JPH11191532A

JPH11191532A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH11191532A
Application number: JP10296277A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH06163362A; JP2936190B2; JP3259221B2

Abstract

(57)【要約】【目的】コンタクトホールパターンの投影露光時の焦
点深度を拡大する。【構成】投影光学系ＰＬの瞳面の中心円形領域を通過
する結像光束ＬＦａとその周辺の輪帯状領域を通過する
結像光束ＬＦｂとの偏光状態を互いに異ならせる偏光
板、１／２波長板、１／４波長板、又は旋光物質を瞳面
に配置することにより、少なくとも２つの結像光束（Ｌ
Ｆａ、ＬＦｂ）をインコヒーレントな状態に変換するＳ
ＦＩＮＣＳ法を適用する。

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、液晶デ
ィスプレイ等の微細パターンの形成に用いる投影型露光
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影型露光装置に使われている
投影光学系は、硝材の超精密加工、及び精密な組立て調
整をへ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３６５ｎｍ）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
た評価用、あるいは研究用としてエキシマレーザ（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：デプ
スオブフォーカス）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。

【０００４】図１は従来の投影光学系の結像光路を模式
的に表したものであり、投影光学系は前群のレンズ系Ｇ
Ａと後群のレンズ系ＧＢとによって構成される。この種
の投影光学系はレチクルＲ側とウェハＷ側との両方をテ
レセントリックにしたもの、あるいはウェハＷ側のみを
テレセントリックにしたものが一般的である。さて、図
１においてレチクルＲのパターン面（投影光学系の物体
面）上に任意の３つの点Ａ、Ｂ、Ｃを想定する。点Ａか
ら様々の方向に進む光線Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌａ、Ｌ
ａ’、Ｌａ”のうち、光線Ｌ1 は投影光学系のレンズ系
ＧＡに入射できないような角度で発生する。また、前群
のレンズ系ＧＡに入射した光線のうち、光線Ｌ2 、Ｌ3
は投影光学系内のフーリエ変換面ＦＴＰに位置する瞳ｅ
ｐを通過することができない。そして他の光線Ｌａ、Ｌ
ａ’、Ｌａ”は瞳ｅｐを通過して後群のレンズ系ＧＢに
入射し、ウェハＷの表面（投影光学系の瞳面）上の点
Ａ’に収斂する。従って、レチクルＲ上の点Ａから発生
した光線のうち、投影光学系の瞳ｅｐ（光軸ＡＸを中心
とする円形領域）を通過した光線が点Ａ’に点像を結像
するのに寄与する。ここで点Ａから点Ａ’に向う光線の
うち瞳ｅｐの中心点ＣＣ（光軸ＡＸの位置）を通る光線
Ｌａを主光線と呼び、この主光線Ｌａは両側がテレセン
トリックな投影光学系の場合、物体面側、像面側の夫々
の空間で光軸ＡＸと平行になっている。

【０００５】またレチクルＲ上の他の点Ｂ、Ｃの夫々か
ら発生した光線についても全く同じであり、瞳ｅｐを通
過する光線のみが点像Ｂ’、Ｃ’の結像に寄与する。同
様に点Ｂ、Ｃの夫々から光軸ＡＸと平行に進んでレンズ
系ＧＡに入射する光線Ｌｂ、Ｌｃは、いずれも瞳ｅｐの
中心点ＣＣを通る主光線となる。このように瞳ｅｐはレ
チクルＲのパターン面とウェハＷの表面との夫々に対し
てフーリエ変換、及び逆フーリエ変換の関係にあり、レ
チクル上のパターンからの光線のうち結像に寄与する光
線は全て瞳ｅｐを重畳して通ることになる。

【０００６】このような投影光学系の開口数は一般にウ
ェハ側の値として表されている。図１において、点像
Ａ’の結像に寄与する光線のうち、瞳ｅｐ内の最外部を
通る光線Ｌａ’、Ｌａ”がウェハＷ上で主光線Ｌａと成
す角度θｗが、この投影光学系のウェハ（像面）側での
開口数ＮＡW に相当し、ＮＡｗ＝ｓｉｎθｗで表され
る。従って光線Ｌａ’、Ｌａ”がレチクルＲ側で主光線
Ｌａと成す角度θｒは、レチクル（物体面）側での開口
数ＮＡｒと呼ばれ、ＮＡｒ＝ｓｉｎθｒで表される。さ
らに投影光学系の結像倍率を１／Ｍ（１／５縮小の場合
はＭ＝５）とすると、Ｍ・ＮＡｒ＝ＮＡｗの関係にあ
る。

【０００７】ところで解像力を高めるためには、開口数
ＮＡｗ（ＮＡｒ）を大きくする訳であるが、このことは
換言すれば瞳ｅｐの径を大きくすること、さらにレンズ
系ＧＡ、ＧＢの有効径を大きくすることに他ならない。
ところが、焦点深度ＤＯＦの方は開口数ＮＡｗの２乗に
反比例して減少してしまうため、例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。

【０００８】照明光の波長をｉ線の３６５ｎｍとし、開
口数ＮＡｗ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Ｗ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Ｗ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。

【０００９】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、高い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、特開平４−１０１
１４８号公報、特開平４−２２５３５８号公報等で提案
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、Ｓ
ＨＲＩＮＣ（ＳｕｐｅｒＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉ
ｏｎｂｙＩｌｌｕｍｉＮａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏ
ｌ）法と呼んでいる。この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ｅｐ内で中心点ＣＣ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。

【００１０】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。ところが、この
ＳＨＲＩＮＣ法はレチクルＲ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、コンタクトホール等
の孤立した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
光は回折角についてほとんど一様なフランフォーファ回
折として発生し、投影光学系の瞳ｅｐ内では０次回折光
と高次回折光とに明確に分離せずに、ほぼ一様に分布す
る。

【００１１】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Ｗ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Ｗ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
ｓＬａｔｉｔｕｄｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＥＸ
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。ただし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、現像後に得られるレジスト像は必然的に鮮鋭度
が低下したものとなる。この鮮鋭度低下（プロファイル
悪化）の問題は、ガンマ値が高いレジストを用いたり、
多層レジストを用いたり、あるいはＣＥＬ（Ｃｏｎｔｒ
ａｓｔＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＬａｙｅｒ）を用い
たりすることで補うことができる。

【００１２】またＦＬＥＸ法のように露光動作中にウェ
ハＷを光軸方向に移動させなくても、コンタクトホール
パターンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、１
９９１年春季応用物理学会の予稿集２９ａ−ＺＣ−８，
９で発表されたＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法も知られてい
る。このＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法は、投影光学系の瞳ｅ
ｐ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ＡＸ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Ｒ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。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上で述べた各種従来
技術のうち、ＦＬＥＸ法、及びＳｕｐｅｒＦＬＥＸ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
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、ある程度接近した複数のコンタクトホールパターン
では、両方法共にホール間のフォトレジストに不要な膜
べりを生じさせてしまい、事実上使用することが困難に
なることがわかった。

【００１４】さらに、ＦＬＥＸ法では、孤立的なコンタ
クトホールパターンについてもその像（多重露光で得ら
れる合成光学像）のシャープネスを必然的に悪化させる
ために、焦点深度は増大しても露光量裕度が減少すると
いう問題もある。また露光作業中にウェハを光軸方向に
連続的に移動又は振動する方式のＦＬＥＸ法では走査露
光方式の露光装置への適用が難しく、また露光を第１の
露光と第２の露光に分割し、各露光動作の間の非露光期
間中にウェハを光軸方向に一定量だけ移動させておく方
式では、処理能力の低下が大きく、スループットが著し
く低下するという問題がある。

【００１５】そこで本発明は、コンタクトホール等の孤
立したパターンの投影露光の際に、焦点深度を拡大した
投影露光装置を得ることを目的とし、特に比較的接近し
た複数の孤立パターンに対しても転写忠実度を損なうこ
となく焦点深度拡大効果が得られる装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では微細なパターンが形成されたマスク（レチ
クルＲ）を露光用の照明光で照射する照明手段（１〜１
４）と、マスクのパターンから発生した光を入射してパ
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）、又はその近傍面に配置され、フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の投影光学系の光軸を中心とす
る円形領域（ＦＡ）内に分布する結像光（ＬＦａ）とそ
の外側の領域（ＦＢ）に分布する結像光（ＬＦｂ）との
間の干渉性を低減させる干渉性低減部材（ＣＣＭ）を設
けるようにし、さらにマスクへの照明光のコヒーレンス
ファクター（σ値：照明光束の開口数と投影光学系のマ
スク側開口数との比）を０．５程度以上にした照明光学
系を用いるようにした。

【００１７】また、干渉性低減部材（ＣＣＭ）を設けた
投影光学系を用いるとともに、照明手段内に生成される
投影光学系のフーリエ変換面と共役な光源像面に、輪帯
状の光源像を形成する手段（８２）を設けたり、あるい
はＳＨＲＩＮＣ法と同様に、その光源像面に互いに離間
した複数の光源像を形成する手段（８３、８４）を設け
たりした。

【００１８】

【作用】本発明においては、レチクルパターン面に対し
て、光学的にフーリエ変換の関係となる投影光学系内の
面（以後瞳面と略す）、又はその近傍面に干渉性低減部
材を設け、その瞳面内で円形または輪帯状に分布する結
像光の一部と、それ以外の部分に分布する結像光とを互
いに干渉し合わない状態とする。この結果レチクルパタ
ーン中の、特にコンタクトホールパターンを透過、回折
した露光光束（結像光）は瞳面内で干渉し合わない２つ
の光束に空間的に分割され、ウェハ等の被露光体に到達
する。ウェハ上でも２つの光束は干渉し合わない（イン
コヒーレントである）ために、それぞれの光束が作り出
す像（コンタクトホールの像）の光量上での強度合成像
が得られる。従来の露光方式ではレチクル上の微小コン
タクトホールパターンを透過、回折した光束は投影光学
系を経てウェハ面に達すると、ここですべて振幅的に合
成（コヒーレント加算）されてレチクルパターンの像
（光学像）を形成していた。従来のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥ
Ｘ法においても、瞳面に分布する結像光を部分的に位相
シフトさせているだけなので、コヒーレント加算である
ことに変わりはない。

【００１９】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
がないものとすると、ベストフォーカス（合焦状態）で
は、レチクル上の任意の１点からウェハ上の対応する像
点までの光路長は投影光学系中のどこの光線路を通るか
にかかわらずすべて等しく（フェルマーの原理）、従っ
てウェハ上の振幅合成は位相差のない光の合成となり、
すべてコンタクトホールパターンの強度を増大する方向
に作用する。

