(57)【要約】【課題】複数種類のパターンを共通の照明条件を用いて高解像度で露光する。【解決手段】照明光でレチクル及び投影光学系を介してウエハを露光する露光方法において、そのレチクルとして、Ｘ方向に周期的に、Ｘ方向に直交するＹ方向を長手方向として配列された密集線パターンと、Ｙ方向を長手方向とするラインパターンとを含むパターンが形成されたレチクルを配置し、照明瞳面で、光軸を挟んでＸ方向に配置される領域４８Ａ，４８Ｂと、その光軸を挟んでＹ方向に対応するＺ方向に配置される領域４８Ｃ，４８Ｄとにおける照明光の光量が大きくなる照明条件でそのパターンを照明する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系からの照明光で第１物体を照明し、前記照明光で前記第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、
前記第１物体として、所定方向に周期的に、かつ前記所定方向に直交する方向を長手方向として配列された第１パターンと、前記所定方向に直交する方向を長手方向とする第２パターンとを含むパターンが形成された物体を配置する工程と、
前記照明光学系内の所定面で、光軸を挟んで前記所定方向に対応する方向に配置される第１及び第２の領域と、前記光軸を挟んで前記所定方向に直交する方向に対応する方向に配置される第３及び第４の領域とにおける前記照明光の光量が他の領域の光量よりも大きくなる光量分布を生成する工程と、
前記光量分布を持つ前記照明光で前記パターンを照明する工程と、
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記パターンは、前記所定方向に関して前記第２パターンを挟むように、前記所定方向に直交する方向を長手方向として配置される１対の第３パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記第３パターンは、前記第２パターンから前記所定方向に所定間隔で配置される３個のラインパターンを含むことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第３パターンは、前記所定方向の線幅が、前記第２パターンの線幅よりも細い補助ラインパターンであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第１の領域から前記第４の領域の内側のコヒーレンスファクタは０．５〜０．６５であり、その外側のコヒーレンスファクタは０．７〜０．８であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記光量分布を生成する工程は、
前記第１の領域から前記第４の領域における前記照明光の偏光方向を前記光軸に関してほぼ円周方向に設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記パターンは、前記第１パターン及び前記第２パターンをそれぞれ９０°回転した形状の第４パターン及び第５パターンを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の露光方法で基板を露光することと、
露光された前記基板を現像することと、
現像された前記基板を加工することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光で第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で使用される一括露光型又は走査露光型等の露光装置においては、様々なパターンをそれぞれ高精度（高い解像度）かつ安定（深い焦点深度）でウエハ等の基板に転写することが求められている。転写対象のパターンのうち、微細ピッチのライン・アンド・スペースパターン等の密集線を高精度かつ安定に基板に転写するためには、照明光学系の瞳面（照明瞳面）で光軸に対して密集線の周期方向に対応する方向に偏心した２箇所の領域で照明光の光量を大きくするいわゆる２極照明が有効である（例えば、特許文献１及びこれに対応する米国特許第６，０９４，３０５号明細書参照）。
【０００３】
一方、実質的に孤立ラインパターンとみなすことができる孤立線を高精度かつ安定に基板に転写するためには、照明光のコヒーレンスファクタ（σ値）を比較的小さくする照明方式が有効である。さらに、実質的に孤立線から密集線までの種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高精度かつ安定に基板に転写するために、照明瞳面で光軸を含む領域及びこれから偏心した複数の領域で照明光の光量を大きくする照明方式も提案されている（例えば、特許文献２及びこれに対応する米国特許第７，４４６，８５８号明細書参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６７５５８号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０９０９５２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように従来は、孤立線を含むパターンを高精度かつ安定に転写するために、少なくとも照明瞳面の光軸を含む領域で照明光の光量が大きくなる照明条件が使用されていた。このような照明条件を使用した後、次に密集線のみを含むパターンを転写するときには、照明条件を２極照明等に切り替える必要がある。しかしながら、最近は種々の電子デバイスの種々のレイヤの回路パターンを効率的に製造することが求められており、露光装置の照明条件はできるだけ共通化（標準化）することが好ましい。