JPH09260255A

JPH09260255A - 投影露光方法

Info

Publication number: JPH09260255A
Application number: JP8068547A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Horiuchi; 敏行堀内; Yoshiaki Mimura; 義昭三村; Katsuyuki Harada; 勝征原田; Kazuhiko Komatsu; 一彦小松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】原図基板上のパタンを投影光学系を介して被
露光基板上に形成したレジストに投影露光し、現像など
を経て原図基板上のパタンに対応するレジストパタンを
形成するときに、より微細なパターンを形成できるよう
にすることを目的とする。【解決手段】反射防止膜３をもちいることによりシリ
コンウエハ１からの投影光の反射率を０．５％以下とす
る。また、レジスト膜４は、３ｔ₀以下と非常に薄くす
る。そして、０．６１≦σ_m≦０．７３，０．０５≦Δ
σ≦０．１５、または、σ_m＞０．７３、σ_out≦０．
９５，０．０５≦Δσ≦０．１５の円環状２次光源を用
いて露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
等の微細パタンを形成するため、原図基板上のパタンを
投影光学系を介して被露光基板上に形成したレジストに
投影露光し、現像などを経て原図基板上のパタンに対応
するレジストパタンを形成する投影露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レチクルやマスク等の原図基板上の微細
パタンを半導体ウエハ等の被露光基板上に転写するた
め、投影露光装置を用いた投影露光技術が用いられる。
図９は、従来の代表的な投影露光装置の構成図である。
従来のこの種の投影露光装置は、水銀ランプ、エキシマ
レーザ、固体レーザ等を１次光源として用いている。図
９では、代表例として、水銀ランプを１次光源とした場
合を示しており、水銀ランプ１５からの光を、楕円ミラ
ー１６によって集光して光束を整形し、光軸にほぼ平行
にする複数または単数のレンズやミラーなどからなる集
光光学系１７を通し、蝿の目レンズ１８に導いている。

【０００３】反射ミラー１９は、露光光線の方向を変え
て装置をコンパクトにするとともに、露光に不要な熱線
をなるべく反射せずに通過させるようにして除去する役
目を担っている。ミラーの代わりにプリズムが用いられ
ることもある。図９では、１枚だけ反射ミラー１９を描
いたが、２枚以上用いられることもあり、光路は任意に
曲げられる。エキシマレーザや固体レーザ等を１次光源
とする場合には、レンズによって光束を広げて蝿の目レ
ンズ１８に導く光学系が用いられることが多い。また、
倍周波，４倍周波などの波長に変換する光学素子が介在
される場合もある。なお、図９において、２０は単波長
化を図るために、所定波長のみを透過するフィルタであ
る。

【０００４】蝿の目レンズ１８は小口径レンズの集合体
である。これは、構成する各小口径レンズからの射出光
が、各々原図基板２１の露光フィールドの全域を覆って
照明するように、レンズ等からなる集光光学系２２ａお
よび２２ｂで集光し、露光光線を重畳させるようにした
ものである。このことにより、照明の均一性を高める仕
組みとなっている。反射ミラー２３は、露光光線の方向
を変えて装置をコンパクトにするためのものである。こ
れには、反射ミラー１９と同様に、露光に不要な熱線を
通過させて除去する役目を持たせることもある。また、
反射ミラー２３は２枚以上用いられることもあり、光路
は方向を任意に変更できる。

【０００５】なお、蝿の目レンズ１８の代わりに光ファ
イバ束が用いられることもある。また、１次光源から出
る光を、プリズム，レンズ，ミラー等の組み合わせによ
って一旦幾つかに分割し、分割した光束を原図基板２１
上で重畳させて照明の均一性を高めることもある。ま
た、原図基板２１を最終的に重畳照明する蝿の目レンズ
１８や光ファイバ束の前に別の蝿の目レンズや光ファイ
バ束を置いたり、蝿の目レンズや光ファイバ束と他の光
束分割，重畳手段とが併用されることもある。

【０００６】そして、蝿の目レンズ１８の射出口に相当
する原図基板２１を重畳照明する光の出口は、原図基板
２１を照明する見掛け上の光源となるため、２次光源と
呼んでいる。この２次光源の形状を規定する方法は任意
である。通常では、蝿の目レンズ１８の射出口近傍に、
２次光源の大きさや形状を制御するための固定または大
きさ可変または交換可能構造の絞り２４を配置して、容
易に任意の形状を得ることを可能としている。また、蠅
の目レンズ１８と原図基板２１との間に、一度２次光源
の像を形成するようにし、その位置に絞り２４を配置す
ることも多い。

【０００７】原図基板２１は、石英やガラス等の光透過
性の基板上に、クロム等の遮光体，ハーフトーン遮光
体，位相シフタあるいはそれらの任意の組み合せからな
るパタンを有している。この原図基板２１を照明する光
により、投影光学系２５を介して、原図基板２１のパタ
ン像が被露光基板２６の表面位置に形成される。投影光
学系２５としては、投影レンズまたはミラーとレンズと
を組み合わせたものが使用される。投影光学系２５の一
部には、被露光基板２６に到達する光線の通過範囲を規
定する開口絞り２７が置かれる。

【０００８】図９では、投影レンズを用いた投影光学系
２５を模式的に描いており、符号２８と２９は、投影レ
ンズ内のレンズ群を示している。表面にレジスト膜を形
成した被露光基板２６を配置し、原図基板２１を照明す
れば、投影光学系２５によって、原図基板２１上のパタ
ンに対応した光像がレジスト膜表面に形成される。この
ことにより、その投影像の光分布の強弱に応じてレジス
トが感光する。この感光したレジスト膜に現像処理を施
すと、投影像に対応したレジストのパタンが形成され
る。

【０００９】微細パタン形成用の投影露光装置では、投
影光学系２５により原図基板２１上のパタンを縮小して
転写する場合が多い。このような場合、露光フィールド
の大きさを小さくした方が投影光学系２５の解像性能を
上げやすいので、被露光基板２６の全面に一度にパタン
を形成することができない場合が多い。そのため、被露
光基板２６を置く被露光基板載置ステージ３０が、ＸＹ
ステージ３１によりステップアンドレピートされる機能
を有していることが多い。

【００１０】図９において、光線３２〜３５は水銀ラン
プ１５から出て蝿の目レンズ１８に至る光線、光線３
６，３７は蝿の目レンズ１８から出て被露光基板２６に
至る光線の例を示している。また、図示していないが、
投影露光装置には、原図基板２１と被露光基板２６とを
位置合わせするための相対位置検出，制御機構や、投影
光学系２５の合焦点位置に被露光基板２６の表面を合わ
せるための焦点位置検出，制御機構等が設けられてい
る。

