JPH0757992A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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深い焦点深度で投影露光
を行う。 【構成】 投影光学系の瞳面（フーリエ変換面）又はこ
の近傍の面上を、半径ｒ ₁ の円形の透過部ＦＡ、半径ｒ
₁ 〜ｒ₂ の輪帯状の透過部ＦＢ、及び半径ｒ₂ 〜ｒ₃ の
輪帯状の透過部ＦＣに分割し、透過部ＦＡ及びＦＣを透
過する光束と透過部ＦＢを透過する光束との間の可干渉
性を低減すると共に、透過部ＦＡの光束と透過部ＦＣの
光束との間に（２ｍ＋１）π（ｍは整数）の位相差を与
える干渉性低減部材ＣＣＭを設ける。半径ｒ₁,ｒ₂,ｒ₃
の間に所定の関係を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体集積回
路、又は液晶ディスプレイ等の微細パターンを形成する
際に用いられる投影露光装置に関する。

【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、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の超
精密加工、及び精密な組立て調整を経て装置内に組み込
まれる。現在、半導体製造工程では、水銀ランプのｉ線
（波長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（フォトレジストが塗布され
たウエハ等）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レーザ等）を照明光とする
所謂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蛍石等に限定される。

【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
の投影光学系としてはレチクルＲ側とウエハＷ側との両
方をテレセントリックにしたもの、あるいはウエハ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 、Ｌ
ａ、Ｌａ’、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Ｌ
₂ 、Ｌ₃ は投影光学系のフーリエ変換面ＦＴＰに位置す
る瞳ｅｐを通過することができない。一方、他の光線Ｌ
ａ、Ｌａ’、Ｌａ”は瞳ｅｐを通過して後群のレンズ系
ＧＢに入射し、ウエハＷの表面（投影光学系の像面）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’に向かう
光線のうち、瞳ｅｐの中心点ＣＣ（光軸ＡＸ上の位置）
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、何れも瞳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のパターン面とウエハ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
エ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”がウエハＷ上で主光線Ｌａと成
す角度θｗが、この投影光学系のウエハ（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の正弦は、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。更に投影光学系の結像倍率をＭ（１／５縮小の場
合はＭ＝０．２）とすると、ＮＡｒ＝Ｍ・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、更にレンズ
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、たとえ高開口数の投影
光学系が製造できたとしても、必要な焦点深度が得られ
ないことにより、実用上の大きな障害となる。

【０００８】例えば、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、ウエ
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焦点深度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、ウエハＷのショット領域毎の
フォーカス合わせ、及びレベリング等を格段に高精度に
行う必要が生じ、機械系、電気系、及びソフトウエアの
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、しかも特開昭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態に制御することで解像
力と焦点深度とを増大させるものであり、ＳＨＲＩＮＣ
(Super High Resolution by IllumiNation Control) 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）の場合よりも抑えられるため、焦点
深度が大きくなるのである。ところが、このＳＨＲＩＮ
Ｃ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、コンタクトホールパターン等の
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
は回折角方向にほとんど一様なフラウンホーファ回折と
して発生するため、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しないためである。

【００１１】そこで、コンタクトホールパターン等の孤
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、ウエハＷの１つのショット領域に対する
露光を複数回に分け、各露光の間にウエハ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６３−４
２１２２号公報で提案された。この露光方法はＦＬＥＸ
(Focus Latitude enhancement EXposure) 法と呼ばれ、
コンタクトホールパターン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。但し、Ｆ
ＬＥＸ法は、僅かにデフォーカスしたコンタクトホール
パターン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、ガンマ値が高いフォト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(Contrast Enhancem
ent Layer)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
エハ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、
１９９１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Ｓｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法は、投影光学系の瞳
ｅｐ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つものである。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】なお、上記のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法の如
く投影光学系の瞳面でのフィルタリングにより透過率分
布や位相差を変化させて焦点深度を向上する方法は、多
重焦点フィルター法として一般に知られている。多重焦
点フィルターについては、昭和３６年１月２３日付で発
行された機械試験所報告第４０号の「光学系における結
像性能とその改良方法に関する研究」と題する論文中の
第４１頁〜第５５頁に詳しく述べられている。

【００１４】

【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Ｓｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法
では、孤立的なコンタクトホールパターンに対して十分
な焦点深度の増大効果を得ることができる。しかしなが
ら、露光作業中にウエ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
光とに分割し、各露光間にウエハを光軸方向に移動する
方式では処理能力の低下が大きく、スループットが著し
く低下するという不都合がある。

【００１５】本発明は斯かる点に鑑み、コンタクトホー
ルパターン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提供することを目的と
し、特に比較的接近した複数の孤立パターンに対しても
忠実な転写を可能とし、同時に焦点深度拡大効果が得ら
れる投影露光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】本発明による投影露光装
置は、例えば図８及び図１０に示すように、転写用のパ
ターンが形成されたマスク（Ｒ）を露光用の照明光で照
射する照明手段（１〜１４）と、その照明光のもとでマ
スク（Ｒ）のパターンの像を感光性の基板（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、投影光学系（ＰＬ）内のマスク（Ｒ）のパタ
ーン形成面に対する光学的フーリエ変換面（ＦＴＰ）又
はその近傍の結像光の通過面上の、投影光学系（ＰＬ）
の光軸（ＡＸ）を中心とする投影光学系（ＰＬ）の開口
数に相当する半径ｒ₃ の領域を、光軸（ＡＸ）を中心と
して半径ｒ₁ の第１の領域（ＦＡ）と、光軸（ＡＸ）を
中心として半径がｒ₁ からｒ₂ までの輪帯状の第２の領
域（ＦＢ）と、光軸（ＡＸ）を中心として半径がｒ₂ か
らｒ₃ までの輪帯状の第３の領域（ＦＣ）とに分割する
（但し、ｒ₁ ＜ｒ₂ ＜ｒ₃)。

【００１７】そして、第１の領域（ＦＡ）及び第３の領
域（ＦＣ）に分布する結像光と第２の領域（ＦＢ）に分
布する結像光との間の可干渉性を低減すると共に、第１
の領域（ＦＡ）に分布する結像光と第３の領域（ＦＣ）
に分布する結像光との間に（２ｍ＋１）πの位相差（ｍ
は整数）を与える干渉性低減部材（ＣＣＭ）を設け、半
径ｒ₁ 及びｒ₂ を、半径ｒ₃ 及び所定の係数α及びβを
用いてそれぞれ次のように表す。

【００１８】ｒ₁ ＝α・ｒ₃ 、ｒ₂ ＝β・ｒ₃ （１） この場合、本発明においては、それら係数α及びβにつ
いて次の２つの関係が同時に成立する。 β＝０．８５・α＋０．５８ （２） ０．２≦α≦０．４ （３） この場合、干渉性低減部材（ＣＣＭ）の一例は、第１の
領域（ＦＡ）及び第３の領域（ＦＣ）に分布する結像光
と第２の領域（ＦＢ）に分布する結像光との間に、その
照明光の波長域に応じて定まる可干渉距離以上の光路差
を与える時間的コヒーレンシィ低減部材である。

【００１９】また、干渉性低減部材（ＣＣＭ）の他の例
は、第１の領域（ＦＡ）及び第３の領域（ＦＣ）に分布
する結像光の偏光状態と第２の領域（ＦＢ）に分布する
結像光の偏光状態とを互いに干渉しない状態とする偏光
制御部材である。また、照明手段（１〜１４）として、
輪帯照明系、又は変形光源系を使用してもよい。

【００２０】

【作用】斯かる本発明においては、マスク（以下、「レ
チクル」とする）の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（以下、「瞳
面」と略称する）、又はその近傍の面に干渉性低減部材
（ＣＣＭ）を設け、その瞳面内で円形又は輪帯状の領域
（ＦＡ，ＦＣ）に分布する結像光の一部と、それ以外の
領域（ＦＢ）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、回折した露光用の照
明光（結像光）は瞳面内で干渉し合わない２種類の光束
に空間的に分割され、被露光体としての感光性の基板
（以下、「ウエハ」とする）に到達する。

【００２１】ウエハ上でも２種類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
が作りだす像（コンタクトホールパターンの像）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エハ面に達すると、ここで
全て振幅的に合成（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Ｓｕｐ
ｅｒ−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。

【００２２】さて、投影光学系の瞳面に位相シフト板等
が無いものとすると、ベストフォーカス状態（合焦状
態）では、レチクル上の任意の１点からウエハ上の対応
する像点までの光路長は投影光学系中のどの光線路を通
るかに拘らず全て等しく（フェルマーの原理）、従って
ウエハ上の振幅合成は位相差のない光の合成となり、全
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。