【００２０】ところがウェハがデフォーカスすると、上
記の光路長は投影光学系内の光線路によって異なった長
さとなる。この結果上記の振幅合成は光路差（位相差）
を有する光の加算となり、一部で相殺効果が生じ、コン
タクトホールパターンの中心強度を弱めることになる。
このとき生じる光路差はウェハ上の１つの像点に入射す
る任意の光線の入射角をθとし、かつウェハに垂直に入
射する光線（主光線）の光路長を基準（＝０）とする
と、ほぼ１／２（ΔＦ・ｓｉｎ2 θ）と表される。ここ
でΔＦはデフォーカス量を表す。ｓｉｎθの最大値は投
影光学系のウェハ側の開口数ＮＡｗであるから、従来の
如く微小ホールパターンからの回折光のうち瞳ｅｐを通
過したすべての光がウェハ上で振幅合成される場合、最
大で１／２（ΔＦ・ＮＡｗ2 ）の光路差を生じてしまう
ことになる。このとき焦点深度としてλ／４の光路差ま
でを許容すると仮定すれば、以下の関係が成り立つ。

【００２１】１／２（ΔＦ・ＮＡｗ2 ）＝λ／４この式をまとめ直すと、ΔＦ＝λ／（２ＮＡｗ2 ）とな
って一般に言われる焦点深度幅と一致する。例えば露光
用照明光波長として現在使われているｉ線（波長０．３
６５μｍ）を前提とし、開口数としてＮＡｗ＝０．５０
を想定すると、焦点深度±ΔＦ／２は±０．７３μｍと
なり、ウェハ上のプロセス段差１μｍ程度に対してほと
んど余裕のない値となっている。

【００２２】一方、本発明では図２に示すように、投影
光学系の瞳面（ＦＴＰ）に干渉性低減部材ＣＣＭを設け
る。このとき、レチクルＲのパターン面に形成された孤
立パターンＰｒで回折した結像光束（主光線はＬＬｐ）
は投影光学系ＰＬの前群レンズ系ＧＡに入射した後、フ
ーリエ変換面ＦＴＰに達する。そしてフーリエ変換面Ｆ
ＴＰにおいて、瞳面ｅｐ内の中心部の円形状透過部分Ｆ
Ａと輪帯状の透過部ＦＢとの夫々を透過する光束が互い
に干渉し合わない状態に制御（変換）される。このため
ウェハＷ上では干渉性低減部材ＣＣＭの円形状の透過部
ＦＡを透過した光束ＬＦａと周辺の透過部ＦＢを通過し
た光束ＬＦｂは干渉を起こさない。その結果、円形の透
過部ＦＡからの光束ＬＦａと周辺部ＦＢからの光束ＬＦ
ｂはそれぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、それ
ぞれホールパターンの像（強度分布）Ｐｒ’を形成す
る。すなわち光束ＬＦａのみの干渉によってウェハＷ上
に生成される像と、光束ＬＦｂのみの干渉によって生成
される像とを、単純に強度的に加算したものが、本発明
によって得られるコンタクトホール等の孤立パターンの
像Ｐｒ’となる。

【００２３】尚、レチクルＲへの照明光ＩＬＢは従来と
同様に一定の開口数ｓｉｎψ／２をもつものでよい。た
だし投影光学系ＰＬのレチクル側の開口数ＮＡｒに対し
ては、ＮＡｒ＞ｓｉｎψ／２の条件に設定される。そこ
で、本発明における結像原理を、さらに図３を参照して
説明する。図３は干渉性低減部材ＣＣＭの構造と、コン
タクトホールの像Ｐｒ’を生成する結像光束の様子と、
デフォーカス時の各光束の光路差ΔＺとの各関係を模式
的に示したものである。

【００２４】図３（Ａ）の如く中心部を通る光束ＬＦａ
内での振幅合成では、光束ＬＦａが垂直入射光（主光線
ＬＬｐ）から入射角度θ1 までの角度範囲を含むから、
デフォーカス量がΔＦの時の光路差の最大値ΔＺ1 はΔ
Ｚ1 ＝１／２（ΔＦ・ｓｉｎ2 θ1 ）となる。尚、図３
の最下段のグラフの横軸は入射角の正弦を表し、ｓｉｎ
θ1 ＝ＮＡ1 とする。一方、図３（Ｂ）の如く周辺部を
通る光束ＬＦｂ内での振幅合成では、光束ＬＦｂが入射
角度θ1 から開口数ＮＡｗ（ｓｉｎθｗ）までの入射角
度範囲を有するので、デフォーカス量がΔＦの時の最大
光路長差ΔＺ2 は、ΔＺ2 ＝１／２（ΔＦ）（ＮＡｗ2
−ｓｉｎ2 θ1 ）となる。

【００２５】第１の光束ＬＦａと第２の光束ＬＦｂは互
いには干渉し合わないので、光束ＬＦａのみの干渉によ
る像Ｐｒ'1と、光束ＬＦｂのみの干渉による像Ｐｒ'2の
劣化は、各光束内での光路長差ΔＺ1 、ΔＺ2 のみに起
因する。例えば、ｓｉｎ2 θ1 ＝１／２（ＮＡｗ2 ）で
あるようにｓｉｎθ1 を設定する、すなわち２ｓｉｎ2 θ1 ＝ＮＡｗ2 の関係をほぼ満たすように第１の透過部ＦＡの半径を設
定すると、第１の光束ＬＦａによる最大光路差ΔＺ1
と、第２の光束ＬＦｂによる最大光路差ΔＺ2 はそれぞ
れ以下のようになる。

【００２６】ΔＺ1 ＝１／２（ΔＦ・ｓｉｎ2 θ1 ）＝
１／４（ΔＦ・ＮＡｗ2 ） ΔＺ2 ＝１／２（ΔＦ）（NAw2−sin2θ1 ）＝１／４
（ΔＦ・NAw2）このように、２つのインコヒーレントな光束ＬＦａ、Ｌ
Ｆｂの夫々は、いずれもΔＦのデフォーカス時にほぼ同
一の最大光路差、１／４（ΔＦ・ＮＡｗ2 ）をもつこと
になり、この値は従来の場合の半分である。換言する
と、従来の２倍のデフォーカス量（２ΔＦ）でも、従来
の投影方式でのデフォーカス量ΔＦのときと同じ最大光
路長差で済むこととなり、その結果、孤立パターンＰｒ
の結像時の焦点深度は約２倍に増大することになる。こ
のように投影光学系ＰＬの瞳面ｅｐにおいて、結像光束
を互いに干渉しない複数の光束に交換する手法を、以後
ＳＦＩＮＣＳ（ＳｐａｔｉａｌＦｉｌｔｅｒｆｏｒ
ＩＮＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｅａｍ）法と呼ぶこと
にする。

【００２７】以上の様に、ＳＦＩＮＣＳ法によって特に
コンタクトホールパターンの像の焦点深度は増大し、こ
れは投影光学系中の瞳面に配した干渉性低減部材による
ものである。しかし、この干渉性低減部材の作用は、レ
チクル上の１つの微小透過領域（コンタクトホールパタ
ーン）を透過し、且つ回折した１つの光束内部の干渉性
を低減するのみであり、例えば、レチクル上で近接した
２つのコンタクトホールをそれぞれ透過した光束間の干
渉性を低減する作用はない。従って、従来から知られて
いる通り、レチクル上の照明光の干渉性（空間的コヒー
レンス）が高いと、即ち照明光束の入射角度範囲が狭い
と、近接したパターン間で像のつながり（近接効果）が
生じてしまう。

【００２８】実際のレチクルパターンでは、複数のコン
タクトホールパターンが近接して配置されることが多く
あり、従って、単にＳＦＩＮＣＳ法を用いただけでは、
この様な近接したホールパターンに対して十分な解像度
（分離能力）を発揮することができない。そこで、本発
明では、σ値（照明光束の開口数（入射角度範囲に対
応）と、投影光学系のレチクル側開口数の比）を比較的
大きな値、例えば０．５以上にすることで、レチクル上
での照明光の空間的コヒーレンシーを低減し、近接効果
が起きにくいようにしたのである。すなわち、１つのコ
ンタクトホールパターンを透過する照明光と、それに近
接したコンタクトホールパターンを透過する照明光と
を、互いに干渉し合わない状態にすることができる。或
いは、さらに照明光学系を輪帯照明系や、いわゆる変形
光源（前述のＳＨＲＩＮＣ法）とすることにより、近接
したコンタクトホールの透過光のコヒーレンス（干渉
性）を互いに逆符号とすることで、両像の振幅的な相殺
を生じさせ、両コンタクトホールパターンの中間をより
暗くして、より分離能力を高めることもできる。

【００２９】

【実施例】図４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４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、
干渉フィルター５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５を射出した照明光（ｉ線）は、偏光方向を
揃えるための偏光制御部材６を通った後、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。
この偏光制御部材６は投影光学系ＰＬ内の干渉性低減部
材ＣＣＭの構成と光源の性質によっては省略してもよ
く、そのことについては後述する。

【００３０】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４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Ａ
Ｘ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１
０に入射した各照明光は、レチクルブラインド１１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。

【００３１】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４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）が形成されるが、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（光源像面）とが、集光レンズ系１０、レンズ系１
２、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
（図２参照）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、現在稼働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。
本実施例では、現在通常に使われているレジストの特性
及び、実用上の観点からσ≧０．７とする。

【００３２】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、その内に微小
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１
／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。

【００３３】図４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４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Ｐ
Ｌ内のフーリエ変換面ＦＴＰには、先の図２、図３で説
明した干渉性低減部材ＣＣＭが設けられる。この干渉性
低減部材ＣＣＭは、瞳ｅｐの最大径をカバーする直径を
有し、スライダー機構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。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、干渉性低減部材ＣＣＭ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、各ステッパーのもっとも効率的な運
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、干渉性低減部材ＣＣＭは投影光学系ＰＬ
の瞳ｅｐ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ＦＴ
Ｐ）に実効的な瞳径を変えるための円形開口絞りを設け
ることもある。この場合、その開口絞りと干渉性低減部
材ＣＣＭ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。

【００３４】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
２２によって行われ、ＸＹ移動に関してはレーザ干渉計
２３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
出値に基づいて制御される。ステージ駆動ユニット２
２、スライダー機構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ー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２
５は、入力したレチクル名に応じてスライダー機構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
び干渉性低減部材ＣＣＭの要、不要を、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。

【００３５】ここで図４中の投影光学系ＰＬの一部分の
構造を、図５を参照して説明する。図５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、干渉性低減部材ＣＣ
Ｍの挿脱のために、鏡筒の一部に開口部を設ける。また
干渉性低減部材ＣＣＭ、及びスライダー機構２０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２０
Ｂ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。スライダー機構２０には、
回転モータ、ペンシリンダー、ソレノイド等のアクチュ
エータ２０Ａが結合されている。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、干渉性低減部材ＣＣＭの露光光の一部吸収による温
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、
スライダー機構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、スライダー機構２０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。

