(57)【要約】【課題】周期又は間隔の異なる複数のパターンを同時に良好に基板上に転写する。【解決手段】第１方向に周期的に配置された第１パターンと、その第１方向にその第１パターンの周期よりも長い間隔で配置された第２パターンとを転写する際に、照明系の瞳面における照明光の光量分布を、光軸ＢＸに関してその第１方向に対応するＸ方向にほぼ対称に離れて配置された２つの領域４１Ａ，４１Ｂと、光軸ＢＸに関してその第１方向に直交する第２方向に対応するＹ方向にほぼ対称に離れて配置された２つの領域４２Ａ，４２Ｂとからなる４つの領域における光量がそれ以外の領域の光量よりも大きくなるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明系からの光束でパターンを照明し、前記光束で前記パターン及び投影系を介して基板を露光する露光方法において、
前記パターンは、第１方向に周期的に形成された第１パターンと、前記第１方向に前記第１パターンの周期よりも長い周期で形成された第２パターンとを含み、
前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、
前記照明系の光軸に関して前記第１方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第１及び第２領域と、前記光軸に関して前記第１方向に直交する第２方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第３及び第４領域とからなる４つの領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記所定面は、前記照明系の瞳面又はこの共役面であり、
前記第１及び第２領域の前記第１方向に対応する方向の間隔は、前記第１パターンの周期に応じて設定され、
前記第３及び第４領域の前記第２方向に対応する方向の間隔は、前記第２パターンの周期に応じて設定される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１及び第２領域は、前記第１及び第２領域からの照明光によって前記第１パターンから０次光及び１次回折光がほぼ対称に発生するように設定され、
前記第３及び第４領域は、前記第３及び第４領域からの照明光によって前記第２パターンから発生する２次以上の回折光が前記投影系を通過しないように設定される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及び第４領域は、それぞれ前記光軸を通り前記第２方向に対応する方向に平行な直線に関して対称に配置された２つの部分領域を含み、
前記第１及び第２領域は、それぞれ前記第２方向に対応する方向に細長い楕円状の領域であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記パターンは、前記第２方向に周期的に形成された第３パターンと、前記第２方向に前記第３パターンの周期よりも長い周期で形成された第４パターンとをさらに含み、
前記第３及び第４領域は、前記第１及び第２領域を前記光軸の回りに９０°回転した形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
照明系からの光束でパターンを照明し、前記光束で前記パターン及び投影系を介して基板を露光する露光装置において、
前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を設定する光量分布設定機構と、
前記パターンに応じて前記光量分布設定機構を制御する制御装置とを備え、
前記パターンが、第１方向に周期的に形成された第１パターンと、前記第１方向に前記第１パターンの周期よりも長い周期で形成された第２パターンとを含むときに、
前記制御装置は前記光量分布設定機構を制御して、前記所定面における前記光束の光量分布を、
前記照明系の光軸に関して前記第１方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第１及び第２領域と、前記光軸に関して前記第１方向に直交する第２方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第３及び第４領域とからなる４つの領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記所定面は、前記照明系の瞳面又はこの共役面であり、
前記第１及び第２領域の前記第１方向に対応する方向の間隔は、前記第１パターンの周期に応じて設定され、
前記第３及び第４領域の前記第２方向に対応する方向の間隔は、前記第２パターンの周期に応じて設定されることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記第１及び第２領域は、前記第１及び第２領域からの照明光によって前記第１パターンから０次光及び１次回折光がほぼ対称に発生するように設定され、
前記第３及び第４領域は、前記第３及び第４領域からの照明光によって前記第２パターンから発生する２次以上の回折光が前記投影系を通過しないように設定されることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記第３及び第４領域は、それぞれ前記光軸を通り前記第２方向に対応する方向に平行な直線に関して対称に配置された２つの部分領域を含み、
前記第１及び第２領域は、それぞれ前記第２方向に対応する方向に細長い楕円状の領域であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記パターンは、前記第２方向に周期的に形成された第３パターンと、前記第２方向に前記第３パターンの周期よりも長い周期で形成された第４パターンとをさらに含み、
前記第３及び第４領域は、前記第１及び第２領域を前記光軸の回りに９０°回転した形状であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で請求項１から５の何れか一項に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写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、所定パターンをウエハ等の基板上に転写するために使用される露光技術に関し、更に詳しくは所謂変形照明に関連した照明技術を用いる露光技術に関する。更に本発明は、そ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】
半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス又はマイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを被露光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパーのような一括露光型又はスキャニング・ステッパーのような走査露光型の露光装置が使用されている。この種の露光装置では、様々のパターンをそれぞれ十分な焦点深度を確保しつつ高解像度でウエハ上に転写するために、様々の照明方式を用いた露光方法が提案されている。
【０００３】
