(57)【要約】      （修正有）【課題】光学系が伴う振幅収差を測定する方法および光学系が伴う振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタを提供する。【解決手段】振幅収差測定方法は、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の５倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、その転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の５倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを観察することで前記微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、前記大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差を見積もる工程とを備えた、振幅収差測定方法。
【請求項２】
抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの前記コントラストの変動量から球面振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項１に記載の振幅収差測定方法。
【請求項３】
抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの縦方向のパターン要素の前記コントラストの変動量と横方向のパターン要素の前記コントラストの変動量とから非点振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項１に記載の振幅収差測定方法。
【請求項４】
抽出された複数の前記大パターンの前記コントラストの変動量から振幅像面湾曲量を見積もることを特徴とする、請求項１に記載の振幅収差測定方法。
【請求項５】
抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの前記適正露光量の変動量からコマ振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項１に記載の振幅収差測定方法。
【請求項６】
抽出された前記大パターンの露光された位置に依存した前記適正露光量の変動量により歪曲振幅収差を見積もることを特徴とする、請求項１に記載の振幅収差測定方法。
【請求項７】
光源からの照明光によりフォトマスクを照明し、照明された前記フォトマスクからの回折光を投影光学系によって被露光基板上に結像させて回路パターンを投影する投影露光装置であって、前記投影光学系が、第１のハーフミラーと、前記第１のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第１の凹面鏡と、前記第１のハーフミラーと別個独立に設けられた第２のハーフミラーと、前記第２のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第２の凹面鏡とを有している投影露光装置に配置される振幅収差除去フィルタであって、
主表面を有する透明基板と、
λを露光波長、ｎを整数としたとき、光路長（ｎ×λ）を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、
前記階段状多層膜の形状が、前記投影露光装置に発生した、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差（透過率分布）により与えられ、
前記階段状多層膜が半透明であることを特徴とした、振幅収差除去フィルタ。
【請求項８】
前記階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の４次関数的であって正の球面振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項９】
前記階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の４次関数的であって負の球面振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１０】
前記階段状多層膜が１方向のみに断面ドーム状の負の２次関数的であって正の非点振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１１】
前記階段状多層膜が１方向のみに断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の非点振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１２】
前記階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の２次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１３】
前記階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１４】
前記階段状多層膜が１方向に１次関数的な断面を有して歪曲振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１５】
前記階段状多層膜が１方向に３次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去することを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【請求項１６】
前記階段状多層膜は、請求項１〜６のいずれかにより検出した振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を持つことを特徴とする、請求項７に記載の振幅収差除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）製造工程で使用される投影露光装置における振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタに関するものである。
【０００２】
なお本願における振幅収差とは、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化のことをいう。
【背景技術】
【０００３】
まず、従来の露光装置について説明する。
図２２は、従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。図２２を参照して、この投影露光装置１１０においては、ランプハウス１１の前方にミラー１２を介してフライアイレンズ１３が配置され、フライアイレンズ１３の前方にアパーチャ１４が位置している。アパーチャ１４の前方には、集光レンズ１５を介してブラインド１６が配置され、さらに集光レンズ１７、ミラー１８および集光レンズ１９を介して、所望の回路パターンが形成されたフォトマスク２０が配置されている。このフォトマスク２０の前方には投影光学系１０６を介してウェハ２１が配置されている。
【０００４】
投影光学系１０６では、フォトマスク２０の前方に集光レンズ１０１と瞳面１０５と集光レンズ１０２とが配置されている。
【０００５】
一般に、縮小露光方法を用いたフォトリソグラフィ技術における解像限界Ｒ（ｎｍ）は、
Ｒ＝ｋ1・λ／（ＮＡ）
と表わされる。ここで、λは使用する光の波長（ｎｍ）、ＮＡはレンズの開口数、ｋ1はレジストプロセスに依存する定数である。
【０００６】
上式からわかるように、解像限界Ｒの向上を図るためには、すなわち微細パターンを得るためには、ｋ1とλとの値を小さくし、ＮＡの値を大きくする方法が考えられる。つまり、レジストプロセスに依存する定数を小さくするとともに、短波長化や高ＮＡ化を進めればよいのである。
【０００７】
しかし、短波長化および高ＮＡ化を進めることによって、光の焦点深度δ（δ＝ｋ2・λ／（ＮＡ）2）が浅くなり、却って解像度の低下を招くため、この方法には限界がある。また、露光光の短波長化には、転写プロセスを大幅に改造する必要がある。特に１７０ｎｍ以下の露光波長では紫外線の長時間照射により硝材の内部にカラーセンターのような点状の格子欠点が発生する。このカラーセンターの発生により、レンズに透過率や屈折率の不均一が生じ、これにより実質的にレンズ系の寿命が決定されてしまうため、レンズを利用した光学系では高解像度の実現は徐々に難しくなってきている。
