(57)【要約】      （修正有）【課題】２次元周期パターンを１次元周期パターンと同じ理論限界ピッチまで形成でき、さらに焦点深度を十分に確保できる露光方法を提供する。【解決手段】行列状に配置された開口と格子状の遮光部を有するマスクを照明光で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影し、遮光部の格子の交差部と共役な位置における暗部パターン像を形成する露光方法において、照明の有効光源形状を投影光学系のＮＡ、露光波長、開口のＸ、Ｙ方向それぞれのピッチで決まる特定の条件を満たすものとする。【選択図】図５
2010199347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された開口と格子状の遮光部を有するマスクを照明光で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影し、遮光部の格子の交差部と共役な位置における暗部パターン像を形成する露光方法であって、
前記投影光学系の瞳の中心に対し、前記開口の行方向へ延びるＸ軸と、前記開口の列方向に伸びるＹ軸と、前記投影光学系の瞳の中心座標を原点（０，０）とする直交座標系とを用い、前記投影光学系の開口数ＮＡ、照明光の波長λ［ｍ］、前記開口の行方向ピッチＰｘ［ｍ］、列方向ピッチＰｙ［ｍ］、とした時、
前記照明の有効光源形状が、円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と
（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2
（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2
Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2
Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2
で定義される各円との重複領域で規定され、
上記Ｐｘ、Ｐｙ及びａ、ｂは、
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ
なる条件を満たすことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記照明の有効光源形状が、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≦（λ／（２・Ｐｘ）＋α）とＸ≧（λ／（２・Ｐｘ）−α）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≧（−λ／（２・Ｐｘ）−α）とＸ≦（−λ／（２・Ｐｘ）＋α）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≦（λ／（２・Ｐｙ）＋β）とＹ≧（λ／（２・Ｐｙ）−β）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≧（−λ／（２・Ｐｙ）−β）とＹ≦（−λ／（２・Ｐｙ）＋β）を満たす領域で規定される領域と、
で規定され、
前記Ｐｘ、Ｐｙ、ａ、ｂ、α、βは
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ
０＜α＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｘ）
０＜β＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｙ）
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記Ｐ＝Ｐｘ＝Ｐｙであり、
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐ／２＜０．３５４・λ／ＮＡ
を満たす請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光方法により被露光体を露光する露光ステップと、該露光ステップによって露光された前記被露光体を現像する現像ステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ、表示素子、検出素子、撮像素子、電子放出素子、マイクロメカニクス、フォトニック結晶などで用いられる各種デバイスの形成に用いられる露光方法に関する。特に、フォトリソグラフィー工程において、被処理体に周期的２次元ドットパターンを形成する露光方法に好適に用いられる露光方法である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて、マスク（又はレチクル）パターンを投影光学系を介してウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置は従来から使用されている。投影露光装置の解像度（マスクの線幅）Ｒは、光源の波長λ［ｍ］と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリーの式で与えられる。