【００１１】このような投影露光装置においては、転写
可能な最小パタン寸法である解像度の判断指標として、
通常の場合、ラインアンドスペースパタンを形成するよ
うにしている。例えば、被露光基板２６上に形成される
ラインアンドスペースパタン像の光強度分布は、図１０
に示すようになる。同図において、横軸が被露光基板２
６上の位置、縦軸がパタン像の光強度である。図１０の
光強度分布曲線３８の極大値Ｉ_maxと極小値Ｉ_minの差
が大きい程、ライン部とスペース部に相当するパタン像
の明暗がはっきりすることは容易に理解できる。

【００１２】そこで、像のコントラストＣとして、以下
の式（１）で示される量を定義し、これをパタン像の鮮
明度の目安とする。Ｃ＝（Ｉ_max−Ｉ_min）／（Ｉ_max＋Ｉ_min）・・・（１）

【００１３】像の光強度分布曲線３８（図１０）は、投
影光学系２５（図９）の開口数や原図基板２１を照明す
る２次光源の形状や寸法に応じて変わる。また、被露光
基板２６の表面が、投影露光装置の合焦点位置からどれ
だけ隔たっているかによっても変化する。逆に、投影光
学系２５の開口数，２次光源の形状，寸法を固定し、合
焦点位置に対する被露光基板のデフォーカス量を決めれ
ば、光強度分布曲線３８が決定され、像面における投影
像のコントラストを計算できる。

【００１４】あるコントラストで周期変化する光強度分
布に対して、レジストパタンがラインアンドスペースパ
タンに解像して得られるかどうかは、レジスト自体の感
光特性や現像特性に依存する。例えば、以下に示すよう
な特性のレジストを用いれば、コントラストが小さくて
もレジストパタンがラインアンドスペースパタンに解像
して得られる。すなわち、所定のしきい値となる露光量
を境に、そのしきい値より露光量が大きい部分が感光し
て現像時に反応し、そのしきい値より露光量が小さい部
分は現像時にまったく反応しないようなレジストおよび
現像プロセスである。

【００１５】しかし、レジストが感光して現像時に反応
する量、たとえば、ポジ形レジストをウェット現像する
時の露光部の現像液に対する溶解速度は、しきい値とな
る露光量を境に階段的に変化するのではなく、露光量に
応じて徐々に変化する。ネガ形レジストをウェット現像
する場合でも、ポジ形，ネガ形いずれかのレジストをド
ライ現像する場合でも、現像時のレジストのとれ方は露
光量に依存して連続的に変化するのが普通である。レジ
ストに対する処理条件を一定にすると、現像後に得られ
るレジストパタンの断面形状は、投影像のコントラスト
が大きい場合程、形成されたパタン断面の側壁が垂直に
近づく。逆に、投影像のコントラストが小さいと、側壁
に勾配がついてパタン断面形状は台形ないし山形となり
やすい。

【００１６】図１１は、パタン像のコントラストとレジ
ストパタンの断面形状との関係を定性的に示す断面図で
ある。図１１（ａ）はパタン像のコントラストが大きい
場合、図１１（ｂ）がパタン像のコントラストが小さい
場合を示している。同図において、３９，４０はレジス
トパタン、２６は被露光基板である。図１１（ｂ）のよ
うに、側壁の勾配角度αが小さくなるような状態の露光
では、隣接するパタンどうしが解像しにくくなる。

【００１７】ところで、現状のレジストおよびその使用
技術によれば、０．５〜１．２μｍ程度の膜厚に対し、
１対１ラインアンドスペースパタンを解像できるコント
ラストは０．６〜０．７である。したがって、たとえば
コントラスト０．６を解像限界とし、パタンの空間周波
数を横軸にとってコントラストを縦軸に取った図を描け
ば、コントラスト＝０．６の直線とコントラストの計算
結果を示す線との交点の空間周波数は、解像限界を与え
る。投影露光により形成される投影像のコントラスト
は、露光光線の波長と投影光学系２５（図１０）の開口
数に主として依存する。しかし、これらを固定しても、
２次光源の形状や寸法により、投影像のコントラストは
かなり変化する。

【００１８】そこで次に、２次光源の形状，寸法とパタ
ン像コントラストとの関係について述べる。以下では、
露光光線の波長をλとし、投影光学系２５の開口数をＮ
Ａとする。図１２は、２次光源からの照明光線と投影レ
ンズへの入射光線との関係を示す構成図である。同図に
示すように、原図基板２１に入射する光線と原図基板２
１から射出する光線を考える。

【００１９】同図において、光線４１，４２は最大傾斜
の入射光線、光線４３，４４は投影光学系２５の開口絞
り２７内に入り得る最大傾斜の射出光線を示し、符号４
５は光軸である。なお、他の符号は図９と同様である。
ここで、原図基板２１を照射する光線の入射方向範囲の
半角をψ、原図基板２１上の点から出る光が投影光学系
２５の開口絞り２７内に入り得る射出方向範囲の半角を
φとすると、原図基板２１から２次光源を見る時の開口
数はｓｉｎψ、原図基板２１から投影光学系２５を見る
時の開口数はｓｉｎφである。

【００２０】この時、照明系の部分コヒーレンスの程度
を表す量として、部分コヒーレンス係数σを、以下の式
（２）のとおりに定義する。 σ＝ｓｉｎψ／ｓｉｎφ・・・（２）

【００２１】２次光源の像が投影光学系２５の開口絞り
２７の位置にできるようになっている投影露光装置にお
いては、部分コヒーレンス係数σは、以下の式（３）で
示すこともできる。 σ=（開口絞り２７の位置における２次光源像の半径）/（開口絞り２７の半径）・・・（３）

【００２２】なお、投影光学系２５内のレンズ，平板の
支持枠，および，投影光学系２５の鏡筒の一部等が、開
口絞り２７を兼ねている場合もある。また、２次光源の
像の位置が、厳密には開口絞り２７の位置に合致せずに
多少ずれている場合もある。その場合には、２次光源の
像の位置における開口の直径を、上記式（３）の開口絞
り２７の直径と考えることとする。

【００２３】また、被露光基板２６に達する露光光線の
最大傾角をθとすれば、投影光学系２５の開口数ＮＡ
は、以下の式（４）で示される。ＮＡ＝ｓｉｎθ・・・（４）なお、図１２において、光線４６，４７は被露光基板２
６に達する最大傾斜の光線を示す。

【００２４】上記に定義した部分コヒーレンス係数σを
パラメータとする時の、１対１ラインアンドスペースパ
タンの空間周波数とコントラストとの関係を図１３に示
す。図１３（ａ）は、パタン像の結像位置、すなわちジ
ャストフォーカス条件での計算値である。また、図１３
（ｂ）はデフォーカス量がＤ＝１．５ｚの時の計算値で
ある。