【００２３】ところが、ウエハにデフォーカス（ウエハ
表面とベストフォーカス面との光軸方向のずれ）が生ず
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エハ上の１つの像
点に入射する任意の光線の入射角をθとし、且つウエハ
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）（△Ｆ・ｓｉｎ² θ）と
表される。ここで△Ｆはデフォーカス量を表す。ｓｉｎ
θの最大値は投影光学系のウエハ側の開口数ＮＡｗであ
るから、従来の如く微小コンタクトホールパターンから
の回折光のうち瞳ｅｐを通過した全ての光がウエハ上で
振幅合成される場合、最大で（１／２）（△Ｆ・ＮＡｗ
²)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。

【００２４】(1/2)(△Ｆ・ＮＡｗ² ）＝λ／４ （４） この式をまとめ直すと、△Ｆ＝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
用照明光の波長として現在使われているｉ線（波長０．
３６５μｍ）を前提とし、開口数ＮＡｗとして０．５０
を想定すると、焦点深度±△Ｆ／２は±０．７３μｍと
なり、ウエ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。

【００２５】以上の原理を模式的に表したものが図６で
ある。図６の横軸は光軸を中心（０）とした瞳の径方向
の距離を表す。図６（Ａ）中の矩形の分布曲線ｔｃは瞳
の振幅透過率を表すが、通常の結像では瞳面には位相シ
フト板や、吸光物質を置かないので、コンスタントに＋
１の振幅透過率となっている。図６（Ｂ）はウエハに入
射する光束の角度範囲を表し、ｓｉｎθｎ＝ＮＡ（ウエ
ハ側開口数）であり、角度θｎ、及び開口数ＮＡの最大
値はそれぞれθｗ、及びＮＡｗである。

【００２６】さて、瞳面に位相板等がなく、且つ−θｎ
から＋θｎの入射角度範囲の光がウエハに達するとき、
即ちベストフォーカス（△Ｆ＝０）状態のときは、図６
（Ｃ）に示すように、レチクル上の一点とウエハ上の像
点との光路長差△ＬＣＯはウエハへの入射角度又はその
正弦（ｓｉｎ）に依らず等しくなる（△ＬＣＯ＝０）。
一方、ウエハＷがＦだけデフォーカスすると（ΔＦ＝
Ｆ）、上記の光路長差は入射角度（θ）の正弦に応じて
（１／２）△Ｆｓｉｎ² θだけ異なってくる。これを図
６（Ｄ）に示す。θ＝０からｓｉｎθ＝ＮＡｗの間には
△ＬＣＦだけの光路差（デフォーカスによる波面収差）
が生じる。この光路差（波面収差）が像のプロファイル
を悪化させる。これが即ちデフォーカスによる像の劣化
である。

【００２７】一方、図７は所謂多重焦点フィルターの一
例として２重焦点フィルターによる結像の原理を模式的
に示すものである。ここでは図７（Ａ）のように二重焦
点フィルターとして瞳面の中心部と周辺部とで透過光の
位相をπ［ｒａｄ］だけ異ならしめるフィルターを用い
る。即ち、フィルターの振幅透過率は中心（円形領域）
で負、周辺（輪帯領域）で正となるが、この符号関係は
相対的なものであり、正負を反対にしても無論構わな
い。

【００２８】振幅透過率が負である領域は、図７（Ｂ）
のようにウエハへの入射角として、−θ₁ ＜θ＜θ₁ で
あり、振幅透過率率が正である領域はウエハへの入射角
θの範囲が、−θｗ＜θ＜θ₁ 及びθ₁ ＜θ＜θｗとな
る（ｓｉｎθ₁ ＝ＮＡ₁ とする）。さて、レチクル上の
一点からウエハ上の像点までの光路長差は、図７（Ｃ）
のように使用する二重焦点フィルタのためにベストフォ
ーカス（△Ｆ＝０）においても、△ＬＦ０＝λ／２だけ
の光路差を含んでいる。このためベストフォーカス（△
Ｆ＝０）における像は、通常の（二重焦点フィルタを用
いない）場合の像よりもむしろ劣化したものとなる。と
ころが、△Ｆ＝Ｆのデフォーカス状態においては、図７
（Ｄ）のように二重焦点フィルターの位相シフト効果に
より発生する位相差△ＬＦＦを、図６（Ｄ）の通常の光
路長差△ＬＣＦよりも少なくすることができる。従っ
て、二重焦点フィルターにより或る程度デフォーカスし
た位置での像を改善できることとなり、焦点深度を増大
することができる。

【００２９】なお、上記の説明では片側（正方向）のみ
のデフォーカスを考えたが、逆側（負方向）のデフォー
カスに対しても同様に二重焦点フィルターの効果は表れ
る。逆側のデフォーカスでは、図６（Ｄ）、図７（Ｄ）
共に放物線が上に凸となるが、このとき図６（Ｄ）中で
−ＮＡｗ〜−ＮＡ₁ 、及びＮＡ₁ 〜ＮＡｗの間に相当す
る光束は、図７（Ｄ）に示した−ＮＡ₁ 〜ＮＡ₁ の間の
光束より１波長ずれた（−側の）光束と干渉し、従って
△Ｆ＝−Ｆの場合も光路差は同様に△ＬＦＦとなる。

【００３０】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、瞳内の中心部の円形状透過部ＦＡ及び周
辺部の輪帯状透過部ＦＣを透過する光束（それぞれＬＦ
ａ及びＬＦｃ）と、中間部の輪帯状透過部ＦＢを透過す
る光束（ＬＦｂ）と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、ウエハＷ上では干渉性低減
部材ＣＣＭの円形状の透過部ＦＡ及び周辺の輪帯状透過
部ＦＣを透過した光束ＬＦａ、ＬＦｃと、中間の透過部
ＦＢを通過した光束ＬＦｂとは干渉を起こさない。その
結果、中心透過部ＦＡ及び周辺透過部ＦＣからの光束Ｌ
Ｆａ、ＬＦｃと中間の透過部ＦＢからの光束ＬＦｂとは
それぞれ独立して自分自身のみで干渉し合い、それぞれ
コンタクトホールパターンの像（強度分布）Ｐｒ’を形
成する。即ち、光束ＬＦａ、ＬＦｃのみの干渉によって
ウエハ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。

【００３１】なお、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を持つものとする。
但し、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、更に図３、図４、及
び図５を参照して説明する。図３は本発明で用いる瞳フ
ィルターとしての干渉性低減部材ＣＣＭの平面図及び振
幅透過率を表す。

【００３２】前述の如く中心の半径ｒ₁ の円形透過部Ｆ
Ａ、及び周辺の内半径ｒ₂ の輪帯状透過部ＦＣに対し
て、中間部の内半径ｒ₁ 、外半径ｒ₂ の輪帯状透過部Ｆ
Ｂには、上記透過部ＦＡ、ＦＣの各透過光との可干渉性
を低減する部材が設けられている。従って、透過部Ｆ
Ａ、ＦＣと透過部ＦＢとの振幅透過率を同一の座標上に
表すことはあまり意味がない。なぜなら、２つの透過部
ＦＡ、ＦＣの各透過光（ＬＦａ、ＬＦｃ）と透過部ＦＢ
の透過光（ＬＦｂ）とは、振幅的に合成（干渉）し合う
ことがないからである。従って図３では、図３（Ｂ）、
（Ｃ）のように夫々の振幅透過率を別々に、｜ａ〉（ケ
ットａ）、及び｜ｂ〉（ケットｂ）として表した。これ
ら｜ａ〉、｜ｂ〉は互いに干渉しない光を意味する。

【００３３】この場合、｜ａ〉（透過部ＦＡ及びＦＣの
振幅透過率）については、本発明では両部の透過光に
（２ｍ＋１）π［ｒａｄ］の位相差を与える位相シフト
手段を用いるので、中央部（ＦＡ）と周辺部（ＦＣ）と
では逆符号となる。図３（Ｂ）では中心を負とし、外周
を正としたが、この符号関係は相対的なものなので、正
負を逆の関係にしても構わない。また図３（Ｃ）に示す
ように、中間の輪帯透過部ＦＢの振幅透過率はここでは
正としたが、この値はその絶対値が１であればどのよう
なものであっても良い。また、図３（Ｃ）の振幅透過率
と図３（Ｂ）の振幅透過率とは全く無関係なものであ
る。