【０００３】
【数１】
2010199347.tif 000003
【０００４】
一方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられる。
【０００５】
【数２】
2010199347.tif 000004
【０００６】
尚、焦点深度ＤＯＦは小さくなるとフォーカス合わせが難しくなり、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ましい。
【０００７】
近年、デバイスの微細化の要求に伴い、投影露光装置で微細なパターンを安定して解像する需要が益々高まっている。安定した高解像化のためには、パターンの種類に応じて最適な露光条件（マスクの種類、照明条件など）を選択する必要がある。また、結像性能の安定化のためには焦点深度を大きく確保する必要があり、照明条件は焦点深度にも影響を与える。
【０００８】
半導体デバイスのコンタクトホール形成や、スピント型等の電界放出素子、マイクロメカニクス、フォトニック結晶といった２次元方向に周期性を有するドット或いはホールパターンに対して最適化された露光条件としては、例えば特許文献１などが挙げられる。係る特許文献１には、開口が千鳥配置されたマスクに対して六重極照明を適用することで、解像力と焦点深度を両立させる露光方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１０９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
被露光体上で２次元周期パターンを得る露光方法は、一般に１次元周期パターンよりも解像力が得にくい。これは、２次元周期パターンを得るためには瞳上で少なくとも３光束以上の回折光を取り込む必要があるため、各光束間の間隔が１次元周期パターンよりも狭くなることや、光束数が増えることにより像面上でコントラストが得られにくいことなどによるものである。
【００１１】
本発明の目的は、２次元周期パターンを１次元周期パターンと同じ理論限界ピッチまで形成でき、さらに焦点深度を十分に確保できる露光方法と、該露光方法を用いたデバイス製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１は、行列状に配置された開口と格子状の遮光部を有するマスクを照明光で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影し、遮光部の格子の交差部と共役な位置における暗部パターン像を形成する露光方法であって、
前記投影光学系の瞳の中心に対し、前記開口の行方向へ延びるＸ軸と、前記開口の列方向に伸びるＹ軸と、前記投影光学系の瞳の中心座標を原点（０，０）とする直交座標系とを用い、前記投影光学系の開口数ＮＡ、照明光の波長λ［ｍ］、前記開口の行方向ピッチＰｘ［ｍ］、列方向ピッチＰｙ［ｍ］、とした時、
前記照明の有効光源形状が、円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と
（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2
（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2
Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2
Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2
で定義される各円との重複領域で規定され、
上記Ｐｘ、Ｐｙ及びａ、ｂは、
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ
なる条件を満たすことを特徴とする露光方法である。
【００１３】
本発明においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
【００１４】
前記照明の有効光源形状が、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≦（λ／（２・Ｐｘ）＋α）とＸ≧（λ／（２・Ｐｘ）−α）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≧（−λ／（２・Ｐｘ）−α）とＸ≦（−λ／（２・Ｐｘ）＋α）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≦（λ／（２・Ｐｙ）＋β）とＹ≧（λ／（２・Ｐｙ）−β）を満たす領域で規定される領域と、
