JPH1050590A

JPH1050590A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1050590A
Application number: JP8219469A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ライン系、ホール系いずれのパターンに対し
ても良好な結像特性を発揮させるとともに組み立て時の
困難性を解消する。【解決手段】固定の瞳フィルタ（４４）を設けること
によりフィルタの挿脱機構を不要とする。また、照明系
開口絞り切替機構（４０、４２）によりマスク（Ｒ）に
形成されたパターン（ＰＡ）の密集度に応じて、照明系
開口絞り（２８Ａ〜２８Ｆ）を選択的に照明光の光路上
に設定可能となっている。このため、瞳フィルタの遮光
部のエネルギー吸収が大きくなるライン系パターンの露
光の際には、輪帯状開口絞り（２８Ｃ、２８Ｄ）を、瞳
フィルタの遮光部のエネルギー吸収が殆どないホール系
パターンを露光する際には、円形開口絞り（２８Ｂ）を
照明光の光路上に設定することにより、前者では瞳フィ
ルタの温度上昇による結像特性の悪化が防止され、ま
た、後者では、焦点深度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置に係
り、さらに詳しくは半導体素子、液晶表示素子、あるい
は薄膜磁気ヘッド等の製造のリソグラフィ工程に用いら
れる投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、半導体素子の高集積化及びパ
ターン線幅の微細化に伴い、投影露光装置にも一定の焦
点深度を保ったままでの、より微細なパターンの転写能
力がますます要求されるようになってきた。

【０００３】ところで、転写すべきパターンは、大きく
分けていわゆるライン・アンド・スペース等の周期性を
持つ密集パターンと、周期性のない孤立パターンに分類
される。

【０００４】前者の周期性を持つパターンについては、
回折光が特定の方向に発生することから、特願平２−４
０８０９６号に開示されるように、マスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する）を照明する光のレチ
クルへの入射角度を制限することにより、微細パターン
に対する焦点深度を確保することができる。この技術
は、一般に変形照明と呼ばれている。

【０００５】これに対して、後者の孤立パターンでは、
回折光は特定の方向にのみ発生するものではないため、
上記の変形照明の技術を利用しても焦点深度が増大しな
い。このような孤立パターンの代表例がコンタクトホー
ルのようなホールパターンである。このホールパターン
の露光の際の焦点深度増大のための技術としては、特公
平４−１０２０９号に開示されるような、焦点位置を変
えて複数回露光を行ういわゆる累進焦点露光に関する
「ＦＬＥＸ］と呼ばれる技術が知られている。この他、
投影光学系の瞳面に、局部的に光の位相や強度、偏向等
の状態を変化させる、いわゆる中心遮光型の瞳フィルタ
を配置する技術も知られている。この瞳フィルタを用い
る場合には、上記「ＦＬＥＸ」と比較すると、露光量マ
ージンを多少大きく設定することができ、また、レチク
ルの誤差の影響を殆ど受けることがないという利点があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置に
おいて、投影光学系に中心遮光型の瞳フィルタを装着し
た場合には、次の、のような特徴が見られる。

【０００７】ライン系のパターンを露光する際に
は、レチクルを透過する光のエネルギーが大きく、遮光
部材の温度上昇が生じ、その熱がレンズを構成するガラ
ス部材の屈折率や面形状を変化させ、結像性能の劣化の
原因となる。

【０００８】ライン系のパターンでは、中心部を遮
光することにより、結像性能の劣化が見られる。この反
面、ホール系のパターンでは瞳フィルタにより結像性能
が向上する。

【０００９】上記、の特徴に鑑み、従来の投影露光
装置では、ライン系のパターンの露光の際には瞳フィル
タ「無し」、ホール系のパターンの露光の際には瞳フィ
ルタ「有り」の状態を作れるように、瞳フィルタの挿脱
機構（交換機構）が設けられていた。一方、ライン系の
パターンとホール系のパターンとでは最適なレンズＮ．
Ａ．が異なるため、Ｎ．Ａ．（開口数）の可変機構とし
て可変絞りが投影光学系の瞳面の近傍に設けられること
が多かった。