【００３６】図６は干渉性低減部材の第１の実施例によ
る構造を示し、本実施例では干渉性低減のために、結像
光の偏光状態を制御するようにした。このように偏光作
用を利用した干渉性低減部材を、以後偏光状態制御部材
ＰＣＭと呼ぶ。図６（Ａ）はその偏光状態制御部材ＰＣ
Ｍの断面図、図６（Ｂ）は平面図である。先に図３とと
もに説明した通り、円形透過部ＦＡの半径ｒ1 は瞳ｅｐ
の実効的な最大半径ｒ2 に対して、２ｒ1 2 ＝ｒ22 に設定されるが、実際はそれよりも数％程度大きい方が
よい。この式から明らかなように、円形透過部ＦＡの面
積πｒ12は実効的な瞳開口の面積πｒ22に対して約半分
になっている。

【００３７】さて、図４中の光源（水銀ランプ１）はラ
ンダムな偏光状態の光（種々の偏光状態の光の合成され
た光であり、かつその偏光状態が時間と共に変化する）
を発生する。本発明の第１の実施例では、図６の偏光状
態制御部材ＰＣＭとして直線偏光板を用いることにする
ので、図４中の偏光制御部材６を省略する。その場合、
レチクル上のコンタクトホールパターンを透過して偏光
状態制御部材ＰＣＭに達する光束の偏光状態もランダム
である。図６に示す偏光状態制御部材ＰＣＭは中心点Ｃ
Ｃから半径ｒ1 の円形透過部ＦＡ内を、特定方向の直線
偏光のみを透過させる偏光板で構成し、中心点ＣＣと同
軸の輪帯状の周辺透過部ＦＢを、円形透過部ＦＡとは直
交する方向の直線偏光のみを透過させる偏光板で構成す
る。従って、図６の偏光状態制御部材ＰＣＭを透過した
後の結像光束の偏光状態は図６（ｃ）に示す如く、中央
透過部ＦＡでは、例えば同図中の右上から左上への電場
の振動面（偏光面）となり、周辺透過部ＦＢでは左上か
ら右下への偏光面となり、互いに直交する偏光方向を持
った直線偏光となり、互いに干渉し合わない光束（ＬＦ
ａ、ＬＦｂ）となる。これら互いに干渉し合わない中心
部と周辺部の両光束がウェハＷに達し、それぞれが自分
自身とのみ振幅合成し、別々に像（強度分布）Ｐｒ1
’、Ｐｒ2 ’を作ることで、その合成像（合成強度分
布）の焦点深度が増大する原理は作用の項で述べた通り
である。

【００３８】あるいは、図６に示す偏光状態制御部材Ｐ
ＣＭの射出側（ウェハ側）に１／４波長板を設け、中心
透過部ＦＡを透過した第１の直線偏光と、その第１の直
線偏光とは直交する周辺透過部ＦＢを透過した第２の直
交偏光を、それぞれ互いに逆回りの円偏光に変換しても
よい。このように、互いに逆回りの円偏光も、互いに干
渉し合うことがなく、本発明に好適である。

【００３９】以上の第１の実施例では、投影光学系ＰＬ
中の偏光状態制御部材ＰＣＭが偏光板で構成されている
ため、投影光学系ＰＬを透過すべき本来の光量のうち半
分の光量は偏光状態制御部材ＰＣＭとしての偏光板に吸
収されることになる。これは露光パワーの低下も意味す
るが投影光学系内に、熱（吸収した露光光のエネルギ
ー）が蓄積することとなり、光学系や硝材の安定性とい
う点で問題となる。

【００４０】そこで、この熱の問題（露光パワーの損
失）を解決する実施例を第２の実施例として図７を参照
して説明する。本実施例では、照明光ＩＬＢの偏光特性
が重要になる。そこで、図４中の偏光制御部材６として
偏光板を用いる。あるいは光源がレーザ等で最初から直
線偏光であれば、この偏光板は用いなくてもよい。この
ような、偏光制御部材６を用いてレチクルＲへの照明光
ＩＬＢの偏光特性を揃えておくと、コンタクトホールパ
ターンを透過、回折して、投影光学系ＰＬ中の偏光状態
制御部材ＰＣＭに達する結像光束も特定の直線偏光に揃
った状態となっている。

【００４１】そこで照明光ＩＬＢが直線偏光に揃ってい
る場合には、図７（Ａ）に示すように偏光状態制御部材
ＰＣＭとして１／２波長板を使用する。図７（Ａ）は偏
光状態制御部材ＰＣＭに入射する直前の光の偏光状態を
示し、ここでは同図中で上下方向に電場の振動面をもつ
直線偏光であるものとする。図７（Ｂ）は偏光状態制御
部材ＰＣＭの平面構造を示し、半径ｒ1 の中心の円形透
過部ＦＡ1 は１／２波長板で構成され、周辺の輪帯状透
過部ＦＡ2 は透過部ＦＡ1 （１／２波長板）とほぼ同等
の厚さ（光学的厚さ）を持った通常の透明板（例えば石
英）である。この図７の偏光状態制御部材ＰＣＭを通過
した直後の光の偏光状態は図７（Ｃ）に示すように円形
透過部ＦＡ1 の部分偏光状態が左右方向の直線偏光に変
換され、周辺の輪帯状透過部ＦＡ2 の部分では偏光状態
は何ら変化しない。このため、先の第１の実施例と同様
に結像光束の中心部と周辺部とで互いに干渉し合わない
偏光状態を得ることができる。ここで、透過部ＦＡ1 と
しての１／２波長板の軸方向（面内の回転）は、入射す
る直線偏光の方向をそれと直交する方向に変換する軸方
向に設定されるが、１／２波長板の軸方向と照明光ＩＬ
Ｂの偏光方向とを最適化するように、偏光状態制御部材
ＰＣＭと偏光制御部材６とを面内で回転方向に相対的に
調整できるようにしてもよい。

【００４２】また、変形例として、中心の透過部ＦＡ1
と周辺の輪帯状透過部ＦＡ2 を共に１／４波長板とし、
かつ両者の軸方向（平板面内で、屈折率の高い方向）を
互いに直交させたものを用いてもよい。このときは、両
方の透過部ＦＡ1 、ＦＡ2 の透過光は互いに逆回りの円
偏光となり、やはり干渉し合うことはない。尚、このと
きの両者の軸方向と照明光の直線偏光の偏光方向は、４
５°ずつずれるように調整する。

【００４３】あるいは、上記２つの構成の波長板に対し
て、照明光ＩＬＢ自体を円偏光として使用してもよい。
この場合、偏光状態制御部材ＰＣＭとして１／２波長板
を利用しているときは、中心透過部ＦＡ1 と周辺透過部
ＦＡ2 とを通った光が、互いに逆回りの円偏光状態とな
り、偏光状態制御部材ＰＣＭとして１／４波長板を利用
しているときは、互いに直交する直線偏光となる。照明
光ＩＬＢ自体を円偏光とするには、照明系中の前述の偏
光板６よりレチクル寄りに、１／４波長板やフレネルの
斜方体等を設ければよい。

【００４４】このように入射光束（照明光ＩＬＢ）が円
偏光であると、１／２波長板や１／４波長板の軸方向を
照明光の偏光特性に合わせて回転調整する必要がなくな
るので好都合である。以上のような偏光状態制御部材Ｐ
ＣＭを用いると、先に述べた第１の実施例のような露光
エネルギーの吸収の問題がなくなり、投影光学系ＰＬ内
での熱蓄積が押さえられる点で極めて好都合である。し
かしながら、今度は照明光学系中で照明光ＩＬＢを１つ
の偏光状態に揃えることに伴う光量損失（半分以上）が
問題点として残る。そこで照明光の光量損失を低減させ
た照明系の一例を、第３の実施例として図８を参照して
説明する。図８の系は図４中の偏光制御部材６の代わり
に設けられるものである。先ず、図８（Ａ）において入
射光束は２つの偏光ビームスプリッター６Ｃ、６Ｄによ
り分割、合成される。すなわち、１番目の偏光ビームス
プリッター６ＣではＰ偏光（上下方向の偏光）成分が透
過して２番目の偏光ビームスプリッター６Ｄも透過して
直進する。一方、ビームスプリッター６Ｃで分割された
Ｓ偏光（紙面と垂直な方向の偏光）成分はミラー６Ｅ、
６Ｆを介してビームスプリッター６Ｄで合成され、Ｐ偏
光成分と同軸になって進む。このとき、ミラー６Ｅ、６
Ｆの光路によってＰ偏光とＳ偏光とに光路差２×ｄ1 を
与える。従って入射光束の時間的コヒーレント長ΔＬｃ
が２ｄ1 より短かければ、合成後のＰ偏光成分とＳ偏光
成分とは、偏光方向が相補的であることの他に時間的に
もインコヒーレント（非可干渉）になる。これら２つの
偏光成分を持った照明光が使われ、偏光状態制御部材Ｐ
ＣＭとして図７のものが使われると、図９に示す通り、
偏光状態制御部材ＰＣＭに入射するとＰ偏光成分（例え
ば白ヌキの矢印方向）とＳ偏光成分（例えば黒ヌリ矢印
方向）は、それぞれ図９（Ｃ）のように偏光状態制御部
材ＰＣＭを透過した後では互いに干渉し合わない４つの
光束となる。すなわち円形透過部ＦＡ1 （１／２波長
板）では元の偏光方向が９０°だけ回転させられる。こ
の４つの光束はそれぞれ偏光方向が異なるとともに、透
過部ＦＡ1 、ＦＢ1 の夫々で偏光方向が同一であっても
時間的にインコヒーレントであるために干渉し合うこと
はない。すなわち、透過部ＦＡ1 を通過したＳ偏光成分
はＰ偏光成分に変換され、透過部ＦＢ1 を透過したＰ偏
光成分と同一偏光方向となるが、その２つの光は時間的
にインコヒーレントであるので干渉しない。もし、図８
（Ａ）のように構成された偏光制御部材からの照明光を
用いないと、図９のＰ偏光とＳ偏光は時間的にはコヒー
レントのままであるため、偏光状態制御部材ＰＣＭを透
過した後の各光束も偏光方向が同じであれば互いに干渉
し合うこととなり、本発明の効果は薄らぐ。図８（Ａ）
に示した系は合成すべき２つの偏光成分の光路長差を大
きくとることができるので、比較的時間的コヒーレント
長の長い光源、例えば狭帯化したレーザ光源等に適して
いる。

【００４５】尚、レーザ光源として直線偏光を使用する
場合は、あえて図８（Ａ）の構成の偏光制御手段を用い
なくても、本発明の効果を得ることができる。ただし、
直線偏光のレーザ光源に対して図８（Ａ）の如き偏光制
御手段を用いると、照明光を時間的にインコヒーレント
な２つの光束とすることができるため、レーザ光源使用
時に問題となるスペックルや干渉縞（照度ムラ）を低減
することができるという効果がある。この場合、図８
（Ａ）の１段目のビームスプリッター６Ｃに入射する直
線偏光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ−６Ｃに対
して図８（Ａ）に示すように、Ｐ偏光方向とＳ偏光方向
との中間（両者から４５°方向）の偏光方向ＬＰＬにす
るとよい。