【００３４】図４の如く、中間の輪帯透過部ＦＢを通る
光束ＬＦｂ内での振幅合成では、光束ＬＦｂのウエハへ
の入射角度θは輪帯透過部ＦＢの半径ｒ₁ 、ｒ₂ に対応
してθ₁ ＜θ＜θ₂ の範囲となるので、△Ｆ＝Ｆのとき
の光路長差△ＬＢＦは図４（Ｄ）で示すように次のよう
になる。 △ＬＢＦ=(1/2)Ｆ（ｓｉｎ² θ₂-ｓｉｎ² θ₁) （５） 勿論、△Ｆ＝０では、図４（Ｃ）のように光路長差△Ｌ
Ｂ０は０である。

【００３５】一方、図５の如く中心透過部ＦＡ、及び周
辺透過部ＦＣの透過光ＬＦａ、ＬＦｂによる像（振幅合
成）は、透過率分布｜ａ〉が前述の二重焦点フィルター
と同様になっている。従って、ベストフォーカス状態
（△Ｆ＝０）においても、図５（Ｃ）のように△ＬＡ０
＝λ／２の光路長差を生じるが、△Ｆ＝Ｆのデフォーカ
ス時には光路長差が図５（Ｄ）のように△ＬＡＦ程度と
なり、デフォーカス時（△Ｆ＝±Ｆ）の方が波面収差が
少ない、即ちプロファイルの良い像が得られることにな
る。第１の光束ＬＦａ及びＬＦｃと第２の光束ＬＦｂと
は互いには干渉し合わないので、光束ＬＦａ、ＬＦｃの
みの干渉による像Ｐｒ'₁、及び光束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△ＬＢ
Ｆ、△ＬＡＯ、△ＬＡＦのみに起因する。

【００３６】これらの光路長差のうち、△ＬＢＦ、△Ｌ
ＡＦについては、図４、図５より明明かなように、従来
の△Ｆ＝Ｆのデフォーカス時の光路長差△ＬＣＦ（＝
（１／２）Ｆ・ＮＡｗ²)より小さい。また、△ＬＡ０＝
λ／２については二重焦点フィルター用の光路長差であ
り、一概に像を悪化させるものではない。この結果、本
発明では同一量のデフォーカス時において、従来の結像
より光路長差を少なくすることができ、即ちより大きな
焦点深度を得ることができるようになる。このように投
影光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰ又はこの近傍の面において、
結像光束を互いに干渉しない複数の光束に変換する手法
を、以下、ＳＦＩＮＣＳ(Spatial Filter for INCohere
nt Stream)法と呼ぶことにする。

【００３７】また、本発明によると、前述のような従来
の二重焦点フィルター、あるいは三重焦点フィルターの
みの使用時に問題となるリンギングも、全く問題がなく
なるが、この作用については実施例中で詳しく述べる。
また、本発明では、投影光学系の瞳面又はこの近傍の面
上の第１の領域（ＦＡ）、第２の領域（ＦＢ）及び第３
の領域（ＦＣ）の形状について、（１）式〜（３）式の
条件を課しているが、この条件を満たすときに特に焦点
深度の拡大幅が大きくなる。

【００３８】更に、照明手段（１〜１４）として、輪帯
照明系、又は変形光源系を使用すると、輪帯照明系、又
は変形光源系の使用による焦点深度拡大作用が付加され
るため、全体として焦点深度幅が更に拡大する。

【００３９】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の実施例に
つき図面を参照して説明する。図８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８におい
て、水銀ランプ１から放射された光輝度光は楕円鏡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、ロータリーシャッター３
により照明光の通過、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、オプティカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ７に入射する。
勿論、ｉ線以外の波長、あるいは複数の波長を使用して
もよく、また光源自体もレーザー光源等でもよい。図８
中で、干渉フィルター５とフライアイレンズ７との間の
偏光制御部材６は本発明の実施形態によって使用する場
合があるものであり、詳しくは後述する。

【００４０】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
設けられている。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８では、フライアイレンズ７の射
出側に形成される複数の２次光源像（点光源）のうち、
光軸ＡＸ上に位置する１つの２次光源像からの照明光の
みを代表的に図示してある。また集光レンズ系１０によ
って、フライアイレンズ７の射出側（２次光源像が形成
される面）はレチクルブラインド１１の矩形開口面に対
するフーリエ変換面になっている。従って、フライアイ
レンズ７の複数の２次光源像の夫々から発散して集光レ
ンズ系１０に入射した各照明光は、レチクルブラインド
１１上で互いに僅かずつ入射角が異なる平行光束となっ
て重畳される。

【００４１】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８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次光源像側からの照明光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。勿論、フライアイレンズ７の射出側
には光軸ＡＸ上からずれて位置する多数の２次光源像
（軸外の点光源）が形成されるから、それらからの照明
光は何れもレチクル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。

【００４２】なお、レチクルＲのパターン面とフライア
イレンズ７の射出側面とが、集光レンズ系１０、レンズ
系１２、及びコンデンサーレンズ１４よりなる合成系に
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。本発明では、そのσ値がどのような値であ
ってもよく、極端な場合σ＝０．１〜０．３程度であっ
てもよい。

【００４３】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エハＷ上に投影したと
き、０．５μｍ角（又は径）以下の寸法になるように設
計されていることもあり、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍ
を考慮してレチクルＲ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、各コンタクトホール
パターンはそれぞれ孤立的な微小パターンとして存在す
る。即ち、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無い程度に離
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。

【００４４】図８において、レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳＴ上に保持され、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
介してウエハＷの表面のフォトレジスト層に結像され
る。ここで、図８中のレチクルＲからウエハＷまでの光
路は、結像光束の主光線のみで示す。そして投影光学系
ＰＬ内のフーリエ変換面ＦＴＰには、先の図２、及び図
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できる。仮にそのステッパ
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。

【００４５】しかしながら、複数台のステッパーによっ
てリソグラフィ工程の露光作業を行う場合、各ステッパ
ーの最も効率的な運用を考えると、特定の一台のステッ
パーをコンタクトホールパターン専用の露光に割り当て
ることは躊躇される。そのため、干渉性低減部材ＣＣＭ
は投影光学系ＰＬの瞳ｅｐに対して挿脱自在に設け、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。なお、投影露光系によっては、その瞳位置
（フーリエ変換面ＥＴＰ）に実効的な瞳径を変えるため
の円形開口絞り（ＮＡ可変絞り）を設けることもある。
この場合、その開口絞りと干渉性低減部材ＣＣＭとは機
械的に干渉しないように、且つできるだけ接近して配置
される。

【００４６】さて、ウエハ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）すると共
に、光軸ＡＸと平行な方向に微動（以下、「Ｚ移動」と
する）するウエハステージＷＳＴ上に保持される。ウエ
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によって制御され、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２２、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、更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共に、開口制御ユニット２
７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２
５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２５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。

【００４７】ここで図８中の投影光学系ＰＬの一部分の
構造を、図９を参照して説明する。図９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２
０Ｂ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。更に、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抑えるようにす
る。なお、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
等で発生した塵埃が瞳空間内に進入することを防止でき
る。

【００４８】図１０は干渉性低減部材ＣＣＭの第１実施
例による構造を示し、図１０（Ａ）は光軸ＡＸを通る点
での断面図、図１０（Ｂ）は平面図である。さて、図８
中の光源（水源ランプ１）からのランダムな偏光状態
（種々の偏光状態の光を合成した光であり、且つその偏
光状態が時間と共に変化する状態）であると共に、その
コヒーレント長△Ｌｃは極めて短い。今、照明光をｉ線
として、中心波長λ₀ ＝３６５ｎｍ、波長幅△λ＝５ｎ
ｍであると、コヒーレント長△Ｌｃは以下のように求ま
る。

【００４９】 △Ｌｃ＝λ₀ ²／△λ≒２６［μｍ］ （６） 図１０に示す干渉性低減部材ＣＣＭは、紫外線に対して
高い透過率を有する透明平行平板上に、中心ＣＣに対し
て半径ｒ₁ から半径ｒ₂ の輪帯状の透過部ＦＢに厚さｈ
₁ の平行平板状の透過物体を貼り付けたものである。こ
のとき、貼り付ける透過物体の屈折率をｎ₁ とすると、
厚さｈ₁ は、次式を満たすようにする。