【０００８】
そこで、投影光学系の一部にミラーを使うことでこの困難を緩和する試みもなされている。投影光学系の一部にミラーを用いた例については、たとえば特開平６−１８１１６２号公報、特開平６−１８１１６３号公報などに詳しく述べられている。以下、特開平６−１８１１６２号公報に示された投影光学系について説明する。
【０００９】
図２３は、上記公報に開示された投影露光装置の投影光学系を示す概略図である。図２３を参照して、この投影露光装置は、フォトマスク２０の前方に、正の屈折率を有する第１のレンズ群２０１、２０２と、ビームスプリッタ２０３と、負の屈折率を有する第２のレンズ群２０４と、凹面鏡２０５と、正の屈折率を有する第３のレンズ群２０６とを有している。
【００１０】
この露光装置においては、フォトマスク２０からの回折光は、第１のレンズ群２０１、２０２を透過した後、ビームスプリッタ２０３を透過し、さらに第２のレンズ群２０４を透過して凹面鏡２０５で反射される。凹面鏡２０５で反射された回折光は、再度第２のレンズ群２０４を透過した後、ビームスプリッタ２０３で反射され、第３のレンズ群２０６を透過してウェハ２１の被露光面上に結像される。
【００１１】
上記の投影露光装置では、投影光学系の一部にミラーを用いているとはいえ、まだ多くのレンズ２０１、２０２、２０４、２０６が用いられている。このため、この露光装置は、上述した露光光の短波長化による硝材劣化に伴う透過率の不均一を解消し得るものとして完全とは言えない。また、ビームスプリッタ２０３のようなハーフミラーにおいても、露光波長が１７０ｎｍ以下となると、上述のレンズと同様、カラーセンターが発生し、それに伴う硝材劣化によって透過率分布（透過率の不均一）が発生してしまう。
【００１２】
一方、完全にレンズをなくした例としては、特開平８−５４７３８号公報に見られるような光学系もある。以下、この公報に示された投影光学系について説明する。
【００１３】
図２４は、上記公報に開示された投影露光装置の投影光学系の構成を示す概略図である。図２４を参照して、この投影露光装置は、アパーチャー３０１と、凸面鏡３０２と、凹面鏡３０３とを有している。
【００１４】
この露光装置においては、フォトマスク２０からの回折光は、アパーチャ３０１を透過した後、凸面鏡３０２で反射され、さらに凹面鏡３０３で反射されて被露光基板２１に結像される。
【００１５】
この投影露光装置では、レンズを用いていないためレンズの硝材劣化による透過率の不均一は生じない。しかし、たとえば０次回折光のように凸面鏡３０２に図中真上から入射された光はそのまま真上に反射されるため被露光基板２１に照射できない、いわゆる立体障害が生ずるという問題点があった。
【００１６】
また、仮に０次回折光が被露光基板２１に照射されるとしても、０次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なり、良好な結像特性が得られないという問題点もあった。たとえば０次回折光が凸面鏡３０２で反射された後、凹面鏡３０３の図中右側部分で反射されて被露光基板２１に照射されるとする。この場合、＋１次回折光が凹面鏡３０３の図中右側部分での反射により、また−１次回折光が凹面鏡３０３の図中左側部分での反射により被露光基板２１に照射されると、０次回折光に対する＋１次回折光と−１次回折光との入射角が異なり、良好な結像特性が得られなくなる。
【００１７】
また上述した回折光の挙動などにより、フォトマスク２０の縦パターンと横パターンとの被露光基板２１への結像条件も異なり、これによって縦パターンと横パターンとの良好な結像特性が得られないという問題点もあった。
【００１８】
また一般に、ミラー系は波面収差を除去することが難しいため、波面収差の少ない部分を選んで使う必要があるという問題点もあった。
【００１９】
なお、代表的な波面収差としては、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、コマ収差がある。これらの収差は、瞳面上の波面収差に換算すると、それぞれ図２５（ａ）〜（ｅ）のように表現できることが知られている。ここで、図２５において（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は像面湾曲、（ｄ）は歪曲収差、（ｅ）はコマ収差を各々示している。図においてφは瞳面における波面のずれ量、ρは瞳面（ηξ面）上での半径、θはη軸に対する回転角、ｙ0はウェハ面上で座標、Ｂ〜Ｆはそれぞれ定数を示している。これらの収差論については、たとえば文献「光学の原理Ｉ〜ＩＩＩ」（東海大学出版）にその詳細が述べられている。
【特許文献１】特開平６−１８１１６２号公報
【特許文献２】特開平６−１８１１６３号公報
【特許文献３】特開平８−５４７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、光学系が伴う振幅収差を測定する方法を提供することを目的としている。
【００２１】
また本発明は、光学系が伴う振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の振幅収差測定方法は、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の５倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、その転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差を見積もる工程とを備えている。
【００２３】
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとのコントラストの変動量から球面振幅収差が見積もられる。
【００２４】
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの縦方向のパターン要素のコントラストの変動量と横方向のパターン要素のコントラストの変動量とから非点振幅収差が見積もられる。
【００２５】
上記局面において好ましくは、抽出された複数の大パターンのコントラストの変動量から振幅像面湾曲量が見積もられる。
【００２６】
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの適正露光量の変動量からコマ振幅収差量が見積もられる。
【００２７】
上記局面において好ましくは、抽出された大パターンの露光された位置に依存した適正露光量の変動量により歪曲振幅収差が見積もられる。
【００２８】
本発明の振幅収差除去フィルタは、光源からの照明光によりフォトマスクを照明し、照明されたフォトマスクからの回折光を投影光学系によって被露光基板上に結像させて回路パターンを投影する投影露光装置であって、その投影光学系が、第１のハーフミラーと、第１のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第１の凹面鏡と、第１のハーフミラーと別個独立に設けられた第２のハーフミラーと、第２のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第２の凹面鏡とを有する投影露光装置に配置される振幅収差除去フィルタであって、主表面を有する透明基板と、λを露光波長、ｎを整数としたとき、光路長（ｎ×λ）を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、階段状多層膜の形状が、投影露光装置に発生した、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差（透過率分布）により与えられ、階段状多層膜は半透明である。
【００２９】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面ドーム状の負の４次関数的であって正の球面振幅収差を除去するものである。
【００３０】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面すり鉢状の正の４次関数的であって負の球面振幅収差を除去するものである。