【００４６】ところで、光源が水銀ランプのように比較
的大きなスペクトル幅を有する光源の場合にはその時間
的コヒーレント長は短いので、図８（Ｂ）のような簡単
な部材を図４中の偏光制御部材６として用いることがで
きる。この部材は石英等の透明平行平板６Ｇの表面に偏
光反射膜６Ｈを付け、裏面に金属等で全反射膜６Ｊを付
けたもので、水銀ランプからのコリメートされた光束を
所定角度で反射するように配置される。このとき、水銀
ランプからのランダム偏光の入射光のうち、Ｓ偏光成分
（紙面と垂直な方向）は表面の膜６Ｈで反射され、Ｐ偏
光成分は表面の膜６Ｈ、平行平板６Ｇを透過して裏面の
膜６Ｊで反射され、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とには、ほ
ぼ平行平板６Ｇの厚さ（光学的厚さ）のほぼ２倍に相当
する光路差が与えられる。

【００４７】例えば水銀ランプからのｉ線の場合、中心
波長λが３６５ｎｍ、波長幅Δλが５ｎｍ程度なので、
一般に使われるコヒーレント長の式、ΔＬｃ＝λ2 ／Δ
λより、コヒーレント長ΔＬｃは２６μｍ程度となる。
従って十分に薄い平行平板６Ｇ（例えば１ｍｍ厚程度）
であっても、時間的コヒーレンスを消すために十分な光
路長差を与えることができる。

【００４８】もちろん、上記の実施例であっても照明光
ＩＬＢを互いに直交する直線偏光で、かつ時間的にイン
コヒーレントな２つの光束にする代わりに、互いに逆回
りの円偏光で、かつ時間的にインコヒーレントな２つの
光束としても、前述の実施例と同様に良好な効果が得ら
れ、光量損失もない。照明光ＩＬＢ、あるいは偏光状態
制御部材ＰＣＭに達する前の光束を円偏光にするには、
やはり図８（Ａ）、（Ｂ）に示した系から偏光状態制御
部材ＰＣＭまでの光路中に１／４波長板等を設ければよ
い。

【００４９】以上、投影光学系の瞳面に設ける干渉性低
減部材として、偏光特性を利用した偏光板や、１／４波
長板、１／２波長板を使用する実施例を示したが、干渉
性低減部材として、上述の時間的コヒーレンシーを利用
する部材を用いてもよい。即ち、瞳面の中心部分と周辺
部分とを通る結像光の間に、その光のコヒーレント長以
上の光路差を与える部材を用いてもよい。

【００５０】例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に示した偏光状
態制御部材ＰＣＭと同様の構成であって、中心透過部Ｆ
Ａと周辺透過部ＦＢとを厚さの多少異なる通常のガラ
ス、又は石英等とすると、中心透過部ＦＡを透過した光
束と、周辺透過部ＦＢを透過した光束との間の時間的コ
ヒーレンシーを、ほとんど消失させることができる。例
えば、上述の如くｉ線のコヒーレント長ΔＬｃは約２６
μｍであるから、使用するガラスの屈折率ｎを１．５と
すると、両者（ＦＡ、ＦＢ）の厚さの違いをｔとしたと
き、（ｎ−１）ｔ≧２６μｍであればよく、ｔ≧５２μ
ｍの厚さの差があればよい。あるいは、両方の透過部
（ＦＡ、ＦＢ）は同じ厚さとして両者の材質の屈折率を
異ならせる（異なる材料を用いる）ことで、コヒーレン
ト長以上の光路長差を与えることもできる。前述の如
く、偏光作用により瞳面内の光束の干渉性を低減させて
も、光路長差により干渉性を低減させても、本発明の効
果は同様に得られる。

【００５１】以上、投影光学系の瞳面に設ける干渉性低
減部材の各実施例を述べたが、次に、照明光束ＩＬＢの
レチクルへの入射角度範囲（σ値等）について説明す
る。図１０（Ａ）は、ウェハ上の寸法に換算して０．３
μｍ角のコンタクトホールパターンとなるような透明パ
ターンＰＡ、ＰＢが、同じくウェハ上の換算寸法で０．
６６μｍだけ離れて２個並んだコンタクトホールパター
ン用レチクルＲ１の部分断面図ある。図１０（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）は、上記のレチクルＲ１のパターンをウ
ェハ側の開口数ＮＡｗが０．５７であるｉ線用の投影光
学系ＰＬにより投影するとき、σ値がそれぞれ０．４、
０．６、０．８の照明系で照明した場合の、レチクル上
でのコヒーレンス関数（複素可干渉度）のシミュレーシ
ョン結果を示したものである。コヒーレンス関数は一般
に、ファンシターツェルニケの定理より物体（ここでは
レチクル）上から見た光源形状をフーリエ変換すること
で得られる。この種の投影露光装置（ステッパー）にお
いて、光源形状は一般にフライアイレンズ７の射出面に
配置された円形絞り（例えば図４中の絞り８）の開口形
と等価の円形となる。円のフーリエ変換は良く知られた
第１種ベッセル関数となり、また光源形状である円の半
径はσ・ＮＡｒで規定されるので、コヒーレンス関数は
２・Ｊ1 （２πｘＮＡｒσ／λ）／（２πｘＮＡｒσ／
λ）となる。ここでｘはレチクル上の任意の位置に定め
た基準点からの距離に相当する。

【００５２】さて、図１０の場合のコヒーレンス関数の
基準は、左側のコンタクトホールパターンＰＡの中心位
置としてある。図１０（Ｂ）に示したσ＝０．４の場合
のコヒーレンス関数Ｃ４では、右側のコンタクトホール
ＰＢの位置でのコヒーレンス関数の値も＋となる。従っ
て、基準とした左側のコンタクトホールパターンＰＡを
透過した光束と、右側のコンタクトホールパターンＰＢ
を透過した光束とは、振幅的に強め合う干渉性を示す。
この結果、本来暗部となるべき両ホールパターンＰＡ、
ＰＢの中間の遮光部ＰＭに対応するウェハ上の部分に
は、両ホール像の光量の一部が回折により到達すると共
に、これらが干渉して強め合うために中間の遮光部ＰＭ
を十分に暗くすることができない。

【００５３】図１１（Ａ）は、このような照明条件（σ
＝０．４）のときに瞳面ｅｐに干渉性低減部ＣＣＭを設
けた場合に形成されるホールパターンの光学像（シミュ
レーション値）の強度分布を示す。同図中Ｅｔｈは現像
後にポジレジストが完全に溶解するために必要な光量
（露光量）を示し、Ｅｃはポジレジストが溶解し始める
光量（膜べり強度）を示す。尚、同図中に示した光学像
（強度分布）の縦方向の倍率は、光量をＥｔｈとしたレ
ベルでのスライス幅が設計値である０．３μｍとなるよ
うに揃えてある。

【００５４】さて、σ＝０．４では図１１（Ａ）に示し
た分布Ｉ４の如く、両ホール像間の光強度は膜べり強度
Ｅｃより大きくなり、従って両ホール像間のポジレジス
トは膜べりしてしまい、完全に分離された良好なパター
ンを得ることはできない。尚、ここで瞳面ｅｐに配置し
た干渉性低減部材ＣＣＭは、中心透過部ＦＡ、又はＦＡ
1 の半径が瞳半径（ＮＡｗ＝０．５７に相当）の１／√
２であり、周辺透過部（輪帯）ＦＢ（又はＦＢ1 ）の内
半径は中心透過部ＦＡ（又はＦＡ1 ）の半径に等しく、
外半径は瞳半径と等しいとした。また、前述の如く干渉
性低減部材の材質は、偏光作用を利用するものでも、コ
ヒーレント長以上の光路長差を利用するものでも同様の
結果が得られる。

【００５５】図１０（Ｃ）は図１０（Ｂ）と同様の条件
でσ値のみを０．６とした場合のコヒーレンス関数Ｃ６
を示す。このとき、右側のコンタクトホールパターンＰ
Ｂの位置ではコヒーレンス関数の値がほぼ０となってお
り、従って、両ホールパターンを透過した各光束は、相
互に干渉し合うことがほとんどない。この結果、両ホー
ル像から中間の遮光部ＰＭに相当するウェハ上の部分に
回り込む光束は、相互に強め合うことがないため、両ホ
ール間の分離はσ＝０．４の場合より良好となる。

【００５６】図１１（Ｂ）にこの場合の光学像の強度分
布Ｉ６のシミュレーション結果を示す。このシミュレー
ション結果では、中間部の光量は膜べり強度Ｅｃよりわ
ずかに大きく、レジストパターンに若干の膜べりを生じ
ることが予想される。ただし、この程度の量であれば、
現在のものよりも性能の改善されたレジストを用いるこ
とで問題は解決されるであろう。なお、図１１（Ｂ）の
σ＝０．６の条件でも瞳面に配置する干渉性低減部材は
前述したσ＝０．４の場合と全く同じものが使われる。

【００５７】図１０（Ｄ）はσ値を０．８としたときの
コヒーレンス関数Ｃ８を示す。このときは右側のコンタ
クトホールパターンＰＢ部に達する照明光のコヒーレン
ス関数の値が、左側のコンタクトホールパターンＰＡ部
に達する照明光のコヒーレンス関数の値とは逆符号（逆
極性）となり（すなわち逆位相の光となり）、従って、
両ホールパターンＰＡ，ＰＢからの回り込み光は互いに
相殺し、中間の遮光部ＰＭを十分に暗くすることができ
る。

【００５８】図１１（Ｃ）はσ＝０．８での光学像（シ
ミュレーション値）の強度分布Ｉ8を示す。σ値以外の
条件は図１１（Ａ）、（Ｂ）と同じにしてある。σ＝
０．８では光学像の強度分布Ｉ8 は中間部で膜べり強度
Ｅｃを下まわり、両ホールパターンのレジストパターン
は完全に分離する。なお以上においてポジレジストの膜
べりが始まる光量ＥｃはＥｔｈの半分としたが、これは
現状のポジレジストの能力であり、将来的にポジレジス
トの能力が進歩すれば膜べり強度ＥｃはＥｔｈにより近
づく。この場合には前述の如くσ＝０．６程度でも両ホ
ールパターンを完全に分離することができる。また両ホ
ールパターン間の距離が以上の条件０．６６μｍより離
れていれば、例えば０．８μｍ程度離れていればσ＝
０．６でも両ホールパターンが良好に分離する。これ
は、２つのホールパターンの距離が大きくなったことに
よる効果のみでなく、σ＝０．６の条件下で０．８μｍ
離れた位置（ホールパターンＰＢ）でのコヒーレンス関
数Ｃ６が負になっていることも大きく寄与している。以
上のことから、レジストの特性（改良）にもよるが、現
状のホールパターン間距離（１μｍ程度）を考えると、
おおむね０．５以上のσ値で投影露光を行うのが望まし
い。