【００５０】 （ｎ₁ −１）ｈ₁ ≧△Ｌｃ（コヒーレント長） （７） すると、透過部ＦＡ、ＦＣの各透過光と、透過部ＦＢの
透過光との間には（ｎ ₁ −１）ｈ₁ 、即ちコヒーレント
長△Ｌｃ以上の光路差が与えられ、両光束相互間の可干
渉性が消失する。透過物体はガラス、石英、又は蛍石等
であり、屈折率ｎ₁ は１．５程度なので、厚さｈ₁ は５
２μｍ以上であれば良い。

【００５１】また、中心透過部ＦＡには、中心透過部Ｆ
Ａの透過光と周辺透過部ＦＣの透過光との間に（２ｍ＋
１）π［ｒａｄ］の位相差を与える位相シフターを被着
する（ｍは整数である）。この位相シフターは、ＳｉＯ
₂ 等の薄膜を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相
堆積）等で形成したものである。位相シフターの屈折率
をｎ₂ とすれば、位相シフターの厚さｄは次式を満たす
ように設定すればよい。

【００５２】 （ｎ₂ −１）ｄ＝（ｍ＋１／２）λ₀ （８） 本実施例ではλ₀ は０．３６５μｍである。屈折率ｎ₂
が１．５程度であれば、例えばｍ＝０としたとき、
（８）式より厚さｄは０．３６５μｍとすればよい。厚
さｄは、ｍ＝１、２、３、…に対応してより厚くするこ
とも可能であるが、位相シフターとしての薄膜の材質に
よる光の吸収の問題が生じたり、厚くすることによって
透過部ＦＢの透過光と透過部ＦＡの透過光との間に可干
渉性が残留してしまう等の問題が生じたりするので、実
用上はｍ＝０、１、２程度に対応した厚さとする方が良
い。同様に、透過部ＦＢに被着する透過平行平板の厚さ
ｈ₁ も、あまり厚いと吸収や幾何光学的な収差への悪影
響を生じるので、必要以上に厚くすることは得策ではな
い。

【００５３】また図１０に示した例の変形として、平行
平板状である基板自体を加工して、輪帯透過部ＦＢに凸
部又は凹部の段差を与えてもよい。この場合も段差ｈ₁'
（即ち透過部ＦＡ、ＦＣと透過部ＦＢとの厚さの段差）
は、基板の屈折率をｎ₀ として、（ｎ₀ −１）ｈ₁'≧△
Ｌｃを満たすようにする。図１１は干渉性低減部材の第
２実施例を示す。図１１の例では、中間の輪帯透過部Ｆ
Ｂに別の平行平板を貼り付ける代わりに、その透過部Ｆ
Ｂにイオン打ち込み法等によって部分的に他より屈折率
の高い領域を作る。この部分の屈折率をｎ ₃ 、他の部分
の屈折率をｎ₀ とし、且つ深さをｈ₂ とすれば、（ｎ₃
−ｎ₀ ）ｈ ₂ ≧△Ｌｃであれば、透過部ＦＢの透過光と
他の透過部ＦＡ、ＦＣの透過光との間の可干渉性は消失
する。この例でも、中心の透過部ＦＡには厚さｄの位相
シフターを設けた。厚さｄの条件は図１０の例と同様で
ある。

【００５４】図１２に干渉性低減部材ＣＣＭの第３実施
例による構成を示す。これは、顕微鏡による試料観察用
のプレパラートのカバーガラス、高分子による薄膜（ペ
リクル）、又はアクリル薄板等のような薄い透明基板
（厚さｈ₃ ）の一部を図１２（Ｂ）に示す如くくり抜い
たものであり、くり抜き部が中間の透過部ＦＢに相当す
る。中心の透過部ＦＡを周辺の透過部ＦＣと分離させな
いために、何本かの支柱ｅによって両者を結合させてお
く。薄い透明基板の厚さをｈ₃ 、屈折率をｎ₅ としたと
き、（ｎ₅ −１）ｈ₃ ≧△Ｌｃであれば、透過部ＦＡ、
ＦＣの各透過光と透過部ＦＢの透過光との間の可干渉性
は消失する。なお、この例でも中心の透過部ＦＡには厚
さｄの位相シフターを付加する。支柱ｅは遮光性である
のが望ましいが、透過性であってもその支柱部の面積は
小さいため、結像性能への悪影響はほとんどなく、金属
膜等を付けて遮光部にしてしまうこともできる。

【００５５】なお、図１２の例では干渉性低減部材ＣＣ
Ｍの厚さｈ₃ を薄くする（≒５２μｍ程度）ことができ
るので、干渉性低減部材ＣＣＭ等の平行平板を瞳面に設
けることを前提にせずに設計、製造されている従来の投
影光学系に挿入しても、干渉性低減部材ＣＣＭにより発
生する幾何光学的な諸収差を小さく抑えることができ
る。一方、図１０、図１１に示したように、或る程度厚
さ（基板の厚さ）のある干渉性低減部材ＣＣＭでは、投
影光学系として瞳面に平行平板を備えて使用することを
前提として、設計、製造されたものを用いることとな
る。この場合には逆に、瞳面から干渉性低減部材ＣＣＭ
を除いた状態では幾何光学的な諸収差が悪化するので、
コンタクトホールパターン等以外の工程で使用する場合
には干渉性低減部材ＣＣＭを光学系から取り除き、代わ
りにほぼ同様の厚さの平行平板を挿入するとよい。

【００５６】以上の各実施例では、干渉性低減部材とし
て光束間に時間的なコヒーレント長以上の光路差をつけ
る部材を用いたが、他の方式の部材を用いてもよい。図
１３は別の方式による干渉性低減部材の構成を示す第４
実施例であって、図１３（Ａ）、（Ｂ）は夫々干渉性低
減部材ＣＣＭの断面図及び平面図を示す。中心透過部Ｆ
Ａと周辺透過部ＦＣとは、図１３（Ｃ）に示すように中
間透過部ＦＢに対して直交する方向の直線偏光のみを透
過する偏光板で構成し、透過部ＦＢの透過光の偏光方向
は透過部ＦＡ、ＦＣの透過光の直線偏光方向と直交す
る。偏光方向の直交する直線偏光同士は互いに干渉し合
わないので、このように偏光特性を制御することでも、
両光束の可干渉性を解消（低減）することができる。

【００５７】なお、図１３（Ａ）に示す如く、この場合
も中心透過部ＦＡには厚さｄの位相シフターを設ける。
これによって、透過部ＦＡと透過部ＦＣとが二重焦点フ
ィルターを形成することは、これまでの実施例と全く同
様である。また、厚さｄの条件も前述と同様である。あ
るいは、図１３（Ａ）の位相シフターを廃止し、その代
わりに透過部ＦＡ、ＦＣの各偏光板の厚さ自体を異なら
せて、（２ｍ＋１）π［ｒａｄ］の位相差を与えてもよ
い。

【００５８】また、図１３の例の偏光板による干渉性低
減部材ＣＣＭよりもウエハ側に１／４波長板（λ／４
板）を設けて、上記２つの直交する直線偏光を、互いに
逆回転の円偏光に変えてしまってもよい。この場合に
も、互いに逆回転の円偏光は干渉し合わないので、偏光
板と１／４波長板とを組み合わせた干渉性低減部材とし
て用いることができる。このとき、１／４波長板の軸方
向（屈折率の高い方向）は、上記の直交する２偏光の両
者の偏光方向に対して４５゜ずれた方向としておく。

【００５９】以上の偏光板を用いる実施例では、投影光
学系ＰＬ中の干渉性低減部材ＣＣＭ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
うち半分の光量は干渉性低減部材ＣＣＭ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。

【００６０】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図１４、図１５、図１６、図１
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ので、先ずそのことから説明す
る。図１４は照明光学系中に設ける偏光制御部材６（図
８参照）の幾つかの実施例を示したものである。図１４
（Ａ）は偏光制御部材６として偏光板６Ａを用いる例で
あり、ランダム偏光である水銀ランプ１からの入射光は
特定の直線偏光となって射出される。図１４（Ｂ）は偏
光制御部材６として偏光板６Ａと１／４波長板６Ｂとを
組み合わせた例を示す。このときも、ランダム偏光であ
る入射光は、偏光板６Ａによって先ず直線偏光にされ、
次に１／４波長板６Ｂにより、右回り又は左回りの何れ
か一方の円偏光となって射出される。このときも１／４
波長板６Ｂの軸方向は偏光板６Ａからの直線偏光を円偏
光に変換する軸方向としておく。