【００２５】同図において、露光波長λと投影光学系２
５の開口数ＮＡの影響を分離するため、空間周波数はＮ
Ａ／λで規格化した。文献１（久保田広著「波動光学」
（岩波書店、１９７３年、第２刷）の第３６１ページ第
１２行の（２３−３）式）に示されるように、ＮＡ／λ
はレーレーの理論的な解像限界に対応する空間周波数と
なっている。また、デフォーカス量Ｄはｚ＝λ／２ＮＡ
²で規格化した。文献２（筒井俊正、神山雅英、吉永弘
編集「応用光学概論」（金原出版、昭和４２年、増刷）
の第６８ページ第１６行の（３．３３）式）に示される
ように、ｚ＝λ／２ＮＡ²は理論的な焦点深度の値であ
る。

【００２６】図１３では、横軸を空間周波数、縦軸をパ
タン像のコントラストとしている。σが小さいと、低空
間周波数範囲ではコントラストが高いため、断面形状が
垂直に近い良好な形状となる。しかし、高空間周波数範
囲のコントラストが低いため、微細パタンに対する解像
性は悪くなる。逆に、σが大きいと、低空間周波数範囲
ではσ小の場合よりコントラストが低く、パタン断面側
壁の勾配は緩やかとなる。しかし、高空間周波数範囲で
はσ小の場合よりコントラストが高いので、微細なパタ
ンまで解像できる可能性を持つようになる。

【００２７】解像できるパタン像のコントラストを前述
のように０．６と仮定すると、解像限界をそれぞれのデ
フォーカス条件で高くするためのσには適値が存在す
る。このように、解像度および解像度に連動し、焦点深
度やパタン断面形状が２次光源の形状や寸法に大きく依
存する。このため、投影露光転写するパタンの種類やパ
タン寸法等に応じて、投影光学系２５の開口数を変更可
能とした装置や、絞り２４により２次光源の形状や寸法
を変更できるようにした装置が出現している。

【００２８】さらに、２次光源の形状，寸法を解像度向
上に都合が良いようにする技術として、文献３（特公平
６−８２５９８号公報）には、「レチクルを照明する２
次光源の射出面内強度分布を周辺部強度が中央部強度よ
り大とせしめる特殊絞りを有することを特徴とする投影
露光装置」が開示されている。それによれば、レチクル
を照明する２次光源の射出面内強度分布を周辺部強度が
中央部強度より大とせしめる特殊絞りを用いるようにし
た投影露光装置を用いれば、「・・・薄いレジスト層に
従来より微細なパターンをより深い焦点深度で形成する
ことができる・・・」と示されている。

【００２９】この技術の作用効果は、次のように説明す
ることができる。絞り２４（図９）として円環状の開口
を持つ特殊絞りを用いるなどして、原図基板２１を円環
状の２次光源で照明する投影露光（以下「円環照明」と
呼ぶ）を考える。なお、従来の円形２次光源で照明する
投影露光は以下「通常照明」と呼ぶ。円環照明の２次光
源の形状は、２次光源の外径に等しい直径を有する円形
２次光源に対応する部分コヒーレンス係数σ_outと、内
径に等しい直径を有する円形２次光源に対応する部分コ
ヒーレンス係数σ_inとにより表せる。

【００３０】しかし、円環照明のパタン形成特性は、後
述のようにσ_outとσ_inの平均値およびσ_outとσ_inと
の差におおむね対応して変化するため、ここで以下の式
（５），（６）で定義される、部分コヒーレンスに関す
るパラメータσ_mとΔσを導入する。 σ_m＝（σ_out＋σ_in）／２・・・（５） Δσ＝（σ_out−σ_in）／２・・・（６）

【００３１】２次光源の像が投影光学系２５の開口絞り
２７の位置にできるようになっている投影露光装置にお
いては、部分コヒーレンス係数σが前記式（３）で表さ
れる。このため、上記のσ_out、σ_in、σ_m、Δσは、
それぞれ投影光学系２５の開口絞り２７の半径で規格化
した２次光源像の外半径，内半径，平均半径，円環の半
幅に対応する。

【００３２】以下、図１２に示した、原図基板２１上の
パタンによって、投影光学系２５の開口絞り２７の位置
にできる、２次光源の回折光像について考える。図１４
は、原図基板２１上にＹ方向の１対１ラインアンドスペ
ースパタンがある時の、投影光学系２５の開口絞り２７
の位置にできる２次光源の回折光像を示す平面図であ
る。同図において、０次回折光像４８は、原図基板２１
の透過部直進光により形成される像であり、原図基板２
１を取り除いた時、あるいは、何もパタンの無い透明な
原図基板２１を用いた時にできる回折光像に一致する。
なお、符号４９は開口絞り２７の縁を示す。

【００３３】＋１次回折光像５０および−１次回折光像
５１は、原図基板２１上のラインアンドスペースパタン
の空間周波数に応じた位置にできる。図１４（ａ）、図
１４（ｂ）、図１４（ｃ）は、順に低空間周波数から高
空間周波数になるにつれての、＋１次回折光像５０およ
び−１次回折光像５１の形成位置の相違を示している。
開口絞り２７の中心から＋１次回折光像５０および−１
次回折光像５１の中心までの距離は、原図基板２１上の
ラインアンドスペースパタンの空間周波数に比例する。

【００３４】そして、被露光基板２６上への転写寸法に
換算した空間周波数がＮＡ／λすなわちライン幅，スペ
ース幅がλ／２ＮＡの時、図１４（ｂ）に示すように、
＋１次回折光像５０および−１次回折光像５１の中心
が、ちょうど開口絞り２７（図１４には示していない）
の縁４９上に来る。こうした円環照明が効果を発揮する
のは、図１４（ｃ）に示したように、＋１次回折光像５
０および−１次回折光像５１の中心が、開口絞りの縁４
９より外側に来る高空間周波数の領域である。

【００３５】図１４（ｃ）に示すように、＋１次回折光
像５０および−１次回折光像５１の中心が、開口絞り２
７の縁４９の外に出てしまう高空間周波数パタンの場
合、＋１次回折光像５０および−１次回折光像５１は、
それぞれ１／２以下しか開口絞り内には無く、＋１次回
折光，−１次回折光はそれぞれ１／２以下しか開口絞り
を通過できない。しかし、外径が等しい円形の２次光源
を用いる通常照明の場合と比較すると、＋１次回折光像
５０および−１次回折光像５１の全面積に対する開口絞
り内に有る部分の割合は、円環照明の方が大きい。

【００３６】すなわち、図１４（ｃ）においては、以下
の式（７）の関係となる。（斜線部分の面積/円環の面積）＞｛（斜線部分＋なし地部分の面積）／外径円の面積｝・・・（７）したがって、円環照明により、通常照明の場合より＋１
次回折光、−１次回折光を多く被露光基板２６（図１
２）上での像形成に寄与させることができる。この結
果、円環照明により被露光基板２６上に形成される像の
コントラストは、上記の空間周波数がＮＡ／λより大き
い領域で通常照明の場合より高くなる。