例えば、転写対象のパターンが実質的に単独開口からなる孤立的パターンである場合には、露光装置の照明光学系の瞳面において、光軸を中心とする１つの比較的小さい円形領域で照明光の光量を大きくする照明方式、即ち照明光学系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（小σ照明方式）が有効である。また、転写対象のパターンが、直交する２つの方向に微細な周期（ピッチ）で配列された密集パターンである場合、この密集パターンを深い焦点深度でかつ高解像度でウエハ上に転写するためには、照明光学系の瞳面において、光軸に対して斜め方向に偏心した４個の領域で照明光の光量を大きくする所謂４極照明よりなる変形照明方式（変形光源方式）が有効である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１７６７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近は、転写対象のパターンとして、所定方向に周期性を持つ密集パターンと、その所定方向にその密集パターンの周期よりも大きい周期で配置された複数のラインパターンとが混在するパターンが用いられることがある。この場合、その密集パターン用の照明光は開口数が大きい方がよいのに対して、そのラインパターン用の照明光は、その密集パターン用の照明光なみに開口数を大きくすると、デフォーカスによる転写像の強度分布の変動が大きくなるという問題があった。そのため、その２種類のパターンを同時にウエハ上に転写する際に、十分な焦点深度が確保できない恐れがあった。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑み、周期又は間隔の異なる複数の周期的なパターンを同時に良好に基板上に転写できる露光技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、その露光技術を用いて、様々な周期又は間隔で形成された複数のパターンを有するデバイスを高精度に、かつ効率的に製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による露光方法は、照明系（１２）からの光束でパターンを照明し、その光束でそのパターン及び投影系（ＰＬ）を介して基板を露光する露光方法において、そのパターンは、第１方向（Ｘ方向）に周期的に形成された第１パターン（３２ＸＡ）と、その第１方向にその第１パターンの周期よりも長い周期で形成された第２パターン（３４Ｘ）とを含み、その照明系に関する所定面（Ｑ１）におけるその光束の光量分布を、その照明系の光軸に関してその第１方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第１及び第２領域（４１Ａ，４１Ｂ）と、その光軸に関してその第１方向に直交する第２方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第３及び第４領域（４２Ａ，４２Ｂ）とからなる４つの領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したものである。
【０００７】
また、本発明による露光装置は、照明系（１２）からの光束でパターンを照明し、その光束でそのパターン及び投影系（ＰＬ）を介して基板を露光する露光装置において、その照明系に関する所定面におけるその光束の光量分布を設定する光量分布設定機構（４，２１，７１，７２）と、そのパターンに応じてその光量分布設定機構を制御する制御装置（１７）とを備え、そのパターンが、第１方向（Ｘ方向）に周期的に形成された第１パターン（３２ＸＡ）と、その第１方向にその第１パターンの周期よりも長い周期で形成された第２パターン（３４Ｘ）とを含むときに、その制御装置はその光量分布設定機構を制御して、その所定面におけるその光束の光量分布を、その照明系の光軸に関してその第１方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第１及び第２領域（４１Ａ，４１Ｂ）と、その光軸に関してその第１方向に直交する第２方向に対応する方向にほぼ対称に離れて配置された第３及び第４領域（４２Ａ，４２Ｂ）とからなる４つの領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定するものである。
【０００８】
また、本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法又は露光装置を用いてパターンを感光体に転写するものである。
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の露光方法及び装置によれば、第１及び第２領域からの開口数の大きい照明光によって、第１パターンが変形照明方式で照明されて、基板上に良好に（高解像度にかつ深い焦点深度で）転写される。
また、第３及び第４領域は、照明系の光軸から第２方向（周期方向に直交する方向）に対応する方向に離れているため、その第３及び第４領域からの照明光の第１方向（周期方向）に対する開口数は実質的に小さくなる。従って、その第３及び第４領域からの照明光によって、その第１パターンよりも粗い第２パターンが良好にその基板上に転写される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図５を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本例のスキャニング・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）の構成を示し、この図１（Ａ）において、その露光装置は、露光光源１と、露光光源１からの照明光ＩＬ（露光用の光束又は露光ビーム）で転写用のパターンが形成されたレチクルＲを照明する照明光学系１２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系と、レチクルＲのパターンの像を基板としてのフォトレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ上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系と、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１７とを含んで構成されている。露光光源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。
【００１１】
なお、露光光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光源（波長１５７ｎｍ）などのレーザ光源、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。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に直交する非走査方向（ここでは図１（Ａ）の紙面に平行な方向）にＸ軸を取り、その走査方向（ここでは図１（Ａ）の紙面に垂直な方向）にＹ軸を取って説明する。
【００１２】
露光光源１から射出された紫外パルス光よりなる照明光ＩＬは、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を介して光軸ＢＸに沿って第１の回折光学素子２１に入射して、後述のように所定面（本例では、フライアイレンズ５の射出面で、照明光学系１２の瞳面Ｑ１に等しい）で所定の光量分布が得られるように複数の方向に回折する光束ＤＬに変換される。回折光学素子２１は、駆動部２３で回転されるレボルバ２４に取り付けられており、レボルバ２４には、別の回折特性を持つ第２の回折光学素子２２及び他の回折光学素子（不図示）も取り付けられている。主制御系１７が、駆動部２３を介してレボルバ２４の回転角を制御して、照明光ＩＬの光路上に回折光学素子２１，２２等の何れかを設置することによって、照明条件（照明光学系１２の瞳面上での照明光ＩＬの光量分布）を切り替えることができるように構成されている。