円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≧（−λ／（２・Ｐｙ）−β）とＹ≦（−λ／（２・Ｐｙ）＋β）を満たす領域で規定される領域と、
で規定され、
前記Ｐｘ、Ｐｙ、ａ、ｂ、α、βは
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ
０＜α＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｘ）
０＜β＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｙ）
なる条件を満たす。
【００１５】
前記Ｐ＝Ｐｘ＝Ｐｙであり、
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐ／２＜０３５４・λ／ＮＡ
を満たす。
【００１６】
本発明の第２は、本発明第１の露光方法により被露光体を露光する露光ステップと、該露光ステップによって露光された前記被露光体を現像する現像ステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の露光方法によれば、１次元周期パターンと同じ理論限界ピッチで２次元周期パターンを露光することができる。よって、本発明によれば、従来は製造が難しかった微細な２次元周期ドットパターンを安定して解像し、２次元周期構造を利用した高性能なデバイスを高品位に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の露光方法を実施する露光装置の一形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るマスクの概略を示す平面図である。
【図３】狭ピッチな２次元周期パターンを図４で示す照明で露光した際の瞳上回折光分布の模式図である。
【図４】図３に用いられる照明の模式図である。
【図５】本発明に用いられる有効光源形状を説明する模式図である。
【図６Ａ】本発明に適さないマスクを示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ａのマスクを図１１の照明で露光した際の像面での２次元光強度分布図である。
【図６Ｃ】図６Ｂ中の断面ａ−ａ’及びｂ−ｂ’おける光強度分布図である。
【図７Ａ】本発明に用いられるマスクを示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａのマスクを、図１１の照明で露光した際の像面での２次元光強度分布図である。
【図７Ｃ】図７Ｂ中の断面ｃ−ｃ’及びｄ−ｄ’における光強度分布図である。
【図８】二光束干渉縞のインコヒーレント和における光学コントラストを表す図である。
【図９】ベストフォーカス面及びデフォーカス面における照明位置と光学コントラストを表す模式図である。
【図１０】図９における計算モデルを説明する模式図である。
【図１１】デフォーカス特性を改善した光源を用いた計算例である。
【図１２】２次元周期構造体を有する基板の製造フローチャートである。
【図１３】マスクのピッチが広くなった時の照明形状を説明する模式図である。
【図１４】本発明が満たすべきパターンピッチの計算例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の露光方法は、行列状に配置された開口と格子状の遮光部を有するマスクを照明光で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影し、遮光部の格子の交差部と共役な位置における暗部パターン像を形成する露光方法である。そして、本発明においては、上記照明の有効光源形状がマスクと特定の関係にあることを特徴とする。
【００２０】
図１は本発明の露光方法が実施される露光装置の一例であり、等倍ミラー光学系を用いる走査型の投影露光装置２０の要部概略図である。図１に示す投影露光装置２０は、反射型の投影光学系Ｒと、照明系Ｉとを備えている。投影光学系Ｒは、凹面鏡１６、凸面鏡１７及びミラー１５、１８を備える反射型の投影光学系Ｒを有する。照明系Ｉは、リレー系（絞り結像レンズ系）によって構成され、マスク１３上に円弧状若しくは扇形の照明領域を形成する。該リレー系は、水銀灯光源２、楕円鏡１、シャッター３、コンデンサーレンズ４，８、波長フィルタ５、インテグレータ６、絞り７、円弧状若しくは扇形の開口を有する視野絞り９、リレーレンズ１０，１２、ミラー１１を含む。
【００２１】