【００６１】また、光源からの光束（入射光束）自体
が、直線偏光の場合、例えばレーザ光源を使用した場合
には、レチクルＲに達する照明光ＩＬＢは偏光制御部材
６を設けなくても直線偏光となっている。しかしなが
ら、後述する投影光学系内の偏光状態制御部材の構成に
よっては、図１４（Ｃ）に示す如く、１／４波長板６Ｂ
のみを偏光制御部材６として設けて、円偏光にしておく
とよい。この場合の１／４波長板６Ｂの軸方向も上述し
た通りに設定される。

【００６２】さて、図１４に示した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中の干渉性低減部材ＣＣＭに達する
結像光束も特性の直線偏光、又は円偏光に揃った状態と
なっている。そこで照明光ＩＬＢが、例えば図１４
（Ａ）のように直線偏光に揃っている場合に好適な干渉
性低減部材ＣＣＭの構造を第５の実施例として図１５に
示す。図１５（Ａ）は干渉性低減部材ＣＣＭとして１／
２波長板を使用する例である。図１５（Ａ）は干渉性低
減部材ＣＣＭに入射する直前の光（照明光ＩＬＢ）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１５（Ｂ）は干
渉性低減部材ＣＣＭの平面構造を示し、半径ｒ₁ 〜ｒ₂
の輪帯状透過部ＦＢは１／２波長板（λ／２板）で構成
され、中心透過部ＦＡ、周辺の輪帯状透過部ＦＣは中間
の透過部ＦＢ（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。

【００６３】この図１５の干渉性低減部材ＣＣＭを通過
した直後の光の偏光状態は、図１５（Ｃ）に示すよう
に、中間の輪帯状透過部ＦＢの部分の偏光状態が左右方
向の直線偏光に変換され、中心透過部ＦＡ及び周辺の輪
帯状透過部ＦＣ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実施例と同様に結像光束を互いに干
渉し合わない偏光状態に分けることができる。ここで、
透過部ＦＢ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ＩＬＢの偏光方向とを最適化するように、干
渉性低減部材ＣＣＭ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。

【００６４】あるいは干渉性低減部材ＣＣＭとして、半
径ｒ₁ 〜ｒ₂ の輪帯状透過部ＦＢと中心の円形透過部Ｆ
Ａ、周辺の輪帯状透過部ＦＣとを共に１／４波長板（ほ
ぼ同一の厚さ）で構成してもよい。この場合も入射する
光束は図１５（Ａ）のように全て直線偏光なので、各透
過部ＦＡ、ＦＢの１／４波長板の軸方向を入射光束の偏
光状態に対して互いに逆方向の円偏光となるように最適
化することにより、輪帯状透過部ＦＢを通過した光束は
右回りの円偏光に、中心の円形透過部ＦＡ及び周辺の輪
帯状透過部ＦＣを通過した光束は左回りの円偏光に変換
でき、互いに偏光状態の異なる（干渉し合わない）光束
を得ることができる。この場合も、上述の実施例と同様
に干渉性低減部材ＣＣＭとしての１／４波長板の軸方向
に合わせて、照明光ＩＬＢの偏光方向を偏光制御部材６
により調整できるようにしておくとよい。なお、図１５
（Ｂ）に示した中間の輪帯状透過部ＦＢとしての１／２
波長板は、水晶等の旋光物質に代えてもよく、その場合
でも全く同様に直線偏光の方向を変換することができ
る。

【００６５】また、上記の１／２波長板又は１／４波長
板を用いる実施例に対しては、照明光は直線偏光ではな
くて、図１４（Ｂ）、（Ｃ）のような円偏光を用いるこ
ともできる。即ち、円偏光は図１５（Ｂ）の如き干渉性
低減部材によって輪帯透過部ＦＢの透過光は逆回りの円
偏光に変換され、他の透過部ＦＡ、ＦＣの透過光は元の
円偏光のままである。

【００６６】あるいは透過部ＦＡ、ＦＣと透過部ＦＢと
を軸方向の異なる１／４波長板とする例でも、入射する
円偏光は夫々直交する直線偏光に変換され、やはり互い
に干渉し合わない２つの光束に分割される。また、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。

【００６７】以上のように図１４に示した偏光制御部材
６と図１５に示した干渉性低減部材ＣＣＭとを用いる
と、先に述べたような偏光板を用いた干渉性低減部材Ｃ
ＣＭでの露光エネルギーの吸収の問題がなくなり、投影
光学系ＰＬ内での熱蓄積が抑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Ｉ
ＬＢ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、図１６を参照して説明す
る。図１６の系は図１４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１６（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。即ち、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（図１６（Ａ）の紙面に垂直な方向の偏光）成分は間
隔ｄ₁ だけ離れたミラー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、６Ｆ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△Ｌｃが２ｄ₁ より短かけれ
ば、合成後のＰ編成成分と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。

【００６８】これら２つの偏光成分を持った照明光が使
われ、干渉性低減部材ＣＣＭとして図１５（Ｂ）のもの
が使われると、図１７（Ａ）に示す通り、干渉性低減部
材ＣＣＭに入射するＰ偏光成分（例えば白抜きの矢印方
向）とＳ偏光成分（例えば黒塗りの矢印方向）とは、そ
れぞれ図１７（Ｃ）のように干渉性低減部材ＣＣＭ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。
即ち、中間の輪帯状透過部ＦＢ（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共に、透過部ＦＡ、Ｆ
Ｃと透過部ＦＢと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。
即ち、透過部ＦＢを通過したＳ偏光成分はＰ偏光成分に
変換され、透過部ＦＡ、ＦＣ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。仮に、図１６（Ａ）の
ような構成の偏光制御部材からの照明光を用いないと、
図１７中のＰ偏光とＳ偏光とは時間的にはコヒーレント
のままであるため、干渉性低減部材ＣＣＭ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１６（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取
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。

【００６９】なお、レーザ光源として直線偏光を使用す
る場合は、あえて図１６（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。但
し、直線偏光のレーザ光源に対して図１６（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（照度むら）
を低減することができるという効果がある。この場合、
図１６（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ー６
Ｃに対して図１６（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Ｌ
ＰＬとするとよい。

【００７０】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１６（Ｂ）のような簡
単な部材を図８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（図１６（Ｂ）の紙面に垂直な方向）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
光成分との間には平行平板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。例えば水銀ラ
ンプからのｉ線の場合、前述の如くコヒーレント長△Ｌ
ｃ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。

【００７１】また、別の実施例として図１６（Ａ）、又
は（Ｂ）の系の射出側に１／４波長板を設けて、２つの
直線偏光を互いに逆方向の円偏光に変換してもよい。こ
のとき、図１７（Ｂ）の干渉性低減部材ＣＣＭを透過し
た後の光束は、同様に４つの互いに干渉し合わない光束
に分割される。そして、それらは違いに時間的に干渉し
合わないか、逆回りの円偏光であるために干渉し合わな
いかの何れかになっている。

【００７２】なお、以上の１／２波長板、又は１／４波
長板を用いる干渉性低減部材の実施例中での説明を省略
したが、ここでも当然に中心透過部ＦＡと周辺透過部Ｆ
Ｃとの透過光の間に（２ｍ＋１）π［ｒａｄ］の位相差
を与える位相シフターを設ける。また、以上の何れの実
施例でも位相シフターは中心透過部ＦＡに設けるとした
が、位相差は相対的なものなので、位相シフターを周辺
透過部ＦＣに設けても全く同様の効果が得られる。

【００７３】また、１／２波長板、１／４波長板を用い
る実施例については、図１５、図１７の構成のように輪
帯状透過部ＦＢのみに、あるいは透過部ＦＡ、ＦＣにも
１／２波長板ないし１／４波長板を基板となる透明板に
貼り付ける構成としてもよい。また、以上の全ての実施
例において中心の円形透過部ＦＡの外半径及び中間部の
輪帯状透過部ＦＢの内半径をｒ₁ 、中間部の輪帯状透過
部ＦＢの外半径及び周辺部の輪帯状透過部ＦＣの内半径
をｒ₂ としたが、このとき、半径ｒ₁ 及びｒ₂の値は、
投影光学系の開口数（N.A.）に相当する瞳面の半径ｒ₃
に対して所定の係数α及びβを用いて次のように設定す
る。

【００７４】ｒ₁ ＝α×ｒ₃ ，ｒ₂ ＝β×ｒ₃ （９） この場合、係数βは係数αを用いて次のように表され
る。 β＝０．８５・α＋０．５８ （１０） また、係数αの値はほぼ次の範囲内に設定される。 ０．２≦α≦０．４ （１１） この理由については後述する。また、半径ｒ₃ は投影光
学系の実効的な最大開口数（ＮＡｗ）に相当する値とな
る。