【００３７】図１５は、空間周波数に対するコントラス
トの計算値を、円環照明と通常照明とで比較した例を示
す特性図である。横軸が空間周波数、縦軸がパタン像の
コントラストである。図１５では、σ_m＝０．５５、Δ
σ＝０．０５の円環照明と、σ＝０．６の通常照明とを
比較している。両者の２次光源の外径は等しい。図１５
（ａ）が円環照明、図１５（ｂ）が通常照明である。両
図より、コントラストがまったくつかなくなる空間周波
数は同じであるが、Ｄ＝０〜Ｄ＝１．５ｚの条件下でコ
ントラスト０．６を確保できる空間周波数は、円環照明
の方が高くなること，すなわち解像度が上がることがわ
かる。

【００３８】解像限界となる空間周波数の改善度は、デ
フォーカス量Ｄが小さい時はわずかであるが、ある程度
デフォーカスした条件では顕著に改善される。このた
め、円環照明を用いれば、より深い焦点深度で微細パタ
ンが形成されることになる。また、レジストの厚さが解
像度に与える影響は次のように説明される。先に図１１
において、パタン像のコントラストとレジストパタン側
壁の勾配角度αとの関係について述べた。ここで、問題
を単純化して、コントラストに応じて勾配角度αがつい
て台形のパタン断面になるとした場合、レジストの厚さ
ｔと勾配角度αとの積ｔαが、ラインアンドスペースパ
タンのスペース寸法の１／２以上となれば、解像しなく
なることは明らかである。

【００３９】したがって、勾配角度αが一定ならばレジ
スト厚さｔが大きいほど解像しにくくなり、同じパタン
像コントラストを持つ同寸法のパタンを解像するには、
ｔが小さい方が、すなわちレジスト膜厚が薄い方が有利
となる。レジストパタン側壁の勾配角度αはレジストの
特性によって決まり、光吸収の大きいレジスト程、ま
た、解像性が低いレジスト程、パタン像のコントラスト
による勾配角度αの変化が大きい傾向にある。したがっ
て、吸収の大きいレジストや解像性が低いレジストほ
ど、レジスト厚さが薄い方が有利となる。

【００４０】先の図１５に示したように、空間周波数の
小さいパタンに対しては、通常照明の方がコントラスト
が高い。また、図１３に示したように、σが小さけれ
ば、小空間周波数領域でのコントラストはさらに高くな
る。したがって、こうした領域では、通常照明の方が、
中でもσを小さくした通常照明の方が、勾配角度αの大
きい断面形状の良いパタンを形成することができる。反
面、円環照明では、解像限界ぎりぎりのコントラストの
パタンが、薄いレジストに、より微細な寸法まで転写さ
れる。

【００４１】

【発明が解決しようとする課題】以上示したように、円
環照明によりコントラストを改善できる上記の高空間周
波数域では、＋１次回折光，−１次回折光は、それぞれ
１／２以下しか開口絞り２７を通過できない。しかも、
原図基板２１上のラインアンドスペースパタンの空間周
波数が大きくなるほど、通過できる量が減少する。この
ように、＋１次回折光，−１次回折光の通過割合が低い
ことから、円環状の２次光源を使用すると、被露光基板
２６上に形成される像のコントラストを円形の２次光源
の場合より大きくできるものの、改善度はあまり顕著で
はない。

【００４２】そして、パタン像のコントラストは、上記
の空間周波数がＮＡ／λよりわずかに大きいあたりまで
は０．６程度となるものの、空間周波数の増大に伴って
０．６以下に漸減してしまう。しかし、現状の水銀ラン
プによるｇ線（波長４３６ｎｍ），ｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）や、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等を１次光源と
する投影露光用のレジストは、厚さを通常の使用厚さで
ある０．５〜１．２μｍ程度とした場合、高解像なレジ
ストの場合でも、前記の被露光基板２６上に形成される
像のコントラストが、おおむね０．６以上ないとパタン
を解像し得ない。

【００４３】また、こうしたコントラスト０．６程度で
パタン形成できる高解像なレジストは、レジストの表面
に近い部分と被露光基板２６に近い基底部分との露光量
がなるべく同じになるようにしてあり、なるべく厚いレ
ジストまで感光できるようにしてある。すなわち、ｇ線
用，ｉ線用レジストでは、露光開始時には低いレジスト
透過率が露光により大きく上がるようになしてあり、ま
た、ＫｒＦエキシマレーザ用，ＡｒＦエキシマレーザ用
では、最初からレジスト透過率を大きくしてある。

【００４４】このため、パタンが形成される時には側壁
の勾配角度αは約８０度以上と垂直に近く、上記の範囲
でレジスト厚さを薄くしても、解像し得るパタン像のコ
ントラストはほとんど変えられない。したがって、レジ
スト厚さを薄くして解像限界を顕著に改善することはで
きなかった。そして、レジスト厚さをさらに薄くした場
合には、被露光基板からの反射の影響が顕著に生じ、良
好なパタンが形成できなくなってしまっていた。

【００４５】反射の影響の第１は定在波の振幅増大であ
る。露光光線が被露光基板２６の表面からの反射光線と
干渉し合って、レジストの厚さ方向に光強度の強い位置
と弱い位置を交互に周期的に生じるのが定在波である。
レジストの透明性が増すと反射光の振幅が大きくなり、
ひいては定在波の振幅が大きくなる。そして、レジスト
厚さを薄くすると、露光光線が被露光基板２６に達する
までの減衰が減るのでさらに反射光が強まり、いっそう
定在波の影響が大きくなる。

【００４６】図１６は、その定在波のパタン形成への影
響を示す断面図である。同図において、５２，５３は被
露光基板２６上に形成されたレジストパタンである。そ
して、図１６（ａ）はレジストが厚くて定在波振幅が小
さい場合を示し、図１６（ｂ）はレジストが薄くて定在
波振幅が大きい場合を示している。レジストが厚く定在
波振幅が小さければパタンができるが、レジストが薄く
なって定在波振幅がある程度以上になるとパタンは転写
できない。図１６（ｂ）の場合、破線５４で示したレジ
スト断面形状が、本来転写されるべき形状である。

【００４７】なお、定在波の周期すなわちレジストの厚
さ方向に変化する光強度分布の周期長ｔ₀は、以下の式
（８）で示されるものである。ｔ₀＝λ／２ｎ・・・（８）

【００４８】次に、反射の影響の第２として、被露光基
板からの反射光による遮光部の過大露光がある。図１７
は被露光基板からの反射光の影響を示す断面図であり、
被露光基板２６上のレジスト５４の厚さの中央にパタン
像を結像する光線群の進み方を示している。同図におい
て、破線５５は必要とする本来のレジストパタン潜像，
すなわち本来感光されるべき部分の輪郭、５６〜６４は
露光光線を示す。被露光基板２６を照射する露光光線の
入射角範囲は、投影光学系２５の開口数ＮＡで決まり、
露光光線の最大傾斜角をθとすれば、以下の式（９）で
示す関係が成り立つ。 θ＝ｓｉｎ^-1ＮＡ・・・（９）