この投影露光装置では、インテグレータ６により形成される２次光源面が第二コンデンサーレンズ８の前側焦点と略一致し、また、視野絞り９と第二コンデンサーレンズ８の後側焦点が略一致するように配置されたケーラー照明系が構成されている。
【００２２】
マスク１３は、投影光学系Ｒの物体面に配置され、像面に配置された基板１９と同期して移動する。マスク１３及び基板１９には、それぞれ物体面及び像面内で図１の矢印方向に光が走査され、マスク１３に形成されたパターンが基板１９上に転写される。
【００２３】
照明系Ｉには、マスク１３上の投影光学系Ｒの良像域（通常は、円弧状若しくは扇形の形状をなす）全体を均一且つ効率良く、所定の開口数で照射することが要求される。そのため、インテグレータとしてシリンドリカルハエの目レンズを用い、それぞれのシリンドリカルレンズからの照明光束を視野絞り９上で重ねて、その上に一旦照度むらの無い矩形状の照射領域をつくる。そして、視野絞り９に形成された円弧状又は扇形のスリット（開口）を透過する光束をリレー系（絞り結像系）１０乃至１２でマスク１３上に結像させて、マスク１３上に所望の円弧状若しくは扇型で照射領域内の全ての点で、照度が均一な照明を得る。
【００２４】
図２（ａ）は、図１におけるマスク１３の平面図である。図２（ａ）において、１０１が透過部、１０２が遮光部となる。マスク１３は、透過部１０１で構成された開口が、ＸＹ方向に周期的に配置されており、Ｘ方向のピッチをＰｘ、Ｙ方向のピッチはＰｙである。このようなマスクに対して、最適な有効光源形状を選択することで、基板１９上に高い解像度を有する２次元周期パターンを形成することができる。以下その詳細について述べる。
【００２５】
図３（ａ）はマスク１３を図４（ａ）に示すような小σ照明で照明した場合の瞳面上の回折光パターンである。図３（ａ）において、円２０２は投影光学系Ｒの瞳である。図４（ａ）は、照明光学系ＩのＮＡが投影光学系ＲのＮＡと等しい、即ちσ＝１．０の場合であり、照明の中央部にσ＝０．０の点光源２０３が配置されていることを示した模式図である。かかる小σ照明においては、図３（ａ）に示す通り、０次回折光２００に対し、マスクパターンのＸ方向基本周期に応じて１次回折光２０１ａと２０１ｂが、Ｙ方向基本周期に応じて１次回折光２０１ｃと２０１ｄが発生する。１次回折光２０１ａ及び２０１ｂの位置は、光源の波長をλ（μｍ）とすると、±λ／Ｐｘとなり、同じく、１次回折光２０１ｃ及び２０１ｄの位置は、±λ／Ｐｙとなる。そのため、Ｐｘ及びＰｙが小さくなる、即ちパターンピッチが狭くなると、回折光間隔は広がり、瞳２０２内に１次回折光が入らなくなり、基板１９上には像が形成されなくなる。しかし、図４（ｂ）に示すように、２０４ａ及び２０４ｂによる二重極照明を行えば、図３（ｂ）に示す通りＸ方向の１次回折光２０１ａと２０１ｂと０次回折光が同時に瞳に入射可能となり、２光束干渉により縦方向の干渉縞を基板１９上に形成することができる。
【００２６】
同様に、図４（ｃ）に示すように２０４ｃと２０４ｄによる二重極照明を行えば、図３（ｃ）に示す通りＹ方向の１次回折光２０１ｃと２０１ｄと０次回折光が同時に瞳に入射可能となり、２光束干渉により横方向の干渉縞を基板１９上に形成することができる。
【００２７】
両者を組み合わせた図４（ｄ）に示す２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄによる四重極照明を行えば、像面上では縦方向の干渉縞と横方向の干渉縞のインコヒーレントな強度和が形成され、格子状の２次元周期的明暗像が形成されることになる。
【００２８】
有効光源の面積は、像面照度に影響するため、上記四重極照明においても２光束干渉の直交するインコヒーレントな明暗像が形成される最大の照明面積を利用することが必要となる。有効な機能を発現する最大の有効光源形状は、次の通りである。
【００２９】
投影光学系の瞳の中心に対し、マスク開口の行方向へ延びるＸ軸と、マスク開口の列方向に伸びるＹ軸と、前記投影光学系の瞳の中心座標を原点（０，０）とする直交座標系とを用いる。投影光学系の開口数ＮＡ、照明光の波長λ［ｍ］、マスク開口の行方向ピッチＰｘ［ｍ］、列方向ピッチＰｙ［ｍ］、とした時、下記（３）の円と（４）乃至（７）で定義される各円との重複領域で規定される。
【００３０】
Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2    （３）
（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2    （４）
（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2    （５）
Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2    （６）
Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2    （７）
【００３１】
ここで、Ｐｘ、Ｐｙ及びａ、ｂは、以下の条件を満たす。
【００３２】
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2    （８）
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ    （９）
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ    （１０）
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ    （１１）
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ    （１２）
【００３３】
図５は、この条件を満たす照明形状を示したものであり、２０５がσ＝１．０相当の照明系ＮＡであり、２０５とこれをＸＹ軸方向にシフトさせた４つの円との重複領域である領域２０６、２０７、２０８、２０９が有効光源となる。これらの４領域より内側の照明を用いると、１次光が瞳に入射せず、コントラストを悪化させてしまう。４つの円のシフト量は、マスクパターンをコヒーレント照明した際の１次回折光の位置λ／Ｐよりも大きければよく、円のシフト量を示すａ及びｂは上記式（１１）、（１２）のように表される。尚、式（１１）、（１２）において、ａ及びｂの上限値は、有効光源面積が有限である条件である。
【００３４】
Ｐｘ及びＰｙの満たすべき範囲は、２光束干渉縞の直交２方向のインコヒーレント和を成立させる条件である。図１３は、Ｐｘ及びＰｙが大きくなった時の模式図を示しており、図５と異なり３円の重複領域が生じていることが解る。このように、円の重複が生じる条件では、３光束以上の干渉成分が生じることになり、像面での光学コントラストが悪化する。よって、ＰｘとＰｙは、この重複が生じない範囲に限定される必要がある。重複の生じないＰｘ、Ｐｙの満たすべき条件は、式（８）で表される。
【００３５】
図１４は、ＮＡ＝０．０８３、露光波長λ＝０．３９３μｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝３．０μｍ即ちｋ１＝０．３１７相当の露光における、二光速干渉の成立する範囲を示したものである。図１４の曲線は、
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＝４ＮＡ2    （１３）
を表している。
【００３６】
また結像限界であるｋ１＝０．２５と、一方向のみの干渉縞で２光束干渉を成立させる上限であるｋ１＝０．５０を示す破線とを合わせ、曲線の下側で且つ両破線で囲まれた領域が２光束干渉縞の直交２方向のインコヒーレント和を成立させる範囲である。尚、本露光方法は２次元周期パターンに対する露光方法であるため、通常はＰｘとＰｙが概略等しくなると考えられる。特にＰｘ＝Ｐｙ＝Ｐの場合は、
（λ／Ｐ）2＞２ＮＡ2    （１４）
からｋ１＝（１／８）1/2＜０．３５４に相当するピッチのパターンが該当範囲となることが導かれる。
【００３７】
即ち、Ｐ＝Ｐｘ＝Ｐｙの時、
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐ／２＜０．３５４・λ／ＮＡ
である。
【００３８】
光学コントラストＣは、像面での明部における最大光強度Ｉｍａｘと、暗部における最小光強度Ｉｍｉｎから、
【００３９】
【数３】
2010199347.tif 000005
と定義されるものである。フォトリソグラフィーでは、レジストに対するパターニングが必要であり、レジスト面での光強度分布の像コントラストが一定以上でなければ、レジストのパターンを形成することができない。さらに、光学コントラストが高いほど、レジストパターンの垂直性やプロセス安定性、線幅誤差といった点で有利であり、一般的には７０％程度の光学コントラストが要求されるといえる。
【００４０】
前述の四重極照明は、図２（ａ）に示す様なマスク上で開口が抜かれているパターンに対して所望の効果を発揮するものであり、図２（ｂ）に示す様なマスク上で遮光部がドット状に配置されているパターンに対しては適さない。以下にその説明を行う。
【００４１】
図６及び図７は、投影光学系のＮＡ＝０．０８３、露光波長λ＝０．３９３μｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝３．０μｍ、即ちｋ１＝０．３１７相当において、上記四重極照明を適用した際の結像計算例である。図６Ｂ及び図６Ｃは図６Ａに示すマスク上の遮光部１０２がドット状に配置されたパターン（以下、「ノコシパターン」と記す）の像面光強度分布図及び像面の任意断面における光強度分布及びその光学コントラストである。また、図７Ｂ及び図７Ｃは図７Ａに示す開口部１０１がホール状に配置されたパターン（以下、「ヌキパターン」と記す）の像面光強度分布図及び像面の任意断面における光強度分布及びその光学コントラストである。