【００１０】このため、絞りの可変機構とフィルタの挿
脱機構とが干渉して装置の組み立てが困難になることが
あった。

【００１１】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、ライン系、ホール系いずれのパターン
に対しても良好な結像特性を発揮するとともに組み立て
時の困難性を解消することができる投影露光装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、照明系（１４〜３８）からの照明光によりマスク
（Ｒ）を照明し、当該マスク（Ｒ）に形成されたパター
ン（ＰＡ）の像を投影光学系（ＰＬ）を介して感光材が
塗布された基板（Ｗ）上に転写する投影露光装置であっ
て、前記投影光学系（ＰＬ）の瞳面（ＥＰ）又はその近
傍に固定された中心遮光型の瞳フィルタ（４４）と；少
なくとも一種類の円形開口絞り（２８Ａ、２８Ｂ）と少
なくとも一種類の輪帯状開口絞り（２８Ｃ、２８Ｄ）と
を含む少なくとも２つの照明系開口絞り（２８Ａ〜２８
Ｆ）を照明系内の照明光の光路上に選択的に設定可能な
照明系開口絞り切替機構（４０、４２）とを有する。

【００１３】これによれば、固定の瞳フィルタ（４４）
が設けられていることから、フィルタの挿脱機構が不要
となり、その分装置の構成が簡略化される。また、照明
系開口絞り切替機構（４０、４２）によりマスク（Ｒ）
に形成されたパターン（ＰＡ）の密集度に応じて、すな
わちマスクの透過率に応じて照明系開口絞り（２８Ａ〜
２８Ｆ）を選択的に照明光の光路上に設定可能となって
いることから、例えばマスクの透過率が高く、瞳フィル
タの遮光部のエネルギー吸収が大きくなるライン系パタ
ーンの露光の際には、瞳フィルタ遮光部を照明する部分
が遮光部であるような照明系開口を持つ輪帯状開口絞り
（２８Ｃ、２８Ｄ）を照明系内の照明光の光路上に設定
することにより、瞳フィルタの温度上昇が抑制され、屈
折率や平面度の変化に伴う結像特性の悪化が防止され
る。また、例えば、マスクの透過率が低く、瞳フィルタ
の遮光部のエネルギー吸収が殆どないホール系パターン
を露光する際には、瞳フィルターの遮光部を積極的に照
明してレチクル透過光を除去できるように、円形開口絞
り（２８Ｂ）を照明系内の照明光の光路上に設定するこ
とにより、焦点深度が向上する。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の投影露光装置において、前記投影光学系（ＰＬ）の瞳
面（ＥＰ）又はその近傍に当該投影光学系の開口数を可
変にする開口数可変機構（４６、４８）を更に備えてい
ることを特徴とする。これによれば、固定の瞳フィルタ
が設けられていることから、フィルタの挿脱機構が不要
となるとともに、このフィルタ挿脱機構との干渉を考慮
することなく、開口数可変機構（４６、４８）の装置へ
の組み付けが容易となる。また、開口数可変機構（４
６、４８）により、露光量制御性が重視される場合には
開口数を大きく設定し、焦点深度の増大が重視されるよ
うな場合には開口数を小さく設定することが可能にな
る。

【００１５】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の投影露光装置において、露光に用いられる照明系開口
絞りの選択に関連する情報を入力する入力手段（５４）
と、この入力された情報に応じて前記照明系開口絞り切
替機構を制御する制御手段（５２）とを更に有すること
を特徴とする。これによれば、入力手段（５４）を介し
て露光に用いられる照明系開口絞りの選択に関連する情
報が入力されると、制御手段（５２）ではこの入力され
た情報に応じて照明系開口絞り切替機構（４０、４２）
を制御する。このため、上記の情報を入力手段により入
力するだけで、制御手段によりその露光に最適な照明系
開口絞り（２８Ａ〜２８Ｆ）が照明光の光路上に自動的
に設定されるので、オペレータの負荷が軽減され、誤操
作の可能性も小さくできる。

【００１６】ここで、照明系開口絞りの選択に関連する
情報としては、直接的な照明系開口絞りの選択指令であ
っても良いが、露光に用いられるマスクパターンに対応
した装置環境情報の選択指令であってもよい。この場合
には、種々のマスクパターンに対応した装置環境情報の
データファイルが記憶された記憶手段（５６）を予め用
意し、制御手段（５２）が入力された装置環境情報の選
択指令に対応する装置環境情報を記憶手段から読み出
し、これに基づいて照明系開口絞り切替機構（４０、４
２）を制御するように構成しても良い。あるいは装置環
境情報の代わりにマスクパターンについての情報を照明
系開口絞りの選択に関連する情報として用いても良く、
この場合には、制御手段がそのマスクパターンの露光に
最適な照明系開口絞りを照明光の光路上に設定するよう
にすることも可能である。

