JPH05326365A

JPH05326365A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05326365A
Application number: JP4128368A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】照明光学系を大型化することなく、従来のレ
チクルをそのまま使用して高解像度、大焦点深度の投影
露光を実現する。【構成】レチクルＲの入射側にΔｔだけ離して所定ピ
ッチの回折格子パターンＲＧを設け、パターンＲＧから
発生する±１次回折光Ｌ₁、Ｌ₂をレチクルＲに対して
所定角度ψだけ傾けて対称的に入射する。さらに、露光
動作中に回折格子パターンＲＧを、投影光学系の光軸方
向等に移動、または振動させる、もしくは所定方向（光
軸以外）を回転軸として微小回転、または微小振動させ
る駆動機構１８、または１９を設けた。【効果】回折格子パターンの欠陥等による悪影響を低
減できるとともに、レチクル面上での照度均一性も向上
させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の微細パ
ターン製造のリソグラフィ工程で使用されるマスクのパ
ターンを感光基板に転写する投影露光装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の投影露光装置において
は、レチクルパターンへの照明光は垂直入射を中心と
し、入射角度について連続な光量分布を有していた。そ
の角度範囲は、レチクルに垂直な方向から投影光学系の
レチクル側開口数ＮＡ_Rの０．６倍程度の領域に制限さ
れていた。このため、従来の照明光学系の開口数ＮＡi
(レチクルへの照明光の入射角度範囲）は投影光学系の
レチクル側開口数ＮＡ_Rに比べて小さくて良く、従って
照明光学系の設計、製造は比較的容易であり、またその
大きさも比較的コンパクトである。

【０００３】ところで、最近２は照明光学系の瞳面、も
しくはその近傍面内における照明光束の光量分布を輪帯
状に規定する輪帯照明法、あるいは例えば特開平４−１
０１１４８号公報に開示されているようにレチクルパタ
ーンの周期性に対応して特定方向から照明光束を所定角
度だけ傾斜させて照射する傾斜照明法（変形光源法）等
により、投影光学系の解像度や焦点深度を改善すること
が提案されている。このような輪帯照明法や傾斜照明法
が適用される照明光学系では、レチクルパターンに対し
て照明光を傾けて入射させるとともに、その傾き角は従
来の照明光学系における照明光の入射角の最大傾き角よ
りも大きくすることが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き新しい照明技術に対応するためには、照明光学系の
開口数を従来より大きくする必要がある。このため、照
明光学系の設計、製造は従来に比べて困難になり、その
大きさも従来に比べて極めて大きくなる。装置の大型化
は装置自体のコストアップのみに止まらず、投影露光装
置を使用する環境がクリーンルームであることによりク
リーンルームの大型化を必要とし、ランニングコストも
増大するという問題もある。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、照明光学系を大型化することなく、高解像度、かつ
大焦点深度の露光が可能な投影露光装置を得ることを目
的としている。

【０００６】

【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、レチクルパターン（ＲＰ₁)に対して照明
光ＩＬの少なくとも一部を所定角度だけ偏向させる偏向
部材（１４、ＲＧ）を、レチクルパターン（ＲＰ₁)の光
源（１）側に所定間隔（Δｔ）だけ離して配置した。さ
らに、レチクルパターン（ＲＰ₁)を感光基板（Ｗ）に露
光する間に、少なくとも一方向、例えば投影光学系の光
軸方向、または光軸と垂直な面内方向に偏向部材（１
４、ＲＧ）を移動、または振動させる、もしくは所定方
向（光軸ＡＸ以外）を回転軸として微小回転、または微
小振動させる駆動機構（１８、１９）を設けた。また、
偏向部材として回折格子状パターン、特に位相型格子を
用いることとした。さらに、投影光学系（ＰＬ）の光軸
（ＡＸ）に沿った方向に偏向部材（１４、ＲＧ）を移
動、または振動させるときには、その移動量、または振
幅を照明光（ＩＬ）の波長程度以上に定めることとし
た。

【０００７】

【作用】本発明によれば、光源からの照明光が偏向部材
に照射されると、各次数の回折光がマスクに向かって各
方向に発生する。従って、マスクに入射する光束の入射
角度範囲は照明光学系により規定される、すなわち照明
光学系の開口数の範囲とは異なったものとなり、より大
きな入射角を実現することができる。また、露光動作中
に、偏向部材を移動、振動、または微小回転させること
により、マスク及び感光基板と偏向部材との位置関係を
異ならせることが可能となっている。従って、偏向部材
上の欠陥、異物等の感光基板への投影像が、露光中に感
光基板に対して相対移動、及び平均化されることにな
り、欠陥や異物等の像が感光基板に転写されることがな
い。特に投影光学系の光軸方向に偏向部材を移動、また
は振動させることにより、マスク面と偏向部材（透明基
板面）との間での多重反射により生じる干渉縞、すなわ
ちマスクのパターン面上での照度むらを平均化し、照度
均一性をより一層向上させることができる。さらに、偏
向部材として回折格子状パターン、特に位相型格子を用
いることにより、回折効率が向上してより一層照度を高
めることができるとともに、回折格子状パターンから発
生する０次回折光を大幅に低減できる。従って、マスク
のパターンへの照明光の入射角度範囲を変形光源法（傾
斜照明法）と等価にすることができる、すなわち高解像
度、かつ大焦点深度の投影露光が可能となる。