【００４２】
図６Ａのノコシパターンマスクに対して四重極照明を適用しても、図６Ｃに示す通り、光学コントラストは断面ａ−ａ’で１７％、ｂ−ｂ’で２５％程度しか得られていないことが解る。これは、マスクの遮光部面積が透過部面積に対して小さいため、０次光の回折効率が高く、２光束干渉においても回折光間の強度比が大きいためである。
【００４３】
一方、図７Ａのヌキパターンマスクにおいては、マスク開口部と共役な像位置である断面ｃ−ｃ’における光学コントラストは３１％程度にとどまる。しかしながら、マスク上遮光部の格子の交差部に共役な像位置である断面ｄ−ｄ’において８２％もの高コントラスト像が得られることが解る。この現象を簡易的に説明したのが図８であり、縦及び横の２光束干渉で各１００％の光学コントラスト（最大光強度１．０、最小光強度０．０）が得られたとした際の理論的な限界を表したものである。図８（ａ）は縦方向の干渉縞像で、図８（ｂ）は横方向の干渉縞像であるとする。像面において、これらのインコヒーレント和により２次元像を得る際、ヌキパターンの開口と共役な像位置での強度和は、縦縞の最大値の位置で直交方向に横縞を加算することを意味する。よって該強度和は、図８（ａ）のピーク値１４１である光強度１．０をバイアス（図８（ｃ））として加算した横方向の縞との強度和（図８（ｄ））となるため、その理論上の光学コントラスト限界が５０％であることが解る。一方、ヌキパターンの遮光部の交点に共役な像位置での強度和は、縦縞の最小値の位置で直交方向に横縞を加算することを意味する。よって強度和は、図８（ａ）の最小値１４２である光強度０をバイアス（図８（ｅ））として加算した横方向の縞との強度和（図８（ｆ））であるため、その理論上光学コントラストは１００％のまま変わらないことがわかる。
【００４４】
尚、基板側にポジ型フォトレジストを用いれば、ドット状のノコシパターンが基板に形成され、ネガ型フォトレジストを用いれば、ホール状のヌキパターンが得られることになる。
【００４５】
以上はベストフォーカス面における光学コントラストについて議論を行ってきたが、加えて、デフォーカス時のコントラスト変化が少ない有効光源形状について以下説明を行う。
【００４６】
図９は、σ＝１．０の有効光源内（図中破線円は半径ＮＡ）での各照明位置で露光を行った場合の光学コントラストを、ベストフォーカス位置（図９（ａ））とデフォーカス３０μｍの位置（図９（ｂ））で比較したものである。ここで、露光条件は、投影光学系のＮＡ＝０．０８３、露光波長λ＝０．３９３μｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝３．０μｍ即ちｋ１＝０．３１７相当である。図９は、局所的な照明位置と、その照明位置での像面光学コントラストの値をプロットしたものである。この計算は、図１０に示すように、照明系の中心に対して４対象な４箇所（微小光源１６１）の微小な四重極照明を用いて行われている。
【００４７】
図９（ａ）のベストフォーカス位置においては、該規定の四重極照明エリア内での光学コントラスト特性はほぼ均一であるが、図９（ｂ）のデフォーカス位置においては、コントラストが大きく低下する場所があることが解る。図９（ｂ）において、最もコントラストが高いのは、破線３０１、３０２、３０３、３０４であり、３０１のＸ座標は
Ｘ＝λ／（２・Ｐｘ）    （１７）
である。また、３０２のＸ座標は
Ｘ＝−λ／（２・Ｐｘ）    （１８）
である。さらに、３０３のＹ座標は
Ｙ＝λ／（２・Ｐｙ）    （１９）
である。またさらに、３０４のＹ座標は
Ｙ＝−λ／（２・Ｐｙ）    （２０）
である。
【００４８】
このことは、図９（ｂ）がデフォーカス時の波面収差を反映したものであると考えればよい。縦縞を形成する０次光と１次光が、瞳中心を通るＹ軸に対して線対称であるほどデフォーカス時の各光束間の光路長差が少なくなる。同様に横縞を形成する０次光と１次光が、瞳中心を通るＸ軸に対して線対称であるほどデフォーカス時の各光束間の光路長差が少なくなる。
【００４９】
よって、良好なデフォーカス特性を得るためには、破線３０１乃至３０４を中心に、照明形状の幅を規制し、コントラスト変化が少ない部分のみを用いればよいことがわかる。
【００５０】
従って、良好なデフォーカス特性を有する有効光源形状は、以下の通りである。
【００５１】