【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の投影露光装置において、露光に用いられる照明系開口
絞りの選択に関連する情報及び投影光学系の開口数の設
定に関連する情報を入力する入力手段と、この入力され
た情報に応じて前記照明系開口絞り切替機構とともに前
記開口数可変機構を制御する制御手段とを更に有するこ
とを特徴とする。これによれば、入力手段を介して露光
に用いられる照明系開口絞りの選択に関連する情報及び
投影光学系の開口数の設定に関連する情報が入力される
と、制御手段ではこの入力された情報に応じて照明系開
口絞り切替機構とともに開口数可変機構を制御する。こ
のため、上記の情報を入力手段により入力するだけで、
制御手段によりその露光に最適な照明系開口絞りが照明
光の光路上に自動的に設定されるとともに、投影光学系
の開口数が所望の値に制御されるるので、オペレータの
負荷が軽減され、誤操作の可能性も小さくできる。

【００１８】ここで、照明系開口絞りの選択に関連する
情報及び投影光学系の開口数の設定に関連する情報とし
ては、直接的な照明系開口絞りの選択指令及び所望の開
口数の設定指令であっても良いが、露光に用いられるマ
スクパターンに対応した装置環境情報の選択指令であっ
てもよい。この場合には、種々のマスクパターンに対応
した装置環境情報のデータファイルが記憶された記憶手
段を予め用意し、制御手段が入力された装置環境情報の
選択指令に対応する装置環境情報を記憶手段から読み出
し、これに基づいて照明系開口絞り切替機構及び開口数
可変機構を制御するように構成しても良い。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか一項に記載の投影露光装置において、前記
照明系開口絞り切替機構は、輪帯比の異なる複数の輪帯
状開口絞りを含む複数の照明系開口絞りを照明系内の照
明光の光路上に選択的に設定可能であることを特徴とす
る。

【００２０】一般に、照明系開口絞りの輪帯比が同じで
ある場合、マスクのパターン線幅が微細になるほど、±
１次の回折光の角度大きくなり、１次回折光が投影光学
系の瞳面を通らなくなって感光基板上にパターンの像が
形成されなくなる場合があるが、このような場合に、照
明系開口絞りの輪帯比を大きくすると、同じ線幅のパタ
ーンより生じる±１次の回折光が投影光学系の瞳面を通
るようになって、パターンの像が感光基板上に形成され
ることが知られている。

【００２１】この請求項５に記載の発明によれば、照明
系開口絞り切替機構は、輪帯比の異なる複数の輪帯状開
口絞りを含む複数の照明系開口絞りを照明系内の照明光
の光路上に選択的に設定可能であることから、この照明
系開口絞り切替機構により、パターン線幅に応じた輪帯
比を有する輪帯状開口絞りを照明系内の照明光の光路上
に設定することが可能になり、種々の線幅のパターンの
露光への対処が可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図５に基づいて説明する。

【００２３】図１には、一実施形態に係る投影露光装置
１０の構成が概略的に示されている。

【００２４】この投影露光装置１０は、光源１４を含む
照明系と、この照明系からの照明光により照明されたマ
スクとしてのレチクルＲ上に形成されたパターンＰＡを
感光基板としてのウエハＷ上に投影露光する投影光学系
ＰＬと、この投影光学系ＰＬの下方で感光基板としての
ウエハＷを保持して光軸直交面内で２次元移動可能なウ
エハステージ１２等とを備えている。

【００２５】前記照明系は、照明光源としての高圧水銀
灯１４と、楕円鏡１６、干渉フィルタ１８、シャッタ２
０、ミラー２２、インプットレンズ２４、フライアイレ
ンズ２６、照明系開口絞り２８（２８Ａ〜２８Ｆ）、第
１リレーレンズ３０、ブラインド３２、第２リレーレン
ズ３４、ミラー３６及びメインコンデンサーレンズ３８
等から成る照明光学系とから構成されている。

【００２６】ここで、この照明系の構成各部についてそ
の作用とともに説明する。高圧水銀灯１４から発せられ
た照明光ＩＬは楕円鏡１６によって第２焦点に集光され
た後、干渉フィルタ１８により、露光に必要な波長スペ
クトル、例えば波長３６５ｎｍのｉ線のみが取り出され
る。ここで、露光光としてはｉ線の他、波長４３６ｎｍ
のｇ線を用いてもよく、また複数種類の波長の光の混合
でも良い。なお、水銀ランプ１４に代えて、ＫｒＦ（波
長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長：１９３ｎｍ）のよう
な遠紫外領域のパルス光を発するエキシマレーザ等によ
って照明光源を構成してもよい。

