JPH08148411A

JPH08148411A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH08148411A
Application number: JP6288496A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Kawai; 秀実川井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】フィルタ挿脱機構を用いずに、露光パターン
に応じた最適な投影光学系を構築する。【構成】投影光学系ＰＬのフーリエ変換面又はその近
傍面に、凸状断面の空隙を有する光学部材（ＰＦ₁、Ｐ
Ｆ₂）を設置し、その空隙中に露光するレチクルのパタ
ーンに応じた屈折率を有する流体を充填することによ
り、光学フィルタを機構的に挿脱することなく、その光
学部材を、露光パターンに応じて、平行平板ガラス材と
して、あるいは位相差型又は干渉性低減型瞳フィルタと
して機能させることができる。

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
ディスプレイ用基板等の微細パターンの形成に用いる投
影露光装置に係り、特に露光するパターンに応じて光学
系を最適化することが可能な投影露光装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影露光装置に実装される投影
光学系は、高度な光学設計、硝材の厳選、硝材の精密加
工、及び精密な組立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３
６５ｎｍ）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
ーが主流となっている。

【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：Ｄｅ
ｐｔｈＯｆＦｏｃｕｓ）とが重要なファクタとなっ
ている。そして、ｉ線用の投影光学系に関しては、現
在、像側の開口数ＮＡを０．６程度に調整したものが実
用化されている。

【０００４】ところで、投影光学系の開口数ＮＡと焦点
深度ＤＯＦとの間には、照明光の波長をλとすると、Ｄ
ＯＦ＝±λ／（２×ＮＡ²）の関係が成立することが知
られている。そして、使用する照明光の波長λが同じで
ある場合に、投影光学系の解像力を高めるためには、投
影光学系の感光基板側（像側）の開口数ＮＡｗ（あるい
はマスク側の開口数ＮＡｒ）を大きく、換言すれば、投
影光学系の瞳の径、さらにレンズ径又はミラー径の有効
径を大きくする必要がある。しかしながら、如上のよう
に、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ず、実用
上の大きな障害となっていた。

【０００５】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）となってしまい、感
光基板としてのウェハＷ上の１回のショット領域（２０
ｍｍ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お
それがあった。

【０００６】かかる問題に対して、位相シフト法（特公
昭６２−５０８１１号公報）や、ＳＨＲＩＮＣ法（特開
平４−１０１１４８号公報、特開平４−１８０６１２号
公報、特開平４−１８０６１３号公報等）などのいわゆ
る超解像技術が提案されている。しかし、これらの技術
は、比較的パターン密度の高い、かつ周期的なパター
ン、例えばラインアンドスペース用パターンに対して
は、解像度の向上及び焦点深度の増大に極めて有効であ
るが、コンタクトホール用パターンと称されるような離
散的かつ孤立的なパターンに対しては、実効性を得られ
ないものであった。

【０００７】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も、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、いわゆるＦＬＥＸ
（ＦｏｃｕｓＬａｔｉｔｕｄｅｅｎｈａｎｃｅｍｅ
ｎｔＥＸｐｏｓｕｒｅ）法が、例えば特開昭６３−４
２１２２号公報などで提案されている。しかしながら、
この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
のとならざるを得なかった。

【０００８】また、ＦＬＥＸ法のように露光動作中にウ
ェハＷを移動させることなく、コンタクトホール用パタ
ーンの投影時の焦点深度を拡大する試みとして、１９９
１年春季応用物理学会の予稿集２８ａ−ＺＣ−８、９に
おいて、Ｓｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法が提案されている。こ
のＳｕｐｅｒ−ＦＬＥＸ法は、投影光学系の瞳面（すな
わちレチクルに対するフーリエ変換面）に、光軸を中心
とする同心円的な振幅透過分布を有するフィルタを設
け、このフィルタの作用により、解像度及び焦点深度を
増大させるものである。

【０００９】なお、上記フィルタに形成される振幅透過
率分布は、瞳面の半径方向に連続的に変化することが望
ましいが、このようなフィルタの製造は困難であるた
め、実際には、特定の半径にて振幅透過率、すなわち位
相差が、負から正に段階的に変化する光学フィルタ（以
下、「位相差型瞳フィルタ」称する。）を製造し、かか
る位相差型瞳フィルタを、投影光学系のフーリエ変換面
に設置する試みがなされている。