【００１３】
回折光学素子２１は、一例として、光透過性の基板上に２方向に規則性を持つ凹凸の格子を形成することによって製造することができる。また、回折光学素子２１は、複数枚の位相型の回折格子を組み合わせたものでもよい。これらの場合、回折光学素子２１は、位相型であるため、光の利用効率が高いという利点がある。なお、回折光学素子２１としては、屈折率分布を回折格子状の分布で変化させた光学素子を使用することも可能である。なお、特定の回折特性を持つ回折光学素子の構造及び製造方法については、例えば本出願人による特開２００１−１７６７６６号公報に詳細に開示されている。
【００１４】
図１（Ａ）において、回折光学素子２１により回折された光束ＤＬは、リレーレンズ４により集光され、第１プリズム７１及び第２プリズム７２（可動プリズム）を経てオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５の入射面に集光される。この場合、回折光学素子２１は、リレーレンズ４の前側焦点よりも僅かに露光光源１側にずれた位置に配置され、フライアイレンズ５の入射面はほぼリレーレンズ４の後側焦点の位置に配置されている。そして、回折光学素子２１から互いに異なる方向に回折された複数の光束は、フライアイレンズ５の入射面上で互いに異なる領域に集光されており、フライアイレンズ５の射出面（射出側焦点面）には、ほぼその入射面の光量分布に対応する分布の面光源（本例では多数の光源像からなる２次光源）が形成される。その射出面が照明光学系１２の瞳面Ｑ１であり、リレーレンズ４とフライアイレンズ５とからなる合成レンズ系によって、回折光学素子２１の射出面とフライアイレンズ５の射出面（瞳面Ｑ１）とはほぼ共役（結像関係）となっている。
【００１５】
本例では、リレーレンズ４、回折光学素子２１、第１プリズム７１、及び第２プリズム７２を含んで、その所定面での照明光ＩＬを所定の光量分布に設定するための光量分布設定系（成形光学系）が構成されている。なお、この成形光学系はズーム光学系（例えばアフォーカル系）も含んでよく、例えばコヒーレンスファクタ（σ値）などを連続的に変更することができる。さらに、前述の所定面またはその共役面に、例えば交換可能な開口絞りを配置し、回折光学素子との組み合わせで光量損失を抑えつつ特殊な形状の光量分布を設定することとしてもよい。なお、その光量分布が設定される所定面は、瞳面Ｑ１との共役面、又はこれらの近傍の面でもよい。
【００１６】
図１（Ｂ）に示すように、図１（Ａ）中の第１プリズム７１は、照明光学系１２の光軸ＢＸを中心とする円形領域で平行平面板７１ａとなり、その周辺部で凹の円錐体７１ｂとなる部材であり、第２プリズム７２は、第１プリズム７１に対して凹凸が逆になると共に、第１プリズム７１と合わせたときに全体として平行平面板を構成する部材である。プリズム７１，７２の周辺の円錐部（斜面）を通る光束は、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１上で光量が高められる複数の領域を通過する。また、プリズム７１，７２の少なくとも一方、例えば本例では第２プリズム７２のみが光軸ＢＸに沿って不図示の駆動機構によって変位可能に支持されている。本例では、第２プリズム７２を光軸ＢＸに沿って変位させて、プリズム７１及び７２の間隔を変えることによって、フライアイレンズ５の射出面（瞳面Ｑ１）における光量の大きい複数の領域の位置を半径方向に調整できる。即ち、レチクルＲのパターン面がほぼ平行に配置されるＸＹ平面のＸ方向、Ｙ方向に対応する、その射出面又は瞳面Ｑ１（所定面）上での直交２軸方向に関する複数の領域の位置（光軸ＢＸとの距離）を可変としている。なお、図１（Ａ）ではその直交２軸方向がＹ、Ｚ方向となるが、以下の説明では、ＸＹ平面におけるレチクルＲのパターンの周期方向（配列方向）と、瞳面Ｑ１における複数の領域の配置との対応付けを明確にして説明を分かり易くするため、瞳面Ｑ１においてもその直交２軸方向を、パターンの周期方向などと対応させてＸ、Ｙ方向と呼ぶものとする。
【００１７】
なお、プリズム７１及び７２の代わりに、円錐体の部分が角錐体（又はピラミッド状）となったプリズム、光軸近傍が中空のプリズム、又は複数の部分を別々に加工して一体に固定したもの等を用いてもよい。また、２つのプリズム７１，７２を用いることなく、第１プリズム７１のみを用いてこの位置を光軸ＢＸに沿って可変としてもよい。更に、可動プリズムとしては、図１（Ｃ）に示すように、一方向に屈折力がありそれに直交する方向には屈折力の無い１対のＶ字型の間隔可変のプリズム７１Ａ，７１Ｂを用いてもよい。
【００１８】
この構成では、プリズム７１Ａ，７１Ｂの間隔可変によって、図１（Ｃ）の紙面内上下方向（例えば、照明光学系１２の瞳面における照明光の光量分布を示す図３（Ａ）ではＹ方向に対応）に関する光量の大きい領域の位置（光軸ＢＸとの距離）が変化する。さらに、それに直交する方向（図１（Ｃ）の紙面と垂直な方向で、図３（Ａ）ではＸ方向に対応）に関する光量の大きい領域の位置（光軸ＢＸとの距離）を調整するために、１対のプリズム７１Ａ，７１Ｂを光軸ＢＸの回りに９０°回転した構成の別の１対のプリズム７１Ｃ，７１Ｄを配置してもよい。これによって、互いに直交する２つの方向の光量の大きい領域の位置（光軸ＢＸとの距離）を独立に調整できる。
【００１９】
ただし、図１（Ａ）において、照明光学系１２の瞳面Ｑ１における光量の大きい複数の領域の位置を半径方向に変化させる必要の無い場合には、第１プリズム７１及び第２プリズム７２は省略することも可能である。また、フライアイレンズ５としては、一例として縦横の幅が数ｍｍ程度の長方形の断面形状を持つ多数のレンズエレメントを束ねたものの他に、断面形状が幅数１０μｍ程度の四角形又は直径が数１０μｍ程度の円形の多数の微小レンズを束ねた構成のマイクロ・フライアイレンズを用いることも可能である。
【００２０】
フライアイレンズ５から射出された光束よりなる照明光ＩＬは、コンデンサレンズ系６によって面Ｑ２上に一度集光される。面Ｑ２の僅かに手前側に、被照明体としてのレチクルＲ上の照明領域を走査方向に直交する非走査方向に細長い形状に規定するための固定視野絞り（固定ブラインド）７が配置され、面Ｑ２上に可動視野絞り（可動ブラインド）８が配置されている。可動視野絞り８は、走査露光の前後でその照明領域の走査方向の幅を制御して不要な露光を防止すると共に、走査露光中のその照明領域の非走査方向の幅を規定するために使用される。一例として、後述のレチクルステージ駆動系１６が、レチクルステージ１４の動作と同期して駆動部１３を介して可動視野絞り８の開閉動作を制御する。
【００２１】
視野絞り７及び８を通過した照明光ＩＬは、結像用レンズ系９、光路折り曲げ用のミラー１０、及び主コンデンサレンズ系１１を介して、レチクルＲのパターン面（以下、レチクル面という）の回路パターン領域上でスリット状（本例では矩形状）に規定される照明領域を一様な強度分布で照明する。ビームエキスパンダ２、ミラー３、回折光学素子２１等、リレーレンズ４、プリズム７１，７２、フライアイレンズ５、コンデンサレンズ系６、視野絞り７，８、結像用レンズ系９、ミラー１０、及び主コンデンサレンズ系１１を含んで、光軸ＢＸを持つ照明光学系１２が構成されている。この場合、フライアイレンズ５の射出面は、照明光学系１２の瞳面Ｑ１、即ちレチクル面に対して光学的なフーリエ変換面と一致しており、可動視野絞り８の配置されている面Ｑ２は、そのレチクル面の共役面である。なお、固定視野絞り７は、例えばレチクル面の近傍に配置してもよい。