【００２７】干渉フィルタ１８の近傍にシャッタ駆動機
構機構５８（図１では図示せず、図３参照）により開閉
されるシャッタ２０が配置され、シャッタ２０が開状態
の場合、その照明光ＩＬ（ｉ線成分）はミラー２２及び
インプットレンズ２４を介してほぼ平行光束に変換され
た後、フライアイレンズ２６に入射する。このフライア
イレンズ２６の射出面は、水銀ランプ１４と共役な位置
関係になっており、二次光源面を構成している。

【００２８】前記インプットレンズ２４は、実際には、
曲率半径の異なる複数のレンズエレメントを備えてお
り、その内の任意のものをレンズ選択機構６０（図１で
は図示せず、図３参照）によって選択的に照明光の光路
上に設定可能となっている。これは、後述するように、
照明光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を絞る、すなわち照明
光学系の開口数の投影光学系の開口数に対する比の値で
あるコヒーレンスファクタ（σ値）を小さくすることに
より、所定のパターンに対する焦点深度の向上が図られ
るが、このようにσ値を小さくするときには、レチクル
Ｒを照明する照明光の照度が減少するので、かかる照明
光の照度の減少を防止する手段として、フライアイレン
ズ２６の入射面での照明領域の大きさを調整できるよう
にするためである。

【００２９】フライアイレンズ２６の二次光源面を構成
する各二次光源（エレメント）を発した光は、照明系開
口絞り２８（これについては、後述する）、第１リレー
レンズ３０、ブラインド３２、第２リレーレンズ３４を
通過後、ミラー３６で折り曲げられ、メインコンデンサ
ーレンズ３８を介して、前記二次光源面とフーリエ変換
の位置関係にあるレチクルＲを照明する。フライアイレ
ンズ２６の個々のレンズエレメントがメインコンデンサ
ーレンズ３８を介してレチクルＲを照明することによ
り、オプチカルインテグレータの役割を果たしている。
従って、レチクルＲ上のパターン露光領域内を均一に照
明することができる。

【００３０】ここで、図１では開口形状が固定のブライ
ンドが図示されているが、レチクルＲのパターン領域の
サイズ変更等を考慮して、開口形状が可変な可変ブライ
ンドを用いても良い。

【００３１】フライアイレンズ２６の射出面の近傍に
は、前記照明系開口絞り２８が配置されており、この開
口絞り２８によりレチクルＲを照明する照明光の空間的
コヒーレンシーを制御している。一般的に空間的コヒー
レンシーは、投影光学系ＰＬの開口数と照明光学系の開
口数の比である前記コヒーレンスファクタ（σ値）であ
らわされる。

【００３２】照明系開口絞り２８は複数種類（ここで
は、６種類）のものを、照明系開口絞り切り替え機構に
より切り替え可能に構成されている。これを更に詳述す
ると、この照明系開口絞り切り替え機構は、図２に拡大
して示されるように、６種類の遮光部の形状の異なる照
明系開口絞り２８Ａ〜２８Ｆが等角度間隔で配置された
照明系開口絞り板（レボルバー）４０と、このレボルバ
ー４０を回転させるロータリモータより成るレボルバー
駆動機構４２とから構成される。この図２において、符
号２８Ａは小さな円形開口より成りコヒーレンスファク
タであるσ値を小さくするための開口絞り（以下、「小
σ絞り」と呼ぶ）を示し、符号２８Ｂは円形開口より成
る通常照明用の開口絞り（以下、「通常絞り」と呼ぶ）
を示す。また、符号２８Ｃ、２８Ｄは輪帯照明用の照明
系開口絞り示し、この内、照明系開口絞り２８Ｃは輪帯
比（中心部の遮光部の直径と周囲の透光部の外径との
比）が例えば１／４とされ、照明系開口絞り２８Ｄは輪
帯比が例えば１／２とされている。そこで、輪帯比の小
さい方の照明系開口絞り２８Ｃを以下「小輪帯絞り」と
呼び、輪帯比の大きい方の照明系開口絞り２８Ｄを以下
「大輪帯絞り」と呼ぶものとする。符号２８Ｄ、２８Ｆ
は変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る
変形開口絞りを示し、この内一方の照明系開口絞り２８
Ｅを以下「四つ目絞り」呼び、他方の照明系開口絞り２
８Ｆを以下「二つ目絞り」と呼ぶものとする。

【００３３】上述したようなレボルバー４０をレボルバ
ー駆動機構４２によって回転させることにより、開口絞
り２８Ａ〜２８Ｆの内の所望の開口絞りを選択可能とな
っており、このレボルバー駆動機構４２が後述するメイ
ンコンピュータ５２により駆動制御され、レボルバー４
０の回転角が制御される。