【００１０】また、投影光学系ＰＬの瞳面に、結像光束
を互いに干渉しない複数の光束に交換するための光学フ
ィルタ（以下、「干渉性低減型瞳フィルタ」と称す
る。）を設置し、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拡大する方法、いわゆるＳ
ＦＩＮＣＳ法（ＳｐａｔｉａｌＦｉｌｔｅｒｆｏｒ
ＩＮＣｏｈｅｒｅｎｔＳｔｒｅａｍ）が、特開平６−
１２０１１０号公報、特開平６−１２４８７０号公報な
どにおいて提案されている。

【００１１】そして、上記のような光学特性を有する位
相型瞳フィルタ又は干渉性低減型瞳フィルタＦは、図８
に示すように、投影光学系ＰＬの瞳面の実効的な半径よ
りも若干大きな半径ｒ₁の円形透明平行基板の少なくと
も一方の表面の中心部に半径ｒ₂の円形透過領域ＦＡが
形成されるように、周辺の輪帯透過領域ＦＢを段差ｄ分
だけエッチングすることにより、凸形状断面を有する光
学フィルタとして構成され、投影光学系ＰＬの瞳面、す
なわちフーリエ変換面ＦＴＰ、又はその近傍に設置され
ていた。なお円形透過部ＦＡを規定する半径ｒ₂の値及
び段差ｄの値は、必要な位相差及び干渉性低減状態に応
じて、最適に決定される。

【００１２】ところで、以上のように投影光学系ＰＬの
瞳面に設置される光学フィルタＦは、いずれもコンタク
トホール用パターンのような、レチクルの遮光領域（ク
ロム蒸着等）中に微小透過開口パターンが離散的かつ孤
立的に存在するパターンに対しては有効に作用するが、
ラインアンドスペース用パターン（明暗の幅が約１：１
で周期的に並ぶ繰り返し、かつ近接パターン）に対して
は、逆に焦点深度を低下させたり、解像度を低下（偽解
像）させたりする場合がある。

【００１３】そこで、従来の投影露光装置では、上記の
ような光学フィルタＦを、図８に示す如く、投影光学系
ＰＬに隣接して設けられたフィルタ挿脱機構ＦＤによ
り、露光するパターンに応じて投影光学系ＰＬのフーリ
エ変換面ＦＴＰに挿脱することが可能なように構成して
いた。そして、例えばコンタクトホール用パターンの露
光を行う場合には、光学フィルタＦを投影光学系ＰＬに
挿着し、例えばラインアンドスペース用パターンの露光
を行う場合には、光学フィルタＦを投影光学系ＰＬから
脱着するように構成して、露光パターンの種類にかかわ
らず、常に高い解像度と焦点深度を得る試みがなされて
いた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き構成では、光学フィルタＦを脱着するための機構的
部分（すなわちフィルタ挿脱機構ＦＤ）を設ける必要が
あり、その設置スペース分だけ装置が大型化するという
問題があった。また、フィルタ挿脱機構ＦＤの駆動部が
埃塵の発生源となるため、発生した埃塵が瞳面に混入す
ることを防止するための対策を講じる必要であった。さ
らに、光学フィルタＦを投影光学系ＰＬの瞳面に挿着す
る際には、厳しい位置決め精度が要求されるため、制御
が難しく、安定した結像性能が得にくいという問題があ
った。