【００５９】このように、近接したコンタクトホールの
双方でのコヒーレンス関数の値を逆符号とするために
は、上述の如く大きめのσ値を持つ照明光を使用するこ
とが１つの方法であるが、さらに効果を得るために輪帯
照明法やＳＨＲＩＮＣ法を用いることもできる。図１２
は図４に示す装置においてこれらの照明方法を実現する
ための実施例であり、図１２（Ａ）は図４中のフライア
イレンズ７近傍の別の形態を示す。フライアイレンズ７
の射出側面近傍に、ターレット式の変換可能な複数の絞
り８０、８１─が設けられ、このターレット８００は駆
動系８００ａにより回転可能となっている。この交換用
の回転駆動系８００ａは駆動ユニット２７ａを介した主
制御ユニット２５の指令により動作する。このときの指
令は例えば前述の様にレチクル上のバーコードからの情
報に基づいたもの、あるいはオペレータが入力するもの
である。図１２（Ｂ）はターレットに装着された各絞り
の形状を表す。図１２（Ｂ）で８１は円形開口を有する
従来の照明系の絞りを表し、８２は輪帯状の開口を有す
る輪帯照明用の絞りを表し、８３，８４はいわゆる変形
光源と呼ばれるＳＨＲＩＮＣ法の絞りをそれぞれ表す。
各絞り８１、８２、８３、８４はフライアイレンズ７の
射出側に接近して配置されるため、投影レンズＰＬの瞳
ｅｐ（フーリエ変換面）とほぼ共役になっている。図１
３は輪帯照明法、ＳＨＲＩＮＣ法の夫々を本発明に適用
した場合の照明光のレチクルパターン上でのコヒーレン
ス関数を示したものである。ここで図１８（Ａ）は、図
１０（Ａ）と同じレチクルＲ１の部分断面図である。ま
たここでのシミュレーション条件は、照明系以外は図１
０の条件と同様である。さて、図１３（Ｂ）はσ＝０．
７となる条件での照明光束（２次光源像）の中心部を、
その最大半径に対して約２／３だけ遮光した輪帯照明の
場合のコヒーレンス関数のシミュレーション結果を示
す。ここでもコヒーレンス関数は光源形状をフーリエ変
換すれば求まるが、例えば輪帯照明の場合、輪帯比（こ
こでは２／３とした）をξ、輪帯光源像の最外径をσと
するとコヒーレンス関数（複素可干渉度）は、ρ＝２π
ｘＮＡｒσ／λと置き、第１種ベッセル関数を用いて

【００６０】

【数１】

【００６１】となる。ここでもｘは基準点に対する任意
の点までの距離である。また図１３（Ｃ）は直交する２
方向に０．６６μｍピッチでホールパターンが存在する
場合に最適となる４点を中心に、各開口のσ値としてそ
れぞれ約０．２５を有する４個の光源像を形成するＳＨ
ＲＩＮＣ法でのコヒーレンス関数を表す。レチクル上で
並んだ２つのコンタクトホールパターンＰＡ、ＰＢに対
して上記ＳＨＲＩＮＣ法の４つの光源像は最適位置とな
るように調整（回転方向）されている。なお、ＳＨＲＩ
ＮＣ法における最適な光源像位置は、特開平４−２２５
５１４号公報等に詳細に記述されている通り、レチクル
上のパターンの周期性（ピッチ）に応じて決定される。
また図１２（Ｂ）に示すように、ＳＨＲＩＮＣ法が適用
される絞り８３、８４は２種類用意されているが、いず
れか一方が使われる。さて、これらの照明系によって右
側のコンタクトホールパターンＰＢでのコヒーレンス関
数の値は左側のホールパターンＰＡを基準として、大き
く負にすることができる。従ってこれらの輪帯照明系、
又はＳＨＲＩＮＣ系を使用すると、前述の円形絞り８１
を用いたσ＝０．８の場合よりも、２つのホール像の中
間の部分では光の相殺効果が強く働くために、遮光部Ｐ
Ｍでの光量はさらに低くなり、２つのホール像はより良
好に分離されるようになる。図１４は、この場合の光学
像の強度分布ＩＡ，ＩＳのシミュレーション結果を示
し、図１４（Ａ）は上記条件の輪帯照明法の場合を示
し、図１４（Ｂ）は上記条件のＳＨＲＩＮＣ法の場合を
示す。これらのシミュレーションからわかるようにいず
れの照明法であっても２つのホールパターン像の中間部
は十分に暗くなっている。ここでも瞳面の干渉性低減部
材は前述のσ＝０．４、０．６、０．８のときと同じも
のとした。

【００６２】次に本発明による焦点深度の増大について
シミュレーション結果に基づいて説明する。図１５
（Ａ）は干渉性低減部材を用いるＳＦＩＮＣＳ法に、σ
＝０．８の照明系（σ＝０．８となるように選定された
円形開口絞り８１）を付加した場合のベストフォーカス
位置での強度分布を表し、図１５（Ｂ）、（Ｃ）はそれ
ぞれ１μｍのデフォーカス位置、２μｍのデフォーカス
位置での強度分布を表し、これらの分布はホールパター
ンの光学像のシミュレーション結果である。ここでの条
件（Ｎ．Ａ．，波長，パターン形状）は図１１，１４と
同一である。尚、図１５（Ａ）は図１１（Ｃ）と同一の
図であるがデフォーカス状態との比較を容易とするため
に、ここに再度記載した。この図１５のシミュレーショ
ンからも明らかなように、２μｍのデフォーカス位置に
おいても、２つのホールパターン像の間の像強度は膜べ
り強度Ｅｃよりも小さく押さえられている。

【００６３】さて、図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は干
渉性低減部材を用いるＳＦＩＮＣＳ法に前述の図１３
（Ａ）のシミュレーションに用いたのと同じ輪帯照明系
（σ＝０．８に相当する大きさの２次光源像の中心部を
半径で２／３だけ遮光する輪帯絞り８２）を付加したと
きに得られるホールパターン像の強度分布のシミュレー
ション結果を表し、それぞれベストフォーカス位置、１
μｍのデフォーカス位置、２μｍのデフォーカス位置で
の各強度分布である。

【００６４】図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図１３
（Ｂ）で用いたＳＨＲＩＮＣ法をＳＦＩＮＣＳ法と組み
合わせた場合のホールパターン像の強度分布をシミュレ
ーションした結果を示す。比較のために図１９に通常
（従来）の結像方式による光学像の強度分布のシミュレ
ーション結果を示す。通常の方式では瞳面の干渉性低減
部材はなく、σ値は０．６とした。他の条件（Ｎ．
Ａ．，波長，パターン形状）は今までに述べてきたＳＦ
ＩＮＣＳ法での条件と同様である。通常の結像方式（図
１９）と比べると本発明によるＳＦＩＮＣＳ方式（図１
５、１６、１７）では焦点深度の増大が明らかであり、
通常方式の１μｍデフォーカス位置での強度分布に対し
て、本発明によるＳＦＩＮＣＳ法を用いたときの２μｍ
デフォーカス位置での強度分布は、ほぼ同等の像質（コ
ントラスト）を保っている。すなわち、焦点深度が約２
倍に拡大されたことになる。図１８は本発明の変形例に
より得られる像強度分布であり、照明系のσ値は円形開
口絞り８１を用いて０．８に設定されるが、瞳面に設け
る干渉性低減部材は前述のものと少し異なった構造にす
る。具体的には図６（Ｂ）の如き干渉性低減部材の中心
近傍を光軸ＣＣを中心とする円形の遮光部とした。この
とき、その遮光部の半径は瞳の有効半径（すなわち開口
数＝ＮＡｗ）に対して、０．３１×ＮＡｗとした。また
中心透過部ＦＡの半径（周辺透過部ＦＢの内半径と同
一）を０．７４×ＮＡｗとした。なお、ここで用いる干
渉性低減の方式は、偏光作用を利用するもの、光路長差
を利用するもののどちらでもよいことは言うまでもな
い。この図１８のシミュレーション結果から明らかなよ
うに、おなじσ＝０．８の照明系を用いても、図１８の
方が図１５の例に比べて２つのホール像間の暗部が十分
に暗く、分離能力が向上していることがわかる。

【００６５】図２０は、比較のために通常の照明方式に
ＦＬＥＸ法を組み合わせた場合のホールパターン像の強
度分布のシミュレーション結果を示す。ここでのＦＬＥ
Ｘ法は、３つのフォーカス位置の夫々にウェハを移動さ
せて多重露光する方法とし、ウェハのＺ方向の移動位置
（フォーカス位置）はそれぞれ−１μｍ、０μｍ、＋１
μｍとした。また、このＦＬＥＸ法では、ベストフォー
カス位置において、２つのコンタクトホールパターンＰ
Ａ、ＰＢのレジスト像が分離し（中間の遮光部ＰＭでの
強度が膜べり強度Ｅｃ以下）、かつ焦点深度を増大でき
る最適条件となっている。このシミュレーション結果か
らわかるように、従来のＦＬＥＸ法により得られる２μ
ｍデフォーカスした位置での強度分布（図２０（Ｃ））
と、本発明のＳＦＩＮＣＳ法で得られる２μｍデフォー
カスした位置での強度分布（図１４〜１８）とを比較す
ると、本発明によって得られるホールパターン像の方が
ピーク強度が高く、良質な像になることがわかる。尚、
図２０でシミュレーションしたＦＬＥＸ法の条件を変更
して、例えば各フォーカス位置の差をそれ以上にした
り、あるいはフォーカス位置を４点以上にして多重露光
したりすれば、図２０（Ｃ）に示した２μｍデフォーカ
ス位置での像強度分布は改善されるが、図２０（Ａ）の
ベストフォーカス位置での強度分布において、２つのホ
ールパターン像の中間部の強度が膜べり強度Ｅｃを超え
てしまい、レジストパターンに膜べりが生じることにな
る。

【００６６】図２１は比較のために従来のＳｕｐｅｒ
ＦＬＥＸ法でのシミュレーション結果を示したものであ
る。図２１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は開口数ＮＡｗが
０．５７で、瞳中心点から０．５４８ＮＡｗの半径内の
部分の複素振幅透過率を−０．３にしたフィルターを瞳
に設けたときに得られるベストフォーカス位置での強度
分布Ｉ13、１μｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ1
4、２μｍのデフォーカス位置での強度分布Ｉ15を示
す。ＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法では図２１のようにベスト
フォーカス位置での中央強度が高く、プロファイルがシ
ャープであるが、デフォーカス量による中心強度低下
は、ある量から急峻に起こっている。しかしながら焦点
深度の拡大効果としては、図１５〜図１８に示した本発
明による効果と同程度である。ただし、ＳｕｐｅｒＦ
ＬＥＸ法では本来の像（中心強度）の周辺に、図２１
（Ａ）に示すようなサブピーク（リンギング）が発生す
る。