【００３４】レチクルＲは、水平面内で微動可能な不図
示のレチクルステージ上に載置されており、レチクルＲ
のパターン領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸上に位置
合わせできるようになっている。レチクルＲを照明した
照明光は、レチクルＲ上のパターンにより回折され、投
影光学系ＰＬに入射する。

【００３５】前記投影光学系ＰＬは、レチクルＲの下方
でその光軸方向を鉛直軸方向として不図示の本体コラム
に保持され、鉛直軸方向（光軸方向）に所定間隔で配置
された複数枚のレンズエレメント（屈折光学素子）とこ
れらのレンズエレメントを保持する鏡筒から成り、この
投影光学系の瞳面ＥＰは、前記二次光源面と互いに共役
な位置関係となっており、レチクルＲ面とフーリエ変換
の位置関係となっている。また、投影レンズＰＬの瞳面
ＥＰ上にはその中心部が遮光部でそれ以外の部分は光を
透過させる固定式の瞳フィルタ４４が設けられている。
さらに、瞳面ＥＰ近傍には開口絞り４６が配されてお
り、この開口絞り４６の開口の大きさを変えることによ
り投影光学系ＰＬの開口数（Ｎ．Ａ．）を自在に調整す
ることができる。開口絞り４６としては、ここでは虹彩
絞りが用いられ、絞り駆動機構４８により開口絞り４６
の開口径を変えることで、投影光学系ＰＬの開口数は、
所定範囲、例えば０．５０〜０．６３の範囲で可変とな
っている。すなわち、本実施形態では開口絞り４６と絞
り駆動機構４８とによって開口数可変機構が構成されて
いる。絞り駆動機構４６も後述するメインコンピュータ
５２により制御される。

【００３６】この開口絞り４６及び瞳フィルタ４４を通
過した回折光が、レチクルＲと互いに共役な位置関係に
置かれたウエハＷ上での結像に寄与することになる。

【００３７】上述のようにして照明光で照明されたレチ
クルＲ上のパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して所
定の投影倍率（例えば１／４、又は１／５等）でウエハ
ステージ１２上のウエハＷ上に投影され、ウエハＷ上の
所定の領域にパターンの縮小像が形成される。

【００３８】ウエハステージ１２は、ステージ駆動機構
（図１では図示せず、図２参照）によって水平面内でＸ
Ｙ２次元方向に駆動されるようになっており、このウエ
ハステージ１２上にウエハホルダ５０を介してウエハＷ
が吸着保持されている。

【００３９】図３には、投影露光装置１０の制御系の主
な構成が概略的に示されている。この制御系は、制御手
段としてのメインコンピュータ５２を中心に構成され、
このメインコンピュータ５２には、入力手段としてのコ
ンソール５４、露光データファイルその他が記憶された
ディスク装置５６、シャッタ駆動機構５８、レンズ選択
機構６０、レボルバー駆動機構４２、絞り駆動機構４８
及びステージ駆動機構６２等が接続されている。

【００４０】ここで、上述のようにして構成された投影
露光装置１０における照明条件の切り替え動作について
説明する。

【００４１】オペレータによりコンソール５４を介して
露光データファイルが指定されると、メインコンピュー
タ５２ではディスク装置５６からその露光データファイ
ルを内部メモリ（図示せず）に読み込む。なお、この露
光データファイルの取り込みは、不図示のネットワーク
上のコンピュータを介して行っても良い。露光データフ
ァイルには、露光のショットマップ、露光時間、フォー
カス設定、位置合せ用マーク位置や計測方法等の情報と
ともに、露光に使用する投影レンズＮ．Ａ．の値、照明
系開口絞りの形状等のデータが書かれている。

【００４２】次に、メインコンピュータ５２は読み込ん
だ露光データファイルに基づいて、レボルバー駆動機構
４２を介してそのデータにより指定された照明系開口絞
り２８（２８Ａ〜２８Ｆのいずれか）が照明光の光路上
に設定されるようにレボルバー４０の回転角度を制御す
ると同時に、絞り駆動機構４８を介して投影レンズＮ．
Ａ．の値が指定された値となるように開口絞り４６の開
口径を調整する。この時同時に、メインコンピュータ５
２ではレンズ選択機構６０を介してインプットレンズ２
４のエレメントの選択を行い、照明条件に応じて照度が
最適になるようにする。なお、インプットレンズ２４の
位置の調整機構を設け、これをメインコンピュータ５２
が制御することにより照明テレセン等が最適になるよう
にしてもよい。