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、複数種類のパターンを共通の照明条件を用いて高解像度で露光することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、照明光学系からの照明光で第１物体を照明し、その照明光でその第１物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、その第１物体として、所定方向に周期的に、かつその所定方向に直交する方向を長手方向として配列された第１パターンと、その所定方向に直交する方向を長手方向とする第２パターンとを含むパターンが形成された物体を配置する工程と、その照明光学系内の所定面で、光軸を挟んでその所定方向に対応する方向に配置される第１及び第２の領域と、その光軸を挟んでその所定方向に直交する方向に対応する方向に配置される第３及び第４の領域とにおけるその照明光の光量が他の領域の光量よりも大きくなる光量分布を生成する工程と、
その光量分布を持つ照明光でそのパターンを照明する工程と、を有する露光方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による露光方法で基板を露光することと、露光されたその基板を現像することと、現像されたその基板を加工することを含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、主に第１及び第２の領域からの照明光でその周期的に配列された第１パターンの像が第２物体に高解像度でかつ深い焦点深度で露光される。さらに、第１〜第４の領域からの照明光によって、その第２パターンの像が第２物体に高解像度で露光される。また、転写対象のパターンがその第１パターン又はその第２パターンのみの場合でも、その照明条件を共通に使用可能である。従って、複数種類のパターンを共通の照明条件を用いて高解像度で露光できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の一例の露光装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）はウエハに形成されるレジストパターンの一部を示す拡大図、（Ｂ）はレチクルのパターンの一部を示す拡大図、（Ｃ）は図２（Ｂ）中の孤立線用パターン４４Ｘを示す拡大図である。
【図３】（Ａ）は４極照明の光量分布及び偏光状態の一例を示す図、（Ｂ）は孤立線用パターンの像の光強度分布の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）は孤立線用パターンの像がデフォーカスした場合の光強度分布の変化を示す図、（Ｂ）は主ラインパターンのみの像がデフォーカスした場合の光強度分布の変化を示す図である。
【図５】実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）は実施形態の変形例のレジストパターンの一部を示す拡大図、（Ｂ）はその変形例のレチクルのパターンの一部を示す拡大図である。
【図７】実施形態の変形例の照明瞳面における光量分布及び偏光状態を示す図である。
【図８】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）は比較例における２極照明の光量分布を示す図、（Ｂ）は比較例の孤立線用パターンの像の光強度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図５及び図９を参照して説明する。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）ＥＸの構成を示す。図１において、露光装置ＥＸは、露光用の光源１と、光源１からの照明光ＩＬ（露光光）で転写用パターンが形成されたレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲの位置及び速度を制御するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置及び速度を制御するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２０とを備えている。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面に平行な面）内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。
【００１２】
光源１としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などの他のレーザ光源、水銀ランプ、又はＹＡＧレーザの高調波発生光源若しくは固体レーザ（例えば半導体レ
ーザ等）等の高調波発生装置なども使用することができる。
光源１から射出された紫外パルス光よりなる直線偏光の照明光ＩＬは、レンズ２ａ，２ｂよりなるビームエキスパンダ２により光束の断面形状が所望の形状に変換された後、光路折り曲げ用のミラー３を介して、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って、回転可能な１／２波長板４及び１／４波長板５を含む偏光光学系６に入射する。主制御系２０が不図示の回転駆動部を介して１／２波長板４の回転角を制御することによって、偏光光学系６から射出される照明光ＩＬの偏光方向を互いに直交する２方向のいずれか、又は円偏光に設定できる。さらに、不図示の楔型の複屈折性のプリズム（デポラライザ）を照明光ＩＬの光路中に挿入することによって、照明光ＩＬの偏光状態をランダム偏光（非偏光）にすることも可能である。
【００１３】