【００２２】
また、照明光学系１２において、転写されるパターンの解像度をより向上させるために、駆動部７４と偏光状態設定板７３とを含み、その瞳面Ｑ１における照明光ＩＬの偏光状態を制御する偏光制御系を設けてもよい。主制御系１７が駆動部７４を介して偏光状態設定板７３を瞳面Ｑ１の近傍の照明光ＩＬの光路上に配置することによって、照明光ＩＬの偏光状態が所望の状態に設定される。
【００２３】
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）で、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウエハＷ上の複数のショット領域の内の一つのショット領域のフォトレジスト層に転写される。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状の基板である。
【００２４】
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸは、レチクルＲ上で照明光学系１２の光軸ＢＸと合致している。また、投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３（レチクル面に対する光学的なフーリエ変換面）は、照明光学系１２の瞳面Ｑ１と共役であり、瞳面Ｑ３の近傍に開口絞りＡＳが設置されている。本例の投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、例えば特開２０００−４７１１４号公報に開示されているように、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系を持つ反射屈折投影光学系、又は例えば国際公開（ＷＯ）０１／０６５２９６号パンフレットに開示されているように、レチクルからウエハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折系とを有し、内部で中間像を２回形成する反射屈折投影光学系等を使用できる。さらに、例えば国際公開（ＷＯ）２００４／１０７０１１号パンフレットに開示されているように、複数の反射面を有しかつ中間像を少なくとも１回形成する光学系（反射系または反屈系）がその一部に設けられ、単一の光軸を有する、いわゆるインライン型の反射屈折投影光学系も使用できる。
【００２５】
次に、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（第１面）に配置されるようにレチクルステージ１４上に吸着保持され、レチクルステージ１４は、レチクルベース１５上にＹ方向に等速移動できると共に、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りの回転方向に微動できるように載置されている。レチクルステージ１４の位置（回転角も含む）は、レチクルステージ駆動系１６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１６は、その計測情報及び主制御系１７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１４の位置及び速度を制御する。レチクルステージ１４、レチクルベース１５、及びその駆動機構を含んでレチクルステージ系が構成されている。
【００２６】
一方、ウエハＷは、その表面（露光面）がＸＹ平面と平行な投影光学系ＰＬの結像面（第２面）に配置されるように、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ１８上に吸着保持され、ウエハステージ１８は、ウエハベース１９上に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１８の位置（回転角も含む）は、ウエハステージ駆動系２０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２０は、その計測情報及び主制御系１７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１８の位置及び速度を制御する。また、ウエハステージ１８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、走査露光中に投影領域（投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域）内でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの結像面に合わせ込むための合焦機構が組み込まれている。ウエハステージ１８、ウエハベース１９、及びその駆動機構を含んでウエハステージ系が構成されている。
【００２７】
走査露光時には、主制御系１７、レチクルステージ駆動系１６、及びウエハステージ駆動系２０の制御のもとで、レチクルステージ１４を介してレチクルＲを照明領域に対してＹ方向に速度ＶＲで走査するのに同期して、ウエハステージ１８を介して投影領域に対してウエハＷ上の一つのショット領域を対応する方向に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査する動作と、照明光ＩＬの照射を停止して、ウエハステージ１８を介してウエハＷをＸ方向及び／又はＹ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲの回路パターンの像が転写される。
【００２８】
次に、本例の露光装置の照明光学系及び露光方法につき詳細に説明する。
図２は、図１（Ａ）中のレチクルＲに形成されているＸ方向に周期性を持つ転写用のパターン３１Ｘを示す拡大図である。このパターン３１Ｘは、例えばＳＲＡＭ(Static Random Access Memory）の製造過程において、所定の層の回路パターンを形成する際に使用される。なお、説明の便宜上、図２（後述の図６も同様）においては、遮光部を白色部、光透過部を黒色部で表している。ただし、遮光部と光透過部とを反転したパターンであっても同様の結像特性を得ることができる。
【００２９】
図２において、そのパターン３１Ｘは、Ｘ方向に離れた２箇所に所定の周期（ピッチ）Ｐ１で形成されたライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）３２ＸＡ及び３２ＸＢと、これらのＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ及び３２ＸＢの間に、Ｘ方向に周期Ｐ１よりも大きい周期Ｐ２で形成されたラインパターン列３４Ｘとを備えている。前者のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢは、それぞれ遮光部を背景として、Ｘ方向の幅がほぼＰ１／２のＹ方向に細長い矩形の多数の光透過部３３をＸ方向に周期Ｐ１で形成したものである。なお、図２では、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢ中の光透過部３３の個数は４個であるが、実際には光透過部３３の個数は４個よりもかなり多い（例えば３２個である）。後者のラインパターン列３４Ｘは、遮光部を背景として、Ｘ方向の幅Ｄ２が周期Ｐ２の１／３〜２／３程度で、Ｙ方向に細長い２つの光透過部（ラインパターン）３５をＸ方向に周期（ここでは隣接する２つの同一パターンの中心の間隔）Ｐ２で形成したものである。また、ラインパターン列３４ＸとＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ及び３２ＸＢとの間隔Ｓ１は、ほぼ周期Ｐ１程度である。なお。ラインパターン列３４ＸとＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ及び３２ＸＢとの間隔は互いに異なってもよい。