【００１５】本発明は、従来のフィルタ挿脱機構を備え
た露光装置が抱える如上の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、機構的部分を減じることにより、
省スペース化を図ると共に、埃塵の発生を抑えることが
可能であり、光学フィルタの機械的挿脱を不要にするこ
とにより、瞳フィルタの位置決め精度の問題をクリア
し、露光するパターンの種類にかかわらず安定した結像
性能を得ることが可能な新規かつ改良された投影露光装
置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ために、本発明に基づいて構成された投影露光装置、す
なわち、微細なパターン（例えばコンタクトホール用パ
ターンやラインアンドスペース用パターン）が形成され
たマスク（レチクルＲ）を露光用の照明光で照明する照
明手段（１〜１４）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光基板（例えばウェハ
Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、マスクと感光
基板との間の結像光路内の光学的なフーリエ変換面（Ｆ
ＴＰ）、又はその近傍面に配置され、投影光学系の光軸
（ＡＸ）を中心とする円形領域（ＦＡ）内に分布する結
像光とその外側の領域（ＦＢ）に分布する結像光との間
の干渉性を低減する、又は位相を異ならせる光学フィル
タ（ＰＦ）を備えた投影露光装置は、その光学フィルタ
を、円形領域が入射側または射出側に対して少なくとも
一方の側に凸に形成された空隙を備え、屈折率がｎ₁で
あるような透光性部材（ＰＦ₁、ＰＦ₂）から構成し、そ
の透光性部材及び空隙のそれぞれの入射面および射出面
を投影光学系の光軸を垂線とする平行平面として形成す
るとともに、その空隙に屈折率（ｎ₂）の異なる流体
（例えば液体又は気体）が交換して充填されるように構
成している。

【００１７】そして、例えばラインアンドスペース用パ
ターンのように瞳フィルタが不要な露光処理の場合に
は、透光性部材と屈折率が実質的に等しい流体（すなわ
ち、ｎ ₁＝ｎ₂）を充填することが好ましく、例えばコン
タクトホール用パターンのように瞳フィルタが必要な露
光処理の場合には、透光性部材と屈折率が異なる流体を
充填することが好ましい。

【００１８】さらに、透光性部材の空隙の凸部の段差ｄ
は、位相差型瞳フィルタを構成する場合には、２つの結
像光の間に与えるべき位相差をＰＣ、透光性部材の屈折
率をｎ₁、空隙に充填される１つの流体の屈折率をｎ₂、
照明光の波長をλとしたとき、ｄ＝λ・ＰＣ／｛２π（ｎ₁−ｎ₂）｝となるように設定される。

【００１９】あるいは、干渉性低減型瞳フィルタを構成
する場合には、透光性部材の空隙の凸部の段差ｄは、透
光性部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される流体の屈折
率をｎ₂、照明光のコヒーレント長をΔＬｃとしたと
き、

【００２０】

【数２】

【００２１】となるように設定される。

【００２２】

【作用】以上のように構成された投影露光装置は、透光
性部材に形成された空隙に対して、例えば露光するマス
クのパターンに応じて屈折率が異なる流体を出し入れす
るだけで、パターンの種類にかかわらず、常に高い焦点
深度及び解像度を有する最適な投影光学系を構築するこ
とが可能である。そして、従来装置のような機構的なフ
ィルタ挿脱機構を省略可能なので、構造の単純化及び装
置の省スペース化を図ることができるとともに、フィル
タ挿脱機構に起因する埃塵対策から解放される。また、
挿脱動作のたびに位置合わせを行う必要がないので、初
期設定調整のみにより安定した結像性能を得ることがで
きる。

【００２３】より具体的に言えば、例えばラインアンド
スペース用のパターンで露光を行う場合には、図４に示
すように、透光性部材に形成された空隙中に、その透光
性部材の屈折率と実質的に等しい屈折率を有する流体
（すなわち、ｎ₁＝ｎ₂）を充填することにより、透光性
部材を実質的に平板ガラスと同様に機能させることが可
能となり、高い解像度及び焦点深度を得ることが可能と
なる。これに対して、例えばコンタクトホール用のパタ
ーンで露光を行う場合には、図５に示すように、透光性
部材に形成された空隙中に、透光性部材の屈折率と異な
る屈折率を有する流体（すなわち、ｎ₁≠ｎ₂）を充填す
ることにより、該空隙部を位相差型瞳フィルタ又は干渉
性低減型瞳フィルタとして機能させることが可能とな
り、その焦点深度を拡大することが可能となる。

【００２４】なお透光性部材の空隙の凸部の段差ｄは、
２つの結像光の間に与えるべき位相差ＰＣに応じて、透
光性部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される１つの流体
の屈折率をｎ₂、照明光の波長をλとしたとき、ｄ＝λ・ＰＣ／｛２π（ｎ₁−ｎ₂）｝となるように設定することにより、解像度を高め、焦点
深度を拡大することが可能な位相差型瞳フィルタを構成
することができる。