【００７５】ところで、図８に示したウエハステージＷ
ＳＴの駆動ユニット２２のうち、ウエハＷを光軸方向に
微動させる制御の中に、従来のＦＬＥＸ法の機能を持た
せてもよい。ＦＬＥＸ法の併用により本発明による焦点
深度の増大効果を更に増大させることができる。更に本
発明は投影型露光装置であればどのタイプのものにも適
用できる。例えば投影レンズを用いたステッパータイプ
のものでもよく、あるいは反射屈折光学系を用いたステ
ップアンドスキャン型のものであっても、１：１のミラ
ープロジェクションタイプのものであってもよい。特に
スキャンタイプ（ステップアンドスキャン）やミラープ
ロジェクション方式では、レチクルやウエハを投影光学
系の光軸と垂直な面内で走査移動させながら露光するた
め、従来のＦＬＥＸ法の適用が難しいとされていたが、
本発明はそのような走査型の露光方式の装置に極めて簡
単に適用できるといった利点がある。

【００７６】そこで等倍のミラープロジェクション方式
のアライナーに本発明を適用した場合につき図１８、図
１９を参照して説明する。図１８において、水銀ランプ
（Ｘｅ−Ｈｇ）ランプ１からの照明光は照明光学系ＩＬ
Ｓを介してレチクル（マスク）Ｒ上で円弧スリット状の
照明領域内に投射される。レチクルＲは１次元走査可能
なレチクルステージＲＳＴに保持され、ウエハステージ
ＷＳＴと同期して同一速度で移動する。投影光学系はレ
チクル側とウエハ側との夫々に反射面ＭＲ₁ 、ＭＲ₄ を
有する台形状の光学ブロックと、大きな凹面ミラーＭＲ
₂ と小さな凸面ミラーＭＲ₃ とで構成され、凸面ミラー
ＭＲ₃ の曲率半径に対して凹面ミラーＭＲ₂ の曲率半径
は約２倍に設定されている。この図１８のような系の場
合、凸面ミラーＭＲ₃ の表面がレチクルパターン面（又
はウエハ面）に対するフーリエ変換面ＦＴＰに一致して
いることが多い。

【００７７】このとき、レチクルＲ上の点Ｐｒから発生
した結像光束は主光線ＬＬＰに沿って、反射面ＭＲ₁ 、
凹面ミラーＭＲ₂ の上側、凸面ミラーＭＲ₃ の全面、凹
面ミラーＭＲ₂ の下側、及び反射面ＭＲ₄ の順に進み、
ウエハＷ上の点Ｐｒ’に収斂する。このように凹面ミラ
ーＭＲ₃ の表面が系の瞳面となっているときでも、今ま
で述べてきた各実施例で使用した干渉性低減部材ＣＣＭ
がそのまま、あるいは若干の変形によって同様に用いる
ことができる。

【００７８】具体的には図１９（Ａ）に示すように干渉
性低減部材ＣＣＭを凸面ミラーＭＲ ₃ の直近に配置し、
凹面ミラーＭＲ₂ から凸面ミラーＭＲ₃ へ入射してくる
ときと、凸面ミラーＭＲ₃ から凹面ミラーＭＲ₂ へ射出
していくときとの２回（往復）の光路で、中心の円形透
過部ＦＡ及び周辺透過部ＦＣを通った光束と中間の輪帯
透過部ＦＢを通った光束とがコヒーレント長△Ｌｃ以上
の光路長差を持つように構成すればよい。

【００７９】あるいは図１９（Ｂ）に示すように、フー
リエ変換面となってる凸面ミラーＭＲ₃'の表面に所定の
半径（面積）で微小な段差を設け、その段差の上面部と
下面部とが反射光束に対してコヒーレント長△Ｌｃ以上
の光路長差（段差量の２倍）を与えるようにしてもよ
い。この場合、その段差はミラーＭＲ₃'と一体に形成さ
れることもあるが、何れにしろその段差部分が干渉性低
減部材ＣＣＭに相当する。なお、図１９（Ｂ）に示した
凸面ミラーＭＲ₃'の表面に形成する段差部は、透過物体
（薄膜）としてもよい。その場合、凸面ミラーＭＲ₃'の
表面とその透過物体（透過部ＦＡに相当）の表面との段
差、即ち透過物体の厚さｄは、屈折率ｎの透過物体中を
光束が往復することにより生じる光路長差２（ｎ−１）
ｄがコヒーレント長△Ｌｃより大きくなるように定めら
れる。

【００８０】また、透過部ＦＡ、ＦＢ、ＦＣの何れかに
１／２波長板や１／４波長板を組み合わせて偏光状態を
制御する場合は、往復の光路で２倍の偏光作用を受ける
ことを考慮して１／２波長板は１／４波長板に、１／４
波長板は１／８波長板にそれぞれ変更する必要がある。
またエキシマレーザを光源とする投影露光装置では、投
影光学系の瞳面に、フライアイレンズ等の射出側に形成
される２次光源面（多数の点光源）が再結像されるた
め、その瞳面に光学素子（レンズ、反射面、開口絞り、
干渉性低減部材ＣＣＭ等）を配置すると、長期間の使用
によってその光学素子が収斂した光源像のために劣化す
る可能性がある。そのため干渉性低減部材ＣＣＭ等を瞳
面に厳密に配置するのではなく、むしろ若干ずらして配
置した方が好ましい。

【００８１】また、以上の各実施例において、干渉性低
減部材ＣＣＭを透過部材として使用する場合には、その
界面（表面）に反射防止コートを施しておくとよい。以
上、本発明の各実施例のうち、光束（照明光ＩＬＢ）の
時間的なコヒーレント長△Ｌｃ以上の光路差を与える方
式の干渉性低減部材ＣＣＭによって分割された結像光束
間の光路長差は、従来のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法で与え
られる光路長差（波長の１／２〜数波長分）と比べて格
段に大きなものとなる。更にＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法で
は、投影光学系の瞳面に配置されたフィルター（複素振
幅透過率）を通った結像光束の全てがウエハＷ上で干渉
（振幅合成）することに変わりはなく、本発明とＳｕｐ
ｅｒ−ＦＬＥＸ法とは原理的に全く異なるものである。
その原理的な違いによって、本発明においてはＳｕｐｅ
ｒ−ＦＬＥＸ法で得られなかった新たな効果が得られ
る。このことについては以下で述べるシミュレーション
を参考にして説明する。

【００８２】なお、本発明で用いる干渉性低減部材ＣＣ
Ｍは、瞳面を通る結像光束（コンタクトホールパターン
の場合、ほぼ一様に分布する）を瞳の径方向で複数部分
に分割し、各部分光束間の可干渉性を低減させる目的の
ためにのみに作用する。従って各実施例で用いた干渉性
低減部材ＣＣＭには、各部分光束によって互いに独立に
結像した複数の像（Ｐｒ'₁、Ｐｒ'₂等）の夫々のベスト
フォーカス位置（焦点位置）を、投影光学系の光軸ＡＸ
方向に相互にずらす効果、すなわち或る種の球面収差を
与える効果は全くない。

【００８３】次に本発明の各実施例によって得られる作
用、効果について、シミュレーション結果をもとに説明
する。図２０（Ａ）は以下のシミュレーションに用いた
１辺がウエハ上で０．３μｍに相当する正方形のコンタ
クトホールパターンＰＡであり、以下のシミュレーショ
ンでは図２０（Ａ）中のＡＡ’線に沿う断面のウエハ上
での像強度分布を扱うものとする。図２０（Ｂ）は先の
図３等に示した干渉性低減部材ＣＣＭを示すもので、中
心の円形透過部ＦＡの半径ｒ₁ と中間の輪帯状透過部Ｆ
Ｂの外半径ｒ₂ と、投影光学系の開口数ＮＡｗに相当す
る瞳面の半径ｒ ₃ とは、前述の（９）式〜（１１）式の
如く、ｒ₁ ＝αｒ₃ 、ｒ₂ ＝βｒ₃ 、β＝０．８５・α
＋０．５８（０．２≦α≦０．４）、の関係を満たすも
のとした。なお、以下のシミュレーションは全て、ＮＡ
ｗ＝０．５７、露光用照明光はｉ線（波長λは０．３６
５μｍ）という条件のもとで行った。また、照明光束の
コヒーレンスファクターであるσ値は０．６とした。