【００３１】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は１方向のみに断面ドーム状の負の２次関数的であって正の非点振幅収差を除去するものである。
【００３２】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は１方向のみに断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の非点振幅収差を除去するものである。
【００３３】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面ドーム状の負の２次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去するものである。
【００３４】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去するものである。
【００３５】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は１方向に１次関数的な断面を有して湾曲振幅収差を除去するものである。
【００３６】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は１方向に３次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去するものである。
【００３７】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は、上記に示したいずれかの振幅収差測定方法により検出した振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を有している。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の振幅収差測定方法に用いられるフォトマスクは、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の５倍以上の寸法を有する大パターンとを有している。
【００３９】
このフォトマスクを用いて、被露光基板上に転写パターンを形成し、その転写パターンを観察することで、各種の振幅収差を見積もることができる。瞳上の光量分布を考えると、０次回折光源像の位置（中心付近）の光量が圧倒的に高く、振幅収差を測定するには、この瞳の中心付近に回折光を生じるパターンが必要である。これは、概ね露光波長λの５倍以上の大きさのマスクパターンに相当する。言い換えれば、大パターンの寸法を露光波長λの５倍以上とすることにより、振幅収差の測定が可能となる。
【００４０】
本発明の振幅収差測定方法では、上記のフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくと
もいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。
【００４１】
本発明の振幅収差測定方法では、各種の振幅収差を正確に見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとのコントラストの変動量から球面振幅収差量が見積もられる。これにより、球面振幅収差量を見積もることができる。
【００４２】
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの縦方向のパターン要素のコントラストの変動量と横方向のパターン要素のコントラストの変動量とから非点振幅収差量が見積もられる。これにより、非点振幅収差量を見積もることができる。
【００４３】
上記局面において好ましくは、抽出された複数の大パターンのコントラストの変動量から振幅像面湾曲量が見積もられる。これにより、振幅像面湾曲量を見積もることができる。
【００４４】
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの適正露光量の変動量からコマ振幅収差量が見積もられる。これにより、コマ振幅収差量を見積もることができる。
【００４５】
上記局面において好ましくは、抽出された大パターンの露光された位置に依存した適正露光量の変動量により歪曲振幅収差量が見積もられる。これにより、歪曲振幅収差量を見積もることができる。
【００４６】
本発明の振幅収差除去フィルタは、透明基板と、λを露光波長、ｎを整数としたとき、光路長（ｎ×λ）を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、階段状多層膜の形状が、投影露光装置に発生した振幅収差により与えられ、階段状多層膜は半透明である。
【００４７】
本発明の振幅収差除去フィルタでは、階段状多層膜を各種の振幅収差に応じた形状とすることで、各種の振幅収差を除去することができる。
【００４８】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の４次関数的であって正の球面振幅収差を除去する。これによりの正の球面振幅収差を除去することが可能となる。
【００４９】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の４次関数的であって負の球面振幅収差を除去する。これにより、負の球面振幅収差を除去することが可能となる。
【００５０】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が１方向のみに断面ドーム状の負の２次関数的であって正の非点振幅収差を除去する。これにより、正の非点振幅収差を除去することが可能となる。
【００５１】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が１方向のみに断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の非点振幅収差を除去する。これにより、負の非点振幅収差を除去することが可能となる。
【００５２】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の２次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去する。これにより正の振幅像面湾曲を除去することができる。
【００５３】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の２次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去する。これにより、負の振幅像面湾曲を除去することができる。
【００５４】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が１方向に１次関数的な断面を有して歪曲振幅収差を除去する。これにより、歪曲振幅収差を除去することが可能となる。
【００５５】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が１方向に３次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去する。これにより、コマ振幅収差を除去することが可能となる。
【００５６】
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は、上記の振幅収差測定方法によって検出された振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を持っている。これにより、各種振幅収差をすべて除去することが可能となり、結像性能が向上する。
【００５７】
上記の振幅収差除去フィルタが配置される投影露光装置では、投影光学系が、第１のハーフミラーと、第１のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第１の凹面鏡と、第１のハーフミラーと別個独立に設けられた第２のハーフミラーと、第２のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第２の凹面鏡とを有している。
【００５８】