【００２５】あるいは、透光性部材の空隙の凸部の段差
ｄは、透光性部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される流
体の屈折率をｎ₂、照明光のコヒーレント長をΔＬｃと
したとき、

【００２６】

【数３】

【００２７】となるように設定することにより、より簡
便な構成で解像度を高め、焦点深度を拡大することが可
能な干渉性低減型瞳フィルタを構成することができる。

【００２８】

【実施例】図１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１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シャッタ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（波長３６５ｎｍ）のみが抽出
される。干渉フィルタ５を射出した照明光（ｉ線）は、
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。なお、本発明による露光装置で使用する光
源は、水銀ランプ等の輝線ランプに限定されるものでは
なく、例えばレーザ光源等を用いることも可能である。

【００２９】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
のそれぞれの射出側には２次光源（水銀ランプ１の発光
点の像）が形成される。すなわち、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
が分布した面光源像が作られる。またフライアイレンズ
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。この可変絞り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、照明視野絞り（レチクルブラインド）１１
の開口部を均一な照度分布で照射する。なお集光レンズ
系１０によって、フライアイレンズ７の射出側（すなわ
ち２次光源像が形成される面）はレチクルブラインド１
１の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次光源像のそれぞれか
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。

【００３０】レチクルブラインド１１の開口を通過した
照明光はレンズ系１２、ミラー１３を解してコンデンサ
レズ１４に入射し、コンデンサレンズ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とコンデンサレンズ１４との合成
光学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の開口の像が、レチクルＲのパターン面内に形
成されたパターン形成領域を含むように結像される。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
側面とは、集光レンズ系１０、レンズ系１２、コンデン
サレンズ１４の合成光学系によってフーリエ変換の関係
にあるため、フライアイレンズ７の複数の２次光源像か
らのそれぞれの照明光はレチクルＲ上では光軸ＡＸに対
してわずかずつ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。

【００３１】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。このレチクルパターンとしては、クロム層に比較的
高い密度で、かつ周期的に光透過用開口部が形成された
ラインアンドスペース用パターンに加え、全面に蒸着さ
れたクロム層に対して離散的かつ孤立的に微小な光透過
用開口部が形成されたコンタクトホール用パターンが、
リソグラフィ工程に合わせて適宜選択され使用される。

【００３２】図１に示すように、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のパターンの光
学像（光強度分布）は、少なくともレチクル側がテレセ
ントリックに構成された投影光学系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。そして、投
影光学系ＰＬ内のフーリエ変換面ＦＴＰ又はその近傍面
には、流体供給機構２０及び流体排出機構２１を介して
所定の流体を供給又は排出することにより、レチクルＲ
のパターンの種類に応じて最適な光学系を形成すること
ができる光学フィルタＰＦが設置されるが、その詳細な
構造については後述する。

【００３３】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移動と称する。）するととも
に、光軸ＡＸと平行な方向に微動（以下、Ｚ移動と称す
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ＷＸＴ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２
４の検出値に基づいて制御される。またステージ駆動ユ
ニット２２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ＲＳ
ＴへのレチクルＲの搬送路中に設けられたバーコードリ
ーダ２８が読み取った各レチクルに関する情報を入力で
きるようになっている。従って主制御ユニット２５は、
入力されたレチクルに関する情報に応じて、流体供給機
構２０、流体排出機構２１、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１
１の各開口寸法、及び瞳フィルタＰＦの種類を、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。

【００３４】次に図２及び図３を参照しながら、投影光
学系ＰＬの瞳面に設置される光学フィルタＰＦについて
説明する。光学フィルタＰＦは、図２（Ａ）に示すよう
に、瞳の実効的な最大径ｒ₁’よりも大きな径ｒ₃を有す
る透明円形基板（ガラス、石英など）ＰＦ₁及びＰＦ₂を
貼設することにより構成される。そして、上側の透明円
形基板ＰＦ₁の貼設面には、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
を中心とする半径ｒ₂で深さｄの円筒状空隙がエッチン
グにて形成されている。また同様に下側の透明円形基板
ＰＦ₂の貼設面には、投影光学系の光軸ＡＸを中心とす
る半径ｒ₁で適当な深さの円筒状空隙がエッチングにて
形成されている。従って、上下２枚の透明円形基板ＰＦ
₁及びＰＦ₂を貼設することにより、中央に凸形状断面の
空隙を有する光学フィルタＰＦが形成される。

