦点拡大効果のあまりない瞳フィルタ
ーを使用するようにし、瞳フィルターの条件と、それと
併用するＦＬＥＸ法の条件とを最適化したため、既に図
６、図７、図９〜図１２に示した通り十分大きな焦点深
度を持ちつつリンギングも十分に小さく、かつ近接した
ホール間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。

【００５１】尚、以上の実施例では、透明基板に部分的
に位相シフターを被着して瞳フィルターを構成したた
め、前述した条件を満足するように中心透過部ＦＡの振
幅透過率ｔ₁ を最適化するようにしたが、例えば透明基
板の全面に位相シフターを被着し、かつ中心透過部ＦＡ
とその外側の透過部ＦＢとでその膜厚を異ならせるよう
してもよく、この場合には最適化に際して透過部ＦＡ、
ＦＢの各振幅透過率をパラメータとして持つことにな
る。

【００５２】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。

【００５３】ところで、本発明で用いるＦＬＥＸ法での
投影光学系ＰＬの結像面とウェハＷとの相対移動量ΔＦ
₁ 、ΔＦ₂ については、前述の条件式によって完全に限
定されるわけではなく、前述の条件式により決まるΔＦ
₁ 、ΔＦ₂ に対して±１０％程度の範囲内であれば、現
実には実用上十分に良好な結像特性を得ることができ
る。例えば移動量ΔＦ₁ については、 0.9×λ／(1−√(1−ＮＡ² ))≦ΔＦ₁ ≦ 1.1×λ／(1
−√(1−ＮＡ² )) なる範囲であればよい。尚、前述した如くウェハＷを振
動させる方式、あるいは特開平５−１３３０５号公報等
で提案された方式でも、前述した振り幅に対して±１０
％程度の範囲内であればよい。

【００５４】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。

【００５５】

【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、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】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２】図１中の投影光学系の一部分の構造を示す断面
図。

【図３】図２中の複数の位相型瞳フィルターを備えた保
持部材の構成例を示す図。

【図４】図１中の位相型瞳フィルターの具体的な構成の
一例を示す図。

【図５】（Ａ）は近接した２個のコンタクトホールを示
す図、（Ｂ）はある程度離れた２個のコンタクトホール
を示す図。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）は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７】（Ａ）、（Ｂ）は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８】（Ａ）、（Ｂ）は複数のホールパターンに対す
る本発明の位相型瞳フィルターのみの使用による効果を
像強度分布としてシミュレーションしたグラフ。

【図９】（Ａ）、（Ｂ）は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１０】（Ａ）、（Ｂ）は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１１】（Ａ）、（Ｂ）は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１２】（Ａ）、（Ｂ）は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１３】（Ａ）、（Ｂ）は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１４】（Ａ）、（Ｂ）は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１５】（Ａ）は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のみ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、（Ｂ）は複数のホー
ルパターンに対する従来の２重焦点型フィルターとＦＬ
ＥＸ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１６】（Ａ）は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のみ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、（Ｂ）は複数のホー
ルパターンに対する従来の２重焦点型フィルターとＦＬ
ＥＸ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１７】（Ａ）は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のみ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、（Ｂ）は複数のホー
ルパターンに対する従来の２重焦点型フィルターとＦＬ
ＥＸ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。

【主要部分の符号の説明】

ＰＦ 瞳フィルター ＰＬ 投影光学系 ＡＸ 光軸 ＦＴＰ フーリエ変換面（瞳面） Ｒ レチクル Ｗ ウェハ ＷＳＴ ウェハステージ

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示すようにウ
ェハ上換算で０．３μｍ角の２個のコンタクトホール
が、エッジ間距離で０．４５μｍ、すなわち中心間距離
で０．７５μｍ（ウェハ上換算値）だけ離れて並んだパ
ターンの像のＡ−Ａ’断面での像強度分布を示してい
る。図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示すようにウェハ上換
算で０．３０μｍ角の２個のコンタクトホールが、エッ
ジ間距離で０．７５μｍ、すなわち中心間距離で１．０
５μｍ（ウェハ上換算値）だけ離れて並んだパターンの
像のＢ−Ｂ’断面での像強度分布を示している。図６
（Ａ）、（Ｂ）では共に、実線がベストフォーカス位置
での像強度分布、一点鎖線が±１μｍのデフォーカス位
置での像強度分布、二点鎖線が±２μｍのデフォーカス
位置での像強度分布を表している。また、図６（Ａ）、
（Ｂ）中のＥthは、ポジ型フォトレジストを完全に溶解
するのに必要な露光光強度を表している。従って、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６（Ａ）、（Ｂ）中の光学像のゲイン（縦
方向倍率）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
０．３μｍとなるように定めている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細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応基
   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、 前記マスクと前記感応基板との間の結像光路内のフーリ
   エ変換面、又はその近傍に配置され、該フーリエ変換
   面、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心と
   する半径ｒ₁ の円形領域内を透過する光の振幅と、該円
   形領域の外側を透過する光の振幅との符号を異ならせる
   位相板と；前記マスクのパターンを前記感応基板上に投
   影露光する際に、前記投影光学系の結像面と前記感応基
   板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に移動する可
   動部材とを備え、 前記円形領域の外側の透過光の振幅に対する前記円形領
   域内の透過光の振幅の比をｔ、前記投影光学系の瞳面の
   半径をｒ₂ とすると、 0.85×（0.34＋0.12t)≦ｒ₁ ／ｒ₂ ≦1.15×（0.34＋0.
   12t) なる関係を満足するように前記半径ｒ₁ 及び振幅比ｔを
   定めたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記位相板を前記結像光路中に挿脱可能
   とし、かつ前記位相板を前記結像光路外へ退出した際、
   前記フーリエ変換面、又はその近傍に前記位相板とほぼ
   等しい光学的厚さを有する透明な平行平面板を配置する
   交換手段を有することを特徴とする請求項第１項に記載
   の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記可動部材は、前記投影光学系の結像
   面と前記感応基板とを段階的に相対移動し、かつ前記照
   明光の波長をλ、前記投影光学系の前記感応基板側の開
   口数をＮＡとすると、前記光軸方向にλ／（１−√（１
   −ＮＡ² ))だけ離れた離散的な複数の位置の各々で露光
   を行うことを特徴とする請求項第１項、又は第２項に記
   載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記可動部材は、前記投影光学系の結像
   面と前記感応基板とを連続的に相対移動し、かつ前記照
   明光の波長をλ、前記投影光学系の前記感応基板側の開
   口数をＮＡとすると、前記光軸方向に２λ／（１−√
   （１−ＮＡ² ))程度以上相対移動させることを特徴とす
   る請求項第１項、又は第２項に記載の投影露光装置。