【０００８】

【実施例】図１を参照して本発明の第１の実施例につい
て説明する。水銀ランプ１から射出した照明光ＩＬは楕
円鏡２、リレーレンズ系３を経て、フライアイレンズ４
に入射する。フライアイレンズ４の射出面４ａはレチク
ルパターンに対するフーリエ変換面となっており、射出
面４ａ近傍には開口絞り５が設けられている。開口絞り
５は照明光学系の開口数ＮＡ_IL、すなわちσ値（投影光
学系の開口数ＮＡ_Rと照明光学系の開口数ＮＡ_ILとの
比）を規定するための絞りであり、駆動部６によりその
開口部の大きさが可変となる。本実施例ではσ値（コヒ
ーレンスファクター）が０．１〜０．３程度となるよう
にその開口径が定められている。

【０００９】さて、フライアイレンズ４からの照明光Ｉ
Ｌは、リレーレンズ７を経て、視野絞り（レチクルブラ
インド）８に達する。視野絞り８はレチクルパターンＲ
Ｐ₁とほぼ共役な位置に設けられており、この視野絞り
８の開口部を駆動部９により可変とすることでレチクル
パターン上での照明エリアを任意に変更可能となる。視
野絞り８を通過した光束ＩＬはミラー１０、コンデンサ
ーレンズ１１、１２を介してミラー１３に達し、ミラー
１３でほぼ垂直に下方に反射された後、裏面（レチクル
側の面）に回折格子パターン（本発明の偏向部材）ＲＧ
₁が形成されたガラス基板１４を介して、レチクルＲに
照射される。ガラス基板１４は照明光ＩＬに対して透明
な基板であり、回折格子パターンＲＧ₁は石英基板等の
ガラス基板１４の表面（片面）上に所定のピッチで設け
られている位相格子である。位相格子パターンＲＧ₁は
誘電体薄膜をパターンニングしたもので、デューティは
１：１であり、そのピッチについての詳細は後述する。
ここで、位相格子の製造にあたってはガラス基板１４自
体をエッチング加工して段差を形成し、位相差を付けて
もよく、或いはガラス基板面中の特定部の屈折率を変え
てもよい。屈折率を変える方法としては例えばイオン打
ち込み等を行えば良い。

【００１０】さて、ガラス基板１４にほぼ垂直に入射し
た照明光ＩＬは回折格子パターンＲＧ₁を照射する。露
光光ＩＬがほぼ垂直に位相格子型の回折格子パターンＲ
Ｇ₁に照射されると、パターンＲＧ₁からは±１次回折
光Ｌ₁、Ｌ₂のみが発生し、ここで回折された±１次回
折光は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して所定角度傾
いて遮光部ＬＳＢで囲まれたパターン領域ＰＡ内に形成
されたレチクルパターンＲＰ₁に入射する。ここで、位
相型格子を用いたのは，遮光部と透光部とのみからなる
回折格子パターンで発生する解像力向上や焦点深度増大
に好ましくない０次回折光を発生させないためである。

【００１１】ガラス基板１４は保持部材１６上に保持さ
れ、駆動部（本発明の駆動機構）１８により投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸとほぼ垂直な面内で２次元移動、及び回
転可能である。さらにガラス基板１４は駆動素子（ピエ
ゾ素子等）１７により光軸ＡＸ方向に移動可能であり、
駆動素子１７は駆動部１９により駆動される。また、レ
チクルＲはレチクルステージ１５上に載置されており、
駆動部２０により投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとほぼ垂直
な面内で２次元移動、及び回転可能である。本実施例で
は駆動系１８、または駆動部２０により、ガラス基板１
４がレチクルＲに対して相対移動、及び相対回転可能に
構成されており、例えばレチクルパターンの周期性に応
じて基板１４を回転させることで、レチクルパターンと
回折格子パターンとの周期方向をほぼ一致させることが
可能となっている。この移動量、及び回転量に関する情
報は、ガラス基板１４、及びレチクルＲ上に設けられた
アライメント用のマーク（不図示）をマーク検出系２５
（Ｘ方向のみ図示）により検出する等により得ることが
できる。基板１４とレチクルＲとの間には回折格子パタ
ーンＲＧ₁からの回折光の半影ぼけ（詳細後述）を遮光
するための可動遮光部２３が設けられており、光軸ＡＸ
に対して垂直な面内での可動遮光部２３の位置は駆動部
２４により移動される。第１制御系２２にはマーク検出
系２５からの情報も入力され、駆動部１９の他、駆動部
１８、２０、２４も制御する。尚、マーク検出系２５が
レチクルＲ上のアライメントマークを検出する際には、
可動遮光部２３は退避されているものとする。