偏光光学系６から射出された照明光ＩＬは、回折光学素子（Diffractive Optical Element)７Ａ，７Ｂ，７Ｃ等のいずれかに入射する。回折光学素子７Ａは、入射した矩形状の平行光束を回折してファーフィールドに円形の照明領域を形成する。さらに、入射した照明光ＩＬを回折して、ファーフィールドに光軸ＡＸＩに対してほぼ対称にＸ方向に偏心した２箇所の照明領域を形成する２極照明用の回折光学素子７Ｂ、ファーフィールドに光軸ＡＸＩに対してほぼ対称にＸ方向及びＺ方向（レチクルＲのパターン面でのＹ方向に対応する）に偏心した４箇所の照明領域を形成する４極照明用の回折光学素子７Ｃ、他の形状の２極及び４極の照明領域を形成する回折光学素子（不図示）、及び輪帯状の照明領域を形成する回折光学素子（不図示）等が備えられている。これらの回折光学素子７Ａ〜７Ｃ等は、一例として円板８の周囲に保持されている。主制御系２０からの照明条件を設定する指令に応じて、照明制御系２１が駆動部２３によって円板８を回転することによって、その照明条件に応じた回折光学素子が照明光ＩＬの光路上に配置される。図１では、照明光ＩＬの光路上に通常照明用の回折光学素子７Ａが設定されている。
【００１４】
図１において、回折光学素子７Ａ（又は７Ｂ，７Ｃ等）を介して回折された光束は、前群レンズ系９ａ、凹の円錐面を持つ第１プリズム１０ａと凸の円錐面を持つ第２プリズム１０ｂとからなるアキシコン系１０、及び後群レンズ系９ｂを介して、マイクロレンズアレイ１１（オプティカルインテグレータ）を照明する。前群レンズ系９ａ及び後群レンズ系９ｂから、所定範囲で焦点距離を連続的に変化させることができるズームレンズ（変倍光学系）９が構成されている。ズームレンズ９は、回折光学素子７Ａの射出面とマイクロレンズアレイ１１の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。
【００１５】
回折光学素子７Ａ〜７Ｃ等から射出される照明光ＩＬは、ズームレンズ９の後側焦点面（ひいてはマイクロレンズアレイ１１の入射面）において、円形、２極状、４極状等の所定形状の照明領域に集光される。その照明領域の全体的な大きさは、ズームレンズ９の焦点距離に依存して変化する。照明制御系２１が駆動部２４を介してレンズ系９ａを光軸ＡＸＩに沿って駆動することで、ズームレンズ９の焦点距離を制御できる。
【００１６】
また、アキシコン系１０において、照明制御系２１が駆動部２５を介して光軸ＡＸＩに沿って例えば第２プリズム１０ｂを駆動することで、マイクロレンズアレイ１１の入射面における光軸ＡＸＩに対して、回折光学素子７Ａ等から射出された光束の半径方向の位置を制御できる。従って、例えば後述の図３（Ａ）の４極照明を使用する場合、アキシコン系１０のプリズム１０ａ，１０ｂの間隔を制御することによって、照明瞳面１２における二次光源４８Ａ〜４８Ｄの位置を制御できる。一方、上記のズームレンズ９の焦点距離を制御することによって、二次光源４８Ａ〜４８Ｄの大きさを制御できる。
【００１７】
図１のマイクロレンズアレイ１１は、縦横に稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ１１の後側焦点面である照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明瞳面１２）には、マイクロレンズアレイ１１への入射光束によ
って形成される照明領域とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（面光源）が形成される。
【００１８】
図１において、マイクロレンズアレイ１１の後側焦点面（照明瞳面１２）に形成された二次光源からの照明光ＩＬは、必要に応じてその二次光源の光量分布（光強度分布）の輪郭が開口絞り（不図示）を介して制限される。その後、照明光ＩＬは、第１リレーレンズ１３、レチクルブラインド１４（視野絞り）、第２リレーレンズ１５、光路折り曲げ用のミラー１６、及びコンデンサ光学系１７を介して、レチクルＲのパターン面（レチクル面）を照明する。ビームエキスパンダ２からコンデンサ光学系１７までの光学部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。レチクルブラインド１４の配置面は、そのレチクル面の共役面である。
【００１９】
また、照明光学系ＩＬＳには、マイクロレンズアレイ１１に入射する照明光ＩＬの偏光状態の分布を設定するための偏光設定板１８が配置されている。照明制御系２１は、駆動部２６を介して偏光設定板１８を照明光ＩＬの光路中に配置可能である。なお、照明瞳面１２における二次光源の位置を半径方向に変化させる必要の無い場合には、アキシコン系１０は省略することも可能である。また、マイクロレンズアレイ１１の代わりにフライアイレンズ等を使用してもよい。
【００２０】
照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内の所定の回路パターンの像が、両側テレセントリック（又はウエハ側に片側テレセントリック）の投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、投影光学系ＰＬの像面に配置されたウエハＷ表面の複数のショット領域内の一つのショット領域の露光領域３６のレジスト層に転写される。投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰ（照明瞳面１２と光学的に共役な面）の近傍には可変開口絞り（不図示）が設置され、主制御系２０は、その可変開口絞りを介して投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを所定範囲内で制御可能である。投影光学系ＰＬとしては、屈折系の外に反射屈折系も使用できる。ウエハＷは、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面にフォトレジスト（感光剤）を塗布したものである。