【００６７】図２２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそのよう
なリンギングを防止するために、図２１でシミュレーシ
ョンモデルとしたＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法の瞳フィルタ
ーよりも作用を弱めたフィルターを用いた場合のシミュ
レ−ション結果を示す。この場合、投影光学系の開口数
ＮＡｗは０．５７とし、瞳中心部の半径０．４４７ＮＡ
ｗに相当する部分内の複素振幅透過率を−０．３とした
フィルターを用いる。図２２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ
ベストフォーカス位置での強度分布Ｉ16、１μｍのデフ
ォーカス位置での強度分布Ｉ17、２μｍのデフォーカス
位置での強度分布Ｉ18を示し、確かに図２１の場合に比
べてリンギングは弱くなるが、同時に焦点深度の増大効
果も低減してしまう。

【００６８】尚、図２１、２２のシミュレーションでは
一方のホールパターンによるリンギングのピーク部が他
方のホールパターンの中心強度部と重なるような条件で
２つのホールパターンＰＡ、ＰＢの中心間距離を定めた
ので、２つのホールパターン像の間にはリンギングの影
響が現れない。このことは逆に、２つのホールパターン
ＰＡ、ＰＢの中心間距離が先の条件（ウェハ上で０．６
６μｍ）と異なってくると、リンギングの影響が現れる
ことを意味する。

【００６９】図２３は中心間距離が０．９６μｍ（ウェ
ハ上換算）で並んだ２つのコンタクトホール像のベスト
フォーカス位置での強度分布のシミュレーション結果で
ある。図１８に示した条件でのＳＦＩＮＣＳ法（本発
明）による像強度分布Ｉ23は、３２３（Ａ）のように２
つのホール像の間が十分に暗く、良好なレジストパター
ンが形成できる。ところが、図２１に示した条件でのＳ
ｕｐｅｒＦＬＥＸ法（１）では、図２３（Ｂ）の強度
分布Ｉ24のように、２つのホールパターンの夫々による
リンギングが合成（加算）されてしまい、２つのホール
像の中間に明るいサブピーク（膜ベリ強度Ｅｃ以上）が
生じ、この部分のレジストが膜ベリしてしまう。このた
め、良好なレジスト像を得ることができない。一方、図
２２に示した条件でのＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法（２）に
よって中心間距離が０．９６μｍの２つのホールパター
ンを投影すると、その像強度分布Ｉ25は図２３（Ｃ）に
示すようになる。このように比較的効果の弱いＳｕｐｅ
ｒＦＬＥＸ法（２）の場合は、リンギングが少なく膜
ベリもないため、良好なレジスト像を得ることができ
る。ところが、この条件では図２２で説明した通り、本
発明でのＳＦＩＮＣＳ法に比べて十分な焦点深度拡大効
果を得ることができない。

【００７０】図２４は近接した複数のコンタクトホール
の例として、ＤＲＡＭ中のメモリーセル部に使われるコ
ンタクトホールパターンＰＡ1 、ＰＡ2 、ＰＡ3 、ＰＡ
4 の２次元的な配列の一例を示すものである。このよう
なホールパターン群に対してＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法を
使うと、各ホールの周囲にはリンギング（サブピーク）
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄが生じ、それらが重なる領域Ｒ
ｏでは４つのリンギングの夫々のピーク強度が重なり合
うことになる。このような場合には２個のホールパター
ン（２つのリンギングが重なる）のみの場合には膜ベリ
の発生しなかった比較的効果の弱いＳｕｐｅｒＦＬＥ
Ｘ法（２）であっても、サブピークの大きさが図２３
（Ｃ）に示す状態の約２倍となり、やはり膜ベリ強度Ｅ
ｃ以上となるため、良好なパターン転写ができなくな
る。すなわち、ウェハ上の領域Ｒｏの位置に本来レチク
ル上には存在しないホールの像（ゴースト像）を形成し
てしまうことになる。

【００７１】これに対して、本発明によるＳＦＩＮＣＳ
法であれば図２３（Ａ）に示すように、２つのホールパ
ターンの中間の光強度分布は膜ベリ強度Ｅｃの１／２以
下であるので、図２４に示した領域Ｒｏ内では、その加
算強度が図２３（Ａ）の状態からさらに２倍となっても
膜ベリ強度Ｅｃ以下にすることができる。以上の各シミ
ュレーション結果で示したような、接近した複数のコン
タクトホールパターンの投影時の像のつながりは、主に
投影レンズＰＬの瞳面ｅｐ内の中心円形領域ＦＡ（又は
ＦＡ1 ）を通る結像光束に起因して生じる。ところで中
心の円形領域ＦＡ（又はＦＡ1 ）のみを通る結像光束Ｌ
Ｆａによって形成される１つのコンタクトホールパター
ンの像Ｐｒ1 ’の寸法（半径）Ｄ1 は、露光波長λ程度
に微細な寸法であれば、円形領域ＦＡの半径ｒ1 に相当
する開口数ＮＡ1 に基づいて、ほぼ以下の関係で与えら
れることが光学理論上で知られている。

【００７２】Ｄ1 ≒０．６１・（λ／ＮＡ1 ）ここでＮＡ1 は半径ｒ1 に相当するウェハ側での開口数
であり、図３に示すように決められる。この場合、レチ
クル上のホールパターンＰＡ、又はＰＢが正方形であっ
ても、ウェハ上に形成される像Ｐｒ1 ’は、ほぼ円形状
になる。従って、２つの接近したホールパターン像の分
離の程度を高めるためには、投影レンズＰＬの倍率１／
Ｍを考慮して、レチクル上で距離０．６１・Ｍ・（λ／
ＮＡ1 ）だけ離れた２つの位置に到達する照明光の間
で、空間的にインコヒーレントな状態、すなわち、その
２つの位置の一方に対する他方のコヒーレンス関数をほ
ぼ零、又は負にすることが重要である。このことは、レ
チクルに達する照明光束ＩＬＢの開口数ＮＡｉ（ｓｉｎ
ψ／２）を、瞳ｅｐ内の中心円領域ＦＡ（又はＦＡ1 ）
を通る結像光束ＬＦａのレチクル側での開口数ＮＡ1 ／
Ｍ以上にすることに他ならない。なぜなら前述のコヒー
レンス関数の式より、コヒーレンス関数が０となるウェ
ハ上での距離も上記と同様にほぼ０．６１λ／ＮＡ1 と
なるからである。

【００７３】ここで、結像光束ＬＦａのレチクル側での
開口数ＮＡ1 ／ＭをＮＡｒ1 としたとき、通常の円形開
口絞り８１を用いてもＮＡｉ＞ＮＡｒ1 が実現できない
ような場合には、輪帯照明系（図１２中の輪帯絞り８
２）を採用するとよい。この場合、輪帯絞り８２の中心
円形遮光部の半径に相当する開口数をＮＡｓ（レチクル
上での値）としたとき、ｋ＝ＮＡｉ／ＮＡｒ≦１とし
て、近似的に

【００７４】

【数２】

【００７５】の関係を満たすように、中心の円形遮光部
の半径を決定すればよいことが見出された。このような
関係にすると、レチクル上で距離０．６１・Ｍ・（λ／
ＮＡ1 ）だけ離れた２つの位置の夫々に到達する照明光
同志をインコヒーレントな状態、すなわちその２つの位
置の一方に対する他方の位置でのコヒーレンス関数を
零、又は負の状態にすることができる。尚、輪帯照明系
の利用は、ＮＡｉ／ＮＡｒ1 ≦１の場合に限られる訳で
はなく、ＮＡｉ／ＮＡｒ1 ≧１の場合であっても、当然
に輪帯照明系を採用することができる。

【００７６】図２５は投影レンズＰＬの瞳面ｅｐ内に結
像されるフライアイレンズ７の射出側の面の様子を模式
的に示したものである。図２５（Ａ）では、瞳ｅｐの有
効最大半径ｒ2 に対して、約８０％（０．８ｒ2 ）程度
の大きさの円ＣＮ1 内にフライアイレンズ７の射出面側
の像、すなわち２次光源像が形成される。この場合、円
ＣＮ1 はσ値で０．８を表している。また図２５（Ａ）
中の半径ｒ1 の円ＣＮは、干渉性低減部材ＣＣＭの中心
円形透過領域ＦＡ（又はＦＡ1 ）と輪帯透過領域ＦＢ
（又はＦＢ1 ）との境界を表す。

【００７７】ここで、２ｒ1 2 ≒ｒ2 2の関係に設定さ
れているものとすると、半径ｒ1 はσ値で０．７０７に
相当している。先にも述べたように、特にσ＝０．８の
照明条件が接近した複数のコンタクトホールパターンの
結像において良好な結果を示すのは、結果的に瞳ｅｐ内
での２次光源像（フライアイレンズ７の射出面）の大き
さが境界の円ＣＮ（σ＝０．７０７に相当）よりも大き
くなっているからである。このことは先に述べた条件、
ＮＡｉ／ＮＡｒ1 ＞１と全く等価のことである。

【００７８】これに対して図２５（Ｂ）は、瞳面ｅｐ内
での２次光源像の面積が比較的に小さく、σ＝０．５の
円ＣＮ2 （半径が０．５ｒ2 ）内にフライアイレンズ７
の射出面の像が形成された場合を示す。当然のことなが
ら、円ＣＮ2 は境界の円ＣＮよりも小さく、先の条件ｋ
＝ＮＡｉ／ＮＡｒ1 ≦１に相当している。このときｋ＝
０．５／０．７０７≒０．７１になり、輪帯照明に切り
替える場合の中心円形遮光部の開口数ＮＡｓは、

【００７９】

【数３】

【００８０】となり、ＮＡｒ1 がσ値で０．７０７に対
応していることから、ＮＡｓはσ値で約０．３８に対応
する。図２５（Ｂ）中の円ＣＮ3 は、その中心遮光部の
瞳面ｅｐ上での配置を示し、これからフライアイレンズ
７の射出面上での遮光部の大きさが特定される。図２５
（Ｂ）の場合、２次光源像の大きさがσ値で０．５に対
応し、輪帯照明絞り８２の中心遮光部の大きさがσ値で
０．３８に対応することから、フライアイレンズ７の射
出面の２次光源像の半径に対して中心遮光部の半径は、
０．３８／０．５≒０．７６程度に設定される。