【００４３】ここで、例えば、０．３５μｍのホールパ
ターンを露光する場合には、投影レンズＮ．Ａ．は０．
６３に、０．３５μｍライン・アンド・スペースパター
ンを露光する場合には、投影レンズＮ．Ａ．は０．５５
に設定される。

【００４４】また、照明系Ｎ．Ａ．は最大０．４となっ
ており、ホールパターンを露光する際には照明系ＮＡ
０．３０の通常絞り２８Ｂ、ライン・アンド・スペース
パターンを露光する際には照明系ＮＡ０．４０の輪帯比
１／２の大輪帯絞り２８Ｄが選択される。

【００４５】図４には、本実施形態に係る投影露光装置
１０と同様に瞳フィルタ（遮光部の径がＮＡ０．１１に
相当する寸法となっている）を用いた場合と、従来の投
影露光装置と同様瞳フィルタを用いない場合との、種々
のレチクルパターン露光時の空間像のシミュレーション
による計算結果の比較が示されている。

【００４６】この内、図４（Ａ）には０．３５μｍ幅の
５本のライン・アンド・スペースパターン（以下、適宜
「Ａパターン」という）の透過光の分布が横軸を位置、
縦軸を光の振幅として示されている。同様に、図４
（Ｂ）には０．３５μｍ幅の孤立ラインパターン（以
下、適宜「Ｂパターン」という）の透過光の分布が横軸
を位置、縦軸を光の振幅として示され、図４（Ｃ）には
０．３５μｍ径の孤立ホールパターン（以下、適宜「Ｃ
パターン」という）の透過光の分布が横軸を位置、縦軸
を光の振幅として示されている。これらの場合、遮光部
の透過率が０の通常レチクルが使用されている。

【００４７】図４（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）には、瞳フィ
ルタを使用しない場合のＡパターン、Ｂパターン、Ｃパ
ターンの空間像の形状（横軸は位置、縦軸は光の強度）
がそれぞれ示され、また、図４（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）
には、固定式の瞳フィルタを使用した場合のＡパター
ン、Ｂパターン、Ｃパターンの空間像形状（横軸は位
置、縦軸は光の強度）がそれぞれ示されている。これら
図４（Ｄ）〜（Ｉ）において、太線はベストフォーカス
での像、細線はベストフォーカス像に形状が近い順に
０．４、０．８、１．２、１．６μｍデフォーカス像を
示す。

【００４８】また、図４（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｇ）、
（Ｈ）では、照明系Ｎ．Ａ．が０．４で輪帯比１／２の
１／２輪帯照明が行われ、（Ｆ）、（Ｉ）では照明系
Ｎ．Ａ．が０．３の小σ照明が行われる。

【００４９】ここで、図４の（Ｄ）と（Ｇ）、（Ｅ）と
（Ｈ）はほとんど空間像の形状が同一であるのに対し
て、（Ｆ）と（Ｉ）では、（Ｉ）の方がデフォーカス時
の像の形状変化が小さいことがわかる。換言すれば、
（Ｆ）に比べて（Ｉ）の瞳フィルタを用いた方が焦点深
度が増大していることがわかる。

【００５０】また、図５には遮光部の透過率が６％であ
るようなハーフトーンレチクルを用いた場合の、図４に
対応する空間像のシミュレーションによる計算結果の比
較が示されている。

【００５１】図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には図４と同
様にＡパターン、Ｂパターン、Ｃパターンの透過光の分
布がそれぞれ示され、図５（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に
は、瞳フィルタを使用しない場合のＡパターン、Ｂパタ
ーン、Ｃパターンの空間像の形状（横軸は位置、縦軸は
光の強度）がそれぞれ示され、また、図５（Ｇ）、
（Ｈ）、（Ｉ）には、固定式の瞳フィルタを使用した場
合のＡパターン、Ｂパターン、Ｃパターンの空間像形状
（横軸は位置、縦軸は光の強度）がそれぞれ示されてい
る。これら図５（Ｄ）〜（Ｉ）において、太線はベスト
フォーカスでの像、細線はベストフォーカス像に形状が
近い順に０．４、０．８、１．２、１．６μｍデフォー
カス像を示す。

【００５２】また、図５（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｇ）、
（Ｈ）では、照明系Ｎ．Ａ．が０．４で輪帯比１／２の
１／２輪帯照明が行われ、図５（Ｆ）、（Ｉ）では照明
系Ｎ．Ａ．が０．３の小σ照明が行われる。

