(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって：
前記光源からの前記照明光を、第１の回折格子に照射する工程と；
前記第１の回折格子により生じた回折光を、前記第１の回折格子に対向して配置した第２の回折格子に照射する工程と；
前記第２の回折格子により生じた回折光を、前記第２の回折格子に対向して近接して配置した前記感光性の基板上に照射する工程と；
を含むとともに、
前記第１の回折格子の任意の一点上に照射される前記照明光の主成分は、前記第２の回折格子の周期方向に直交する長手方向を含みかつ前記一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、前記進行方向が互いに平行ではない複数の照明光であることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１の回折格子に照射する前記照明光の強度分布は、前記第１の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一であ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の回折格子または前記第２の回折格子の少なくとも一方に、前記照明光の実効波長の３倍以下の周期を有する回折格子を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第１の回折格子または前記第２の回折格子の少なくとも一方に、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用い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】
前記第１の回折格子または前記第２の回折格子の少なくとも一方に、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用い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】
前記第１の回折格子の第１の所定方向の周期が、前記第２の回折格子の前記第１の所定方向の周期の概２倍であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記第１の回折格子の第１の所定方向の周期が、前記第２の回折格子の前記第１の所定方向の周期と概等しいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記特定平面は、前記基板に対して概直交する１つの面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記特定平面の前記基板に対する角度関係は、前記一点の、前記第２の回折格子の周期方向の位置に応じて変化することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記特定平面は、前記基板の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記特定平面は、前記基板の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記特定平面の前記傾きに関する前記所定角度θは、前記照明光の波長λ、前記第１の回折格子の前記光源側の媒質の前記照明光に対する屈折率ｎ、及び前記第１の回折格子の周期Ｔに対し、実質的にｎ×ｓｉｎθ＝λ／（２×Ｔ）の関係を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記第１の回折格子に照射する前記照明光として、前記第２の回折格子の前記周期方向に直交する方向の電場成分が、前記第２の回折格子の前記周期方向の電場成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記第２の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、
前記第２の回折格子の前記周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、前記第２の回折格子の前記周期の整数倍の長さだけ前記周期の方向にずらしつつ、
前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔は、１μｍより大きく、５００μｍより小さいことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔は、５μｍより大きく、１００μｍより小さいことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔Ｄは、前記照明光の実効波長をλ、前記第２の回折格子の有する最小周期をＴとして、
３０×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔Ｄは、前記照明光の実効波長をλ、前記第２の回折格子の有する最小周期をＴとして、
１００×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１９】
前記第２の回折格子と前記基板の間、または前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の間の少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすことを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２０】
前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項１９に記載の露光方法。
【請求項２１】
前記第１の回折格子は、第１の透光性平板の前記光源側の表面、または第１の透光性平板内の前記光源側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２２】
前記第２の回折格子は、第２の透光性平板の前記基板側の表面、または第２の透光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２３】
前記第２の回折格子は、前記第１の透光性平板の基板側の表面、または第１の透光性平板内の前記光源側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の露光方法。
【請求項２４】
前記第１の回折格子の前記光源側、または前記第２の回折格子の前記基板側の少なくとも一方に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２５】
前記照明光の時間的可干渉距離は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項２６】
光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって：
前記光源からの前記照明光を、回折格子に照射する工程と；
前記回折格子により生じた回折光を、前記回折格子に対向して近接して配置した前記感光性の基板上に照射する工程と；
を含むとともに、
前記回折格子の任意の一点上に照射される前記照明光の主成分は、前記回折格子の周期方向に直交する長手方向を含みかつ前記一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、前記進行方向が互いに平行ではない複数の照明光であることを特徴とする露光方法。
【請求項２７】
前記回折格子に照射する前記照明光の強度分布は、前記回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一であることを特徴とする請求項２６に記載の露光方法。
【請求項２８】
前記回折格子として、前記照明光の実効波長の３倍以下の周期を有する回折格子を用いることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の露光方法。
【請求項２９】
前記回折格子として、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用いることを特徴とする請求項２６から２８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３０】