【００２１】
また、露光装置ＥＸは、液浸法で露光を行う液浸露光装置である。図１において、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側の光学部材Ｌ１の先端部を囲むように、ほぼリング状のノズルユニット３０が配置されている。ノズルユニット３０内の液体供給路が供給配管３５Ａを介して液体供給装置３３に連結され、ノズルユニット３０内の液体回収路が回収配管３５Ｂを介して液体回収装置３４に連結されている。液体供給装置３３及び液体回収装置３４の動作は主制御系２０によって制御される。液体供給装置３３、液体回収装置３４、及びノズルユニット３０等を含んで、光学部材Ｌ１とウエハＷとの間の局所的な液浸領域に液体Ｌｑ（例えば純水）を供給して回収する局所液浸方式の液体供給システムが構成されている。このような液体供給システムは、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている。液浸法の適用によって、解像度を高め、かつ焦点深度（ＤＯＦ）を広くできる。
【００２２】
また、図１において、レチクルＲは、そのレチクル面がＸＹ平面と平行な投影光学系ＰＬの物体面に配置されるようにレチクルステージＲＳＴの上面に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）の上面にＹ方向に等速移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の回りの回転方向（θｚ方向）に微動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置（回転角も含む）は、レチクルステージ駆動系３１内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系３１は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２３】
一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴの上面に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース（不図示）の上面にＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置されている。ウエハステージＷＳＴの位置（回転も含む）は、ウエハステージ駆動系３２内のレーザ干渉計によって計測されている。ウエハステージ駆動系３２は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。また、ウエハステージＷＳＴには、不図示のオートフォーカスセンサの計測情報に基づいて、走査露光中に露光領域３６内でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むための合焦機構が組み込まれている。また、露光装置ＥＸは、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うアライメント系（不図示）を備えている。
【００２４】
次に、本実施形態で露光対象とするパターンにつき説明する。図２（Ａ）は、露光及び現像後にウエハＷの各ショット領域ＳＡに形成されるポジ型のレジストのパターンの一部を示す拡大図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のレジストパターンを形成するためのレチクルＲのパターン領域ＰＡ内のパターンの一部を示す拡大図である。実際には、図２（Ａ）のレジストパターンは、図２（Ｂ）のレチクルＲのパターン（後述の補助パターンを除く）をほぼ投影倍率βで縮小した形状である。なお、図１の投影光学系ＰＬは倒立像を形成しているが、説明の便宜上、図２（Ａ）及び後述の図６（Ａ）では正立像であるものとしている。
【００２５】
図２（Ａ）において、レジストパターンは、Ｘ方向の幅ｄ１でＹ方向に細長い凸の多数のラインパターン４１ＸａをＸ方向にピッチ（周期）ｐ１（＝２・ｄ１）で配列した密集線とみなすことができるライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）４１ＷＸと、Ｘ方向の幅ｄ２でＹ方向に細長い孤立線とみなすことができる凸のラインパターン４２ＷＸとを含んでいる。Ｌ＆Ｓパターン４１ＷＸの線幅ｄ１は例えば４５ｎｍ（ピッチｐ１＝９０ｎｍ）又は５０ｎｍ（ピッチｐ１＝１００ｎｍ）である。ラインパターン４２ＷＸの線幅ｄ２は、例えば８０〜１００ｎｍである。なお、ラインパターン４２ＷＸは、ピッチがｐ１の１０倍程度以上でＸ方向に複数個配列されていても、実質的に孤立線とみなすことができる。
【００２６】
図２（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域ＰＡにおいて、図２（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４１ＷＸを形成するためのＬ＆Ｓパターン４３Ｘは、透過部を背景として、Ｘ方向の線幅Ｄ１（＝ｄ１／β）でＹ方向に細長い矩形の遮光膜よりなるラインパターン４３ＸａをＸ方向にピッチＰ１（＝ｐ１／β＝２・Ｄ１）で配列したものである。パターン領域ＰＡにおいて、図２（Ａ）のラインパターン４２ＷＸを形成するためのラインパターン群４４Ｘは、透過部を背景として、Ｙ方向に細長い矩形の遮光膜よりなるラインパターン（主パターン）４５Ｘと、ラインパターン４５Ｘに対して＋Ｘ方向側に順次所定間隔で配置された、互いに同じ大きさで、かつラインパターン４５Ｘよりも細い線幅でＹ方向に細長い矩形の遮光膜よりなる３個の補助ラインパターン４６ＡＸ，４６ＢＸ，４６ＣＸと、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４６ＣＸと同じ形状で、かつ補助ラインパターン４６ＡＸ〜４６ＣＸと対称にラインパターン４５Ｘに対して−Ｘ方向側に配置された３個の補助ラインパターン４７ＡＸ，４７ＢＸ，４７ＣＸとを含んでいる。