【００４９】レジストが透明で、被露光基板２６の表面
での露光光線の反射率が高ければ、大きい角度で入射し
た露光光線５８、６２等は、隣接する遮光部を余分に露
光してしまう。投影光学系２５の開口数ＮＡが大きい最
近の投影露光装置では、角度θが大となるため、隣接遮
光部の余分な露光が顕著となる。また、レジスト厚さを
薄くすると、露光光線が被露光基板２６の表面に達する
までの強度の減衰が少なくなるため、厚い時より強い反
射光が被露光基板２６からレジスト中にはねかえり、隣
接遮光部がより顕著に余分に露光されてしまう。

【００５０】以上に説明したように、従来の技術では、
パタン像のコントラストが約０．６以上ないと解像せ
ず、その場合の解像限界空間周波数は、図１８に示す通
りであった。図１８は、照明条件を決めるパラメータσ
_m、Δσに対するコントラストが、０．６となる解像限
界空間周波数を、等高線により示している。図１８にお
いて、解像限界空間周波数の数値が大きい照明条件ほ
ど、高解像となる。空間周波数の単位はＮＡ／λであ
り、図１８中の空間周波数の逆数の１／２が解像線幅と
なる。また、図１８中のσ_m＝Δσとなる右上がりの斜
めの線が、通常照明に相当しており、その他が円環照明
の条件である。

【００５１】右下がりの斜めの線は、以下の式（１０）
の条件を示す。 σ_out＝σ_m＋Δσ＝１．０・・・（１０）

【００５２】図１８に示すような等高線図を得るには、
以下のようにする。まず、非常に多くのσ_m，Δσの組
み合せに対して、図１５に示したような空間周波数とコ
ントラストとの関係を求める。次いで、コントラスト
０．６を表す横線と各デフォーカス条件のコントラスト
曲線との交点の空間周波数を、解像限界空間周波数とし
て求める。そして、同じ解像限界空間周波数となる照明
条件の点を連ねる。

【００５３】図１８（ｂ）は、実用的な焦点深度が確保
できると考えられるデフォーカス量Ｄ＝１．５ｚ（ここ
で、ｚ＝λ／２ＮＡ²）における、解像限界空間周波数
を示している。このデフォーカス量で比較すると、照明
条件をσ_m＝０．５〜０．６としてΔσを小さくすれ
ば、解像限界空間周波数はある程度改善される。しか
し、図１８（ａ）に示すように、合焦点位置（デフォー
カス量Ｄ＝０）における解像限界空間周波数すなわち最
高解像限界は、最も高解像が期待されるσ_m＝０．３９
〜０．５３としても高々数％程度しか改善されない。す
なわち、焦点深度はかなりに改善されるものの、最高解
像度の改善は僅かである。

【００５４】なお、Δσの値は小さい程高解像となるの
で、おおむね０．１５以下とした方が良い。また、Δσ
を０．０５未満の小さな値にすると、露光フィールド内
の照明均一性が劣化したり、露光面照度が小さくなった
り、パタンの端が劣化したり、パタン集合体の端にある
パタンが劣化したりする。したがって、高解像となり、
かつ上記の問題が顕著に生ずることのない、Δσ＝０．
０５〜０．１５程度が良い。

【００５５】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、より微細なパターンを形
成できるようにすることを目的とする。

【００５６】

【課題を解決するための手段】この発明の投影露光方法
は、円環状に光強度の強い部分を成形した波長λの光を
原図基板に照射する円環状２次光源と、原図基板上のパ
タンを被露光基板上に投影し、パタンの像を被露光基板
上に形成する投影光学系とを有する投影露光装置によ
り、その投影した投影光に感光して屈折率がｎのレジス
トを用いて原図基板上のパタンをレジストに転写する投
影露光方法において、以下のようにしたものである。ま
ず、円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数と、円環状２次
光源の内径に等しい直径を有する円形２次光源に対応す
る部分コヒーレンス係数との平均値を０．６１以上０．
７３以下とする。また、円環状２次光源の外径に等しい
直径を有する円形２次光源に対応する部分コヒーレンス
係数と、円環状２次光源の内径に等しい直径を有する円
形２次光源に対応する部分コヒーレンス係数との差の１
／２を０．０５以上０．１５以下の値とする。そして、
被露光基板からの投影光の反射率を５％以下にしてレジ
スト膜を３・λ／（２ｎ）以下の厚さに形成し、原図基
板上のパタンをレジスト膜に投影露光して転写するよう
にした。このように、まず、反射防止膜上に非常に薄い
レジスト層を形成すると、被露光基板からの反射の影響
がなくなるため、コントラストが約０．４しかないパタ
ンの像でもレジストパタンに転写することができる。そ
して、上述のようにした円環状２次光源を用いることに
より、被露光基板上にコントラストが約０．４のパタン
像を実用的な焦点深度を確保できる範囲で最も高い空間
周波数のパタンまで形成することができる。

【００５７】また、一方で、円環状２次光源の外径に等
しい直径を有する円形２次光源に対応する部分コヒーレ
ンス係数と、円環状２次光源の内径に等しい直径を有す
る円形２次光源に対応する部分コヒーレンス係数との平
均値を０．７３以上とする。加えて、円環状２次光源の
外径に等しい直径を有する円形２次光源に対応する部分
コヒーレンス係数を０．９５以下とし、円環状２次光源
の外径に等しい直径を有する円形２次光源に対応する部
分コヒーレンス係数と，円環状２次光源の内径に等しい
直径を有する円形２次光源に対応する部分コヒーレンス
係数との差の１／２を０．０５以上０．１５以下の値と
する。そして、被露光基板からの投影光の反射率を５％
以下にしてレジスト膜を３・λ／（２ｎ）以下の厚さに
形成し、原図基板を通過したパタン像を被露光基板上に
投影露光するようにした。この結果、上述のようにした
円環状２次光源を用いることにより、可能な限り高い空
間周波数のパタンまで形成することができる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。この実施の形態においては、ライン
対スペースの比率１：１の各種寸法のラインアンドスペ
ースパタンを形成したレチクルを原図基板として用い
た。ライン部はクロムで形成し、レチクルの基体として
は石英基板を用いた。また、被露光基板としてはシリコ
ンウエハを用いた。ラインアンドスペースパタンは、透
過部中のライン１２本，スペース１１本からなるパタン
である。

【００５９】図１に示すように、パタンを転写するシリ
コンウエハ１は、まずその表面２を界面活性剤ヘキサメ
チルジシラザン（ＨＭＤＳ）の蒸気を混入した窒素ガス
中に置いて表面２を活性化する。次いで、東京応化工業
株式会社製の反射防止膜ＳＷＫをスピンコートしてベー
クし、約０．２μｍ厚さの反射防止膜３を形成する。Ｓ
ＷＫは、たとえば文献４（SPIE Vol. 631Advances in R
esist Technology and Processing III(1986),第２９５
ページから３０１ページ）に開示されており、トリアジ
ンの誘導体を主成分とする高分子化合物から合成され、
色素が添加されている。