【００１２】さらに、ガラス基板１４を含み、互いにピ
ッチが異なる１次元または２次元の位相型回折格子パタ
ーンを有する複数のガラス基板と複数の保持部材が交換
部材２６に設けられており、駆動系２７によって任意の
ガラス基板が照明光路中に配置されるように構成されて
いる。交換部材２６は回転ターレット板であり、ここに
は保持部材１６を介して、互いに異なるピッチの回折格
子パターンが設けられた複数のガラス板が載置されてお
り、ターレット板を駆動することによりガラス板（回折
格子パターン）が交換可能となっている。

【００１３】従って、レチクルパターンのピッチに応じ
てガラス基板を交換することにより、レチクルパターン
に対して最適ピッチ（詳細後述）を有する回折格子パタ
ーンを照明光路中に配置することが可能となっている。
さて、パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側
テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射し、投影光学
系ＰＬはレチクルＲのレチクルパターンＲＰ₁の投影像
を、表面にレジスト層が形成され、ウエハＷ上に投影
（結像）する。尚、本実施例では投影光学系ＰＬの瞳面
Ｅｐ、もしくはその近傍面内には可変開口絞り２８が設
けられており、これによって投影光学系ＰＬの開口数Ｎ
Ａを変更できるように構成されている。ウエハＷはその
表面が最良結像面とほぼ一致するようにウエハステージ
２９上に保持されており、ウエハステージ２９はモータ
３０により光軸方向（Ｚ方向）に微動可能であるととも
に、ステップ・アンド・リピート方式で２次元移動可能
に構成されている。そして、ウエハＷ上の１つのショッ
ト領域に対するレチクルＲの転写露光が終了すると、次
のショット位置までステッピングされる。尚、ウエハス
テージ２９の２次元的な位置は不図示の干渉計によっ
て、例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出され
る。

【００１４】ところで、図１には装置全体を統括制御す
る主制御装置３１と、レチクルＲが投影光学系ＰＬの直
上に搬送される途中でレチクルパターンの脇に形成され
た名称を表すバーコードＢＣを読み取るバーコードリー
ダ３２が設けられている。主制御装置３１内には、この
投影露光装置（例えばステッパー）で扱うべき複数枚の
レチクルの名称と、各名称に対応したステッパーの動作
パラメータとが予め登録されている。そして、主制御装
置３１はバーコードリーダ３２がレチクルバーコードＢ
Ｃを読み取ると、その名称に対応した動作パラメータの
１つとして、予め登録されているパターン情報（パター
ンピッチやピッチ方向等）に最も見合ったガラス基板を
交換部材２６の中から１つ選択する。主制御系装置３１
は、所定のガラス基板がレチクルＲ上に設定されるよう
に、駆動指令を駆動系２７に出力して交換部材２６を駆
動するとともに、第１制御系２２を介してレチクルパタ
ーンと回折格子パターンとの周期方向がほぼ一致するよ
うにガラス基板を回転させる。尚、ガラス基板を回転さ
せる際、第１制御系１９は前述のマーク検出系２５から
の情報に基づいて駆動系１８の駆動を制御する。この情
報はマーク検出系２５の他に、駆動系１８に設けられた
ロータリーエンコーダ（不図示）の出力情報、あるいは
ガラス基板とレチクルの各々に設けられたパターンを直
接観察するためのパターン検出系（不図示）からの出力
情報を用いてもよい。

【００１５】さらに、上記名称に対応した動作パラメー
タとして、先に選択されたガラス基板（すなわちレチク
ルパターン）のもとでの、開口絞り５、視野絞り８、可
動遮光部２３、可変開口絞り２８の最適な設定条件等も
登録されており、この条件設定もガラス基板の設定と同
時に行われる。これによって、レチクルステージ１５に
載置されたレチクルＲに対して最適なガラス基板（回折
格子パターン）が正確に設定されることになる。パター
ン情報の入力はバーコードリーダに限るものではなく、
キーボード等により、オペレータが入力するようにして
もよい。