投影光学系の瞳の中心に対し、マスク開口の行方向へ延びるＸ軸と、マスク開口の列方向に伸びるＹ軸と、前記投影光学系の瞳の中心座標を原点（０，０）とする直交座標系とを用いる。投影光学系の開口数ＮＡ、照明光の波長λ［ｍ］、マスク開口の行方向ピッチＰｘ［ｍ］、列方向ピッチＰｙ［ｍ］、とした時、有効光源形状は、下記の〔１〕乃至〔４〕の各領域で規定される領域である。
【００５２】
〔１〕円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ−ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≦（λ／（２・Ｐｘ）＋α）とＸ≧（λ／（２・Ｐｘ）−α）を満たす領域で規定される領域。
【００５３】
〔２〕円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円（Ｘ＋ａ）2＋Ｙ2＝ＮＡ2との重複領域且つＸ≧（−λ／（２・Ｐｘ）−α）とＸ≦（−λ／（２・Ｐｘ）＋α）を満たす領域で規定される領域。
【００５４】
〔３〕円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ−ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≦（λ／（２・Ｐｙ）＋β）とＹ≧（λ／（２・Ｐｙ）−β）を満たす領域で規定される領域。
【００５５】
〔４〕円Ｘ2＋Ｙ2＝ＮＡ2と円Ｘ2＋（Ｙ＋ｂ）2＝ＮＡ2との重複領域かつＹ≧（−λ／（２・Ｐｙ）−β）とＹ≦（−λ／（２・Ｐｙ）＋β）を満たす領域。
【００５６】
ここで、Ｐｘ、Ｐｙ、ａ、ｂ、α、βは下記の条件を満たす。
【００５７】
（λ／Ｐｘ）2＋（λ／Ｐｙ）2＞４ＮＡ2
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｘ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
０．２５・λ／ＮＡ＜Ｐｙ／２＜０．５０・λ／ＮＡ
λ／Ｐｘ≦ａ＜２・ＮＡ
λ／Ｐｙ≦ｂ＜２・ＮＡ
０＜α＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｘ）    （２１）
０＜β＜ＮＡ−λ／（２・Ｐｙ）    （２２）
【００５８】
図１１は、投影光学系のＮＡ＝０．０８３、露光波長λ＝０．３９３μｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝３．０μｍ即ちｋ１＝０．３１７相当の露光における、デフォーカス改善照明のシミュレーション結果である。式（２１）及び（２２）の、α＝β（＝γ）とし、０＜γ＜０．０１７５の範囲でγを変化させ、デフォーカスと光学コントラストの関係を計算した。デフォーカス改善を行わない状態はγ＝０．０１７５である。これに対し、γを小さくし幅を規制するほど、デフォーカスさせてもコントラスト変化が少なくなることが解る。
【００５９】
次に、本発明のデバイス製造方法について説明する。本発明のデバイス製造方法は、前記した本発明の露光方法により被露光体を露光する露光ステップと、該露光ステップによって露光された前記被露光体を現像する現像ステップとを有することを特徴とする。
【００６０】
本発明のデバイス製造方法として、露光装置２０を利用した２次元周期構造体を有する基板の製造方法を、図１２を参照して説明する。図１２は、２次元周期構造体を有する基板の製造フローチャートである。ステップ１では、基板に構造体の母材を成膜する。ステップ２では、基板上にレジストを塗布し、適切なベーク処理等を行う。ステップ３では、露光装置２０を用いて露光を行い、２次元周期光学像をレジストに焼き付ける。ステップ４では、レジストを現像する。ステップ５では、レジストをマスクにエッチングを行うことで基板上に成膜された母材を２次元周期構造体に加工する。ステップ６では、不要になったレジストを取り除く。このようなフローにより、２次元周期構造体を有する基板を製造することができる。本発明の露光方法を用いれば、従来は製造が難しかった微細な２次元周期ドットパターンを安定して解像し、２次元周期構造を利用した高性能なデバイスを高品位に作製することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  楕円鏡
２  水銀灯光源
１３  マスク
１９  基板
２０  露光装置
１０１  マスク透過部
１０２  マスク遮光部
１６１  微小光源
２００  ０次回折光
２０１  回折光
２０２  瞳
２０３，２０４  点光源
２０５  投影光学系ＮＡ
２０６乃至２０９  有効光源
２１０  重複領域
３０１乃至３０４  光源位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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