このようにハーフミラーと凹面鏡とを２組ずつ有することにより、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれに、他方のハーフミラーで逆特性の透過率分布や波面ずれを与えることができる。このため、投影光学系において透過率分布や波面ずれは互いに相殺され、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも除去することができる。
【００５９】
また、完全にレンズをなくしたミラー系の従来例のように立体障害が生ずることも防止でき、０次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線とで結像条件が異なることもなく、優れた結像特性を得ることができる。
【００６０】
上記の投影露光装置において好ましくは、第１および第２のハーフミラーは、第１のハーフミラーから第２のハーフミラーに向かう回折光の光軸の垂線に対して対称または相似対称となるように配置されている。
【００６１】
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
【００６２】
上記の投影露光装置において好ましくは、第１および第２のハーフミラーの反射面の各々は、第１のハーフミラーから第２のハーフミラーに向かう回折光の光軸の垂線に対して対称となる仮想線に沿って配置されており、第１の凹面鏡の第１のハーフミラーに対する配置方向と第２の凹面鏡の第２のハーフミラーに対する配置方向とが、垂線に対して対称となるように第１および第２の凹面鏡が配置されている。
【００６３】
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれのなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
【００６４】
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光が第１のハーフミラーを介在して第１の凹面鏡に照射され、第１の凹面鏡で反射された後、第１および第２のハーフミラーを介在して第２の凹面鏡に照射され、第２の凹面鏡で反射された後第２のハーフミラーを介在して被露光基板上に結像されるように第１および第２のハーフミラーと第１および第２の凹面鏡とが配置されている。
【００６５】
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
【００６６】
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光が、第１のハーフミラーを透過した後、第１の凹面鏡で反射し、第１および第２のハーフミラーで順次反射した後、第２の凹面鏡で反射し、さらに第２のハーフミラーを透過して被露光基板上に結像されるように第１および第２のハーフミラーと第１および第２の凹面鏡とは配置されている。回折光がこのような経路をたどるように各部材が配置されることで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれを互いに逆特性にすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
【００６７】
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光は、第１のハーフミラーで反射した後、第１の凹面鏡で反射し、第１および第２のハーフミラーを順次透過した後、第２の凹面鏡で反射し、さらに第２のハーフミラーで反射して被露光基板上に結像されるように第１および第２のハーフミラーと第１および第２の凹面鏡とは配置されている。回折光がこのような経路をたどるように各部材が配置されることで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
【００６８】
上記の投影露光装置において好ましくは、第１のハーフミラーと、第２のハーフミラーと、第１および第２のハーフミラーの間に位置する瞳面との少なくとも１つに波面収差を除去する波面収差除去フィルタがさらに備えられている。これにより、波面収差を除去することができる。
【００６９】
上記の投影露光装置において好ましくは、第１のハーフミラーと、第２のハーフミラーと、第１および第２のハーフミラーの間に位置する瞳面との少なくとも１つに振幅収差を除去する振幅収差除去フィルタがさらに備えられている。これにより、振幅収差を除去することができる。
【００７０】
また上記の投影露光装置を用いた投影露光方法では、フォトマスクからの回折光が第１のハーフミラーを介して第１の凹面鏡で反射された後、第１のハーフミラーと第２のハーフミラーとを介して第２の凹面鏡で反射され、さらに第２のハーフミラーを介して被露光基板上に結像される。
【００７１】
回折光がこのような経路をたどるように露光することで、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれに、他方のハーフミラーで逆特性の透過率分布や波面ずれを与えることができる。このため、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれは他方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれによって相殺される。よって、カラーセンターの発生に伴う透過率分布の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
【００７２】
また、完全にレンズをなくしたミラーなどの従来例のように立体障害が生ずることも防止でき、０次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線とで結像条件が異なることもなく、優れた結像特性を得ることができる。
【００７３】
上記の投影露光方法において好ましくは、第１のハーフミラーと、第２のハーフミラーと、第１および第２のハーフミラーの間に配置された瞳面との少なくとも１つに配置された波面収差除去フィルタを回折光が透過することによって、回折光の波面収差が補償される。これにより、波面収差を除去することができる。
【００７４】
上記の投影露光方法において好ましくは、第１のハーフミラーと、第２のハーフミラーと、第１および第２のハーフミラーの間に配置された瞳面との少なくとも１つに配置された振幅収差除去フィルタを回折光が透過することによって回折光の振幅収差が補償される。これにより振幅収差を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における投影露光装置の構成を示す概略図である。
【００７６】
図１を参照して、本実施の形態による投影露光装置１０においては、ランプハウス１１の前方にミラー１２を介してフライアイレンズ１３が配置され、フライアイレンズ１３の前方にアパーチャ１４が位置している。アパーチャ１４の前方には、集光レンズ１５を介してブラインド１６が配置され、さらに集光レンズ１７、ミラー１８および集光レンズ１９を介して、所望の回路パターンが形成されたフォトマスク２０が配置されている。
【００７７】
このフォトマスク２０の前方には、投影光学系６を介して被露光基板となるウェハ２１が配置されている。
【００７８】
投影光学系６は、第１のハーフミラー１と、第１の凹面鏡２と、瞳面５と、第２のハーフミラー３と、第２の凹面鏡４とを有している。第１のハーフミラー１はフォトマスク２０の前方に位置しており、第１の凹面鏡２は第１のハーフミラー１の透過光を第１のハーフミラー１側へ反射可能なように配置されている。瞳面５は、第１のハーフミラー１での反射光が通過可能なように配置されており、第２のハーフミラー３は、瞳面５の通過光が入射可能なように配置されている。第２の凹面鏡４は、第２のハーフミラー３での反射光を第２のハーフミラー３側へ反射可能なように配置されている。そして第２の凹面鏡４で反射した回折光は第２のハーフミラー３を透過した後、被露光基板２１上に結像される。
【００７９】
特に図２に示すように、第１のハーフミラー１の反射面と第２のハーフミラー３の反射面とは、第１のハーフミラー１から第２のハーフミラー３へ向かう回折光の光軸ＯＡの垂線Ｐ−Ｐに対して対称（つまり線対称）な仮想線Ａ−ＡとＡ′−Ａ′の線上に沿うように配置されている。仮想線Ａ−Ａが垂線Ｐ−Ｐとなす角度θ1は、仮想線Ａ′−Ａ′と垂線Ｐ−Ｐとのなす角度θ2と実質的に等しい。また第１の凹面鏡２の第１のハーフミラー１に対する配置方向（Ｄ1）と、第２の凹面鏡４の第２のハーフミラー３に対する配置方向（Ｄ2）とが、垂線Ｐ−Ｐに対して対称となるように、第１および第２の凹面鏡２、４は配置されている。