【００３０】
また、パターン３１Ｘの各部の寸法は、ウエハ上への投影像の段階で、一例として、周期Ｐ１が１２０ｎｍ以下、周期Ｐ２が３００〜７００ｎｍ程度、間隔Ｓ１が周期Ｐ１の１／２〜数倍であり、Ｙ方向の長さが数μｍ以下である。なお、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢは、少なくとも２つの光透過部３３を含んでいればよく、ラインパターン列３４Ｘも、少なくとも２つの光透過部３５を含んでいればよい。また、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢは必ずしも同じ（対称な）パターンである必要はなく、かつＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢのうちの一方は無くともよい。
【００３１】
次に、図２のパターン３１Ｘを図１（Ａ）の投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影する場合に、図１（Ａ）の主制御系１７は上記の光量分布設定系を介して、照明光学系１２の瞳面Ｑ１における光量分布を図３（Ａ）のように設定する。図３（Ａ）は照明光学系１２の瞳面Ｑ１における光量分布、図３（Ｂ）は投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３における回折光（結像光束）の光量分布を示し、図３（Ａ）において、コヒーレンスファクタ（σ値）が最大（＝１）となる光軸ＢＸを中心とする円周を最大σ部４０として、図１（Ａ）のレチクルＲ上でのＸ方向及びＹ方向に対応する方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向としている。この場合、瞳面Ｑ１と瞳面Ｑ３とは共役であるため、最大σ部４０の内部を通過した照明光によるレチクルＲからの０次光は、図３（Ｂ）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３において、開口絞りＡＳによって規定される開口数が最大となる最大開口数部５０（光軸ＡＸを中心とする円周）の内部を通過してウエハＷ上に到達する。
【００３２】
図３（Ａ）において、照明光の光量は、光軸ＢＸに関してＸ方向（図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢの周期方向に対応する方向）に対称に離れて、かつ最大σ部４０にほぼ内接するように配置された１対のＹ方向に細長い楕円状の領域４１Ａ及び４１Ｂと、最大σ部４０の内部で、光軸ＢＸに関してＹ方向（図２のラインパターン列３４Ｘの周期方向に直交する方向に対応する方向）に対称に離れて配置された１対の円形の領域４２Ａ及び４２Ｂとにおける光量が、それ以外の領域の光量よりも大きくなるように設定される。一例として、照明光の光量は、領域４１Ａ，４１Ｂ及び領域４２Ａ，４２Ｂでほぼ所定の一定の値となり、それ以外の領域ではほぼ０になるように設定される。
【００３３】
なお、より実用的には、図１（Ａ）の回折光学素子２１によって得られる光量分布を、図３（Ａ）の４個の領域４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂを含む領域でほぼ一定の光量となるようにしておき、それらの４個の領域４１Ａ〜４２Ｂに対応する部分に開口が形成された開口絞りを、図１（Ａ）のフライアイレンズ５の射出面（瞳面Ｑ１）若しくはその共役面、又はそれらの近傍の面に配置してもよい。この場合にも、照明光ＩＬの利用効率が高いという利点は得られている。なお、領域４１Ａ，４１Ｂは光軸ＢＸに関してＸ方向にほぼ対称であればよく、領域４２Ａ，４２Ｂは光軸ＢＸに関してＹ方向にほぼ対称であればよい。
【００３４】
また、図３（Ａ）において、最大σ部４０の半径をｒａ、領域４１Ａ，４１Ｂの中心のＸ方向の間隔を２×ｒｂ、領域４２Ｂ（領域４２Ａも同じ）の中心と光軸ＢＸとのＹ方向の間隔をδａとする。以下では、図３（Ａ）の瞳面Ｑ１及び図３（Ｂ）の瞳面Ｑ３上での距離は、照明光のレチクルＲ上での開口数を単位として表すものとする。この場合、図３（Ｂ）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３上で、最大開口数部５０の半径はｒａとなり、図３（Ａ）の領域４１Ａ，４１Ｂを通過した照明光の０次光のＸ方向の間隔は２・ｒｂとなり、領域４２Ａ，４２Ｂを通過した照明光の０次光の光軸ＡＸからのＹ方向の間隔はδａとなる。また、照明光ＩＬの波長をλとして、垂直入射及び変形照明（傾斜照明）のもとで投影光学系ＰＬを介して良好に投影される最も微細なＬ＆Ｓパターンのウエハ上での周期をＰｍｉｎ’及びＰｍｉｎとすると、Ｐｍｉｎ＝Ｐｍｉｎ’／２であり、半径ｒａは次のようになる。
【００３５】
ｒａ＝λ／Ｐｍｉｎ’＝λ／（２・Ｐｍｉｎ）    …（１）
領域４１Ａ，４１Ｂの中心のＸ方向の間隔２・ｒｂを規定する半径ｒｂは、半径ｒａよりも僅かに小さく設定されている。図２のパターン３１Ｘ中のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢの周期Ｐ１の考えられる最小値をＰ１ｍｉｎ（＞Ｐｍｉｎ）とすると、一例として半径ｒｂは次のように設定される。以下では、周期Ｐ１はその最小値Ｐ１ｍｉｎであるとする。
【００３６】
ｒｂ＝λ／（２・Ｐ１ｍｉｎ）    …（２）
領域４２Ａ，４２Ｂの光軸ＢＸからの間隔δａの範囲については、領域４２Ａ，４２Ｂを通過した照明光ＩＬによる図２のラインパターン列３４Ｘからの２次以上の回折光が投影光学系ＰＬの最大開口数部５０の内部を通過しないように設定される。以下、間隔δａの範囲について説明する。
【００３７】
図３（Ａ）の光量分布の照明光で図２のパターン３１Ｘを照明した場合、このパターン３１Ｘからの回折光（結像光束）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３における光量分布は、図３（Ｂ）に示すようになる。図３（Ｂ）の最大開口数部５０内の領域において、図３（Ａ）の領域４１Ａを通過した照明光による図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢからの０次光Ｌ１Ａ及び−１次回折光Ｌ１Ｂが、領域４１Ｂ及び４１Ａに対応する領域を通過し、図３（Ａ）の領域４１Ｂを通過した照明光による図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢからの０次光Ｌ２Ａ及び＋１次回折光Ｌ２Ｂが、領域４１Ａ及び４１Ｂに対応する領域を通過する。すなわち、領域４１Ｂ及び４１Ａを通過した照明光によって、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢからは０次光と±１次回折光とがＸ方向に対称に傾斜して発生する。なお、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢの周期Ｐ１がその最小値Ｐ１ｍｉｎよりも大きいときには、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢからは０次光と±１次回折光とがＸ方向にほぼ対称に傾斜して発生する。