【００５３】ここで、図５の（Ｄ）と（Ｇ）、（Ｅ）と
（Ｈ）はほとんど同一であるのに対して、（Ｆ）と
（Ｉ）では、（Ｉ）の方がデフォーカス時の像の形状変
化が小さいことがわかる。これより、（Ｆ）に比べて
（Ｉ）の瞳フィルタを用いた方が焦点深度が増大してい
ることがわかる。

【００５４】また、（Ｉ）の方がレチクル遮光部透過光
による一様な強度が（Ｆ）よりも小さく、ホール像の両
側に見られるサイドローブの強度も小さいことがわか
る。これより、（Ｉ）の方が本来の像以外の成分による
レジストの膜減り等の悪影響が小さくなることがわか
る。

【００５５】上記のようなシミュレーション結果を確認
するため、本実施形態に係る投影露光装置１０を用い
て、１μｍ厚のポジ型フォトレジストを塗布したシリコ
ンウエハに０．３５μｍのライン・アンド・スペースパ
ターン、及び孤立ラインパターンを転写したところ、従
来の瞳フィルタを使用しない装置と同等の結像性能が得
られ、また瞳フィルタの光吸収に伴うフォーカスやディ
ストーションの変化も、従来の装置と同等であり、制御
可能な量であることが確認できた。

【００５６】また、０．３５μｍホールパターンを遮光
部の透過率が０であるような通常レチクルを用いて１μ
ｍ厚のポジ型フォトレジストを塗布したシリコンウエハ
に露光したところ、瞳フィルタなしの従来装置に比べて
焦点深度が増大し、露光量変化に伴うホール径変化、レ
チクル製造誤差によるホール径のばらつきがともに減少
した。さらに、０．３５μｍホールの転写に、遮光部の
透過率が６％であるようなハーフトーンレチクルを用い
た場合には、焦点深度増大、露光量変化やマスク誤差の
影響の低減に加えて、ホール周辺に発生するリング状の
膜減りの発生が押さえられることも確認できた。

【００５７】次に、ライン・アンド・スペース密集パ
ターン（微細パターン）、一般パターン、孤立パタ
ーンを露光する際の、従来の投影露光装置の照明条件を
（表１）に、本実施形態に係る投影露光装置１０の照明
条件を（表２）に示す。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】これらの表において、輪帯比（大）で照明
系Ｎ．Ａ．（大）とは、例えば大輪帯絞り２８Ｄ用いた
照明条件を意味し、輪帯比（０）で照明系Ｎ．Ａ．
（大）とは、通常絞り２８Ｂを用いた照明条件を意味
し、輪帯比（０）で照明系Ｎ．Ａ．（小）とは、小σ絞
り２８Ａを用いた照明条件を意味し、輪帯比（小）で照
明系Ｎ．Ａ．（大）とは、例えば小輪帯絞り２８Ｃを用
いた照明条件を意味する。

【００６１】ここで、表２において、のライン・アン
ド・スペース密集パターンとの一般パターンの場合
で、輪帯比の異なる照明視野絞りを用いるのは、次の理
由による。

【００６２】すなわち、照明系開口絞りの輪帯比が同じ
である場合、レチクルＲのパターン線幅が微細になるほ
ど、±１次の回折光の角度が大きくなり、１次回折光が
投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰを通らなくなってウエハＷ上
にパターンの像が形成されなくなる場合があるが、この
ような場合に、照明系開口絞りの輪帯比を大きくする
と、同じ線幅のパターンから生じる±１次の回折光が投
影光学系ＰＬの瞳面ＥＰを通るようになり、パターンの
像がウエハＷ上に形成される。このため、照明系開口絞
り切替機構により、パターン線幅の微細な密集パターン
の場合は、輪帯比の大きな大輪帯絞り２８Ｄを照明系内
の照明光の光路上に設定し、密集パターンに比べてパタ
ーン線幅が大きな一般パターンの場合は、輪帯比の小さ
な小輪帯絞り２８Ｃを照明系内の照明光の光路上に設定
して、いずれの場合も良好なパターン像をウエハＷ上に
形成できるようにする。これにより、種々の線幅のパタ
ーンの露光への対処が可能になる。ここで、表２の、
のいずれの場合も輪帯照明が行われるので、結像性能
が従来の瞳フィルタ無しの通常照明条件の場合と殆ど変
わらないことは、０．３５μｍのライン・アンド・スペ
ースパターン、及び孤立ラインパターンの露光の場合と
同様である。