【００２７】
図２（Ｃ）の拡大図に示すように、ラインパターン群４４Ｘ中のラインパターン４５ＸのＸ方向の線幅Ｄ２（＝ｄ２／β）に対して、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸのＸ方向の線幅Ｄ３は、ほぼ１／３である。ラインパターン４５Ｘの中心と、最も内側の補助ラインパターン４６ＡＸ，４７ＡＸの中心とのＸ方向の間隔（第１間隔）Ｐ２は、線幅Ｄ２に対して１．２〜１．３倍程度である。補助ラインパターン４６ＡＸ，４７ＡＸの中心とその外側の補助ラインパターン４６ＢＸ，４７ＢＸの中心とのＸ方向の間隔（第２間
隔）Ｐ３と、補助ラインパターン４６ＢＸ，４７ＢＸの中心とその外側の補助ラインパターン４６ＣＸ，４７ＣＸの中心とのＸ方向の間隔（第２間隔）Ｐ３とは等しい。第２間隔Ｐ３は、第１間隔Ｐ２に対して０．８〜０．９倍程度である。
【００２８】
ラインパターン４５Ｘの線幅Ｄ２、第１間隔Ｐ２、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの線幅Ｄ３、及び第２間隔Ｐ３に投影倍率βを乗じて、投影像の段階での値に換算した値の一例は表１のようになる。なお、表１において、ＮＡは、液浸法を適用した場合の投影光学系ＰＬの像面側の開口数である。表１中のデータ中で複数の値がある部分は、いずれかの値を用いることができることを意味している。
【００２９】
［表１］線幅及び間隔の一例（ｎｍ）
ＮＡ     Ｄ２・β    Ｐ２・β     Ｄ３・β     Ｐ３・β
1.25       88,90    108,110,112       30        94,96,98
1.30       85,87    104,106,108       27        89,91,93
1.35       83,85    100,102,104       25        84,86,88
【００３０】
次に、図２（Ｂ）のレチクルＲのパターンを露光するために使用される照明条件は、図１の照明瞳面１２における光量分布が図３（Ａ）のようになる４極照明である。図３（Ａ）において、Ｘ方向及びＺ方向はそれぞれ図１のレチクルＲのパターン面におけるＸ方向及びＹ方向に対応している。図３（Ａ）において、照明光ＩＬの光量は、光軸ＡＸＩをＸ方向に対称に挟む１対の扇形の領域（二次光源）４８Ａ，４８Ｂと、光軸ＡＸＩをＺ方向に対称に挟む１対の扇形の領域（二次光源）４８Ｃ，４８Ｄとでほぼ同じ大きい値となり、それ以外の領域では実質的に０となる。従って、本実施形態の照明条件はＸ方向に２極で、Ｚ方向（Ｙ方向）に２極の４極照明である。コヒーレンスファクタ（σ値＝照明光学系ＩＬＳの開口数／投影光学系ＰＬの物体面側の開口数）を単位として、領域４８Ａ〜４８Ｄは、半径σout の円周４９Ｂに外接し、半径σinの円周４９Ｃに内接している。なお、円周４９Ａはσ＝１の円周である。さらに、領域４８Ａ〜４８Ｄの開き角は同じ角度ｄφである。
【００３１】
半径σout は０．７〜０．８の範囲内が好ましく、一例として半径σout は０．７８である。一方、半径σinは０．５〜０．６５の範囲内が好ましく、一例として半径σinは０．６である。また、領域４８Ａ〜４８Ｄの開き角ｄφは３０°〜７０°が好ましく、一例として開き角ｄφは３５°である。
また、図１の偏光設定板１８を照明光ＩＬの光路に設置することによって、図３（Ａ）のＸ方向の領域４８Ａ，４８Ｂを通過する照明光ＩＬの偏光方向は矢印Ａ１，Ａ２で示すＺ方向に設定され、Ｚ方向の領域４８Ｃ，４８Ｄを通過する照明光ＩＬの偏光方向は矢印Ａ３，Ａ４で示すＸ方向に設定される。即ち、領域４８Ａ〜４８ＤからレチクルＲに向けて照射される照明光ＩＬは、ほぼ光軸ＡＸＩの回りの円周方向に沿った直線偏光である。
【００３２】
以下、露光装置ＥＸにおいて、レチクルＲのパターンの像をウエハに露光する際の動作の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、図５のステップ１０２において、図１のレチクルステージＲＳＴ上に、図２（Ｂ）のＬ＆Ｓパターン４３Ｘ及びラインパターン群４４Ｘを含むパターンが形成された露光対象のレチクルＲをロードする。レチクルＲは、不図示のアライメント系を用いてアライメントが行われる。次のステップ１０４において、主制御系２０は、内部の記憶装置に記憶されているレチクルＲの露光データファイルに基づいて、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを表１のいずれかの値に設定する。次のステップ１０６において、主制御系２０は照明制御系２１を介して照明光学系ＩＬＳの照明条件を図３（Ａ）の光量分布を有する４極照明に設定し、偏光方向を矢印Ａ１〜Ａ４の円周方向に設定する。
【００３３】
次のステップ１０８において、ウエハステージＷＳＴにフォトレジストが塗布されたウエハＷがロードされ、ウエハＷのアライメントが行われる。次のステップ１１０において、光学部材Ｌ１とウエハＷとの間に液体Ｌｑの供給を開始し、照明光ＩＬの照射を開始する。そして、レチクルＲの照明領域内のパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷの露光領域に投影しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲのＹ方向への速度ＶＲでの移動と、ウエハＷのＹ方向への速度β・ＶＲでの移動とを同期して行って、ウエハＷ上の一つのショット領域にレチクルＲのパターンの像を走査露光する。