【００８０】
また、瞳面５において光源像を形成する点を通過する光軸ＯＡの垂線Ｑ−Ｑに対して、第１および第２のハーフミラー１、３が対称もしくは相似対称となるように配置されている。また垂線Ｑ−Ｑに対して、回折光の光路が対称もしくは相似対称になるように第１および第２のハーフミラー１、３と第１および第２の凹面鏡２、４とは配置されている。ここで相似対称とは、垂線Ｑ−Ｑの図中左側のハーフミラーもしくは光路軌跡が、図中右側のハーフミラーもしくは光路軌跡の線対称形状を相似形状にしたものであることを意味する。
【００８１】
なお、第１および第２のハーフミラー１、３は、互いに同一もしくは相似形状を有しており、かつ第１および第２の凹面鏡２、４も同一もしくは相似形状を有している。
【００８２】
次に、この投影露光装置を用いた露光方法について説明する。
図１を参照して、まず水銀ランプやエキシマレーザ１１からの紫外線は、ミラー１２で反射された後、フライアイレンズ１３によって独立な点光源に分割され、さらにアパーチャ１４により成形されて２次光源面を形成する。そして、集光レンズ１５を通過した後、ブラインド１６で露光領域が設定され、集光レンズ１７、ミラー１８および集光レンズ１９を介してフォトマスク２０が照明される。フォトマスク２０を通過した光は、マスクパターンにより回折され、回折光を発生する。図１には、その代表として±１次回折光のみを図示しているが、もちろん高次回折光も実際には存在する。
【００８３】
フォトマスク２０からの回折光は、第１のハーフミラー１により透過光と反射光とに分割された後、その透過光が第１の凹面鏡２によって反射され、さらに第１のハーフミラー１によって平面反射され、瞳面５に光源像を形成する。その後、瞳面５を透過できた回折光は第２のハーフミラー３により平面反射され、第２の凹面鏡４によって反射される。第２の凹面鏡４で反射された回折光は第２のハーフミラー３を透過して被露光基板２１上に結像される。そして得られた光学像に基づいて被露光基板２１は加工される。
【００８４】
本実施の形態の投影露光装置および投影露光方法では、露光波長が１７０ｎｍより短くなった場合でも、投影光学系における透過率分布を補償でき、かつ立体障害や結像特性の劣化が生じない。以下、そのことについて詳細に説明する。
【００８５】
図２を参照して、第１のハーフミラー１内のハッチング領域Ｒ1は、第１のハーフミラー１を透過する光、凹面鏡２で反射した光および第１のハーフミラー１の反射面で反射した光とが３重に重なる領域である。また第２のハーフミラー３内のハッチング領域Ｒ2も、第１のハーフミラー１から第２のハーフミラー３へ入射した光、第２のハーフミラー３の反射面で反射した光および凹面鏡４で反射した光とが３重に重なる領域である。露光波長が１７０ｎｍより小さい場合に硝材に生じるカラーセンターの数は光の強度が高いほど増える。このため、このハッチング領域Ｒ1およびＲ2は特にカラーセンターが多数生じ、透過率が低くなる領域である。このように第１および第２のハーフミラー１、３内には、相対的に透過率の低い領域と高い領域とが存在することになるため、透過率分布が不均一となる。
【００８６】
ここで図中実線で示した光の各々を＋１次回折光および−１次回折光とした場合に、ハーフミラー１内において＋１次回折光は光路Ｐ11で、−１次回折光は光路Ｐ12で各々、ハッチング領域Ｒ1を通過する。ここで、光路Ｐ11とＰ12との光路長が異なる場合には、＋１次回折光および−１次回折光の透過量が異なってくる。具体的には、光路Ｐ11が光路Ｐ12よりも長い場合には、＋１次回折光の透過量は−１次回折光の透過量よりも低くなる。
【００８７】
ところが、ハーフミラー３内においては、−１次回折光は光路Ｐ21で、＋１次回折光は光路Ｐ22で各々、ハッチング領域Ｒ2を通過する。ここで、ハッチング領域Ｒ2の光路Ｐ21はハッチング領域Ｒ1の光路Ｐ11に対応し、光路Ｐ22は光路Ｐ12に対応する。このため、光路Ｐ11が光路Ｐ12よりも長いときは、光路Ｐ21は光路Ｐ22よりも長くなり、＋１次回折光が光路Ｐ22を通ることによる透過量の低下は、−１次回折光が光路Ｐ21を通ることによる透過量の低下よりも小さくなる。
【００８８】
このように、回折光は、第１のハーフミラー１で与えられた透過率分布と逆特性の透過率分布を第２のハーフミラー３によって与えられることになる。これによって、第１および第２のハーフミラー１、２の透過率分布は互いに補償されて、第１および第２のハーフミラー１、３の全体として透過率分布の均一化を図ることができ、透過率の不均一によるレンズ系の寿命の短縮化を防止することができる。
【００８９】
また透過率分布に限らず、ハーフミラー１で与えられる波面ずれについても、ハーフミラー３によってハーフミラー１で与えられる波面ずれと逆特性の波面ずれを与えることができるため、ハーフミラー１および３の全体として見たときに波面ずれは互いに相殺される。
【００９０】
また、従来例のように完全にレンズをなくしたミラー系ではないため、立体障害は生じず、また０次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線との結像条件が異なることもないため良好な結像特性を得ることもできる。
【００９１】
さて、収差というと一般には波面収差のことを指すが、本願ではもっと広く光学像の像質の劣化を招く原因になるものと定義することにする。波面収差とその評価方法や除去方法などは、特願平７−３２５９８８号に詳細に記述されている。波面のほかに像質を劣化させる原因となるものとしては、硝材の透過率分布がある。たとえば、振幅０．５の０次回折光と振幅０．６の１次回折光による干渉で結像される系があったとした場合、もし振幅収差が０ならばこのまま２つの回折光の干渉で結像すればよい。
【００９２】
しかし、硝材の一部にカラーセンターが発生し透過率の分布が発生したり、またはレンズ表面の反射防止膜の効率が分布しているため０次回折光の透過率が１．０、１次回折光の透過率が０．９に成ったとすると、０次回折光の振幅０．５（＝０．５×１．０）と１次回折光の振幅０．５４（＝０．６×０．９）による干渉で結像されることになる。ここで光の強度は振幅の二乗に対応するため、振幅が適正値からずれると、光学像のコントラストが変化する（一般的には劣化する）。
【００９３】
波面分布の乱れに起因する像質の劣化を波面収差と呼ぶのに対して、このように振幅分布の乱れに起因する像質の劣化を本願では振幅収差と呼ぶことにする。たとえば、レンズの透過率の分布が同心円状の四次関数的なとき、波面収差の球面収差になぞられて、球面振幅収差と呼ぶ。また、レンズの透過率の分布がｘｙで異なるときには、非点収差やコマ収差になぞらえて、非点振幅収差やコマ振幅収差と呼ぶ。さらに、結像面内に適正露光量の分布が見られた場合には、像面湾曲や歪曲収差になぞらえて振幅像面湾曲や歪曲振幅収差と呼ぶ。
【００９４】
本実施の形態では、第１のハーフミラー１で発生した振幅分布は、上述と同様、第２のハーフミラー３で逆特性の振幅分布を与えられるため、相殺される。
【００９５】
なお、本実施の形態では、第１および第２のハーフミラー１、３と第１および第２の凹面鏡２、４とを図１、２に示すような透過および反射の関係で配置したが、図３に示すような透過および反射の関係で配置されてもよい。
【００９６】
つまり図３を参照して、第１のハーフミラー１は、フォトマスク２０の前方に位置しており、第１の凹面鏡２は第１のハーフミラー１の反射光を第１のハーフミラー１側へ反射可能なように配置されている。瞳面５は、第１のハーフミラー１の透過光が通過可能なように配置されており、第２のハーフミラー３は、瞳面５の通過光が入射可能なように配置されている。第２の凹面鏡４は、第２のハーフミラー３の透過光を第２のハーフミラー３側へ反射可能なように配置されている。そして第２の凹面鏡４で反射した回折光は第２のハーフミラー３で反射して被露光基板２１上に結像される。
【００９７】
このように各部材を配置した場合においても、上述で説明したと同様、第１のハーフミラー１で与えられる透過率分布と逆特性の透過率分布を第２のハーフミラー３で与えることができるため、全体として透過率分布の均一化を図ることができる。
【００９８】
また波面ずれについても、第１のハーフミラー１で与えられる波面ずれと逆特性の波面ずれを第２のハーフミラー３によって与えることができるため、互いに波面ずれは相殺される。
【００９９】