前記回折格子として、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用いることを特徴とする請求項２６から２８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３１】
前記特定平面は、前記基板に対して概直交する１つの面であることを特徴とする請求項２６から３０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３２】
前記特定平面の前記基板に対する角度関係は、前記一点の、前記回折格子の周期方向の位置に応じて変化することを特徴とする請求項３１に記載の露光方法。
【請求項３３】
前記特定平面は、前記基板の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であることを特徴とする請求項２６から３０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３４】
前記特定平面は、前記基板の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であることを特徴とする請求項２６から３０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３５】
前記特定平面の前記傾きに関する前記所定角度θは、前記照明光の波長λ、前記回折格子の前記光源側の媒質の前記照明光に対する屈折率ｎ、及び前記回折格子の周期Ｔに対し、実質的にｎ×ｓｉｎθ＝λ／（２×Ｔ）の関係を満たすことを特徴とする請求項３４に記載の露光方法。
【請求項３６】
前記回折格子に照射する前記照明光として、前記回折格子の前記周期方向に直交する方向の電場成分が、前記回折格子の前記周期方向の電場成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項２６から３５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３７】
前記回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、
前記回折格子の前記周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、前記回折格子の前記周期の整数倍の長さだけ前記周期の方向にずらしつつ、
前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項２６から３６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３８】
前記回折格子と前記基板の間隔は、１μｍより大きく、５００μｍより小さいことを特徴とする請求項２６から３７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項３９】
前記回折格子と前記基板の間隔は、５μｍより大きく、１００μｍより小さいことを特徴とする請求項２６から３７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４０】
前記回折格子と前記基板の間隔Ｄは、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をＴとして、
３０×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２６から３７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４１】
前記回折格子と前記基板の間隔Ｄは、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をＴとして、
１００×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たすことを特徴とする請求項２６から３７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４２】
前記回折格子と前記基板の間を、前記露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすことを特徴とする請求項２６から４１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４３】
前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項４２に記載の露光方法。
【請求項４４】
前記回折格子は、透光性平板の前記基板側の表面、または透光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項２６から４３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４５】
前記回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項２６から４４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４６】
前記照明光の時間的可干渉距離は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２６から４５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項４７】
電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、請求項１から４６のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
【請求項４８】
電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投影露光方法と請求項１から４６のいずれか一項に記載の露光方法との合成露光を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
【請求項４９】
光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって：
第１の透光性平板に形成された第１の回折格子を所定の位置に保持する第１保持機構と；
第２の透光性平板に形成された第２の回折格子を、前記第１の回折格子に対して対向する位置に整合して保持する第２保持機構と；
前記基板を前記第２の回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持する基板保持機構と；
前記光源からの前記照明光を前記第１の回折格子に照射するための照明光学系であって、前記第１の回折格子の任意の一点上に照射される前記照明光の主成分を、前記基板の配置される面内の特定方向を含みかつ前記一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、前記進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とする照明光学系と；
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項５０】
前記第２の透光性平板を、前記第２の回折格子の周期の方向を前記特定方向に概直交させて保持することを特徴とする請求項４９に記載の露光装置。
【請求項５１】
前記第１の透光性平板を、前記第１の回折格子の周期の方向を前記特定方向に概直交させて保持することを特徴とする請求項４９に記載の露光装置。
【請求項５２】
前記第１の透光性平板を交換する第１の交換機構、または前記第２の透光性平板を交換する第２の交換機構の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４９から５１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５３】
前記照明光学系は、前記第１の回折格子の配置される面内における前記照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有することを特徴とする請求項４９から５２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５４】