【００６３】以上説明したように、本実施形態の投影露
光装置１０によると、固定の瞳フィルタ４４を用いてい
るにもかかわらず、ラインパターンでは瞳フィルタ遮光
部を照明する照明光を除くことにより、瞳フィルタの影
響を極めて小さくすることができる一方、ホールパター
ンに対しては遮光部を積極的に照明することにより、焦
点深度の向上を図ることができ、特にハーフトーンレチ
クル使用時の結像性能を向上させることができる。従っ
て、投影光学系ＰＬの開口絞り駆動機構と瞳フィルター
挿脱機構との干渉による装置組み立ての困難性を回避で
きるとともに、ライン系のパターン、およびホールパタ
ーンともに良好な結像性能を得ることができる。特に、
ホールパターンに対しては結像性能の向上を図ることが
可能であるとともに、フォーカスや倍率の変化といった
問題を殆ど生じさせることもない。

【００６４】さらに、照明系開口絞りの選択（切り替
え）や、開口数の設定が、コンソール５４を介して指定
された露光データファイル内データに基づいてメインコ
ンピュータ５２により自動的になされるので、オペレー
タの負担が軽減され、誤操作の可能性も小さくできる。

【００６５】なお、通常照明と輪帯照明の切り替えのみ
を行う場合には、データファイルにはライン系パターン
かホール系パターンかのみを書いても、それぞれ輪帯照
明、通常照明に対応させることができる。また、ウエハ
ステージ１２上に照度センサを設け、レチクル透過光の
強度を計測し、その強度が基準の強度に対して大であれ
ばライン系パターンと判断して輪帯照明、小であればホ
ールパターンと判断して通常照明を行うような自動設定
も可能である。

【００６６】また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬ
が複数のレンズエレメントからなる屈折光学系である場
合について説明したが、例えば投影光学系はレンズの代
わりに一部ないし全部が反射型の要素から構成されてい
てもよい。また、投影光学系および照明光学系のＮ．
Ａ．や、照明光学系の輪帯比、瞳フィルタ径は上記数値
に限定されるものではなく、ライン系パターン露光時
に、瞳フィルタ遮光部へ照明光が直接当たらないか、当
たってもごくわずかであるような構成であればよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ライン系、ホール系いずれのパターンに対しても良好な
結像特性を発揮するとともに組み立て時の困難性を解消
することができるという従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る投影露光装置の全体構成を概
略的に示す斜視図である。

【図２】図１のレボルバー及びレボルバー駆動機構を拡
大して示す正面図である。

【図３】図１の装置の制御系の概略構成を示すブロック
図である。

【図４】瞳フィルタを用いた場合と、瞳フィルタを用い
ない場合との、種々のレチクルパターン露光時の空間像
のシミュレーションによる計算結果の比較を示す図であ
る（（Ａ）〜（Ｉ））。

【図５】遮光部の透過率が６％であるようなハーフトー
ンレチクルを用いた場合の、図４に対応する空間像のシ
ミュレーションによる計算結果の比較を示す図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１４〜３８照明系２８Ａ、２８Ｂ円形開口絞り２８Ｃ、２８Ｄ輪帯状開口絞り２８照明系開口絞り４０レボルバー４２レボルバー駆動機構４４瞳フィルタ４６開口絞り４８絞り駆動機構５２メインコンピュータ５４コンソール５６ディスク装置ＲレチクルＰＡパターンＰＬ投影光学系Ｗ基板ＥＰ瞳面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明系からの照明光によりマスクを照明
し、当該マスクに形成されたパターンの像を投影光学系
を介して感光材が塗布された基板上に転写する投影露光
装置であって、前記投影光学系の瞳面又はその近傍に固定された中心遮
光型の瞳フィルタと；少なくとも一種類の円形開口絞り
と少なくとも一種類の輪帯状開口絞りとを含む少なくと
も２つの照明系開口絞りを前記照明系内の照明光の光路
上に選択的に設定可能な照明系開口絞り切替機構とを有
する投影露光装置。
【請求項２】前記投影光学系の瞳面又はその近傍に当
該投影光学系の開口数を可変にする開口数可変機構を更
に備えている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】露光に用いられる照明系開口絞りの選択
に関連する情報を入力する入力手段と、この入力された
情報に応じて前記照明系開口絞り切替機構を制御する制
御手段とを更に有する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４】露光に用いられる照明系開口絞りの選択
に関連する情報及び投影光学系の開口数の設定に関連す
る情報を入力する入力手段と、この入力された情報に応
じて前記照明系開口絞り切替機構とともに前記開口数可
変機構を制御する制御手段とを更に有することを特徴と
する請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記照明系開口絞り切替機構は、輪帯比
の異なる複数の輪帯状開口絞りを含む複数の照明系開口
絞りを照明系内の照明光の光路上に選択的に設定可能で
あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項
に記載の投影露光装置。