【００３４】
次のステップ１１２で、ウエハＷに露光対象のショット領域が残っている場合には、ステップ１１４で、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動した後、ステップ１１０に戻り、次のショット領域を液浸法で走査露光する。ステップ１１２で全部のショット領域が露光されている場合には、ステップ１１６に移行し、ウエハＷをアンロードした後、ステップ１１８に移行する。そして、露光対象のウエハが残っている場合には、ステップ１０８〜１１６の露光動作が繰り返される。また、ステップ１１６でアンロードされた露光済みのウエハＷは、コータ・デベロッパ（不図示）に搬送されて現像される。
【００３５】
本実施形態において、図２（Ｂ）のレチクルＲのＬ＆Ｓパターン４３Ｘは、主に図３（Ａ）のＸ方向の領域４８Ａ，４８Ｂからの照明光で実質的に２極照明される。領域４８Ａ，４８Ｂからの照明光の実効σ値は、円周４９Ａの半径（＝１）に近い値σｂの２倍であり、それに対応する投影光学系ＰＬにおける実効開口数は、設定されている開口数ＮＡに近い値ＮＡｂの２倍になる。従って、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘの像は高解像度でかつ深い焦点深度でウエハＷの各ショット領域に露光される。なお、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘは、上述した領域４８Ａ,４８Ｂからの照明光だけでなく、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光で照明される。しかし、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光でＬ＆Ｓパターン４３Ｘのような密集線を照明しても、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘで生じる回折光のうち、０次光のみが投影光学系ＰＬに入射し、その他の回折光が入射しない。そのため、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光は、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘの結像に寄与することはない。
【００３６】
また、ラインパターン群４４Ｘは、図３（Ａ）のＸ方向の領域４８Ａ，４８Ｂ及びＺ方向の領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光で照明される。従って、ラインパターン４５Ｘの像は高解像度でかつ深い焦点深度で露光される。さらに、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光ＩＬの実効σ値は、Ｚ軸と円周４９Ａとの距離に相当するσａであり、σａは２・σｂ（ほぼ２）の１／３程度である。従って、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光ＩＬによって、ラインパターン群４４Ｘ中の補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの像の解像度が低下する。
【００３７】
図３（Ｂ）は、ベストフォーカス位置における図２（Ｂ）のレチクルＲのラインパターン群４４Ｘの投影光学系ＰＬによる像のＸ方向の光強度分布ＥＰ（Ｘ）のシミュレーション結果の一例を示す。図３（Ｂ）の光強度分布ＥＰ（Ｘ）において、図２（Ｂ）のラインパターン４５Ｘの像のボトムと補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの像（上述のように解像度が低下している）のボトムとの差ＣＥ１は比較的大きいため、現像する際の閾値をその差ＣＥ１の幅内に設定することによって、図２（Ａ）のラインパターン４２ＷＸのみを得ることができる。
【００３８】
これに対して、図２（Ｂ）のラインパターン群４４Ｘを、図９（Ａ）の比較例で示すように、Ｘ方向の領域４８Ａ，４８Ｂからの照明光で２極照明した場合を想定する。この場合、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの像の解像度が向上するため、ラインパターン群４４Ｘの像のＸ方向の光強度分布ＥＰ１（Ｘ）は、シミュレーション結果である図９
（Ｂ）に示すように、図２（Ｂ）のラインパターン４５Ｘの像のボトムと補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの像のボトムとの差ＣＥ２が小さくなる。従って、現像後に、図２（Ａ）のラインパターン４２ＷＸの周囲に補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸの像が形成される恐れがある。
【００３９】
また、図４（Ａ）の点線は、ラインパターン群４４Ｘの像の光強度分布ＥＰ（Ｘ）において、ウエハＷの表面をデフォーカスさせた場合のボトムの変化量δＥ１を示す。これに対して、図２（Ｂ）の補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸを用いることなく、ラインパターン４５Ｘのみの像を露光した場合の光強度分布ＥＰ２（Ｘ）は、図４（Ｂ）のようになる。図４（Ｂ）の点線は、さらにウエハＷの表面をデフォーカスさせた場合のボトムの変化量δＥ２を示す。図４（Ａ）のボトムの変化量δＥ１は、図４（Ｂ）のボトムの変化量δＥ２に対してほぼ１／３程度であるため、本実施形態のように補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸを付加することによって、孤立線に対応するラインパターン４５Ｘの像を露光する場合に焦点深度を深くできることが分かる。