【００１６】さて、図２は、回折格子状パターンＲ
Ｇ₁、及びレチクルＲ付近の拡大図である。回折格子状
パターンＲＧ₁から発生した±１次回折光Ｌ₁、Ｌ₂は
レチクルＲと垂直な方向（投影光学系の光軸ＡＸ方向）
に対して互いに角度ψ(sinψ＝λ／Ｐ_G、λ：露光光の
波長）だけ傾いて対称的にレチクルパターンＲＰ₁に入
射することになる。この結果、レチクルパターンＲＰ₁
から発生する±１次回折光のいずれか一方と０次回折光
とが、投影光学系ＰＬ中のレチクルパターンに対するフ
ーリエ変換面（以下、投影光学系の瞳面と称す）Ｅｐ、
もしくはその近傍の面内で、投影光学系の光軸ＡＸから
ほぼ等距離だけ離れた２つの部分領域ＳＰ₁、ＳＰ₂を
通過し（図３（ｃ）参照）、高解像度と大焦点深度とが
得られることになる。このとき、図２においてレチクル
パターンＲＰ₁の一点に着目すると、パターンＲＰ₁か
らは回折光Ｌ₁による０次回折光Ｌ₁(0)と回折光Ｌ₂に
よる−１次回折光Ｌ₂(-1) とが同一方向に発生するとと
もに、回折光Ｌ₁による＋１次回折光Ｌ₁(+1) と回折光
Ｌ₂による０次回折光Ｌ₂(0)とが同一方向に発生するこ
とになる。これは、レチクルパターンＲＰ₁に対して±
１次回折光Ｌ₁、Ｌ₂の各々が対称的に傾斜して照射さ
れるためである。従って、投影光学系の瞳面Ｅｐでの照
度分布、すなわち回折光Ｌ₁(0)とＬ₂(-1) とが通過する
部分領域（例えばＳＰ₁)と、回折光Ｌ₁(+1) とＬ₂(0)と
が通過する部分領域（例えばＳＰ₂)との各照度がほぼ等
しくなり、これによってレジスト像にだれ等が生じるこ
とがなくなる。尚、回折格子パターンＲＧ₁への入射角
も垂直のみでなく、垂直を中心としてある範囲（照明光
の開口数ＮＡ_IL）を持つが、この場合発生する回折光も
上記のψ方向を中心としてＮＡ_ILの範囲を有する。

【００１７】本発明は前述の回折格子パターン等の偏向
部材をレチクルＲ近傍に設けることにより、原理的には
変形光源（傾斜照明）と等価な照明を実現させたもので
ある。さて、上述した如く本実施例ではレチクルＲの近
傍に設けられたガラス板１４のガラス面に回折格子パタ
ーンＲＧ₁を形成しているが、レチクルＲと垂直な方向
（投影光学系の光軸ＡＸ方向）に関するレチクルパター
ンＲＰ₁と回折格子パターンＲＧ₁との間隔Δｔは狭い
方が良い。これはパターンＲＧ₁の半影ぼけの影響等を
除去するためである。そこで、レチクルパターンに対す
る傾斜照明を実現するための間隔Δｔ（最小値）につい
て説明する。

【００１８】レチクルパターンＲＰ₁に対する照明光
（±１次回折光）の入射角ＮＡ₀(＝ sinψ）、照明光学
系の開口数ＮＡ_ILのもとで、パターンＲＰ₁への照明光
の最大、最小入射角（正弦）ＮＡ₁、ＮＡ₂は次式で表
される。

【００１９】

【数１】

【００２０】ところで、間隔（デフォーカス量に相当）
Δｔのもとでの光軸近傍を通る光に対する入射角Ｎ
Ａ₁、ＮＡ₂の光の各光路差ｋ₁、ｋ₂は次式で表され
る。

【００２１】

【数２】

【００２２】従って、光路差ｋ₁とｋ₂との差が露光波
長λ程度より長ければ、回折格子パターンＲＧ₁の像コ
ントラストはほぼ零となる。すなわち、次式を満足すれ
ば良い。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここで、上記数式１から次式が得られる。

【００２５】

【数４】

【００２６】また、Ｐ_G・ＮＡ₀＝λが成り立つことか
ら、上記数式３は次式のように表される。

【００２７】

【数５】

【００２８】従って、レチクルＲのパターン面と回折格
子パターンＲＧ₁の形成面との間隔Δｔは、次式を満足
すれば良いことなる。

【００２９】

【数６】

【００３０】次に、レチクルパターンＲＰ₁と回折格子
パターンＲＧ₁の詳細を図３にしめす。図３を参照して
一次元のレチクルパターンＲＰ₁に対して最適となる回
折格子パターンＲＧ₁の一例を説明する。図３（Ａ）は
ピッチＰ₁で並ぶレチクルパターン（クロムパターン）
ＲＰ₁であり、図３（Ｂ）はピッチＰ₂＝２×Ｐ₁で並
ぶ位相格子パターンＲＧ₁である。図２において、レチ
クルＲの下面には図３（Ａ）のレチクルパターンＲＰ₁
が設けられており、このような周期性パターンに対して
は前述の如くｓｉｎψ＝λ／２Ｐ₁となる入射角で照明
を行うと、焦点深度が増大する。従って、レチクルＲ近
傍にある回折格子パターンＲＧ₁よりの回折光を上記と
同様な角度ψで発生させればよい。すなわち、Ｐ₂＝２
Ｐ₁（ｓｉｎψ＝λ／２Ｐ₁＝λ／Ｐ₂、∴Ｐ₂＝２Ｐ
₁）であれば周期パターンＲＰ₁の焦点深度を最大とす
ることができ、図３（Ｂ）の回折格子パターンＲＧ₁は
この条件を満たしている。このとき、レチクルパターン
ＲＰ₁と回折格子パターンＲＧ₁とは、互いにほぼ平行
となるように配置され、回折格子パターンＲＧ₁の周期
（ピッチ）方向とレチクルパターンＲＰ₁の周期（ピッ
チ）方向とがほぼ一致するようにガラス板１４とレチク
ルＲとを相対移動させる。また、本実施例では位相型回
折格子を用いることとし、レチクルＲの屈折率をｎとし
たとき、回折格子の溝の深さｄを