前記照明光均一化手段は、前記特定方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むことを特徴とする請求項５３に記載の露光装置。
【請求項５５】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、前記照明光均一化手段中の前記フライアイレンズよりも前記光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、前記特定方向と直交する方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有することを特徴とする請求項５４に記載の露光装置。
【請求項５６】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの射出側面に形成される複数の２次光源を、実質的に前記特定方向に平行な線上に配列せしめる２次光源位置補正手段を有することを特徴とする請求項５４に記載の露光装置。
【請求項５７】
前記特定平面は、前記基板が配置される面に対して概直交する１つの面であることを特徴とする請求項４９から５６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５８】
前記特定平面の前記基板が配置される面に対する角度関係を、前記一点の、前記特定方向に直交する方向に関する位置に応じて変化させることを特徴とする請求項５７に記載の露光装置。
【請求項５９】
前記特定平面は、前記基板が配置される面の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であることを特徴とする請求項４９から５８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６０】
前記特定平面は、前記基板が配置される面の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であることを特徴とする請求項４９から５８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６１】
前記特定平面の前記傾きに関する前記所定角度θは、前記照明光の波長λ、前記第１の回折格子の前記光源側の媒質の前記照明光に対する屈折率ｎ、及び前記第１の回折格子の周期Ｔに対し、実質的にｎ×ｓｉｎθ＝λ／（２×Ｔ）の関係を満たすことを特徴とする請求項６０に記載の露光装置。
【請求項６２】
前記照明光学系中に、前記第１の回折格子に照射する前記照明光の、前記特定方向の電場成分と前記特定方向と直交する方向の電場成分との大小関係を規定する偏光制御部材を有することを特徴とする請求項４９から６１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６３】
前記第２の保持機構または前記基板保持機構は、前記第２の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、所定の方向に所定量ずらすことが可能な位置シフト機能を有することを特徴とする請求項４９から６２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６４】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔を、１μｍより大きく、５００μｍより小さく設定することを特徴とする請求項４９から６３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６５】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔を、５μｍより大きく、１００μｍより小さく設定することを特徴とする請求項４９から６３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６６】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔Ｄを、前記照明光の実効波長をλ、前記第２の回折格子の有する最小周期をＴとして、
３０×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項４９から６３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６７】
前記第２の回折格子と前記基板の間隔Ｄを、前記照明光の実効波長をλ、前記第２の回折格子の有する最小周期をＴとして、
１００×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項４９から６３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６８】
前記第２の回折格子と前記基板の間の少なくとも一部、または前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の間の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを特徴とする請求項４９から６７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６９】
前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項６８に記載の露光装置。
【請求項７０】
前記照明光の時間的可干渉距離は、１００μｍ以下であるであることを特徴とする請求項４９から６９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７１】
光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって：
透光性平板に形成された回折格子を所定の位置に保持する保持機構と；
前記基板を前記回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持する基板保持機構と；
前記光源からの前記照明光を前記回折格子に照射するための照明光学系であって、前記回折格子の任意の一点上に照射される前記照明光の主成分を、前記基板の配置される面内の特定方向を含みかつ前記一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、前記進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とする照明光学系と；
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項７２】
前記透光性平板を、前記回折格子の周期の方向を前記特定方向に概直交させて保持することを特徴とする請求項７１に記載の露光装置。
【請求項７３】
前記透光性平板を交換する交換機構を有することを特徴とする請求項７１又は７２に記載の露光装置。
【請求項７４】
前記照明光学系は、前記回折格子の配置される面内における前記照明光の強度分布を概
均一化する照明光均一化手段を有することを特徴とする請求項７１から７３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７５】
前記照明光均一化手段は、前記特定方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むことを特徴とする請求項７４に記載の露光装置。
【請求項７６】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、前記照明光均一化手段中の前記フライアイレンズよりも前記光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、前記特定方向と直交する方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有することを特徴とする請求項７５に記載の露光装置。