【００４０】
従って、図３（Ａ）の４極照明を用いて、かつ図２（Ｂ）の補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸを有するラインパターン群４４Ｘの像を露光することによって、孤立線のパターンの高い解像度でかつ深い焦点深度で露光できる。本実施形態によれば、開口数ＮＡが１．３５のときに、ほぼ２００ｎｍ以上の深い焦点深度を得ることが可能である。
また、図３（Ａ）に示すように、Ｘ方向の領域４８Ａ，４８Ｂの照明光ＩＬの偏光方向がＺ方向（Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘの各ラインパターンの長手方向）であるため、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘの像に対する解像度が向上する。なお、Ｚ方向の照明光ＩＬの偏光方向はラインパターン４５Ｘの像の解像度の向上にはあまり関係はない。しかしながら、後述のように、図３（Ａ）の４極照明を用いて、Ｌ＆Ｓパターン４３ＸとともにＬ＆Ｓパターン４３Ｘを９０°回転した形状のＹ方向のＬ＆Ｓパターンの像を露光する場合には、領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光ＩＬの偏光方向をＸ方向にしておいた方が解像度が向上する。
【００４１】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の図１の露光装置ＥＸによる露光方法は、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクル（第１物体）を照明し、照明光ＩＬでレチクル及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（第２物体）を露光する露光方法において、レチクルとして、Ｘ方向（所定方向）に周期的に、かつＸ方向に直交するＹ方向を長手方向として配列されたＬ＆Ｓパターン４３Ｘ（第１パターン）と、Ｙ方向を長手方向とするラインパターン４５Ｘ（第２パターン）とを含むパターンが形成されたレチクルＲを配置するステップ１０２を有する。さらに、その露光方法は、照明光学系ＩＬＳ内の照明瞳面１２（所定面）で、光軸ＡＸＩを挟んでＸ方向に対応する方向に配置される領域４８Ａ，４８Ｂと、光軸ＡＸＩを挟んでＹ方向に対応するＺ方向に配置される領域４８Ｃ，４８Ｄとにおける照明光ＩＬの光量が他の領域の光量よりも大きくなる光量分布を生成するステップ１０６と、その光量分布を持つ照明光ＩＬでそのパターンを照明するステップ１１０とを有する。
【００４２】
本実施形態によれば、主に領域４８Ａ，４８Ｂからの照明光ＩＬでそのＬ＆Ｓパターン４３Ｘ（密集線用のパターン）の像がウエハＷに高解像度でかつ深い焦点深度で露光される。さらに、領域４８Ａ〜４８Ｄからの照明光によって、ラインパターン４５Ｘ（孤立線用のパターン）の像がウエハＷに高解像度で露光される。この場合、露光対象のパターンがＬ＆Ｓパターン４３Ｘ又はラインパターン４５Ｘのみの場合でも、上記の４極照明を共通に使用可能である。従って、複数種類のパターンを共通の照明条件を用いて少なくとも高精度に露光できる。
【００４３】
（２）本実施形態では、照明瞳面１２での光量分布を設定している。しかしながら、照明瞳面１２と光学的に共役な面、又は照明瞳面１２若しくはこれと光学的に共役な面の近
傍の面を所定面とし、この所定面での光量分布を設定してもよい。
（３）また、レチクルＲのパターン（ラインパターン群４４Ｘ）は、Ｘ方向に関してラインパターン４５Ｘを挟むように、Ｘ方向に直交するＹ方向を長手方向として配置される１対の補助ラインパターン４６ＡＸ〜４６ＣＸ及び４７ＡＸ〜４７ＣＸ（第３パターン）を含んでいる。補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸを設けることによって、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明したように、ラインパターン４５Ｘの像を露光する場合の焦点深度を深くできる。
【００４４】
なお、焦点深度を問題にしない場合には、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸは省略してもよい。
（４）また、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸは、片側に３個ずつ（全部で６個）設けられている。これによって、焦点深度が深くなり、かつラインパターン群４４Ｘがあまり大きくならないため、別の回路パターンを容易に配置可能である。
【００４５】
しかしながら、少なくとも２つの補助ラインパターン４６ＡＸ，４７ＡＸを設けるだけでも焦点深度の拡大効果は得られる。また、補助ラインパターンを４対（全部で８個）以上設けることも可能である。
（５）また、補助ラインパターン４６ＡＸ〜４７ＣＸのＸ方向の線幅Ｄ３は、ラインパターン４５Ｘの線幅Ｄ２よりも細い。従って、ラインパターン４５Ｘの像の線幅に与える影響が少ない。
【００４６】
（６）また、本実施形態では、図３（Ａ）の領域４８Ａ，４８Ｂの照明光の偏光方向がＺ方向であるため、特にＬ＆Ｓパターン４３Ｘの像の解像度が向上する。なお、領域４８Ａ〜４８Ｄの照明光の偏光状態をランダム偏光としてもよい。