【００６０】上述したＳＷＫなどの反射防止膜３の効果
は、その膜厚に相関している。図２は、形成されるライ
ンアンドスペースパタンの線幅と反射防止膜３の膜厚と
の関係を示す相関図である。これは、ＮＡ＝０．５７の
縮小投影露光系を有し、光源としてｉ線を用いた縮小投
影露光装置で、０．２２μｍのラインアンドスペースパ
タンを約ｔ₀ の厚さのレジストに投影露光したものであ
る。また、このとき、σ_m＝０．６３，Δσ＝０．０７
の円環状２次光源を用いた。

【００６１】同図において、横軸は、反射防止膜３の屈
折率をｎ_a とするときに、ｔ_a ＝λ／（２ｎ_a ）で規格
化した反射防止膜３の膜厚である。なお、λは露光光線
の波長であり、この場合３６５ｎｍである。また、黒四
角は露光量が１６０ｍＪ／ｃｍ² 、白四角は露光量が１
６５ｍＪ／ｃｍ² 、黒丸は露光量が１７０ｍＪ／ｃｍ
² 、白丸は露光量が１７５ｍＪ／ｃｍ² である。

【００６２】同図から明らかなように、反射防止膜を用
いていない反射防止膜３の膜厚０のところでは、パタン
線幅が０．４４μｍとなっており、設計値０．２２μｍ
の倍であり、すなわち解像していないことを示してい
る。そして、転写されるパタンの線幅は、反射防止膜３
の厚さおよび屈折率以外に、減衰係数ｋ_a にも依存する
ものの、おおむねｔ_a を周期に変化する。この結果か
ら、この反射防止膜３を用いる場合、ｔ_a は約１．２５
以上必要であることを示している。

【００６３】一方、図３は反射防止膜３の厚さと、この
反射防止膜３の存在による露光光線の反射率との関係を
示す特性図である。反射防止膜３は、鏡面仕上げされて
いるシリコンウエハ１上に形成されているものである。
この図３と前記の図２とを比較すると、図２において露
光量を調整すれば、設計線幅に近い転写パタン線幅が得
られる反射防止膜３の厚さは、図３において露光光線の
反射率が５％以下となる反射率防止膜の厚さ範囲に対応
する。したがって、反射防止膜３は、反射率が５％以下
となるように形成すればよい。

【００６４】また、図２より、吸収性の反射防止膜３の
厚さを約１．２５ｔ_a 以上とすると、それ以上の厚さに
対して、転写されるラインパタン線幅の変化は±２０〜
２５％以下となる。また、反射防止膜３の厚さの変化に
対するラインパタン線幅の変化が穏やかになる。パタン
線幅の誤差の許容値は、一般に±１０％程度である。し
たがって、前述の転写線幅が穏やかに変化する領域の反
射防止膜３の厚さとすれば、所定の膜厚を目標にこの反
射防止膜を形成することにより、温度，レジスト粘度，
露光量などのプロセス条件のバラツキや、反射防止膜３
の厚さむらが多少あっても、パタン線幅の変化を上述し
た実用上の許容誤差範囲内とすることができる。したが
って、厚さを約１．２５ｔ_a 以上とすればなおよい。反
射防止膜の屈折率や減衰係数およびレジストの厚さが異
なっても、反射防止膜の厚さを前述のように規格化すれ
ば、転写線幅の様子は図２と同様である。

【００６５】そして、この反射防止膜３の上に、東京応
化工業株式会社製の高解像度ｉ線ポジ形レジストＴＨＭ
Ｒ−ｉＰ３３００をスピンコートしてベークし、約０．
２μｍから約１．１μｍのレジスト膜４を形成した。レ
ジスト膜４は、形成可能な膜厚以上、例えば０．０５μ
ｍ以上とすればよい。このレジストは、ノボラック系の
樹脂をベース樹脂とする代表的なｉ線ポジ形レジストで
ある。屈折率は１．６８であり、ｉ線に対する定在波の
周期長ｔ₀は０．１０８６μｍである。

【００６６】以上示したシリコンウエハ１上に、図９お
よび図１２で示した投影露光装置を用いて、前述した原
図基板上のラインアンドスペースパタンを転写する。こ
こで、この図９の投影光学系２５として、ＮＡ＝０．５
７のｉ線１／５縮小投影レンズをを用いた。そして、２
次光源として、図４に示すような円環形状の光源を用
い、σ_out＝０．７０、σ_in＝０．５６（σ_m＝０．６
３、Δσ＝０．０７）の円環照明とした。図４では、白
抜き部５が光を射出する部分、斜線部６が光を射出しな
い部分である。また、レチクルのほぼ中央に設けた約３
ｍｍ四方の評価パタン部のみが露光されるようにレチク
ルブラインドをかけ、露光量および焦点位置を１枚のウ
エハ内でマトリックス状に各種変えて露光を行った。

【００６７】一方、解像度を比較するため、照明をσ＝
０．６の通常照明とした場合についても、他の条件をま
ったく同じにして露光を行った。露光し、ベークを行っ
た後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
（ＴＭＡＨ）２．３８％の水溶液で現像し、純水でリン
スを行った。次に、シリコンウエハ１上に転写されたレ
ジストパタンのプロファイルを、走査型電子顕微鏡によ
り観察し、ラインアンドスペースパタン中央部のライン
パタンの転写線幅を評価した。レチクルのライン対スペ
ースの比率が１：１であることを念頭に、ラインアンド
スペースパタン中央部の平均ラインパタン幅が、所期の
パタン幅に最も近くなる露光量条件で、焦点位置を最適
値にした時の最高解像パタン寸法すなわち解像度を調べ
た。

【００６８】図５は、照明条件とレジスト厚さを変えた
時の、最高解像パタン寸法の変化を示す特性図である。
同図において、横軸がレジスト厚さ、縦軸が解像し得た
１対１ラインアンドスペースパタンのパタン寸法を示
す。レジスト膜４（図１）の厚さを定在波の発生周期と
なるｔ₀＝λ／２ｎで規格化する時、レジスト厚さが１
０ｔ₀〜５ｔ₀の場合には、円環照明（特性曲線１０
１）を用いると、通常照明（特性曲線１０２）より解像
度が改善されるものの、改善の程度は僅かである。ま
た、このレジスト厚さ範囲では、レジスト厚さを薄くし
ても解像度はあまり改善されない。これに対し、円環照
明を用い、レジストの厚さを３ｔ₀程度以下にすると、
図５の特性曲線１０１に示すように、解像度は極めて顕
著に改善される。