【００３１】

【数７】

【００３２】としたので、位相シフト部を透過する光の
位相がπ、或いは（２ｍ−１）πだけシフトし、また、
幅のデューティを１：１としたので０次光は相殺され、
回折格子パターンＲＧ₁からは±１次回折光のみが発生
することになる（ここで、ｍは自然数である）。尚、露
光動作中にレチクルＲを回転させる場合は、回折格子パ
ターンＲＧ₁の周期（ピッチ）方向とレチクルパターン
ＲＰ₁の周期（ピッチ）方向とを合わせたあと、ガラス
板１４とレチクルＲとを一体に回転させるようにしても
よい。ここで、回折格子パターンＲＧ₁のデューティ比
は任意で構わないが、０次、及び２次回折光の発生を防
止する上で１：１に定めておくことが望ましい。

【００３３】図３（Ｃ）はレチクルＲに入射する照明光
の入射角度をレチクルＲのフーリエ変換面（例えば図１
中のフライアイレンズ４の射出面４ａ又は面３２）で表
したものである。円ＳＰ₁、ＳＰ₂は図３（Ｂ）に示す
位相格子パターンＲＧ₁（位相差π）を透過した照明光
のレチクル入射角度（面３２上での位置）を表すもので
ある。このときＳＰ₁、ＳＰ₂の中心の光軸ＡＸからの
距離（開口数）ｌ₁はλ／Ｐ₂である。すなわち、図３
（Ａ）の位相格子パターンＲＧ₁をレチクルの上に付加
することは、２次光源形状を図３（Ｃ）の２つの円ＳＰ
₁、ＳＰ₂内に制限する変形光源と等価である。そし
て、このような条件でレチクルを傾斜照明することによ
り、投影光学系の瞳面Ｅｐ上を通過する０次光と±１次
光のどちらか一方とが光軸ＡＸから等距離となる。

【００３４】一方、破線円ＳＰ₀はフーリエ変換面（こ
こでは面３２）におけるσ絞り６の像であり、その半径
ｒは照明系の開口数（角度の正弦）を表し、σ値と関連
している。すなわち、投影光学系のレチクル側開口数を
ＮＡ_Rとすると、ｒ＝ＮＡ_R×σである。ここで、垂直
に入射する光束があるとしたならば、図中の円ＳＰ₀の
位置に相当する領域を通過する。

【００３５】ところで、図２に示すように、レチクルパ
ターンＲＰと回折格子パターンＲＧには前述の如く間隔
Δｔ（Δｔ＝ｄ１＋ｄ２、ｄ１：レチクル上面と回折格
子パターンとの距離、ｄ２：レチクル厚）があるため、
照明エリアの端部においては、レチクルパターンＲＰ₁
上で回折による半影ボケＤ１が生じてしまう。この様子
を図４に示す。図４でＢ１は回折格子パターンＲＧ₁上
での照明光量分布を示し、Ｂ２はレチクルパターンＰＲ
₁上での照明光量分布を示している。ここで、横軸は位
置を表し、縦軸は光量を示している。この照明光量分布
位置は前述の視野絞り８の可変にともなって変動する。
Ｂ１の明暗境界における幅Ｗ０は視野絞り８の共役面、
すなわち、レチクルパターンＲＰ₁と回折格子パターン
ＲＧ₁との光軸ＡＸ方向との距離によるデフォーカスボ
ケである。一方、レチクルパターンＲＰ₁上での照明光
量はＢ２の如くなり、その半影幅Ｗ１は半影幅Ｗ０に比
べて広くなる。これは，図に示す回折光Ｌ₁（Ｌ₂）の
半影ボケによるものであり、半影幅Ｗ１はほぼ

【００３６】

【数８】

【００３７】となる。次に図５を参照して、この半影に
よる影響を防止することについて述べる（便宜上図５の
説明ではΔｔは固定値として説明する）。半影の影響を
防止するためには、回折格子パターンＲＧ₁の形成領域
ＧＡを、Ｘ、Ｙ方向の各々でパターン領域ＰＡよりＷ１
／２程度広げておく必要がある。これに伴って、前述の
如く照度分布の位置は移動し、レチクルパターンＲＰ₁
の形成領域全てに渡って、±１次回折光Ｌ₁、Ｌ₂が対
称的に照射され、かつ照度が均一となる。尚、視野絞り
８もこれに合わせてＷ１／２程度相当分だけ広げておく
必要がある。