【００８４】さて、図２０（Ｃ）は、α＝０．３、β＝
０．８３５の条件下でのパターンＰＡのウエハ上での像
強度分布を示し、実線の曲線はベストフォーカス位置で
の強度分布、一点鎖線の曲線は１μｍのデフォーカス位
置での強度分布（ほとんど実線と重なっている）、２点
鎖線の曲線は２μｍのデフォーカス位置での強度分布で
ある。また、図２０（Ｃ）中のＥｔｈはウエハ上のポジ
型フォトレジストを完全に除去（感光）させるに必要な
強度（露光量）を示し、Ｅｃはポジ型フォトレジストが
溶解（膜減り）し始める強度（露光量）を示す。各強度
分布の縦方向の倍率（露光量）はベストフォーカス状態
でのコンタクトホールパターン像の径（Ｅｔｈを横切る
スライス部の幅）が０．３μｍとなるように設定した。
比較のため、図２１に通常の露光装置（干渉性低減部材
ＣＣＭを取り除いたもの）によるベストフォーカス位置
での強度分布（実線の曲線）、１μｍのデフォーカス位
置での強度分布（一点鎖線の曲線）、及び２μｍのデフ
ォーカス位置での強度分布（２点鎖線の曲線）を示す。
このときのシミュレーション条件も同様に、ＮＡｗ＝
０．５７、波長λ＝０．３６５μｍ、σ＝０．６であ
る。図２１と先の図２０（Ｃ）とを比較すると、本発明
によるＳＦＩＮＣＳ法ではデフォーカス時の像強度の変
化（コントラスト低下）が減少し、焦点深度が増大する
ことが分かる。

【００８５】一方、図２２は、通常の投影露光装置にＦ
ＬＥＸ法を組合わせたときの像強度分布の変化を表した
ものである。ＦＬＥＸ法の露光条件はベストフォーカス
位置と、±１．２５μｍだけデフォーカスした位置との
夫々で各１回の計３回の分割露光を行うものとした。こ
の図２２のシミュレーション結果と図２０（Ｃ）のシミ
ュレーション結果とを比較すると、本発明での焦点深度
の増大効果はＦＬＥＸ法と同程度に得られることが分か
る。

【００８６】次に、本実施例による別の条件下でのシミ
ュレーション結果を図２３及び２４に示す。図２３に示
したシミュレーション結果は、α＝０．２０、β＝０．
７５の条件であり、図２４は、α＝０．４０、β＝０．
９２の条件のものである。他の条件は、図２０（Ｃ）に
示した場合と同様である。これらの条件であっても、前
述の条件の場合と同様に十分な焦点深度を持ったコンタ
クトホールパターンの像を得ることができる。

【００８７】また、以上の３通りの条件以外にも、（１
０）式、及び（１１）式を満たす係数α及びβを用い
て、ｒ₁ ＝α・ｒ₃ 、ｒ₂ ＝β・ｒ₃ の関係で定まる半
径ｒ₁、ｒ₂ について、何通りものシミュレーションを
行ったが、半径ｒ₁ 、ｒ₂ が上記の関係式を満たす限
り、何れも良好な焦点深度を得ることができた。なお、
上記の（１０）式、即ち（β＝０．８５・α＋０．５
８）の関係式は、必ずしも厳密に成立しなければならな
いわけではなく、係数βの値がその関係式で定まる値に
対して±５％程度以内の範囲であれば、本発明の効果を
十分に発揮することができる。しかし、係数α及びβの
値が上記の（１０）式から大きく外れると、本発明の効
果は薄らぐ。

【００８８】因に、図２５、及び図２６は、上記の（１
０）式を満たさない条件でのシミュレーション結果を示
し、図２５はα＝０．３、β＝０．７５（β＜０．８５
・α＋０．５８）の条件での結果であり、図２６はα＝
０．３、β＝０．９２（β＞０．８５・α＋０．５８）
の条件での結果である。図２５の場合、瞳フィルターに
よる二重焦点効果（透過部ＦＡ、ＦＣ間のコヒーレント
加算の効果）が強過ぎ、ベストフォーカス状態（実線の
曲線）よりも、±１μｍデフォーカス状態（１点鎖線の
曲線）の方が、像のピーク強度が強く、且つレベルＥｔ
ｈでのスライス幅も広くなってしまう。従って±１μｍ
デフォーカス時には、転写されるコンタクトホールパタ
ーンの大きさが、設計値（０．３μｍ）よりも大きくな
り過ぎてしまい、所望のパターンが得られないことにな
る。

【００８９】一方、図２６の場合は、ベストフォーカス
状態（実線の曲線）に比べ、±１μｍデフォーカス状態
（一点鎖線の曲線）での像の劣化が大きく、焦点深度の
増大が十分でないことが分かる。また、図２７、及び図
２８は、上記の（１０）式の関係を満たすが、それぞれ
α＝０．１、及びα＝０．９４の場合のシミュレーショ
ン結果であり、何れも（１１）式の関係、即ち（０．２
≦α≦０．４）を満たさない場合である。このような場
合にも、やはりベストフォーカス状態（実線の曲線）に
比べて、±１μｍデフォーカス状態（一点鎖線の曲線）
の像の劣化が大きく、十分な焦点深度は、得られないこ
とが分かる。

【００９０】図２９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、瞳フィルターの条件は、瞳の半径ｒ₃ に対して、ｒ
₄ ＝０．３８×ｒ₃ で定まる半径ｒ₄ 以内の円形領域の
透過光の位相を、その円形以外の領域の透過光の位相に
対してπ［ｒａｄ］ずらす位相型フィルターとした。透
過率は、半径ｒ₁ 以内の領域及び半径ｒ₁ 以外の領域共
に１００％である。上記の半径ｒ₄ の値は各種シミュレ
ーションに基づいてＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ型フィルター
として最適化したものなので、本実施例による投影像と
同程度に良好な焦点深度を得ることができる。しかし、
図２９から分かるように、コンタクトホールパターンの
像が周囲に強いサブピーク（リンギング）を有するとい
う問題がある。但し、そのシミュレーションで用いたよ
うな孤立したコンタクトホールパターンでは、そのリン
ギングは特に問題とならない。しかしながら、或る程度
近接して２つのコンタクトホールパターンが存在する場
合には、両コンタクトホールパターンの像のリンギング
が重なり合い、リンギングによる露光量が膜減りするレ
ベルＥｃを越えて、フォトレジストに不要な膜減りを生
じさせてしまう。

【００９１】図３０は、そのようなパターンの一例を示
し、それぞれ０．３０μｍ角の２個のコンタクトホール
パターンが、中心間距離１．０５μｍで近接して配列さ
れている。この場合の寸法もウエハ上での値に換算した
ものである。図３１は、図２９の場合と同じＳｕｐｅｒ
−ＦＬＥＸ型の瞳フィルターを用いた場合の図３０のパ
ターンの投影像のシミュレーション結果であり、図３０
中のＡＡ’線に沿う断面での像強度分布（ベストフォー
カス状態）を表す。図３１から分かるように、Ｓｕｐｅ
ｒ−ＦＬＥＸ型の瞳フィルターによるリンギングが両コ
ンタクトホールパターンの像の中間で重なり合い、リン
ギングの強度はレベルＥｃを越えてしまっている。従っ
て、フォトレジスト上への転写像にも不要な部分に不要
な膜減りが生じることとなり、ＬＳＩ等の配線中にショ
ートを生じさせてしまう等の虞がある。従って、実際に
Ｓｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ型の瞳フィルターを使用するため
には、隣接した複数の孤立的なパターンに対する何等か
の対策が必要である。

【００９２】一方、図３２は、図２０の場合と同一の本
実施例による瞳フィルターを用いた場合に、図３０の２
個並びのコンタクトホールパターンの投影像をシミュレ
ーションしたものであり、図３０中のＡＡ’線に沿う断
面での像強度分布（ベストフォーカス状態）を表す。図
３２から分かるように、本実施例の瞳フィルターでは従
来のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ型の瞳フィルターとは異な
り、本来の像の周囲のリンギングが小さいため、両コン
タクトホールパターン像の間の像強度も十分に暗く、不
要な誤転写が生じる虞は全くない。

【００９３】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、あるいは干渉性低減部材ＣＣＭ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図８のウエ
ハステージＷＳＴ上に設けてもよい。また、ライン・ア
ンド・スペースパターンを持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。なお、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を用いると共に、Ｓ
ＨＲＩＮＣ法又は輪帯照明光源等の変形照明系を併用す
るようにしてもよい。その場合、露光すべきレチクルを
コンタクトホールパターン用からライン・アンド・スペ
ースパターン用に交換するときは、干渉性低減部材ＣＣ
Ｍのみを退出させればよい。