なお、上記の実施形態では、ウエハＷの表面に図２（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４１ＷＸ及びラインパターン４２ＷＸを形成している。しかしながら、図６（Ａ）の変形例で示すように、ウエハＷの表面に、Ｌ＆Ｓパターン４１ＷＸ及びラインパターン４２ＷＸとともに、Ｌ＆Ｓパターン４１ＷＸを９０°回転した形状のＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターン４１ＷＹ、及びラインパターン４２ＷＸを９０°回転した形状のＸ方向を長手方向とするラインパターン４２ＷＹを形成してもよい。
【００４７】
この場合、レチクルＲのパターン領域ＰＡには、図６（Ｂ）に示すように、図２（Ｂ）と同じＬ＆Ｓパターン４３Ｘ及びラインパターン群４４Ｘとともに、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘを９０°回転した形状のＹ方向を周期方向とするＬ＆Ｓパターン４３Ｙ（第３パターン）、及びラインパターン群４４Ｘを９０°回転した形状のＹ方向に周期性を持つラインパターン群４４Ｙ（第４パターン）を形成しておけばよい。さらに、この場合の照明条件は、図７に示すように、照明瞳面１２における光量分布が図３（Ａ）と同じ４極照明を使用する。さらに、図７において、領域４８Ａ〜４８Ｄを通過する照明光ＩＬの偏光方向は、一例として矢印５０Ａ〜５０Ｄで示すように、光軸ＡＸＩの回りの円周方向とする。
【００４８】
この変形例において、図７の４極照明を用いて図６（Ｂ）のレチクルＲのパターンを照明すると、上記の実施形態と同じ原理によって、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘ及びラインパターン群４４Ｘの像は高い解像度で、かつ深い焦点深度でウエハに露光される。さらに、図７の領域４８Ａ〜４８Ｄは光軸ＡＸＩの回りに９０°回転しても同じ形状である。従って、図７の主にＺ方向の領域４８Ｃ，４８Ｄからの照明光によって図６（Ｂ）のＹ方向のＬ＆Ｓパターン４３Ｙの像が高い解像度でかつ深い焦点深度で露光される。
【００４９】
さらに、図７のＸ方向の領域４８Ａ，４８Ｂからの照明光の作用、及び図６（Ｂ）のＹ方向のラインパターン群４４Ｙ内の補助ラインパターンの作用によって、ラインパターン群４４Ｙ内の中央のラインパターンの像が高い解像度でかつ深い焦点深度で露光される。
また、図７の領域４８Ａ，４８Ｂの照明光の偏光方向はほぼＺ方向であるため、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｘの像の解像度が向上し、図７の領域４８Ｃ，４８Ｄの照明光の偏光方向がほぼＸ方向であるため、図６（Ｂ）のＹ方向のＬ＆Ｓパターン４３Ｙの像の解像度が向上する。
【００５０】
さらに、この変形例においても、露光対象のパターンは、図６（Ｂ）のＬ＆Ｓパターン４３Ｘ、ラインパターン群４４Ｘ、Ｌ＆Ｓパターン４３Ｙ、及びラインパターン群４４Ｙから選択される任意の１つ又は３つのパターンでもよい。従って、図７の照明条件を用いて、種々のパターンをそれぞれ高い解像度でかつ深い焦点深度で露光できる。
また、図６（Ｂ）のＹ方向のラインパターン群４４Ｙのうちで中央のラインパターンを除く他の補助ラインパターンを省略してもよい。
【００５１】
次に、上記の実施形態の露光装置ＥＸの露光方法を用いて半導体デバイス（電子デバイス）を製造する場合、この半導体デバイスは、図８に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいてマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、露光装置ＥＸによりレチクルのパターンをレジストが塗布された基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像してレジストパターンを形成する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００５２】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光方法を用いて基板（ウエハ）を露光することと、露光されたその基板を現像することと、現像されたその基板を加工すること（エッチング等）と、を含んでいる。
上記の実施形態の露光方法によれば、共通の照明条件を用いて複数種類のパターンを高い解像度で露光できるため、半導体デバイスを安価に量産できる。
【００５３】
なお、本発明は、走査露光型の露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー等）の露光装置を用いて露光する場合にも適用することが可能である。また、本発明は、ドライ露光型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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ことは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＩＬＳ…照明光学系、１２…照明瞳面、１８…偏光設定板、４３Ｘ…Ｌ＆Ｓパターン（ライン・アンド・スペースパターン）、４５Ｘ…ラインパターン、４６ＡＸ〜４６ＣＸ，４７ＡＸ〜４７ＣＸ…補助ラインパターン、４８Ａ〜４８Ｄ…光量の大きい領域
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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