【００３８】
また、図３（Ｂ）の最大開口数部５０内の領域において、図３（Ａ）の領域４２Ａを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘ（周期Ｐ２）からの０次光Ｌ３Ａ及び±１次回折光Ｌ３Ｂ，Ｌ３Ｃが、領域４２Ｂに対応する領域、及びこの領域から±Ｘ方向にλ／Ｐ２だけ離れた領域を通過する。そして、図３（Ａ）の領域４２Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘからの０次光Ｌ４Ａ及び±１次回折光Ｌ４Ｂ，Ｌ４Ｃが、領域４２Ａに対応する領域、及びこの領域から±Ｘ方向にλ／Ｐ２だけ離れた領域を通過する。さらに、図３（Ａ）の領域４２Ａ，４２Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘ（周期Ｐ２）からの±２次回折光Ｌ３Ｄ，Ｌ３Ｅ及びＬ４Ｄ，Ｌ４Ｅ、並びにこれよりも高次の回折光は、開口絞りＡＳにより遮光される。
【００３９】
この場合、図３（Ｂ）において、最大開口数部５０の半径はｒａであるため、光軸ＡＸと＋１次回折光Ｌ４Ｂ及び＋２次回折光Ｌ４Ｄの中心との間隔をそれぞれｒｃ及びｒｄとすると、次の関係が成立する。
ｒｃ＜ｒａ＜ｒｄ    …（３）
また、光軸ＡＸと０次光Ｌ４Ａの中心とのＹ方向の間隔はδａ、０次光Ｌ４Ａと＋１次回折光Ｌ４ＢとのＸ方向の中心の間隔はλ／Ｐ２、＋１次回折光Ｌ４Ｂと＋２次回折光Ｌ４ＤとのＸ方向の中心の間隔はλ／Ｐ２であるため、間隔ｒｃ及びｒｄは次のように表すことができる。
【００４０】
ｒｃ＝｛δａ2 ＋（λ／Ｐ２）2 ｝1/2    …（４Ａ）
ｒｄ＝｛δａ2 ＋（２λ／Ｐ２）2 ｝1/2  …（４Ｂ）
この式（４Ａ）及び（４Ｂ）を式（３）に代入することによって、間隔δａの範囲を求めることができる。
また、図１（Ａ）のウエハＷ上には、図３（Ｂ）の投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳを通過する回折光（結像光束）のうちで、０次光Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａ及び１次回折光Ｌ１Ｂ，Ｌ２Ｂによって図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢの像が形成され、０次光Ｌ３Ａ，Ｌ４Ａ及び１次回折光Ｌ３Ｂ，Ｌ３Ｃ，Ｌ４Ｂ，Ｌ４Ｃによって図２のラインパターン列３４Ｘの像が形成される。この際に、解像限界に近い密集パターンであるＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢについては、投影光学系ＰＬの開口数をほぼ限界まで利用した変形照明（傾斜照明）で照明されているため、その像が高い解像度で、かつ深い焦点深度で良好に形成される。一方、それよりも粗いパターンであるラインパターン列３４Ｘについては、図３（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの開口数が実質的に制限されて、２次以上の回折光は結像に寄与しない。従って、ラインパターン列３４Ｘの像は、デフォーカスした場合の強度変動が少なくなり、深い焦点深度で良好に形成される。その後、ウエハＷのフォトレジストの現像を行うことによって、ウエハＷ上の各ショット領域に図２のパターン３１Ｘに対応するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとしてエッチング等を行うことによって、回路パターンが形成される。
【００４１】
このように本例によれば、照明光学系１２の瞳面Ｑ１における光量分布を図３（Ａ）のように設定しているため、図２の異なる２つの周期のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢ及びラインパターン列３４Ｘの像を同時に良好にウエハＷ上に形成することができる。従って、種々の周期又は間隔を持つデバイスを効率的に製造できる。
なお、さらに図２のパターン３１Ｘの像の解像度を高めるために、図１（Ａ）の偏光状態設定板７３を瞳面Ｑ１の近傍に配置して、図３（Ｂ）の領域４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂを通過する照明光ＩＬをＹ方向の直線偏光に設定してもよい。これは、転写対象のパターン３１ＸがＹ方向に細長い複数のパターンから構成されているためである。
【００４２】
次に、上記の実施形態では、図２のラインパターン列３４Ｘを照明するための二次光源は、図３（Ａ）に示すように、照明光学系１２の瞳面Ｑ１上で光軸ＢＸをＹ方向に挟むように配置された２箇所の領域４２Ａ，４２Ｂに設定されている。その代わりに、図４（Ａ）の照明光学系１２の瞳面Ｑ１の別の光量分布で示すように、図３（Ａ）の一方の領域４２Ａを光軸ＢＸを通りＹ方向に平行な直線に関して対称な２つの領域４３Ａ及び４３Ｂに分け、図３（Ａ）の他方の領域４２Ｂを光軸ＢＸを通りＹ方向に平行な直線に関して対称な２つの領域４４Ａ及び４４Ｂに分け、４つの領域４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを通過した照明光で図２のラインパターン列３４Ｘを照明してもよい。
【００４３】
図４（Ａ）において、図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢを照明するための二次光源としての領域４１Ａ，４１Ｂは図３（Ａ）と同じであり、Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢについては図３（Ａ）の光量分布を用いる場合と同様に結像が行われる。また、照明光の波長λ、及び図２のラインパターン列３４ＸのＸ方向の周期Ｐ２を用いると、開口数を単位として、２つの領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４ＢのＸ方向の間隔δｃは共通にλ／Ｐ２に設定されている。また、２つの領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂの光軸ＢＸからのＹ方向の間隔δｂは、領域４３Ａ，４３Ｂ及び領域４４Ａ，４４Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘからの２次以上の回折光が、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳで遮光されるように設定されている。
【００４４】
図４（Ａ）の光量分布の照明光で図２のパターン３１Ｘを照明した場合、このパターン３１Ｘからの回折光（結像光束）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３における光量分布は、図４（Ｂ）に示すようになる。図４（Ｂ）の最大開口数部５０内の領域において、図４（Ａ）の−Ｙ方向の領域４３Ａ及び４３Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘからの０次光Ｌ５Ａ及びＬ６Ａは、領域４４Ｂ及び４４Ａに対応する領域を通過し、その照明光によるラインパターン列３４Ｘからの−１次回折光Ｌ５Ｃ及び＋１次回折光Ｌ６Ｂは、領域４４Ａ及び４４Ｂに対応する領域を通過する。