また、第１のハーフミラー１で発生した振幅分布も、上述と同様、第２のハーフミラー３で逆特性の振幅分布を与えられるため、相殺される。
【０１００】
（実施の形態２）
図４は、図１に示す投影露光装置に空間フィルタを備えた状態を示す概略図である。図４を参照して、実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の瞳面２１に波面収差を除去する空間フィルタ２１を備えれば、主に球面収差、非点収差、コマ収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０１】
（実施の形態３）
図４を参照して、また実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の第１のハーフミラー１に波面収差を除去する空間フィルタ２２を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
図４を参照して、また実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の第２のハーフミラー３に波面収差を除去する空間フィルタ２３を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０３】
なお、実施の形態２〜４に記載の波面収差を除去する空間フィルタ２１、２２、２３は、たとえば透明基板と、その透明基板上に形成された透明多層膜とを有しており、上述した特願平７−３２５９８８号にその詳細が示されている。
【０１０４】
（実施の形態５）
図４を参照して、実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の瞳面５に振幅収差を除去する空間フィルタ２１を備えれば、主に球面振幅収差、非点振幅収差、コマ振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０５】
（実施の形態６）
図４を参照して、実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の第１のハーフミラー１に振幅収差を除去する空間フィルタ２２を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０６】
（実施の形態７）
図４を参照して、実施の形態１における投影露光装置において、投影光学系６の第２のハーフミラー３に振幅収差を除去する空間フィルタ２３を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
【０１０７】
（実施の形態８）
図５は、本発明の実施の形態８における投影露光方法を示すフローチャートである。
【０１０８】
図５を参照して、まず振幅収差評価用マスクパターンを露光し（ステップ３１）、この露光により得られた現像パターンをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察し（ステップ３２）、その観察の結果、どの振幅収差の組合せかを分類する（ステップ３３）。さらに、レンズの個体に支配的な振幅収差を決定し（ステップ３４）、続いて支配的な振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを選択する（ステップ３５）。このようにして選択された振幅収差除去フィルタ（瞳フィルタ）を、たとえば瞳面に挿入して回路パターンの露光を行う（ステップ３６）。
【０１０９】
このような露光方法を採用することで、レンズ個体に支配的な振幅収差を選択的に除去し、良好な結像特性を得ることができる。
【０１１０】
（実施の形態９）
図６（ａ）は、実施の形態８で用いた振幅収差評価用マスクパターンの構成を示す平面図である。図６（ａ）を参照して、透明基板３３上に縦５列、横５列に配列された計２５個の矩形の大パターン３１が形成されており、各大パターン３１の内部には、縦３列、横３列の配列された計９個の微細パターン３２がそれぞれ形成されている。大パターン３１は露光波長の５倍以上、たとえば１０倍程度の寸法を有している。また微細パターン３２は、投影露光装置の解像限界と実質的に同じ寸法を有している。
【０１１１】
この振幅収差評価用マスクパターン３０を収差のないレンズで露光すると、回折のために角の部分が丸まり、図６（ｂ）に示すような大パターン３１ａと微細パターン３２ａとを有する転写パターンが得られる。一般に、微細なパターンは収差に対して敏感で、大きいパターンは収差に対して鈍感なため、転写パターンにおける大パターン３１ａと微細パターン３２ａとを観察することにより、容易かつ明確に５種類の振幅収差を分類することができる。
【０１１２】
瞳上の光量分布を考えると、０次回折光源像の位置（中心付近）の光量が圧倒的に高く、振幅収差を評価するには、瞳の中心付近に回折光を生じるパターンが必要である。これは、概ね露光波長λの５倍以上の大きさのマスクパターンに相当する。言い換えれば、大パターン２１を露光波長λの５倍以上の寸法にすることにより、振幅収差の評価が可能となる。よって、本実施の形態のマスクパターンを用いれば振幅収差の評価をすることが可能となる。
【０１１３】
（実施の形態１０）
図６（ａ）に示した振幅収差評価用マスクパターン３０を用いて球面振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図６（ａ）に示す振幅収差評価用マスクパターン３０を露光し、図６（ｂ）のように仕上がった２５組の転写パターンをＳＥＭなどにより観察する。これにより、図７（ａ）のように微細パターン３２のコントラストを２５点のそれぞれで求めるとともに、図７（ｂ）のように大パターン３１のコントラストを２５点のそれぞれで求める。
【０１１４】
なお図７（ａ）、（ｂ）において矢印の大きさはコントラストの大きさを示している。
このとき、図７（ａ）、（ｂ）に示すように微細パターン３２と大パターン３１とで、理想光学像のコントラストとの差が四次関数的に観測されればこの光学系に球面振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン３２と大パターン３１との間のコントラストの変動量から球面振幅収差量を見積ることができる。
【０１１５】
（実施の形態１１）
図６（ａ）に示した振幅収差評価用マスクパターン３０を用いて非点振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図６（ａ）に示す振幅収差評価用マスクパターン３０を露光し、図６（ｂ）のように仕上がった２５組の転写パターンをＳＥＭなどにより観察する。これにより、図８（ａ）のように各パターンの横方向（ｘ方向）のパターン要素（辺）のコントラストを２５点のそれぞれで求めるとともに、図８（ｂ）のように各パターンの縦方向（ｙ方向）のパターン要素（辺）のコントラストを２５点のそれぞれで求める。
【０１１６】
このとき、図８（ａ）、（ｂ）に示すように横方向のパターン要素と縦方向のパターン要素との間で、コントラストが変動していることが観測されれば露光光学系に非点振幅収差が存在していることがわかる。そして横方向のパターン要素と縦方向のパターン要素との間のコントラストの変動量から非点振幅収差量を見積もることができる。
【０１１７】
（実施の形態１２）
図６（ａ）に示した振幅収差評価用マスクパターン３０を用いて振幅像面湾曲を評価する方法について説明する。まず、図６（ａ）に示す振幅収差評価用マスクパターン３０を露光し、図６（ｂ）のように仕上がった２５組の転写パターンをＳＥＭなどにより観察する。これにより、図９のように大パターン３１のコントラストを２５点のそれぞれで求める。
【０１１８】
このとき、図９に示すように大パターン３１のコントラストが二次関数的に観測されれば、露光光学系に振幅像面湾曲が存在していることがわかる。そして大パターン３１のコントラストの変動量から振幅像面湾曲量を見積もることができる。
【０１１９】
（実施の形態１３）
図６（ａ）に示した振幅収差評価用マスクパターン３０を用いてコマ振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図６（ａ）に示す振幅収差評価用マスクパターン３０を露光量条件を変更しながら露光し、図６（ｂ）のように仕上がった２５組の転写パターンをＳＥＭなどにより観察する。これにより、図１０（ａ）のように微細パターン３２の適正露光量を２５点のそれぞれで求めるとともに、図１０（ｂ）のように大パターン３１の適正露光量を２５点のそれぞれで求める。