【００３８】また、半影の影響を防止するためには遮光
部材が必要であり、例えばレチクルパターンＲＰ₁の必
要領域の外周に、幅Ｗ１の遮光帯（遮光パターン）を設
けておく等の必要がある。ここで、遮光帯はレチクル上
に設けておく必要はなく、回折格子パターンＲＧ₁と投
影レンズＰＬとの間、例えば回折格子パターンＲＧ₁と
レチクルＲとの間に遮光板２３を設けても良い。本実施
例の装置（図１）では、可動遮光板２３が設けられてお
り、その幅はＷ１以上となっていて半影ぼけをカットで
きる。さらに、この可動遮光板２３は視野絞り８に連動
して（Ｗ１／２程度の差に相当するオフッセットをもっ
たまま連動して）可動となっており、回路パターンＲＰ
₁のピッチやパターン領域の大きさが異なり、かつ遮光
帯が補正されていないレチクルに対しても対応可能とな
っている。これにより、回折格子パターンＲＧ₁で回折
された光が、レチクルパターンＲＰ₁形成領域以外の、
かつ透明部分を通過した光が投影レンズＰＬに入射する
のを防ぐことができる。

【００３９】また、ここではΔｔを固定値として説明し
たが、半影幅Ｗ１の許容値を予め決めておき、半影幅Ｗ
１が許容値以下となるように間隔Δｔを、回折格子パタ
ーンのピッチに合わせて数式８から求めるようにしても
良い。次に、図６を参照してレチクルパターンとして２
次元の周期性パターンを用いる場合について述べる。図
６（Ａ）においてレチクルパターンＲＰ₂は、遮光材
（クロム等）で形成されたＸ、Ｙ方向にピッチＰ_RX、Ｐ
_RYを持つ２次元周期パターンである。また、回折格子パ
ターンＲＧ₂は、透過光の位相をその膜厚に応じて所定
量だけずらす位相シフト材（例えばＳＯＧ等）で形成さ
れた矩形パターンＰＳが、Ｘ、Ｙ方向にピッチＰ_GX、Ｐ
_GYで繰り返し配列されたもの（デューティ比は１：１）
であり、換言すれば矩形パターン（位相シフト部）ＰＳ
と光透過部（ガラス裸面部）とが市松格子状に配列され
たものである。ここでは特にピッチＰ_GX、Ｐ_GYがＰ_GX＝
２Ｐ_Rx、Ｐ_GY＝２Ｐ_RYなる関係に定められている。ま
た、この場合にはいずれか一方の方向に関するピッチ及
びその方向が上記条件を満足するように形成すれば良
い。さらに回折格子パターンＲＧ₂は、上記の如くレチ
クルパターンＲＰ₂に対してそのピッチＰ_G及びピッチ
方向のみを正確に設定しておくだけで良く、回折格子パ
ターンＲＧ₁がレチクルパターンＲＰ₁に対してＸＹ平
面内で相対的にシフト（位置ずれ）していても構わな
い。但し、互いのピッチ方向を一致させるため、当然な
がら相対回転誤差はほぼ零にしておく必要がある。

【００４０】また、ここでは位相シフト材を用いている
ので、矩形パターンＰＳの膜厚（先の溝の深さｄに相
当）は上記数式７を満足するように定めておくことが望
ましい。上記数式７を満足すれば、位相シフト部を透過
する光の位相が光透過部を通過する光の位相に対してπ
だけシフトし、回折格子パターンＲＧ₂からは±１次回
折光のみが発生することになる。

【００４１】これにより、露光光ＩＬがほぼ垂直に回折
格子パターンＲＧ₂に照射されると、パターンＲＧ₂か
らはＸ、Ｙ方向の各々に関して２組の±１次回折光
Ｌ₃、Ｌ ₃'、Ｌ₄、Ｌ₄'のみが発生し、２組の±１次回
折光の各々はレチクル１と垂直な方向（投影光学系の光
軸方向）に対して互いに角度ψ(sinψ＝λ／Ｐ_G）だけ
傾いて対称的にレチクルパターンＲＰ₂に入射すること
になる。図６（Ｃ）は図３（Ｃ）と同様に、レチクルパ
ターンＲＰ₂に入射する照明光の角度範囲（２次光源形
状）を示したものであり、角度範囲は光軸ＡＸと領域Ｓ
Ｐ₃、ＳＰ₄、ＳＰ ₅、ＳＰ₆の位置となる。図６
（Ａ）のＸ、Ｙ方向と図６（Ｃ）のＸ、Ｙ方向が対応し
ているとすると、ｌ₂はλ／Ｐ_GXとなり、ｌ₃はλ／Ｐ
_GYとなる。この結果、レチクルパターンＲＰ₂から発生
する±１次回折光のいずれか一方と０次回折光とは、投
影光学系の瞳面Ｅｐ内で、投影光学系の光軸ＡＸからほ
ぼ等距離だけ離れた４つの部分領域を通過し、高解像度
と大焦点深度とが得られることになる。このとき、４つ
の部分領域の各照度はほぼ等しくなっている。ここで、
回折格子パターンＲＧ₂のデューティ比は任意で構わな
いが、高次回折光の発生を防止する上で１：１に定めて
おくことが望ましい。また、回折格子パターンＲＧ₂の
他の形成条件、例えばレチクルパターンＲＰ₂との間
隔、その形成領域の大きさ、及びパターン面に設けられ
る遮光帯の幅等の条件については、上記第１の実施例と
同様であるので、その詳しい説明は省略するが、レチク
ルパターンＲＰ₂のピッチがＸ、Ｙ方向で異なれば、回
折格子パターンのピッチもＸ、Ｙ方向で異なることとな
り、前述の遮光体の幅や回折格子パターン領域を拡げる
幅もＸ、Ｙ方向で異なる。例えば、回折格子パターン
（レチクルパターン）のＸ方向のピッチがＹ方向よりも
小さい時は、遮光体の幅や回折格子パターン領域を拡げ
るＸ方向の幅はＹ方向の幅に比べて大きくなる。