【００８１】尚、輪帯状絞り８２の中心遮光部の大きさ
（開口数ＮＡｓ）を決める式は、０．６２≦ｋ≦１の条
件のもとで適用されるものとしたが、ｋの下限値０．６
２は２次光源像に輪帯絞りを設けたときに、必要とされ
る遮光部の半径が、２次光源像の半径と同等になるとい
う条件で決められる。例えば、干渉性低減部材ＣＣＭの
境界円ＣＮ（σ値で０．７０７）をそのままで、σ＝
０．４２の照明条件のときを考えてみる。このときｋ＝
０．４２／０．７０７≒０．５９４となり、輪帯絞り８
２の中心遮光部の開口数ＮＡｓは、σ値で０．４５以上
必要となる。ところが元々の２次光源像の大きさがσ値
で０．４２しかないため、その数値は不適当なものとな
る。これは、元々の２次光源像の大きさ（σ＝０．４
２）がレチクル上で０．６１・Ｍ・λ／ＮＡ1 （＝０．
６１・λ／ＮＡｒ1 ）だけ離れた２つのコンタクトホー
ルパターンを良好に分離して投影結像できない程度に、
空間的コヒーレンシーが高くなってしまっていることを
意味する。すなわち、σ＝０．４２の照明条件が、レチ
クル上で０．６１λ／ＮＡｒ1 程度に接近した複数のコ
ンタクトホールパターンのＳＦＩＮＣＳ法による投影に
元々不適当であることを意味する。

【００８２】またウェハ上に転写すべき複数のコンタク
トホールパターン像の間隔チが寸法Ｄ1 （レチクル上で
は０．６１・Ｍ・λ／ＮＡ1 ）程度にされたときは、そ
のピッチに対して最適化された配置をもつ４つ（又は２
つ）の２次光源像（絞り８３、８４中の４つの開口部
分）を用いるＳＨＲＩＮＣ法を採用すれば、レチクル上
でピッチＭ・Ｄ1 〜２Ｍ・Ｄ1 の間隔をもつ２つの位置
において、一方の位置に対する他方の位置でのコヒーレ
ンス関数をほぼ零、又は負（逆符号）にすることができ
る。ここで間隔がＤ1 のとき、ＳＨＲＩＮＣ法による４
光源像の配置が間隔Ｄ1 に最適だとコヒーレンス関数は
負になり、ＳＨＲＩＮＣ法による４光源像の配置が間隔
２×Ｄ1 に最適だとコヒーレンス関数は０になる。

【００８３】図２６は投影レンズＰＬの瞳面ｅｐにおけ
る絞り８３の像８３’の配置を示し、ｘ方向とｙ方向と
に延びた遮光部は中心ＣＣで交差して十字状になってい
る。このとき、十字状の遮光部のｘ、ｙ方向の各幅は、
フライアイレンズ７を構成する複数の角柱状エレメント
の境界線に合わせるように設定される。さらに十字状遮
光部の４つの開口部の夫々に現れるフライアイレンズ７
のエレメント数も極力等しくするのが望ましい。

【００８４】さて、図２６においてフライアイレンズ７
の射出端面は絞り８３の４つの開口部によって４分割さ
れ、分割されたそれぞれのフライアイレンズの組の光量
上の重心点ＰＧ1 〜ＰＧ4 が黒丸で示されている。この
光量重心点ＰＧ1 〜ＰＧ4 の中心ＣＣからのｘ方向、ｙ
方向の各偏心量はＰｘ、Ｐｙが、レチクル上のパターン
のピッチＭＤ1 〜２ＭＤ1 に対応したものとなってい
る。

【００８５】重心点ＰＧ1 〜ＰＧ4 の位置がパターンピ
ッチＭＤ1 〜２ＭＤ1 に対応すると言う意味は、ＳＨＲ
ＩＮＣ法の原理から図２７に示すように説明される。す
なわち、レチクルＲ上にピッチＭＤ1 〜２ＭＤ1 の周期
性パターンが存在するとき、４分割された１つのフライ
アイレンズの組の光量重心点から発生した照明光線ＬＢ
Ｐは、レチクルＲと垂直な主光線（破線）に対して傾い
てレチクルＲに入射する。そしてレチクルパターンから
の０次光線は投影レンズＰＬ（前群レンズＧＡ、後群レ
ンズＧＢ）内の瞳ｅｐ内の点ＰＧ1 上を通る。この点Ｐ
Ｇ1 が図２６中の光量重心点ＰＧ1 である。

【００８６】一方、レチクルパターンからの１つの１次
回折光線は主光線（破線）に対して０次光線と対称に進
み、瞳面ｅｐでは中心ＣＣに関して点ＰＧ1 と対称な点
を通るようにする。ｘ方向にピッチを有するパターンの
場合、その１次回折光線は図２６中で瞳ｅｐ内の光量重
心点ＰＧ2 の位置を通り、ｙ方向にピッチを有するパタ
ーンの場合、その１次回折光線は図２６中で光量重心点
ＰＧ4 の位置を通る。

【００８７】すなわち、そのような状態が得られるよう
にパターンピッチに応じて照明光線ＬＢＰの傾き、換言
すれば４分割されたフライアイレンズの各組の光量重心
点の偏心量Ｐｘ、Ｐｙを決めるのである。ウェハ上に転
写される少なくとも２つのコンタクトホールパターン像
の間隔がＤ1 〜２Ｄ2 とすると、露光波長がｉ線（λ＝
０．３６５μｍ）で円形透過領域ＦＡのウェハ側開口数
ＮＡ1 が０．７０７ＮＡｗ、投影レンズのウェハ側開口
数ＮＡｗを０．５７とすると、その間隔Ｄ1 はＤ1 ＝
０．６１λ／ＮＡ1 より、約０．５５μｍ（レチクル上
では２．７６μｍ）となる。またウェハ上での間隔Ｄ1
をピッチと考えたときに、ＳＨＲＩＮＣ法で最適な照明
光線ＬＢＰ（図２７）のレチクルへの入射角θk は、ｓ
ｉｎ２θk ＝λ／ＭＤ1 で定められる。この式より、Ｍ
・ｓｉｎθk ≒λ／２Ｄ1 は、照明光線ＬＢＰによる０
次光線のウェハ側での開口数ＮＡｋと同じ値である。よ
って次式が成り立つ。

【００８８】ＮＡｋ＝λ／２Ｄ1 ＝λ／２（０．６１λ
／ＮＡ1 ）＝ＮＡ1 ／１．２２よって、間隔Ｄ1 〜２Ｄ1 に対応するための光量重心点
の位置は、ウェハ側の開口数としてＮＡｋ〜ＮＡｋ／２
に存在させればよいことになる。すなわち、図２６に示
すようにＰｘ＝Ｐｙのときは開口数ＮＡ1 の円ＣＮに対
してＮＡ1 ／１．２２〜ＮＡ1 ／２．４４の間に相当す
る円（半径Ｐｘ√２）上に各重心点ＰＧ1〜ＰＧ4 が配
置される。

【００８９】以上、本発明の各実施例とその作用につい
て説明したが、レチクルＲへの照明光ＩＬＢに特定の偏
光方向を持たせるとき、その偏光方向の適、不適を判断
したり、あるいは偏光状態制御部材ＰＣＭを通過した後
の結像光束の偏光状態の良否を判断するために、投影光
学系を通った光束の一部を光電検出する手段をウェハス
テージＷＳＴ上に設けてもよい。また、ラインアンドス
ペースをもつレチクルを使用するときは、干渉性低減部
材ＣＣＭを投影光学系ＰＬ外へ退出させ、照明系の一部
をＳＨＲＩＮＣ法に適するように交換可能としてもよ
い。尚、コンタクトホールパターンの投影露光時に干渉
性低減部材ＣＣＭを用いるとともに、ＳＨＲＩＮＣ法又
は輪帯照明光源等の変形照明系を併用する場合、露光す
べきレチクルをコンタクトホール用からラインアンドス
ペース用に交換するときは、干渉性低減部材ＣＣＭのみ
を退出させればよい。

【００９０】また本発明の各実施例に示した干渉性低減
部材ＣＣＭは、円形状、あるいは輪帯状の透過部で構成
したが、これは文字通りの形状に限られるものではな
い。例えば円形状の透過部は矩形を含む多角形に、輪帯
状の透過部はその多角形を環状に取り囲む形状に、それ
ぞれ変形してもよい。さらに、干渉性低減部材ＣＣＭ
は、中心の円形透過部を取り囲んで最大２重の輪帯透過
部で構成するようにしたが、その輪帯透過部はそれ以上
に分割した構成にしてもよい。

【００９１】その場合、円形の透過部とｎ重の各輪帯透
過部のうち、少なくとも一組の干渉し合う部分（偏光状
態が同じになる等）の透過光に互いにπの位相差を与え
るように、位相シフターを設けてもよい。さらに干渉性
低減部材ＣＣＭは、実効的な瞳面積をｎ＋１等分するよ
うな円形状、又は輪帯状の領域のうち、任意の１つ以上
の領域を遮光部としてもよい。

【００９２】また本発明の各実施例では、投影光学系と
して全て屈折素子で構成される投影レンズを掲げたが、
その他、全て反射素子で構成される投影光学系、あるい
は反射素子と屈折素子とを組み合わせた投影光学系のい
ずれの系に対しても、本発明は全く同様に適用できる。
特にキセノン水銀ランプからのブロードバンド光、又は
水銀ランプからの複数の輝線を照明光とする反射方式、
又は反射屈折方式の投影露光装置では、露光光の時間的
コヒーレント長ΔＬｃが短い（数μｍ程度）ために、光
路長差を利用した干渉性低減部材を使用するのに好都合
である。また以上の各実施例中のシミュレーションとし
ては例示していないが、本発明によるＳＦＩＮＣＳ法と
ＦＬＥＸ法とを組み合わせれば、ウェハをＺステージに
より光軸方向に移動させる量が少なくても、十分に焦点
深度拡大効果が得られることになる。このことは換言す
ると、ＳＦＩＮＣＳ法による焦点深度拡大とＦＬＥＸ法
（又は露光中のウェハの連続移動）による焦点深度拡大
との相乗効果が得られることを意味する。

【００９３】尚、本発明の各実施例においては、干渉性
低減部材ＣＣＭ（偏光状態制御部材ＰＣＭ）を、投影光
学系ＰＬのフーリエ変換面ＦＴＰに配置するようにした
が、投影光学系の光学素子の構造や組み合わせ状態によ
っては、フーリエ変換面ＦＴＰからわずかにはずして配
置することもできる。例えば先の図５のような構成の投
影レンズであれば、前群レンズ系ＧＡの最下側のレンズ
ＧＡ1 から２〜３枚程度上方（レチクル側）のレンズ近
傍の空気間隔の位置に、干渉性低減部材ＣＣＭを設けて
もよい。要するにホールパターンの投影時に、フーリエ
変換面ＦＴＰの瞳ｅｐ内での結像光束の分布とほぼ同等
の光束分布をもつ位置であれば、干渉性低減部材ＣＣＭ
はどこに設けてもよい。従って本発明における瞳近傍面
とは、そのようにフーリエ変換面での光束分布がある程
度保存されている範囲内の任意の位置を意味する。