【００３５】なお、図２（Ｂ）に示す凸形状断面の輪帯
状透光領域（ＦＢ）の外径ｒ₁は、瞳の実効的な半径
ｒ₁’よりも若干大きな径となるように選択され、その
輪帯状透光領域（ＦＢ）の内径、すなわち凸形状断面の
凸部である円形透光領域（ＦＡ）の半径ｒ₂は、必要な
光学特性に応じて最適となるように選択される。例えば
位相差型瞳フィルタを構成する場合に、投影露光系ＰＬ
の光軸近傍の振幅透過率が−１で、周辺では＋１に段階
的に変化するタイプではは、瞳面半径ｒ₁’に対する半
径ｒ₂の比は０．２〜０．２５程度に設定すると良好な
結果が得られることが、本件出願人のシミュレーション
より判明している。またＳＦＮＩＣＳ法に基づく干渉性
低減型瞳フィルタを構成する場合には、瞳の実効的な最
大半径ｒ₁’に対して、ｒ₁’²＝２ｒ₂ ²の関係になるよ
うに設定することが好ましい。すなわち、半径ｒ₂の円
形透過部の面積πｒ₂ ²は実効的な瞳開口の面積πｒ₁’²
に対して約半分に構成することが可能である。

【００３６】また凸形状断面の凸部段差ｄは、必要な光
学特性又は構成される光学フィルタの種類に応じて最適
となるように選択される。例えば位相差型瞳フィルタを
構成する場合には、凸部の段差ｄは、２つの結像光の間
に与えるべき位相差ＰＣに応じて、透光性部材の屈折率
をｎ₁、空隙に充填される１つの流体の屈折率をｎ₂、照
明光の波長をλとしたとき、ｄ＝λ・ＰＣ／｛２π（ｎ₁−ｎ₂）｝となるように設定することが可能である。従って、水銀
ランプのｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）を照明光として用
い、屈折率ｎ₁が１．５のガラスを透光性部材（ＰＦ₁及
びＰＦ₂）として使用し、空隙に充填する流体として屈
折率がほぼ１の空気を使用し、位相差ＰＣ＝π［ｒａ
ｄ］を得たい場合には、段差ｄを（１．５）×３６５＝
１８２．５ｎｍとすればよい。

【００３７】また、干渉性低減型瞳フィルタを構成する
場合には、透光性部材の空隙の凸部の段差ｄは、透光性
部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される流体の屈折率を
ｎ₂、照明光のコヒーレント長をΔＬｃとしたとき、

【００３８】

【数４】

【００３９】となるように設定することが可能である。
例えば、水銀ランプのｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）を光
源として用いる場合に、この光源の波長幅Δλは５ｎｍ
であるので、コヒーレント長ΔＬＣは、ΔＬＣ＝λ²／
Δλ＝２６μｍとなる。従って、屈折率ｎ₁が１．５の
ガラスを透光性部材（ＰＦ₁及びＰＦ₂）として使用し、
空隙に充填する流体として屈折率がほぼ１の空気を使用
する場合には、段差ｄを５２μｍ以上に設定すればよ
い。