【００４２】ここで、本発明の如く、レチクル近傍に回
折格子パターンＲＧ₁を設ける場合と、従来の如く実際
の２次光源形状を変形する場合とを比較してみる。従来
法により実際に２次光源形状を変形する場合は、ほぼ均
一で太い光束径を持つ照明光束を遮光板により、図６
（Ｃ）中のＳＰ₃〜ＳＰ₆に示すごとき部分のみを選択
して２次光源としていた。従って、光量損失が多く、レ
チクル面上の照度は大幅に低下する。また、図６（Ｃ）
に示す如き、４光束が領域ＳＰ₃〜ＳＰ₆を通過させる
ために、照明光学系は大きな開口数を必要としており、
図６（Ｃ）中の半径ｒ₀（領域ＳＰ₃〜ＳＰ₆と光軸Ａ
Ｘとの距離）より大きな開口数が必要だからである。

【００４３】これに対して、本発明においては、照明光
束ははじめから、細い光束径をもつ照明光束（σ値＝
０．１〜０．３程度）で十分あり、レチクルＲ近傍に設
けた回折格子パターンで変形光源と等価な照明を実現し
ている。このため、遮光板は不要であり、かつ光量損失
は少ない。さらに、光束が細い（開口数ｒ）ため、照明
光学系もコンパクトにできるというメリットがある。一
方、解像度向上、焦点深度増大の効果は、従来の変形光
源と同等に得られる。

【００４４】ところで、本発明で使用する回折格子、特
に位相型回折格子であるが、これはいわゆるシフター遮
光型の位相シフトレチクルと基本的構造はかわらない。
ただし、位相シフトレチクルは位相型格子がレチクル面
（ウェハ共役面）にあるため、シフター（位相格子）の
欠陥がそのままウェハに転写されてしまうという問題点
がある。欠陥のない位相シフトレチクルの製造は極めて
難しく、現在の技術では実用化は困難であると考えられ
る。

【００４５】これに対して、本発明で使用する回折格子
パターンは、レチクル面より前述のΔｔだけ離れた位置
（ウェハ共役面からずれた位置）に設けられており、欠
陥や格子パターン自身がウェハ上に転写されるおそれは
全くない。但し、上記の欠陥や格子パターン自身がレチ
クル面上の照度均一性を劣化させるおそれがある。そこ
でこれを防止するため、露光動作中にガラス板１４を光
軸ＡＸと垂直な面内方向に移動、または振動させる。こ
の動作は駆動部１８により行われるが、その移動量、ま
たは振幅は、少なくとも回折格子状パターンのピッチ程
度以上とする。但し、レチクル面上での照度均一性をよ
り向上させるためには、上記の移動量、または振幅はピ
ッチより大きければ大きい程良い。

【００４６】また、露光用光源として狭帯域化されたエ
キシマレーザ等の単色光源とした場合、レチクルＲとガ
ラス板１４との間で照明光が多重反射、及び干渉を起こ
し、これによりレチクル面上で干渉縞（照度むら）を発
生させるおそれがある。これを防止するためには、駆動
部１９によりガラス板１４を、露光動作中に光軸ＡＸ方
向に移動、または振動させる。このとき、ガラス板１４
が光軸方向にλ／４だけ移動すると、干渉縞の明暗が反
転するので、移動量、または振幅としては少なくともλ
／４程度以上とする。但し、λは露光用照明光の波長で
ある。一方、水銀ランプ等のある程度広がったスペクト
ルを有する光源を使用する場合、照明光の可干渉距離は
ガラス板１４とレチクルＲとの間隔（光軸方向の距離）
に比べて十分短くなるので、上記移動、または振動は不
要である。また、狭帯化されていないエキシマレーザ等
のある程度長い可干渉距離を有する光源を使用する場合
には、上記移動、または振動を行うか、あるいはガラス
板１４とレチクルＲとの間の距離を照明光の可干渉距離
の半分程度以上離すと良い。

【００４７】さらに、エキシマレーザ光源を使用する場
合、ガラス板自身の多重反射（入射面と射出面との間の
内部反射）によっても照度むらが発生する可能性があ
る。これを防止するためには、露光動作中にガラス板１
４を、光軸ＡＸ以外の任意の方向を回転軸として微小回
転、または微小振動させれば良い。これは、上記微小回
転、または微小振動によりガラス板１４中の光路長が変
化し、干渉の条件が変化するためである。