【請求項７７】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの射出側面に形成される複数の２次光源を、実質的に前記特定方向に平行な線上に配列せしめる２次光源位置補正手段を有することを特徴とする請求項７５に記載の露光装置。
【請求項７８】
前記特定平面は、前記基板が配置される面に対して概直交する１つの面であることを特徴とする請求項７１から７７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７９】
前記特定平面は、前記基板が配置される面の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であることを特徴とする請求項７１から７７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８０】
前記特定平面は、前記基板が配置される面の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であることを特徴とする請求項７１から７７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８１】
前記特定平面の前記傾きに関する前記所定角度θは、前記照明光の波長λ、前記回折格子の前記光源側の媒質の前記照明光に対する屈折率ｎ、及び前記回折格子の周期Ｔに対し、実質的にｎ×ｓｉｎθ＝λ／（２×Ｔ）の関係を満たすことを特徴とする請求項８０に記載の露光装置。
【請求項８２】
前記特定平面の前記基板が配置される面に対する角度関係を、前記一点の、前記特定方向に直交する方向に関する位置に応じて変化させることを特徴とする請求項７８に記載の露光装置。
【請求項８３】
前記照明光学系中に、前記回折格子に照射する前記照明光の、前記特定方向の電場成分と前記特定方向と直交する方向の電場成分との大小関係を規定する偏光制御部材を有することを特徴とする請求項７１から８２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８４】
前記第２の保持機構または前記基板保持機構は、前記第２の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、所定の方向に所定量ずらすことが可能な位置シフト機能を有することを特徴とする請求項７１から８３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８５】
前記回折格子と前記基板の間隔を、１μｍより大きく、５００μｍより小さく設定することを特徴とする請求項７１から８４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８６】
前記回折格子と前記基板の間隔を、５μｍより大きく、１００μｍより小さく設定することを特徴とする請求項７１から８４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８７】
前記回折格子と前記基板の間隔Ｄを、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をＴとして、
３０×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項７１から８４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８８】
前記回折格子と前記基板の間隔Ｄを、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をＴとして、
１００×Ｔ2／λ≦ Ｄ
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項７１から８４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８９】
前記回折格子と前記基板の間の少なくとも一部分を、前記露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを特徴とする請求項７１から８８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９０】
前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項８９に記載の露光装置。
【請求項９１】
前記照明光の時間的可干渉距離は、１００μｍ以下であるであることを特徴とする請求項７１から９０のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイス製造工程における、微細パターンの形成工程で使用される露光方法および該露光方法を用いる電子デバイス製造方法、ならびに当該方法に用いて好適な露光装置、さらには上記露光装置に使用して好適な照明光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウエハ等の被加工基板の表面にフォトレジスト（感光性薄膜）を形成し、形成すべきパターンの形状の応じた光量分布を有する露光光の露光工程、現像工程及びエッチング工程等により、被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。【０００３】
現状の最先端の電子デバイスの製造の上記露光工程においては、露光方法として、主に投影露光方法が使用されている。
これは、マスク（レチクルともいう）上に、形成すべきパターンを４倍または５倍に拡大して形成しておき、これに照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いてウエハ上に露光転写するものである。【０００４】
投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決まり、これは露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値に概ね等しい。従って、より微細な回路パターンを形成するためには、より短波長の露光光源とより高ＮＡの投影光学系が必要である。【０００５】
一方、マスク上に形成したパターンを、投影光学系を介することなくウエハ上に露光する露光方法（以下、「プロキシミティ露光方法」という）も存在する。プロキシミティ露光方法は、転写すべきパターンが等倍で形成されたマスクをウエハに対して近接して対向して配置し、マスクに照明光を照射することにより、マスクの明暗パターンをそのままの形状を保ってウエハ上に転写するものである。【０００６】
また、等倍のマスクとウエハを密着させた状態でマスクに照明光を照射し、マスクの明暗パターンをそのままウエハに転写する「コンタクト露光方法」もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには、より短波長の光源と、より高ＮＡの投影光学系が必要になる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光光の波長は１９３ｎｍに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。【０００８】
また、現在最先端の投影光学系のＮＡは０．９２程度に達しており、これ以上の高ＮＡ化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
一方、コンタクト露光方法は、マスクと基板を接触させつつ露光を行なうことから、露光に伴うマスクの損傷や汚染を避けることが難しい。従って、マスクの消耗に伴うランニングコストが高額化するため、量産に適用することは困難である。【０００９】
プロキシミティ露光方法では、ウエハとマスクとを１０から２０μｍ以上の間隔をもって対向して近接配置するためマスクの損傷の防止には効果がある。しかし、上記間隔に起因して転写パターンにはボケが生じるため、露光光の波長程度あるいはそれ以下の微細パターンの転写には適用困難である。【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細なパターン、具体的には露光光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な露光方法の提供を目的とする。【００１１】