【００４５】
同様に、図４（Ａ）の＋Ｙ方向の領域４４Ａ及び４４Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘからの０次光Ｌ７Ａ及びＬ８Ａは、領域４３Ｂ及び４３Ａに対応する領域を通過し、その照明光によるラインパターン列３４Ｘからの−１次回折光Ｌ７Ｃ及び＋１次回折光Ｌ８Ｂは、領域４３Ａ及び４３Ｂに対応する領域を通過する。すなわち、領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂを通過した照明光によって、ラインパターン列３４Ｘからは０次光と±１次回折光とがＸ方向に対称に傾斜して発生する。さらに、図４（Ａ）の領域４３Ａ，４３Ｂを通過した照明光による図２のラインパターン列３４Ｘからの±１次回折光Ｌ５Ｂ，Ｌ６Ｃ、−２次回折光Ｌ５Ｅ、＋２次回折光Ｌ６Ｄ、及び図４（Ａ）の領域４４Ａ，４４Ｂを通過した照明光によるラインパターン列３４Ｘからの±１次回折光Ｌ７Ｂ，Ｌ８Ｃ、−２次回折光Ｌ７Ｅ、＋２次回折光Ｌ８Ｄ、並びにこれよりも高次の回折光は、開口絞りＡＳにより遮光される。なお、ラインパターン列３４Ｘの周期Ｐ２はλ／δｃ（δｃ＝λ／Ｐ２）に対してある程度異なっていてもよく、この場合には、ラインパターン列３４Ｘからは０次光と±１次回折光とがＸ方向にほぼ対称に傾斜して発生する。
【００４６】
この場合、図４（Ｂ）において、最大開口数部５０の半径はｒａであるため、光軸ＡＸと０次光Ｌ７Ａ（＋１次回折光Ｌ８Ｂ）及び＋１次回折光Ｌ７Ｂ（＋２次回折光Ｌ８Ｄ）の中心との間隔をそれぞれｒｅ及びｒｆとすると、次の関係が成立する。
ｒｅ＜ｒａ＜ｒｆ    …（５）
また、光軸ＡＸと０次光Ｌ７Ａの中心とのＹ方向の間隔はδｂ、０次光Ｌ７Ａと光軸ＡＸを通りＹ方向に平行な直線との間隔はλ／（２・Ｐ２）、０次光Ｌ７Ａと＋１次回折光Ｌ７ＢとのＸ方向の中心の間隔はλ／Ｐ２であるため、間隔ｒｅ及びｒｆは次のように表すことができる。
【００４７】
ｒｅ＝｛δｂ2 ＋（λ／（２・Ｐ２））2 ｝1/2    …（６Ａ）
ｒｆ＝｛δｂ2 ＋（３λ／（２・Ｐ２））2 ｝1/2  …（６Ｂ）
この式（６Ａ）及び（６Ｂ）を式（５）に代入することによって、間隔δｂの範囲を求めることができる。
図３（Ａ）の光量分布を用いる場合と同様に、図１（Ａ）のウエハＷ上には、図４（Ｂ）の投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳを通過する回折光（結像光束）のうちで、０次光Ｌ５Ａ，Ｌ６Ａ，Ｌ７Ａ，Ｌ８Ａ及び１次回折光Ｌ５Ｃ，Ｌ６Ｂ，Ｌ７Ｃ，Ｌ８Ｂによって図２のラインパターン列３４Ｘの像が形成される。この際に、ラインパターン列３４Ｘについては、図４（Ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの開口数が実質的に制限されて、０次光及びこの０次光とほぼ対称に発生する１次回折光以外の回折光は結像に寄与しない。従って、ラインパターン列３４Ｘの像は、デフォーカスした場合の強度変動が少なくなり、深い焦点深度で良好に形成される。このようにラインパターン列３４Ｘについても変形照明を行うことによって、結像特性をさらに向上できる。
【００４８】
次に、図５は、図１（Ａ）の露光装置を用いて、露光量（ドーズ）とデフォーカス量とを次第に変えながら、図３（Ａ）の光量分布を用いて図２（Ａ）のパターン３１Ｘを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のフォトレジスト層に投影した場合に、形成される像の線幅を許容範囲に収めるための露光量誤差ＤＥ（％）と焦点深度（ＤＯＦ）（ｎｍ）との関係をコンピュータによるシミュレーションで求めた結果の一例を示す。図５のシミュレーションの条件としては、図２のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡの周期Ｐ１を１００ｎｍ、ラインパターン列３４Ｘの光透過部３５の幅Ｄ２を１５０ｎｍ、周期Ｐ２を４００ｎｍ、間隔Ｓ１を１００ｎｍとして、図２のパターン３１Ｘの描画誤差を±１ｎｍとした。また、図１（Ａ）の投影光学系ＰＬのウエハＷ側の開口数ＮＡを１（液浸露光）として、図３（Ａ）の領域４１Ａ，４１Ｂの外側のσ値を０．９８、内側のσ値を０．９２とした。
【００４９】
図５の結果より、周期１００ｎｍ及び４００ｎｍの２つのパターンを、露光量誤差が５％の場合にも、２６０ｎｍ程度の深い焦点深度でウエハ上に投影できることが分かる。
次に、本発明の第２の実施形態につき図６及び図７を参照して説明する。本例でも、図１（Ａ）の露光装置を用いるが、転写対象のパターンが異なっているために、それに応じて照明光学系１２の瞳面Ｑ１上での光量分布も異なっている。
【００５０】
図６は、本例のレチクルＲ上に形成されている露光対象のパターンを示す拡大図であり、この図６において、そのパターンは、図２の例と同じくＸ方向に周期性を持つパターン３１Ｘと、このパターン３１Ｘを９０°回転したＹ方向に周期性を持つパターン３１Ｙとを含んでいる。すなわち、パターン３１Ｙは、Ｙ方向に周期Ｐ１で形成されたＬ＆Ｓパターン３２ＹＡ，３２ＹＢと、これらの間にＹ方向に周期Ｐ２で形成されたラインパターン列３４Ｙとから構成されている。
【００５１】
このように、本例の図６の転写対象のパターンは、Ｘ方向及びＹ方向に周期性を持つため、図６のパターンを図１（Ａ）の投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影する場合に、図１（Ａ）の主制御系１７は上記の光量分布設定系を介して、照明光学系１２の瞳面Ｑ１における光量分布を図７のように設定する。図３（Ａ）に対応する部分に同一符号を付して示す図７において、照明光の光量は、光軸ＢＸに関してＸ方向（図６のパターン３１Ｘの周期方向に対応する方向）に対称に離れて、かつ最大σ部４０にほぼ内接するように配置された１対のＹ方向に細長い楕円状の領域４１Ａ，４１Ｂと、最大σ部４０の内部で、その領域４１Ａ，４１Ｂを光軸ＢＸの周りに９０°回転して得られる１対のＸ方向に細長い領域４５Ａ，４５Ｂとにおける光量が、それ以外の領域の光量よりも大きくなるように設定される。一例として、照明光の光量は、領域４１Ａ，４１Ｂ，４５Ａ，４５Ｂでほぼ所定の一定の値となり、それ以外の領域ではほぼ０になるように設定される。
【００５２】
また、図７において、最大σ部４０の半径をｒａ、領域４１Ａ，４１Ｂ（領域４５Ａ，４５Ｂ）の中心のＸ方向（Ｙ方向）の間隔を２×ｒｂ、領域４１Ａ，４１Ｂ（領域４５Ａ，４５Ｂ）のＹ方向（Ｘ方向）の長さをδｄとする。この場合、図６の粗いラインパターン列３４Ｘ，３４Ｙの周期の予想される最小値をＰ２ｍｉｎとして、照明光の波長λを用いると、開口数を単位として、長さδｄはほぼ次のように設定される。従って、半径ｒｂは、式（７）がほぼ満たされるように設定される。
【００５３】
δｄ＝λ／Ｐ２ｍｉｎ    …（７）
この結果、図７の領域４５Ａ，４５Ｂからの照明光は、図６のＸ方向のパターン３１Ｘ中のラインパターン列３４Ｘに対して図４（Ａ）の領域４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂからの照明光と同様に作用する。そして、図７の領域４１Ａ，４１Ｂからの照明光は、図６のＹ方向のパターン３１Ｙ中のラインパターン列３４Ｙに対して図４（Ａ）の領域４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを９０°回転した領域からの照明光と同様に作用する。