【００４８】ところで、上記実施例ではレチクルＲの近
傍で、かつ光源１側にガラス板１４（回折格子状パター
ン）を配置していたが、例えば照明光学系中のレチクル
Ｒのパターン面の共役面から所定量（上記Δｔと合成系
１１、１２の光学特性とから定められる）だけずらして
回折格子パターン（偏向部材）を設け、これを上記実施
例と全く同様に移動、振動、または微小回転（振動）さ
せるようにしても良い。

【００４９】また、前述の実施例では光源１が水銀ラン
プやエキシマレーザ光源であるとしたが、他の光源であ
っても良い。また、露光光の波長域は投影光学系ＰＬ、
及び照明光学系の色収差補正状況によって、単色、準単
色、広帯域が選択されるが、本発明で使用する回折格子
パターンは基本的に単色、準単色、広帯域のいずれの波
長域の露光でも使用可能である。例えば、λ₁の露光光
はピッチＰ₁のレチクルパターンにｓｉｎψ₁＝λ₁／
２Ｐ₁で入射するように、回折格子パターンのピッチを
Ｐ₂＝２Ｐ₁（ｓｉｎψ＝λ₁／Ｐ₂）とするが、λ₂
の露光光に対してはｓｉｎψ₂＝λ₂／２Ｐ₁、ｓｉｎ
ψ₂＝λ₂／Ｐとなり、Ｐ₂＝２Ｐ₁の関係はこれらか
ら定められる関係であり、露光波長が異なっても回折格
子ピッチを変更する必要はない。

【００５０】以上の通り本実施例では、照明光路中に回
折格子パターン（偏向部材）を設けることで、レチクル
パターンに対する傾斜照明を実現するため、照明光学系
の改良を行うことなく、しかも従来のレチクルをそのま
ま利用して高解像度、大焦点深度を達成することが可能
となる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、偏向部材
（回折格子状パターン）を感光基板とほぼ共役な面、も
しくはその近傍から僅かに離して追加するだけで、投影
光学系の解像度、及び焦点深度を実現することができ
る。また、解像度、及び焦点深度をコヒーレンスファク
ターの小さな照明系で実現することができ、照明光学系
が安価で製造のし易いものとなり、露光装置のコストが
低減する。さらに偏向部材の欠陥等は、露光中に偏向部
材を所定方向に移動、または振動させることにより、そ
の悪影響が低減される。従って、偏向部材は欠陥等を有
していても良く、偏向部材の製造及び検査コストも低減
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構成を示
す図、

【図２】図１の装置におけるレチクルＲ近傍の拡大図、

【図３】本発明の第１の実施例による（Ａ）一次元のレ
チクルパターンを示す図、（Ｂ）（Ａ）のパターンに最
適な回折格子パターンを示す図、（Ｃ）（Ｂ）の回折格
子パターンによる回折光の角度範囲を、照明光学系の瞳
面上の領域位置で表した図、

【図４】図３（Ｂ）の回折格子パターンからの回折光の
半影ボケを示す図、

【図５】図４の半影ボケをカットするための遮光帯、及
び可動遮光部を示す図、

【図６】本発明の第２の実施例による（Ａ）二次元のレ
チクルパターンを示す図、（Ｂ）（Ａ）のパターンに最
適な回折格子パターンを示す図、（Ｃ）（Ｂ）の回折格
子パターンによる回折光の角度範囲を、照明光学系の瞳
面上の領域位置で表した図である。

【符号の説明】

１…光源４…フライアイレンズ３、７、１１、１２…レンズ系１４…ガラス板１７…駆動素子１８、１９…駆動部２３…可動遮光部３１…主制御系ＰＬ…投影レンズＲ…レチクルＷ…ウエハＩＬ…照明光ＲＧ₁…回折格子状パターン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 9122−2Ｈ 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ３１１Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形するとともに、該均一な照明光をマスクに照射す
るための照明光学系と、前記マスクに形成された微細パ
ターンの像を感光基板に結像投影するための投影光学系
とを備えた投影露光装置において、前記微細パターンの光源側に、もしくは前記照明光学系
中の前記微細パターンの共役面から所定間隔だけ離して
配置され、かつ前記照明光が入射したとき、該入射光の
少なくとも一部を前記微細パターンに対して所定角度だ
け偏向させる偏向部材と；前記微細パターンを前記感光
基板に露光する間に、少なくとも一方向に前記偏向部材
を移動、または振動させる、もしくは所定方向を回転軸
として微小回転、または微小振動させる駆動機構とを備
えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記偏向部材は、前記照明光に対してほ
ぼ透明な基板に形成された回折格子状パターンであるこ
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】前記回折格子状パターンは位相型格子で
あ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４】前記駆動機構は、前記投影光学系の光軸
な方向に前記偏向部材を前記照明光の波長程度以上移
動、または振動させることを特徴とする請求項１に記載
の投影露光装置。