【００４０】さらに、透明円形基板ＰＦ₁及びＰＦ₂の貼
設面には、少なくともいずれか一方の面に少なくとも１
本の溝が直径方向にわたって切られており、この溝を介
して、透明円形基板の貼設面に形成された凸形状断面の
空隙の内部と外部とが、少なくとも２カ所において、連
通するように構成されている。そして、これらの連通溝
（ただし、透明円形基板ＰＦ₁及びＰＦ₂の貼設後には連
通孔）２０ａ、２１ａは、図３に示すように、一方の連
通孔２０ａが流体供給機構２０に接続されるとともに、
他方の連通孔２１ａが流体排出機構２１に接続されて、
後述するように、露光するレチクルＲのパターンの種類
に応じた屈折率（ｎ₂）を有する流体を供給又は排出す
ることが可能である。なお、図３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ＧＡ ₁と後群のレンズ系Ｇ
Ｂの最上部のレンズＧＢ１との間の空間にフーリエ変換
面ＦＴＰが存在し、このフーリエ変換面ＦＴＰ又はその
近傍に上記構成になる瞳フィルタＰＦが設置されてい
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、図２（Ａ）の瞳フィルタＰＦに設けられた連通
孔２０ａ、２１ａに対向する鏡筒の一部に、連通孔２０
ｂ、２１ｂが穿設されている。そして、連通孔２０ｂに
は、管路２０ｃ及びバルブ２０ｄを介して流体供給機構
２０が接続されるとともに、連通孔２１ｂには、管路２
１ｃ及びバルブ２１ｄを介して流体排出機構２１が接続
されている。

【００４１】次に図４及び図５を参照しながら、上記実
施例に係る投影露光装置の動作について説明する。すで
に説明したように、露光を行うレチクルＲのパターンの
種類（例えば、ラインアンドスペース用パターン又はコ
ンタクトホール用パターン）は、レチクルステージＲＳ
Ｔへの搬送路中に設けられたバーコードリーダ２８によ
り識別され、その情報は主制御ユニット２５に入力され
る。そして、露光するパターンが、比較的パターン密度
が高く、かつ周期的なラインアンドスペース用パターン
である場合には、すでに説明したように、瞳面には瞳フ
ィルタＰＦを設置しない方が、良好な解像度及び広い焦
点深度を得ることができるので、主制御ユニット２５
は、流体供給機構２０及び流体排出機構２１に指令を送
り、図４のように瞳フィルタＰＦを構成する透明円形基
板ＰＦ₁及びＰＦ₂の屈折率ｎ₁と等しい屈折率ｎ₂（すな
わち、ｎ₁＝ｎ₂）の流体を凸状断面の空隙に供給し、気
泡等が完全に除去された後に、バルブ２０ｄ及び２１ｄ
を閉止する。この結果、透明円形基板ＰＦ ₁及びＰＦ₂の
屈折率ｎ₁と充填される流体の屈折率ｎ₂とは等しいの
で、瞳フィルタＰＦは平行平板ガラスと等価となり、フ
ーリエ変換面を通過する透過光に位相差又は干渉性低減
状態を生じさせない、ラインアンドスペース用パターン
の転写に最適な投影光学系ＰＬを構成することが可能と
なる。

【００４２】これに対して、バーコードリーダ２８によ
り識別されたレチクルＲの種類が離散的かつ孤立的なパ
ターン、例えばコンタクトホール用パターンである場合
には、瞳面に位相差型瞳フィルタ又は干渉性低減型瞳フ
ィルタＰＦを介在させることが好ましい。従って、主制
御ユニット２５は、流体供給機構２０及び流体排出機構
２１に指令を送り、すでに光学フィルタＰＦの凸状断面
の空隙に透明円形基板ＰＦ₁及びＰＦ₂の屈折率ｎ₁と等
しい屈折率ｎ₂（すなわち、ｎ₁＝ｎ₂）の流体が充填さ
れている場合には、バルブ２１ｄを開放して、図５の如
く内部の流体を排出して空にし（すなわち空気を充填
し）、透明円形基板ＰＦ₁及びＰＦ₂の屈折率ｎ₁と凸状
断面空隙内の空間の屈折率ｎ₂を相違させることによ
り、中央の円形透過領域ＦＡとその周囲の輪帯状透過領
域ＦＢを透過する光の間に、所定の位相差を与える又は
干渉性を低減する瞳フィルタＰＦを構成し、焦点深度と
解像度を向上させることが可能となる。なおコンタクト
ホール用パターン処理のための瞳フィルタＰＦを構成す
るにあたっては、上記のように凸状断面空隙内から流体
を排出することにより空隙内を単に空胴とする、すなわ
ち屈折率がほぼ１の空気を充填するだけでも可能である
が、用途によっては所望の屈折率ｎ₂を有する別の流体
を導入したり、所定の圧力の空気を導入することにより
所望の屈折率ｎ₂を形成する構成を採用することも可能
である。