また、本発明は、上記露光方法を用いた電子デバイスの製造方法を提供するとともに、上記露光方法に使用して好適な露光装置あるいはさらに上記露光装置に使用して好適な照明光学装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に関する第１の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その光源からのその照明光を、第１の回折格子に照射する工程と、その第１の回折格子により生じた回折光を、その第１の回折格子に対向して配置した第２の回折格子に照射する工程と、その第２の回折格子により生じた回折光を、その第２の回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第１の回折格子の任意の一点上に照射されるその照明光の主成分は、その第２の回折格子の周期方向に直交する長手方向を含みかつその一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光であることを特徴とするものである。【００１３】
本第１の露光方法の発明においては、その第１の回折格子に照射するその照明光の強度分布を、その第１の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一であるとすることもできる。
また、本第１の露光方法の発明においては、その第１の回折格子またはその第２の回折格子の少なくとも一方に、その照明光の実効波長の３倍以下の周期を有する回折格子を用いることもできる。【００１４】
また、その第１の回折格子またはその第２の回折格子の少なくとも一方に、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用いることもできる。
あるいはさらに、その第１の回折格子またはその第２の回折格子の少なくとも一方に、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用いることもできる。【００１５】
これらの本第１の露光方法の発明において、その第１の回折格子の第１の所定方向の周期が、その第２の回折格子のその第１の所定方向の周期の概２倍であるとすることもできる。
また、本第１の露光方法の発明においては、その特定平面は、その基板に対して概直交する１つの面であるとすることもできる。【００１６】
あるいは、その特定平面は、その基板の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であるとすることもできる。【００１７】
さらに、本第１の露光方法の発明では、その第２の回折格子とその基板との、その基板の面内方向における相対位置関係を、その第２の回折格子のその周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、その第２の回折格子のその周期の整数倍の長さだけその周期の方向にずらしつつ、その各工程を複数回繰り返して行なうものとすることもできる。【００１８】
また、本第１の露光方法の発明では、その第２の回折格子とその基板の間を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすこともできる。
なお、本第１の露光方法の発明では、その第１の回折格子とその第２の回折格子の間を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすこともできる。【００１９】
本発明に関する第２の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その光源からのその照明光を回折格子に照射する工程と、その回折格子により生じた回折光を、その回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その回折格子の任意の一点上に照射されるその照明光の主成分は、その回折格子の周期方向に直交する長手方向を含みかつその一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光であることを特徴とするものである。【００２０】
本第２の露光方法の発明においては、その回折格子に照射するその照明光の強度分布を、その回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一であるとすることもできる。
また、本第２の露光方法の発明においては、その回折格子として、その照明光の実効波長の３倍以下の周期を有する回折格子を用いることもできる。【００２１】
また、その回折格子として、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用いることもできる。
あるいはさらに、その回折格子として、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用いることもできる。【００２２】
また、本第２の露光方法の発明においては、その特定平面は、その基板に対して概直交する１つの面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であるとすることもできる。【００２３】
あるいは、その特定平面は、その基板の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であるとすることもできる。
さらに、本第２の露光方法の発明では、その回折格子とその基板との、その基板の面内方向における相対位置関係を、その回折格子のその周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、その回折格子のその周期の整数倍の長さだけその周期の方向にずらしつつ、その各工程を複数回繰り返して行なうものとすることもできる。【００２４】
また、本第２の露光方法の発明では、その回折格子とその基板の間を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすこともできる。
本発明に関する第１の電子デバイス製造方法の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、本発明の露光方法を用いるものである。【００２５】
また、本発明に関する第２の電子デバイス製造方法の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投影露光方法と本発明の露光方法との合成露光を用いるものである。【００２６】
本発明に関する第１の露光装置の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、第１の透光性平板に形成された第１の回折格子を所定の位置に保持する第１保持機構と、第２の透光性平板に形成された第２の回折格子をその第１の回折格子に対して対向する位置に整合して保持する第２保持機構と、その基板をその第２の回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその第１の回折格子に照射するための照明光学系であってその第１の回折格子の任意の一点上に照射されるその照明光の主成分を、その基板の配置される面内の特定方向（Ｙ方向）を含みかつその一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有しかつその進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とする照明光学系とを有することを特徴とするものである。
【００２７】
本第１の露光装置の発明においては、その照明光学系が、その第１の回折格子の配置される面内におけるその照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有するものとすることもできる。なお、その照明光均一化手段は、そのＹ方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることができる。【００２８】
さらに、本第１の露光装置の発明においては、その照明光均一化手段は、その少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、その照明光均一化手段中のそのフライアイレンズよりもその光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、そのＹ方向と直交するＸ方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有するものとすることができる。【００２９】