【００９４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、コンタクトホー
ル等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、Ｆ
ＬＥＸ法、あるいはＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法と同程度に
拡大させることができるとともに、ＦＬＥＸ法のように
感光基板を光軸方向に移動、又は振動させることなく、
またＳｕｐｅｒＦＬＥＸ法のように複雑な複素振幅透
過率の関数をもつ空間フィルターを作成する必要もない
と言った利点がある。特に本発明では、投影光学系の瞳
面（フーリエ変換面）での空間的フィルタリングにとも
なって発生しやすいリンギング自体が十分に小さく押さ
えられるため、複数個のコンタクトホールパターンが比
較的接近して配置される場合であっても、Ｓｕｐｅｒ
ＦＬＥＸ法のようにリンギングのサブピーク部の重畳に
よって生じる悪影響（ゴースト像の発生等）は皆無にな
るといった大きな効果が得られる。また従来のＦＬＥＸ
法のように感光基板を光軸方向に移動させなくても、実
効的な焦点深度が約２倍以上に拡大されるため、マスク
と感光基板とを光軸と垂直な面内で相対移動させる走査
露光方式（ステップアンドスキャン方式）の投影結像系
にもそのまま適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の投影露光方法を説明する図である。

【図２】本発明の投影露光方法を実施するための原理的
な構成を示す図である。

【図３】本発明の露光方法により焦点深度が増大する原
理を説明する図である。

【図４】本発明の実施に好適な投影露光装置の全体的な
構成を示す図である。

【図５】投影光学系の部分的な構造を示す部分断面図で
ある。

【図６】本発明の第１の実施例による偏光状態制御部材
ＰＣＭの構成を示す図。

【図７】本発明の第２の実施例による偏光状態制御部材
ＰＣＭの構成を示す図。

【図８】照明光の偏光特性を互いに異ならせ、同時に時
間的にインコヒーレントにするための第３の実施例によ
る偏光制御手段の構成を示す図。

【図９】図７の偏光状態制御部材ＰＣＭと図８の偏光状
態制御手段とを組み合わせたときの偏光特性を説明する
図。

【図１０】レチクル上の接近した２つのコンタクトホー
ルパターンに対するコヒーレンス関数の照明光のσ値に
よる変化をシミュレーションした結果を示すグラフ。

【図１１】２つのホールパターンを異なるσ値の通常露
光法で投影したときの像強度分布をシミュレーションし
た結果を示すグラフ。

【図１２】照明系内部の光源像の形状を切り替える変換
絞り機構を示す図。

【図１３】レチクル上の接近した２つのコンタクトホー
ルパターンに対するコヒーレンス関数を、輪帯照明法と
ＳＨＲＩＮＣ法との夫々でシミュレーションした結果を
示すグラフ。

【図１４】ＳＦＩＮＣＳ法を用いた２つのホールパター
ンの像強度分布を、輪帯照明法とＳＨＲＩＮＣＳ法との
夫々についてシミュレーションした結果を示すグラフ。

【図１５】σ＝０．８でＳＦＩＮＣＳ法を適用したとき
のコンタクトホールパターン像のデフォーカスに伴う強
度分布の変化をシミュレーションしたグラフ。

【図１６】輪帯照明法でＳＦＩＮＣＳ法を適用したとき
のコンタクトホールパターン像のデフォーカスに伴う強
度分布の変化うシミュレーションしたグラフ。

【図１７】ＳＨＲＩＮＣ法でＳＦＩＮＣＳ法を適用した
ときのコンタクトホールパターン像のデフォーカスに伴
う強度分布の変化をシミュレーションしたグラフ。

【図１８】σ＝０．８で、干渉性低減部材の中心部を遮
光したＳＦＩＮＣＳ法を適用したときのコンタクトホー
ルパターン像のデフォーカスに伴う強度分布の変化をシ
ミュレーションしたグラフ。

【図１９】σ＝０．６の従来の通常露光法（円形光源
像）を適用したときのコンタクトホールパターン像のデ
フォーカスに伴う強度分布の変化をシミュレーションし
たグラフ。

【図２０】２つのホールパターンを従来のＦＬＥＸ法で
投影したときのデフォーカスに伴う像強度分布の変化を
シミュレーションしたグラフ。

【図２１】２つのホールパターンを従来のＳｕｐｅｒ
ＦＬＥＸ法（１）で投影したときのデフォーカスに伴う
像強度分布の変化をシミュレーションしたグラフ。

【図２２】２つのホールパターンを従来のＳｕｐｅｒ
ＦＬＥＸ法（２）で投影したときのデフォーカスに伴う
像強度分布の変化をシミュレーションしたグラフ。

【図２３】接近した２個のホールパターンの間隔を図２
２の場合と異ならせたときに各種露光法で得られるベス
トフォーカス時の像強度分布をシミュレーションしたグ
ラフ。

【図２４】２次元的に分布したコンタクトホールパター
ンとリンギングの発生位置との関係を示す図。

【図２５】照明系のフライアイレンズの射出面形状と投
影レンズ内の瞳面との配置関係を示す図。

【図２６】照明系のフライアイレンズとＳＨＲＩＮＣ法
で使う絞りとの配置関係を投影レンズ内の瞳面内で見た
図。

【図２７】ＳＨＲＩＮＣ法の原理を説明する光線図。

【符号の説明】

１‥光源７‥フライアイレンズ８‥照明系絞り１４‥コンデンサーレンズＲ‥レチクルＷ‥ウェハＰＬ‥投影レンズＣＣＭ‥干渉性低減部材ＰＣＭ‥偏光状態制御部材

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１１月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では、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、前記パターンからの光を基板に転
写する投影光学系とを備える投影露光装置において、前
記照明光学系内の前記マスクのパターン面に対する光学
的なフーリエ変換面における前記照明光の光量分布が、
前記照明光の中心部の光量より該中心部から離れた位置
での光量が大きくなるように設定する光量分布設定手段
と、前記投影光学系内の前記マスクのパターン面に対す
る光学的なフーリエ変換面又はその近傍の面に配置さ
れ、前記パターンからの光を互いに光学特性が異なる複
数の光に変換するフィルタとを備えるようにした。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】また、フィルタとして、パターンからの光
を互いに干渉が低減された複数の光に変換したり、パタ
ーンからの光をマスクを照明する照明光の波長範囲より
定まる可干渉距離以上の光路差を有する複数の光に変換
する。さらに、光量分布設定手段は、前記フーリエ変換
面又はその近傍の面に配置され、輪帯状の開口を有する
輪帯照明用の絞りであったり、前記フーリエ変換面又は
その近傍の面内で、互いに離間した複数の開口を有する
絞りである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】本実施例においては、レチクルパターン面
に対して、光学的にフーリエ変換の関係となる投影光学
系内の面（以後瞳面と略す）、又はその近傍面に干渉性
低減部材を設け、その瞳面内で円形または輪帯状に分布
する結像光の一部と、それ以外の部分に分布する結像光
とを互いに干渉し合わない状態とする。この結果レチク
ルパターン中の、特にコンタクトホールパターンを透
過、回折した露光光束（結像光）は瞳面内で干渉し合わ
ない２つの光束に空間的に分割され、ウェハ等の被露光
体に到達する。ウェハ上でも２つの光束は干渉し合わな
い（インコヒーレントである）ために、それぞれの光束
が作り出す像（コンタクトホールの像）の光量上での強
度合成像が得られる。従来の露光方式ではレチクル上の
微小コンタクトホールパターンを透過、回折した光束は
投影光学系を経てウェハ面に達すると、ここですべて振
幅的に合成（コヒーレント加算）されてレチクルパター
ンの像（光学像）を形成していた。従来のＳｕｐｅｒ−
ＦＬＥＸ法においても、瞳面に分布する結像光を部分的
に位相シフトさせているだけなので、コヒーレント加算
であることに変わりはない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細なパターンが形成されたマスクを、露
光用の照明光により所定の開口数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、前記照明手段による前記照明光の開口数と前記投影光学
系の開口数との比によって決まるコヒーレンスファクタ
ー（σ値）を０．５以上に設定するとともに、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、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換面上、
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
所定半径の円形領域内、あるいは前記光軸を中心とする
所定幅の輪帯状領域内と、それ以外の領域とに分布する
結像光の間の干渉性を低減させる干渉性低減素子を備え
たことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】微細なパターンが形成されたマスクを、露
光用の照明光により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、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする所定半径の円形領域内、あるいは前記光軸を中心
とする所定幅の円環状領域内と、それ以外の領域とに分
布する結像光の間の干渉性を低減させる干渉性低減素子
を有し、さらに前記照明手段は、前記投影光学系のフー
リエ変換面とほぼ共役な関係の光源像面を備え、該光源
像面における光源像の形状を輪帯状にする手段を含むこ
とを特徴とする投影光学装置。
【請求項３】微細なパターンが形成されたマスクを、露
光用の照明光により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、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする所定半径の円形領域内、あるいは前記光軸を中心
とする所定幅の円環状領域内と、それ以外の領域とに分
布する結像光の間の干渉性を低減させる干渉性低減素子
を有し、さらに前記照明手段は、前記投影光学系のフー
リエ変換面とほぼ共役な関係の光源像面を備え、該光源
像面に互いに離間した複数の光源像を形成する手段を含
むことを特徴とする投影光学装置。
【請求項４】前記感応基板と前記投影光学系とを前記光
軸の方向に移動させるステージと、前記マスクのパター
ンの前記感応基板への投影露光中に、前記ステージを一
定量だけ移動、又は振動させる駆動部材とを有すること
を特徴とする請求項第１項、第２項、第３項のいずれか
１項に記載の装置。
【請求項５】少なくとも２つの微細なホール用パターン
が所定の間隔で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、前記マスクのホール用パターンか
ら発生した光を入射して前記ホール用パターンの像を感
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、又はその近傍面に配置され、該フーリエ変換
面上、又はその近傍面上の前記投影光学系の光軸を中心
とする所定半径の円形領域内とその外側の領域内との夫
々に分布する結像光の間、もしくは前記フーリエ変換面
上、又はその近傍面上の前記光軸を中心とする所定幅の
輪帯状領域内とそれ以外の領域内との夫々に分布する結
像光の間での干渉性を低減させる干渉性低減部材と；前
記マスクのパターン面における照明光のコヒーレンス関
数の値が、前記所定間隔だけ離れた２つのホール用パタ
ーンの一方のの位置に対して他方の位置でほぼ零、もし
くは逆極性となるように、前記照明光のマスクへの入射
角度範囲を設定する設定部材とを設けたことを特徴とす
る投影露光装置。