【００５４】
従って、図７の光量分布の照明光で図６のパターン３１Ｘ，３１Ｙを照明した場合、図７のＸ方向の領域４１Ａ，４１Ｂからの照明光によって図６のパターン３１Ｘ中のＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢ及びパターン３１Ｙ中のラインパターン列３４Ｙの像が投影光学系ＰＬを介して高い解像度で、かつ深い焦点深度で形成される。同様に、図７のＹ方向の領域４５Ａ，４５Ｂからの照明光によって図６のパターン３１Ｘ中のラインパターン列３４Ｘ及びパターン３１Ｙ中のＬ＆Ｓパターン３２ＹＡ，３２ＹＢの像が投影光学系ＰＬを介して高い解像度で、かつ深い焦点深度で形成される。
【００５５】
言い換えると、解像限界に近い密集パターンであるＬ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＸＢ及び３２ＹＡ，３２ＹＢについては、投影光学系ＰＬの開口数をほぼ限界まで利用した変形照明（傾斜照明）で照明されているため、その像が高い解像度で、かつ深い焦点深度で良好に形成される。一方、それよりも粗いパターンであるラインパターン列３４Ｘ，３４Ｙについては、投影光学系ＰＬの開口数が実質的に制限されており、デフォーカスした場合の強度変動が少なくなり、深い焦点深度で良好に形成される。従って、図６の直交する２方向に周期性を持つとともに、それぞれ異なる２つの周期のパターン（Ｌ＆Ｓパターン３２ＸＡ，３２ＹＡ及びラインパターン列３４Ｘ，３４Ｙ）を持つパターン３１Ｘ，３１Ｙの像を同時に良好にウエハＷ上に形成することができる。従って、種々の周期又は間隔を持つデバイスを効率的に製造できる。
【００５６】
なお、図１（Ａ）ではオプティカル・インテグレータとしてフライアイレンズ５が使用されているが、オプティカル・インテグレータとして内面反射型インテグレータあるいは回折光学素子などを使用してもよい。内面反射型インテグレータでは、それに入射する照明光の入射角度範囲を変化させることで、照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の大きさや形状）を制御できる。
【００５７】
また、上記の実施形態の投影露光装置を用いてＳＲＡＭ等の半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンを基板（ウエハ）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、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、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、パッケージ工程を含む）、並びに検査ステップ等を経て製造される。
【００５８】
また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより上記の実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５９】
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影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、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットで開示されている液浸型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。この場合には、走査露光時に、図１（Ａ）において、不図示の液体回収装置から投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に純水等の液体が局所的に供給され、供給された液体は不図示の液体回収装置によって回収される。
【００６０】
また、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（及び対応する米国特許第  ６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのレチクルのパターンを投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を用いる場合にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。ＥＵＶ光を用いる場合には、マスクは反射型であり、マスクパターンの照明用に反射光学部材からなる照明系が使用され、そのパターンを投影するために反射光学部材からなる投影系が使用される。
【００６１】
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたマスク（レチクル）を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含むものである。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のデバイス製造方法によれば、露光工程では、１回の露光で周期又は間隔の異なる２つのパターンを良好に基板上に転写できるため、種々な周期又は間隔で配置された複数のパターンを有するデバイスを高精度に、かつ効率的に製造でき。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（Ａ）は第１の実施形態の露光装置の構成を示す図、（Ｂ）は図１（Ａ）中のプリズム７１，７２を示す拡大斜視図、（Ｃ）はプリズム７１，７２の別の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の転写用のパターンを示す拡大図である。
【図３】（Ａ）は照明光学系の瞳面上での光量分布の一例を示す図、（Ｂ）は図３（Ａ）の光量分布に対応して投影光学系の瞳面上に形成される回折光（結像光束）の光量分布を示す図である。
【図４】（Ａ）は照明光学系の瞳面上での光量分布の他の例を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）の光量分布に対応して投影光学系の瞳面上に形成される回折光（結像光束）の光量分布を示す図である。
【図５】図３（Ａ）の光量分布を用いる場合の露光量誤差の許容範囲と焦点深度との関係を示す図である。
【図６】第２の実施形態の転写用のパターンを示す拡大図である。
【図７】第２の実施形態の照明光学系の瞳面上での光量分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｑ１…照明光学系の瞳面、Ｑ３…投影光学系の瞳面、５…フライアイレンズ、１２…照明光学系、２１…回折光学素子、３１Ｘ，３１Ｙ…転写用のパターン、３２ＸＡ，３２ＸＢ…Ｌ＆Ｓパターン、３４Ｘ…ラインパターン列、４０…最大σ部、４１Ａ，４１Ｂ…楕円状の領域、４２Ａ，４２Ｂ…円形の領域、５０…最大開口数部、Ｌ１Ａ〜Ｌ４Ａ…０次光、Ｌ１Ｂ〜Ｌ４Ｂ，Ｌ３Ｃ，Ｌ４Ｃ…１次回折光、７３…偏光状態設定板
【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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