【００４３】このように、本発明の一実施例によれば、
透光性部材（ＰＦ₁及びＰＦ₂）の空隙の凸部の段差ｄ
を、２つの結像光の間に与えるべき位相差ＰＣに応じ
て、透光性部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される１つ
の流体の屈折率をｎ₂、照明光の波長をλとしたとき、ｄ＝λ・ＰＣ／｛２π（ｎ₁−ｎ₂）｝となるように設定することにより、所望の位相差を持つ
位相差型瞳フィルタを構成することができる。そして、
その瞳フィルタにより、光軸方向の異なる点に結像する
像の振幅を適当な位相差で重ね合わせ、コンタクトホー
ル用パターンに対しても、焦点深度と解像度を向上させ
ることが可能である。

【００４４】あるいは、本発明の別の実施例によれば、
透光性部材（ＰＦ₁及びＰＦ₂）の空隙の凸部の段差ｄ
を、透光性部材の屈折率をｎ₁、空隙に充填される流体
の屈折率をｎ₂、照明光のコヒーレント長をΔＬｃとし
たとき、

【００４５】

【数５】

【００４６】となるように設定することにより、干渉性
低減型瞳フィルタＰＦを構成することも可能である。そ
して、その瞳フィルタにより、円形透過領域ＦＡとその
周囲の輪帯状透過領域ＦＢをそれぞれ透過する結像光束
を、互いに干渉し合わない光束として、ウェハＷに到達
させ、互いに干渉し合わない強度合成像を得ることによ
り、コンタクトホール用パターンに対しても焦点深度と
解像度を向上させる効果を得ることが可能である。

【００４７】ところで、以上説明したように、本発明に
おいては、屈折率ｎ₁を有する透明円形基板ＰＦ₁及びＰ
Ｆ₂の凸状断面空隙中に、屈折率ｎ₂の異なる流体を交換
して充填するのであるが、充填される流体が液体である
場合には、液体中に気泡が混入し、光学特性が損なわれ
ないように留意する必要がある。このような気泡対策と
して、流体供給機構２０側に気泡除去手段を設けること
が好ましい。あるいは、図６に示すように、透明円形基
板ＰＦ₁’及びＰＦ₂’に形成される空隙の各段差部、例
えば、凸部ＦＡ’に形成される段差Ｅ₁、Ｅ₂及び空隙へ
の流体導入部に形成される段差Ｅ₃、Ｅ₄を角状ではな
く、アール状に構成し、その段差部に気泡が滞留し難い
構成を採用することも可能である。あるいは、図７に示
すように、透明円形基板ＰＦ₁”及びＰＦ₂”に形成され
る空隙の凸部（ＦＡ”）を光軸に沿って下方、すなわち
ウェハ側に形成し、空隙の上面Ｕを平面状に構成するこ
とにより、空隙の上面Ｕに気泡が滞留し難い構成を採用
することも可能である。

【００４８】なお、透明円形基板ＰＦ₁及びＰＦ₂は、適
当な透光性材料、例えばガラス、石英、ホタル石などの
任意の材料から構成することが可能であるが、ラインア
ンドスペース用パターンの露光行う場合に凸状断面空隙
中に充填する流体については、透明円形基板ＰＦ₁及び
ＰＦ₂を構成する透光性材料の種類に応じて、その透光
性材料と等しい屈折率を有する材料を選定する必要があ
る。例えば、屈折率が１．５のガラスから透明円形基板
ＰＦ₁及びＰＦ₂を構成する場合には、充填する流体とし
ては、屈折率が１．５程度のイマジンオイン、四塩化炭
素等を使用することが可能である。