【０１２０】
なお図１０（ａ）、（ｂ）に示す矢印の大きさは適正露光量の大きさを示している。
このとき、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、微細パターン３２と大パターン３１とで適正露光量が相対的に変動していることが観測されれば、この露光光学系にコマ振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン３２と大パターン３１との適正露光量の相対的な変動量からコマ振幅収差量を見積もることができる。
【０１２１】
（実施の形態１４）
図６（ａ）に示した振幅収差評価用マスクパターン３０を用いて歪曲振幅収差を評価する方法について説明する。まず図６（ａ）に示す振幅収差評価用マスクパターン３０を露光し、図６（ｂ）のように仕上がった２５組の転写パターンをＳＥＭなどにより観察する。これにより、図１１のように微細パターン３２の適正露光量を２５点のそれぞれで求めるとともに、図１１のように大パターン３１の適正露光量を２５点のそれぞれで求める。
【０１２２】
このとき、図１１に示されるように、微細パターン３２と大パターン３１とで適正露光量が相対的に同じで、露光された位置に依存して適正露光量が変動していることが観測されれば、この露光光学系に歪曲振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン３２と大パターン３１とで露光された位置に依存した適正露光量の変動量から歪曲振幅収差量を見積もることができる。
【０１２３】
（実施の形態１５）
本発明の実施の形態１５における正の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図１２（ａ）に、斜視図を図１２（ｂ）に示す。正の球面振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、ｎを整数とし、λを露光波長としたとき、ｎ×λである。
【０１２４】
図２５（ａ）に示したように、球面収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｂρ4／４と表わされる。このため、光学系の支配的な振幅収差が正の球面振幅収差であった場合、正の球面振幅収差を補償するための半透明多層膜４２は同心円状にドーム状の負の四次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の球面振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１２５】
（実施の形態１６）
本発明の実施の形態１６における負の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図１３（ａ）に、斜視図を図１３（ｂ）に示す。負の球面振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１２６】
図２５（ａ）に示したように、球面収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｂρ4／４と表わされる。このため、光学系の支配的な振幅収差が負の球面振幅収差であった場合、負の球面振幅収差を補償するための半透明多層膜４２は同心円状にすり鉢状の正の四次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の球面振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１２７】
（実施の形態１７）
本発明の実施の形態１７における正の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図１４（ａ）に、斜視図を図１４（ｂ）に示す。正の非点振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１２８】
図２５（ｂ）に示したように、非点収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｃｙ02ρ2ｃｏｓ2θと表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が正の非点振幅収差であった場合、正の非点振幅収差を補償するための半透明多層膜４２は１方向のみにドーム状の負の二次関数的な断面形状、すなわち鞍形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の非点振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１２９】
（実施の形態１８）
本発明の実施の形態１８における負の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図１５（ａ）に、斜視図を図１５（ｂ）に示す。負の非点振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１３０】
図２５（ｂ）に示したように、非点収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｃｙ02ρ2ｃｏｓ2θと表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が負の非点振幅収差であった場合、負の非点振幅収差を補償するための半透明多層膜４２は１方向のみにすり鉢状の正の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の非点振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１３１】
（実施の形態１９）
本発明の実施の形態１９における正の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図１６（ａ）に、斜視図を図１６（ｂ）に示す。正の振幅像面湾曲除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有することになる。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１３２】
図２５（ｃ）に示したように、像面湾曲を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｄｙ02ρ2／２と表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が正の振幅像面湾曲であった場合、正の振幅像面湾曲を補償するための半透明多層膜４２は、同心円状にドーム状の負の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の振幅像面湾曲が除去でき、結像性能が向上する。
【０１３３】
（実施の形態２０）
本発明の実施の形態２０における負の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図１７（ａ）に、斜視図を図１７（ｂ）に示す。負の振幅像面湾曲除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１３４】
図２５（ｃ）に示したように、像面湾曲を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝−Ｄｙ02ρ2／２と表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が負の振幅像面湾曲であった場合、負の振幅像面湾曲を補償するための半透明多層膜４２は、同心円状にすり鉢状の正の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の振幅像面湾曲が除去でき、結像性能が向上する。
【０１３５】
（実施の形態２１）
本発明の実施の形態２１における歪曲振幅収差除去フィルタの断面図を図１８（ａ）に、斜視図を図１８（ｂ）に示す。歪曲振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５で説明したと同様、ｎ×λである。
【０１３６】