【００９４】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又は
遮光部で構成したが、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又は遮光部は矩形
を含む多角形に、輪帯状の透過部又は遮光部はその多角
形を環状に取り囲む形状に、それぞれ変形してもよい。

【００９５】更に、以上の各実施例において中心の円形
透過部ＦＡ、中間の輪帯状透過部ＦＢ、及び周辺の輪帯
状透過部ＦＣの各境界はそれぞれ半径ｒ₁ 及びｒ₂ の位
置で一致しているものとしたが、例えば干渉性低減部材
の製造上の都合等により各領域の境界に遮光部（輪帯
状）を設けても良い。この場合には、図４、図５中に示
したデフォーカスによる波面収差が遮光部により更に減
少するので、本発明による焦点深度の増大効果を更に増
すことができる。なお、この場合、半径ｒ₁ 、ｒ ₂ は夫
々の遮光部（輪帯状）の中間として考えると良い。ま
た、中心透過部ＦＡ中の光軸近傍部を遮光することによ
り、上記と同様に焦点深度の増大効果を更に増すことも
可能である。

【００９６】また、本発明に、更にＦＬＥＸ法を併用し
て、更に焦点深度を拡大することも可能である。このよ
うに本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、コンタクトホールパタ
ーン等の孤立的なパターンの投影露光時の焦点深度を、
ＦＬＥＸ法、あるいはＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法と同程度
に拡大させることができると共に、ＦＬＥＸ法のように
感光性の基板を光軸方向に移動、又は振動させることな
く、且つＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ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
ないといった利点がある。

【００９８】特に本発明では、投影光学系の瞳面（フー
リエ変換面）又はこの近傍の面を所定の条件を満たす３
個の領域に分割し、干渉性低減部材によりそれら３個の
領域を通過する照明光の間の可干渉性を所定の状態に設
定しているため、空間的フィルタリングに伴って発生し
易いリンギング自体が十分に小さく抑えられる。従っ
て、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。

【００９９】また、照明手段が輪帯照明系、又は変形光
源系である場合には、更に焦点深度の拡大効果が大きく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常の投影露光方法の説明に供する図である。

【図２】本発明による投影露光装置の原理的な説明に供
する光路図である。

【図３】本発明による投影露光装置に使用する干渉性低
減部材の原理的な構成の説明に供する図である。

【図４】図３の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理の説明に供する図である。

【図５】図３の干渉性低減部材による焦点深度増大の原
理の説明に供する図である。

【図６】従来の投影露光法における焦点深度の考え方の
説明に供する図である。

【図７】従来の二重焦点フィルターにおける焦点深度の
考え方の説明に供する図である。

【図８】本発明による投影露光装置の実施例の全体を示
す構成図である。

【図９】図８の投影光学系ＰＬの一部の構造を詳細に示
す断面図である。

【図１０】本発明の第１実施例の干渉性低減部材ＣＣＭ
の構成を示す図である。

【図１１】本発明の第２実施例の干渉性低減部材ＣＣＭ
の構成を示す断面図である。

【図１２】本発明の第３実施例の干渉性低減部材ＣＣＭ
の構成を示す図である。

【図１３】本発明の第４実施例の干渉性低減部材ＣＣＭ
の構成及び作用の説明に供する図である。

【図１４】本発明の実施例に適用される照明光学系の一
部の部材の変形例を示す図である。

【図１５】本発明の第５実施例の干渉性低減部材ＣＣＭ
の構成及びその作用の説明に供する図である。

【図１６】偏光方向を制御した照明光学系内の一部の部
材の構成例を示す図である。

【図１７】図１５の第５実施例による干渉性低減部材Ｃ
ＣＭと図１６の照明光学系とを組み合わせたときの状態
の説明に供する図である。

【図１８】本発明の各実施例が適用されるミラープロジ
ェクション方式のアライナーを示す構成図である。

【図１９】図１８のアライナーに、本発明の各実施例の
干渉性低減部材ＣＣＭを適用した場合の要部を示す図で
ある。

【図２０】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．３、β＝０．８３５）で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。

【図２１】単一のコンタクトホールパターンを従来の通
常の露光法により投影して得られる光学像の強度分布の
シミュレーション結果を示す図である。

【図２２】単一のコンタクトホールパターンを従来のＦ
ＬＥＸ法により投影して得られる光学像の強度分布のシ
ミュレーション結果を示す図である。

【図２３】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．２０、β＝０．７５）で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。

【図２４】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．４０、β＝０．７５）で投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。

【図２５】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．３、β＝０．７５）で投影
して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結果
を示す図である。

【図２６】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．３、β＝０．９２）で投影
して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結果
を示す図である。

【図２７】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．１、β＝０．８５・α＋
０．５８）で投影して得られる光学像の強度分布のシミ
ュレーション結果を示す図である。

【図２８】単一のコンタクトホールパターンを本実施例
のＳＦＩＮＣＳ法（α＝０．４９４、β＝０．８５・α
＋０．５８）で投影して得られる光学像の強度分布のシ
ミュレーション結果を示す図である。

【図２９】単一のコンタクトホールパターンを従来のＳ
ｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法（ｒ₄ ＝０．３８・ｒ₃)により投
影して得られる光学像の強度分布のシミュレーション結
果を示す図である。

【図３０】近接して配列された２個のコンタクトホール
パターンを示す拡大図である。

【図３１】２個の近接したコンタクトホールパターン
を、図２９の場合と同じ従来のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法
により投影して得られる光学像の強度分布のシミュレー
ション結果を示す図である。

【図３２】２個の近接したコンタクトホールパターン
を、図２０の場合と同じ本実施例のＳＦＩＮＣＳ法によ
り投影して得られる光学像の強度分布のシミュレーショ
ン結果を示す図である。

【符号の説明】 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ ＰＬ 投影光学系 ＦＴＰ フーリエ変換面（瞳面） ＡＸ 光軸 ＰＡ コンタクトホールパターン ＣＣＭ 干渉性低減部材 ＦＡ 円形の透過部 ＦＢ，ＦＣ 輪帯状の透過部 ＩＬＢ 照明光 １ 水銀ランプ ５ 干渉フィルター ６ 偏光制御部材 ７ フライアイレンズ ８ 可変絞り １１ レチクルブラインド ２０ スライダー機構 ２５ 主制御ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写用のパターンが形成されたマスクを
   露光用の照明光で照明する照明手段と、前記照明光のも
   とで前記マスクのパターンの像を感光性の基板上に結像
   投影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、 前記投影光学系内の前記マスクのパターン形成面に対す
   る光学的フーリエ変換面又はその近傍の結像光の通過面
   上の、前記投影光学系の光軸を中心とする前記投影光学
   系の開口数に相当する半径ｒ₃ の領域を、前記光軸を中
   心として半径ｒ ₁ の第１の領域と、前記光軸を中心とし
   て半径がｒ₁ からｒ₂ までの輪帯状の第２の領域と、前
   記光軸を中心として半径がｒ₂ からｒ₃ までの輪帯状の
   第３の領域とに分割し（但し、ｒ₁ ＜ｒ₂ ＜ｒ₃)、 前記第１の領域及び前記第３の領域に分布する結像光と
   前記第２の領域に分布する結像光との間の可干渉性を低
   減すると共に、前記第１の領域に分布する結像光と前記
   第３の領域に分布する結像光との間に（２ｍ＋１）πの
   位相差（ｍは整数）を与える干渉性低減部材を設け、 前記半径ｒ₁ 及びｒ₂ を、前記半径ｒ₃ 及び所定の係数
   α及びβを用いてそれぞれ ｒ₁ ＝α・ｒ₃ 、ｒ₂ ＝β・ｒ₃ と表した場合、前記係数α及びβについて β＝０．８５・α＋０．５８ 且つ ０．２≦α≦０．
   ４の関係が成立することを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記干渉性低減部材として、前記第１の
   領域及び前記第３の領域に分布する結像光と前記第２の
   領域に分布する結像光との間に、前記照明光の波長域に
   応じて定まる可干渉距離以上の光路差を与える時間的コ
   ヒーレンシィ低減部材を用いることを特徴とする請求項
   １記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記干渉性低減部材として、前記第１の
   領域及び前記第３の領域に分布する結像光の偏光状態と
   前記第２の領域に分布する結像光の偏光状態とを互いに
   干渉しない状態とする偏光制御部材を用いることを特徴
   とする請求項１記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記照明手段は、輪帯照明系、又は変形
   光源系であることを特徴とする請求項１、２、又は３記
   載の投影露光装置。