【００６９】図６は、先のσ_m＝０．６３，Δσ＝０．
０７なる円環照明条件における、空間周波数とコントラ
ストとの関係を示す特性図である。横軸が空間周波数、
縦軸がパタン像のコントラストである。また、Ｄはデフ
ォーカス量、ｚ＝λ／ＮＡ²である。実験において、レ
ジストの厚さを約２ｔ₀とした時の円環照明の最高解像
パタン寸法は、０．２３μｍ〜０．２２μｍであった。
解像限界に相当する空間周波数に換算すると、以下の式
（１１）で示される。 1/(0.44〜0.46μｍ)=1.456〜1.392(ＮＡ／λ)・・・（１１）

【００７０】図６を参照すると、上記空間周波数のパタ
ンを解像するということは、コントラストが約０．４程
度で解像していることになる。すなわち、反射防止膜を
施し、かつ、レジスト厚さを２ｔ₀にすることにより、
パタン像のコントラストが約０．４の条件でもパタンが
転写できる。レジスト厚さによってパタン解像限界が異
なるので、解像できるコントラストもレジスト厚さによ
って少しずつ異なるが、レジスト厚さが約３ｔ₀以下の
範囲では、パタン像のコントラストがおおむね０．４前
後の条件でパタンを形成できる。これにより上記の解像
度の大幅向上が達成される。

【００７１】コントラストが０．６以上ないとパタン像
に解像しない従来の投影露光方法では、円環照明を採用
しても合焦点位置における最高解像度は僅かしか改善さ
れなかった。これに対して、この実施の形態によれば、
上述したように、合焦点位置における最高解像度も大幅
に改善される。

【００７２】この理由をコントラストの計算結果を用い
て説明する。コントラスト０．４前後でパタンが形成で
きると、円環照明には極めて都合が良くなる。図７は、
デフォーカス量Ｄが０および１．５ｚの時に、コントラ
スト０．４を確保できる空間周波数を各種照明条件に対
して計算し、σ_mを横軸、Δσを縦軸として、解像限界
空間周波数を等高線的に示したものである。空間周波数
の単位はＮＡ／λであり、図７中の空間周波数の逆数の
１／２が解像線幅となる。また、図７中のσ_m＝Δσの
斜めの線が通常照明に相当しており、その他が円環照明
の条件である。右下がりの斜めの直線は先の式（１０）
の条件を示す。

【００７３】図７は以下に示すようにして得た。まず、
非常に多くのσ_m，Δσの組み合せに対して、図６に示
したような空間周波数とコントラストとの関係を求め
る。ついで、コントラスト０．４を表す横線と各デフォ
ーカス条件のコントラスト曲線との交点の空間周波数
を、解像限界空間周波数として求める。そして、同じ解
像限界空間周波数となる照明条件の点を連ねた。

【００７４】解像限界空間周波数は、図７（ａ）のＤ＝
０の場合と、図７（ｂ）のＤ＝１．５ｚの場合とも、従
来のパタンコントラストが０．６必要な場合の図１８に
示した解像限界空間周波数より飛躍的に高くなる。Ｄ＝
０の場合の解像限界空間周波数は最高解像度に対応する
が、図７（ａ）より、その解像限界空間周波数はσ_mが
大きい程高くなる。また、実用的な焦点深度が確保でき
ると考えられるデフォーカス量Ｄ＝１．５ｚの場合の解
像限界空間周波数は、図７（ｂ）より、σ_m＝０．６１
〜０．７３の間で最も大きくなる。

【００７５】ただし、Δσ＝０．０５〜０．１５とし
た。Δσが小さい程高解像となるので、Δσをおおむね
０．１５以下とした方が良い。一方、Δσが小さ過ぎる
と、露光フィールド内の照明均一性が劣化したり、露光
面照度が小さくなったり、パタンの端が劣化したり、パ
タン集合体の端にあるパタンが劣化したりする。したが
って、これらの問題が顕著に生ずることのない、Δσ≧
０．０５が良い。すなわちΔσの適正範囲は、以下の式
１２で示すものとなる。０．０５≦Δσ≦０．１５・・・（１２）

【００７６】このように、実用を考えると、適切な照明
条件は、図７（ｂ）の斜線領域の範囲となる。上記の実
験で用いた条件もこの範囲にあり、特許請求の範囲第１
項の円環照明条件は、この実用的な焦点深度が確保でき
る範囲で解像度が最も高くできる条件である。

【００７７】一方、最高解像度のみを高くするならばσ
_mが大きい程良いが、あまり大きいと僅かのデフォーカ
スによりパタンが解像しなくなってしまい、現実的でな
い。したがって、〔σ_out＝σ_m＋Δσ〕がおおむね
０．９５以下になるようにした方が良い。特許請求の範
囲第２項円の環照明条件はこれに対応する。なお、Δσ
の値は上記と同様の理由から、Δσ＝０．０５〜０．１
５程度が良い。

【００７８】〔σ_out＝σ_m＋Δσ〕＜０．９５とすれ
ば、実用的な焦点深度が確保できるＤ＝１．５ｚの場合
でも、解像限界空間周波数が図１８（ｂ）に示した通常
照明の場合の解像限界空間周波数より大きい。すなわ
ち、図１８（ｂ）では、通常照明の解像限界空間周波数
は最大で約０．６５であるが、図７（ｂ）において、
〔σ_out＝σ_m＋Δσ〕＜０．９５、かつ、Δσ＝０．
０５〜０．１５とすれば、解像限界空間周波数は約０．
６５以上となる。結局、最高解像度をできるだけ高くす
るには、図７（ａ）の斜線領域の範囲の条件が最適であ
る。

【００７９】コントラストが０．６までしか解像しない
場合、実用的な焦点深度が確保できる範囲で解像度を最
も高くするには、図１８（ｂ）よりσ_m＝０．５〜０．
６が好ましい。また、焦点深度がとれなくても、最高の
解像度を得るには図１８（ａ）より、σ_m＝０．３９〜
０．５３が好ましい。これらのσ_mの条件は図７に示し
た条件とは異なり、上記σ_mの条件は本発明に固有の条
件である。なお、図７、図１８に示した解像限界空間周
波数は、その空間周波数以下のすべての空間周波数を持
つパタンに対して、コントラストが０．４または０．６
を確保できる空間周波数を示している。

【００８０】一般の任意形状のパタンの場合には、色々
な空間周波数成分が重畳されているが、パタンの最小寸
法がその解像限界空間周波数の１対１ラインアンドスペ
ースパタンのパタン幅に相当する寸法以上であればほぼ
解像する。また、上記の実施例では反射防止膜３をレジ
スト膜４の下に塗布したが、反射防止膜３がない状態で
は、レジスト膜４の厚さを３ｔ₀以下のような薄い厚さ
にすると、微細パタンはほとんど解像しない。円環照
明，通常照明のどちらの場合とも、ラインアンドスペー
スパタンが１対１に解像するパタン寸法は０．６μｍよ
り大きい寸法であった。