図２５（ｄ）に示したように、歪曲収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝Ｅｙ03ρｃｏｓθと表わされる。このため、露光光学系の支配的な収差が歪曲振幅収差であった場合、歪曲振幅収差を除去するための半透明多層膜４２は、１方向に一次関数的な斜面状の断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、歪曲振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１３７】
（実施の形態２２）
本発明の実施の形態２２におけるコマ振幅収差除去フィルタの断面図を図１９（ａ）に、斜視図を図１９（ｂ）に示す。コマ振幅収差除去フィルタ４０は、透明基板４１と、その透明基板４１の表面上に形成された半透明多層膜４２とを有している。半透明多層膜４２の各層の膜厚は、実施の形態１５と同様、ｎ×λである。
【０１３８】
図２５（ｅ）に示したように、コマ収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ＝Ｆｙ0ρ3と表わされる。このため、露光光学系の支配的な収差がコマ振幅収差であった場合、コマ振幅収差を補償するための半透明多層膜４２は、１方向に三次関数的な斜面状の断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ４０を投影光学系の瞳面に挿入することにより、コマ振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
【０１３９】
（実施の形態２３）
複数種の振幅収差が共存している場合には、実施の形態１５〜２２に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せて用いてもよい。たとえば、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、実施の形態１９における負の振幅像面湾曲を補償するための振幅収差除去フィルタ（図１６）と実施の形態２２に示したコマ振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタ（図１９）とが組合せられれば、正の振幅像面湾曲とコマ振幅収差とを同時に補償することができる。実際の光学系では、一般に各種の振幅収差が共存しているので、実施の形態１５〜２２に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せることにより、各種の振幅収差がすべて除去され、結像性能がより一層向上する。
【０１４０】
（実施の形態２４）
実施の形態１０〜１４の振幅収差量評価方法によりそれぞれ評価された各種の振幅収差量を、図２１のように合成して、その合成された振幅収差を補償するような特性の複合振幅収差除去フィルタを製造することもできる。たとえば、図２１に示されるような合成された振幅収差に対応する断面形状を有する半透明多層膜を透明基板上に形成することにより振幅収差除去フィルタが製造される。
【０１４１】
この複合の振幅収差除去フィルタを導入することで、各種の振幅収差がすべて除去され、結像性能がより一層向上する。
【０１４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明は、ＬＳＩ製造工程で使用される投影露光装置における振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタに特に有利に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施の形態１における投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における投影露光装置での透過率分布および波面ずれが補償されることを説明するための図である。
【図３】ハーフミラーと凹面鏡との他の配置を示す概略図である。
【図４】図１に示す投影露光装置に空間フィルタを備えた構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態８における投影露光方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態９における振幅収差評価用マスクパターンを示し、（ａ）はマスクパターンの平面図、（ｂ）は（ａ）のマスクパターンを露光した際の転写パターンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１０における球面振幅収差の評価方法を示し、（ａ）は微細パターンのコントラストを示す図、（ｂ）は大パターンのコントラストを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１１における非点振幅収差の評価方法を示し、（ａ）は横方向のパターン要素のコントラストの変動量を示す図、（ｂ）は縦方向のパターン要素のコントラストの変動量を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１２における大パターンのコントラストの変動量を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１３におけるコマ振幅収差評価方法を示し、（ａ）は微細パターンの適正露光量の変動量、（ｂ）は大パターンの適正露光量の変動量を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１４における歪曲振幅収差の評価方法を示し、大パターンの適正露光量の変動量を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１５における正の球面振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態１６における負の球面振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態１７における正の非点振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態１８における負の非点振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態１９における正の振幅像面湾曲を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態２０における負の振幅像面湾曲を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態２１における歪曲振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態２２におけるコマ振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態２３における振幅収差除去フィルタを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態２４において各種の振幅収差を合成した場合の波面ずれを示す斜視図である。
【図２２】従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図２３】従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図２４】従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図２５】代表的な瞳上の波面収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は像面湾曲、（ｄ）は歪曲収差、（ｅ）はコマ収差を示す図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１、３  ハーフミラー、２、４  凹面鏡、５  瞳面、６  投影光学系、１０  投影露光装置、１１  ランプハウス、２０  フォトマスク、２１、２２、２３  波面収差除去フィルタもしくは振幅収差除去フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図４】
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