【００４９】また上記実施例においては、位相差型瞳フ
ィルタ又は干渉性低減型瞳フィルタを単独で構成する場
合について説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れず、位相差型瞳フィルタ及び干渉性低減型瞳フィルタ
を組み合わせたような瞳フィルタに対しても当然に適用
することが可能である。さらに上記実施例では、流体導
入用貫通孔及び流体排出用貫通孔を、それぞれ１つずつ
設ける構成を示したが、これらの貫通孔の数及び寸法に
関しては、用途に応じて任意に設定することができるこ
とは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、投影光学系（ＰＬ）のフーリエ変換面（ＦＴＰ）又
はその近傍に配置された透光性部材（ＰＦ₁、ＰＦ₂）に
形成された空隙に対して、屈折率が異なる流体（空気
等）を出し入れするだけで、パターンの種類にかかわら
ず、常に高い焦点深度及び解像度を有する最適な投影光
学系を構築することが可能である。そして、従来装置の
ような機構的なフィルタ挿脱機構を省略可能なので、構
造の単純化及び装置の省スペース化を図ることができる
とともに、フィルタ挿脱機構に起因する埃塵対策から解
放される。また、挿脱動作のたびに位置合わせを行う必
要がないので、初期設定調整のみにより安定した結像性
能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る投影露光装置の概略的な
構成を示す図である。

【図２】図１に示す投影露光装置の投影光学系ＰＬに実
装可能な本発明に基づいて構成された光学フィルタＰＦ
の構成の一例を示す図であり、（Ａ）はその光学フィル
タＰＦの側面図、（Ｂ）はその光学フィルタＰＦの平面
図である。

【図３】図１に示す投影露光装置の投影光学系ＰＬの部
分的な構造を示す部分断面図である。

【図４】本発明にかかる光学フィルタＰＦの使用状態を
示す図であり、凸状断面空隙中に流体を導入し、例えば
ラインアンドスペース用パターンの露光を行う状態を示
す図である。

【図５】本発明にかかる光学フィルタＰＦの使用状態を
示す図であり、凸状断面空隙中を空にし、例えばコンタ
クトホール用パターンの露光を行う状態を示す図であ
る。

【図６】本発明に係る光学フィルタＰＦの別の実施例の
構成を示す図である。

【図７】本発明に係る光学フィルタＰＦのさらに別の実
施例の構成を示す図である。

【図８】従来の投影露光装置の概略的な構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウェハＰＬ投影光学系ＡＸ光軸ＦＡ円形状透過領域ＦＢ輪帯状透過領域ＩＬＢ照明光ＦＴＰフーリエ変換面ＰＦ光学フィルタＰＦ₁、ＰＦ₂ 透光性部材ｄ段差２０流体供給機構２１流体排出機構

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
光用の照明光で照明する照明手段と、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光
基板上に投影する投影光学系と、前記マスクと前記感光
基板との間の結像光路内の光学的なフーリエ変換面、又
はその近傍面に配置され、前記投影光学系の光軸を中心
とする円形領域内に分布する結像光とその外側の領域に
分布する結像光との間の干渉性を低減する、又は位相を
異ならせる光学フィルタを備えた投影露光装置におい
て、前記光学フィルタは、前記円形領域が入射側または射出
側に対して少なくとも一方の側に凸に形成された空隙を
備えた透光性部材から構成され、前記透光性部材及び前
記空隙のそれぞれの入射面及び射出面は前記投影光学系
の光軸を垂線とする平行平面として形成されるととも
に、前記空隙には屈折率の異なる流体が交換して充填さ
れることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記流体は、前記透光性部材と屈折率が
実質的に等しいものを含むことを特徴とする、請求項１
に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記空隙に充填される前記流体は、前記
透光性部材と屈折率が異な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】前記空隙の凸部の段差ｄは、前記２つの
結像光の間に与えるべき位相差をＰＣ、前記透光性部材
の屈折率をｎ₁、前記空隙に充填される１つの流体の屈
折率をｎ₂、前記照明光の波長をλとしたとき、ｄ＝λ・ＰＣ／｛２π（ｎ₁−ｎ₂）｝となるように設定されることを特徴とする請求項１また
は３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記空隙の凸部の段差ｄは、前記透光性
部材の屈折率をｎ₁、前記空隙に充填される１つの流体
の屈折率をｎ₂、前記照明光のコヒーレント長をΔＬｃ
としたとき、【数１】となるように設定されることを特徴とする請求項１また
は３に記載の投影露光装置。