【００８１】なお、上記の実施例で用いた反射防止膜Ｓ
ＷＫは、吸光性の色素を含む材料であるが、一般に投影
露光に用いる露光光線は単色光または波長分布幅のかな
り小さい光なので、多層膜干渉により反射が防止される
膜でも同様の効果が期待できる。なお、前述したよう
に、多層膜干渉により反射防止する場合にも、反射率を
おおむね５％以下とすればよい。また、図５〜図７に示
したデータは、空間周波数およびデフォーカス量を露光
波長λと投影光学系２５の開口数ＮＡを組み合せた理論
的な標準値により規格化し、レジスト厚さも露光波長λ
とレジスト屈折率ｎとで決まる定在波の周期寸法ｔ₀で
規格化して示している。したがって、露光波長λや投影
光学系２５の開口数ＮＡが変わっても、レジストの屈折
率ｎが異なる場合にも適用できると考えられる。

【００８２】また、円環照明の２次光源の形状は、図４
に示した完全な円環でなくても、図８（ａ）〜（ｄ）に
示すようなほぼ円環に近い擬似円環形状であれば、同様
の効果を期待できることは明らかである。σ_m ，Δσ_m
を考えるには、それら擬似的な円環状を近似する円環を
想定すればよい。図８でも、図４と同様に、白抜き部が
光を射出する部分、斜線部が光を射出しない部分であ
る。なお、図８（ｄ）の白抜き部分の透過率は、図８
（ｅ）に示すように、周辺部分ほど任意に透過率が高
く、中央部分は透過率が低くなるようにしてある。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、
反射防止膜などをもちいることにより被露光基板からの
投影光の反射率を０．５％以下とすること、３ｔ₀以
下の非常に薄いレジストを用いること、０．６１≦σ
_m≦０．７３，０．０５≦Δσ≦０．１５、または、σ
_m＞０．７３、σ_out≦０．９５，０．０５≦Δσ≦
０．１５の円環状２次光源を用いることを組み合わせる
ようにした。この結果、被露光基板上に高空間周波数ま
でのパタン像を約０．４という低いコントラストで作
り、それを基にレジストパタンを形成することができ
る。これにより、この発明によれば、上記のいずれか２
つ以下を組み合わせたのでは達し得ない、高解像なパタ
ン転写ができるという効果を有する。このことにより、
半導体素子、集積回路、回折格子、ＤＦＢレーザ等の大
幅な微細化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における投影露光方法
を説明するための断面図である。

【図２】形成されるラインアンドスペースパタンの線
幅と反射防止膜３の膜厚との関係を示す相関図である。

【図３】反射防止膜３の厚さと、この反射防止膜３の
存在による露光光線の反射率との関係を示す特性図であ
る。

【図４】円環形状の光源を示す平面図である。

【図５】照明条件とレジスト厚さを変えた時の、最高
解像パタン寸法の変化を示す特性図である。

【図６】 σ_m＝０．６３、Δσ＝０．０７なる円環照
明条件における空間周波数とコントラストとの関係を示
す特性図である。

【図７】デフォーカス量Ｄが０および１．５ｚの時
に、コントラスト０．４を確保できる空間周波数を各種
照明条件に対して計算し、σ_mを横軸、Δσを縦軸とし
て、解像限界空間周波数を等高線的に示したものであ
る。

【図８】円環照明の２次光源の形状を示す平面図であ
る。

【図９】従来の代表的な投影露光装置の構成を示す構
成図である。

【図１０】被露光基板２６上に投影されるラインアン
ドスペースパタン像の光強度分布を示す特性図である。

【図１１】パタン像のコントラストとレジストパタン
の断面形状との関係を定性的に示す断面図である。

【図１２】２次光源からの照明光線と投影レンズへの
入射光線との関係を示す構成図である。

【図１３】１対１ラインアンドスペースパタンの空間
周波数とコントラストとの関係を示す特性図である。

【図１４】原図基板２１上にＹ方向の１対１ラインア
ンドスペースパタンがある時の、投影光学系２５の開口
絞り２７の位置にできる２次光源の回折光像を示す平面
図である。

【図１５】空間周波数に対するコントラストの計算値
を、円環照明と通常照明とで比較した例を示す特性図で
ある。

【図１６】定在波のパタン形成への影響を示す断面図
である。

【図１７】被露光基板からの反射光の影響を示す断面
図である。

【図１８】解像限界空間周波数を、等高線により示す
説明図である。

【符号の説明】

１…シリコンウエハ、２…表面、３…反射防止膜、４…
レジスト膜、５…白抜き部、６…斜線部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小松一彦東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円環状に光強度の強い部分を成形した波
長λの光を原図基板に照射する円環状２次光源と、前記
原図基板上のパタンを被露光基板上に投影し、前記パタ
ンの像を被露光基板上に形成する投影光学系とを有する
投影露光装置により、その投影した投影光に感光して屈
折率がｎのレジストを用いて前記原図基板上のパタンを
前記レジストに転写する投影露光方法において、前記円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数と、前記円環状
２次光源の内径に等しい直径を有する円形２次光源に対
応する部分コヒーレンス係数との平均値を０．６１以上
０．７３以下とし、前記円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数と、前記円環状
２次光源の内径に等しい直径を有する円形２次光源に対
応する部分コヒーレンス係数との差の１／２を０．０５
以上０．１５以下の値とし、前記被露光基板からの前記投影光の反射率を５％以下に
して前記レジスト膜を３・λ／（２ｎ）以下の厚さに形
成し、前記原図基板上のパタンを前記レジスト膜に投影露光し
て転写することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】円環状に光強度の強い部分を成形した波
長λの光を原図基板に照射する円環状２次光源と、前記
原図基板上のパタンを被露光基板上に投影し、前記パタ
ンの像を被露光基板上に形成する投影光学系とを有する
投影露光装置により、その投影した投影光に感光して屈
折率がｎのレジストを用いて前記原図基板上のパタンを
前記レジストに転写する投影露光方法において、前記円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数と、前記円環状
２次光源の内径に等しい直径を有する円形２次光源に対
応する部分コヒーレンス係数との平均値を０．７３以上
とし、前記円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数を０．９５以下
とし、前記円環状２次光源の外径に等しい直径を有する円形２
次光源に対応する部分コヒーレンス係数と、前記円環状
２次光源の内径に等しい直径を有する円形２次光源に対
応する部分コヒーレンス係数との差の１／２を０．０５
以上０．１５以下の値とし、前記被露光基板からの前記投影光の反射率を５％以下に
して前記レジスト膜を３・λ／（２ｎ）以下の厚さに形
成し、前記原図基板上のパタンを前記レジスト膜に投影露光し
て転写することを特徴とする投影露光方法。
【請求項３】請求項１または２記載の投影露光方法に
おいて、吸収形の反射防止膜を形成することで、前記被露光基板
からの投影光の反射率を５％以下とすることを特徴とす
る投影露光方法。