また、本第１の露光装置の発明においては、その特定平面は、その基板が配置される面に対して概直交する１つの面であるとすることもできる。【００３０】
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であるとすることもできる。【００３１】
また、本第１の露光装置の発明は、その第２の回折格子とその基板の間の少なくとも一部分をその露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。【００３２】
なお、その第１の回折格子とその第２の回折格子の間の少なくとも一部をその露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。【００３３】
本発明に関する第２の露光装置の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、透光性平板に形成された回折格子を所定の位置に保持する保持機構と、その基板をその回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその回折格子に照射するための照明光学系であって、その回折格子の任意の一点上に照射されるその照明光の主成分を、その基板の配置される面内の特定方向（Ｙ方向）を含みかつその一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とする照明光学系とを有することを特徴とするものである。
【００３４】
本第２の露光装置の発明においては、その照明光学系が、その回折格子の配置される面内におけるその照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有するものとすることもできる。
なお、その照明光均一化手段は、そのＹ方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることができる。【００３５】
さらに、本第２の露光装置の発明においては、その照明光均一化手段は、その少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、その照明光均一化手段中のそのフライアイレンズよりも前記光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、そのＹ方向と直交するＸ方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有するものとすることができる。【００３６】
また、本第２の露光装置の発明においては、その特定平面は、その基板が配置される面に対して概直交する１つの面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であるとすることもできる。【００３７】
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であるとすることもできる。
また、本第２の露光装置の発明は、その回折格子とその基板の間の少なくとも一部分をその露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。【００３８】
また、本発明の実施形態に記載された照明光学装置の発明は、光源からの照明光を所定の被照射平面に照射するための照明光学装置であって、その被照射平面の任意の一点上に照射されるその照明光の主成分を、その被照射平面内の特定方向（Ｙ方向）を含みかつ前記一点を含む少なくとも１つの特定平面内に進行方向を有し、かつ、前記進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることを特徴とするものである。
【００３９】
なお、本照明光学装置の発明においては、その被照射平面内におけるその照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有するものとすることもできる。
なお、その照明光均一化手段は、そのＹ方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることができる。【００４０】
さらに、本照明光学装置の発明においては、その照明光均一化手段は、その少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、その照明光均一化手段中の所定の面内に分布する照明光のうち、そのＹ方向と直交するＸ方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有するものとすることができる。【００４１】
また、本照明光学装置の発明においては、その特定平面は、その基板が配置される面に対して概直交する１つの面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して所定角度傾いた１つの平面であるとすることもできる。
あるいは、その特定平面は、その基板が配置される面の法線方向に対して概対称に所定角度傾いた２つの平面であるとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の露光装置の概略を表わす図である。
【図２】第１の回折格子及び第２の回折格子Ｇ２１の一例について説明する図であり、（Ａ）は第１の透光性平板Ｐ１上に形成した第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２を表わす図、（Ｂ）は第２の透光性平板Ｐ２上に形成した第２の回折格子Ｇ２１を表わす図である。
【図３】第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの位置関係、および回折光ＬＰ，ＬＭ，ＬＰ０，ＬＰ１を表わす断面図である。
【図４】ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布を表わす断面図である。
【図５】照明光の入射角度ずれが、ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布の位置ずれに与える影響を説明する図である。
【図６】照明光均一化手段の一例を表わす図であり、（Ａ）はインプットフライアイレンズ１２のＸＹ面内の形状を表わす図、（Ｂ）はフライアイレンズ２０のＸＹ面内の形状を表わす図、（Ｃ）は＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｄ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図である。
【図７】第１の透光性平板への照明光の入射角度範囲を表わす図であり、（Ａ）は第１＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図、（Ｃ）は開口絞り２８を表わす図である。
【図８】２次光源位置補正手段の一例を表わす図である。
【図９】２次光源位置補正手段の他の一例を表わす図である。
【図１０】照明光均一化手段の他の例を表わす図であり、（Ａ）は＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図である。
【図１１】第１の透光性平板への照明光の入射角度の面内変化を説明する図である。
【図１２】第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２、第２の回折格子Ｇ２１、ウエハＷと、薄膜ＰＥ１，ＰＥ２との位置関係を表わす断面図である。
【図１３】第２の回折格子Ｇ２１の近傍に保護層ＰＥ３を設けた状態を表わす図である。
【図１４】第１の回折格子Ｇ１５，Ｇ１６と第２の回折格子Ｇ２３を、第１の透光性平板Ｐ３の両面のそれぞれに設けた状態を表わす図である。
【図１５】回折格子Ｇ１７，Ｇ１８を、透光性平板Ｐ４のウエハＷ側に設けた状態を表わす図である。
【図１６】図１７とともに、照明光均一化手段の他の一例の一部を表わす図であり、（Ａ）はインプットフライアイレンズ１２ａのＸＹ面内の形状を表わす図、（Ｂ）はフライアイレンズ２３Ｌ、２３ＲのＸＹ面内の形状を表わす図である。
【図１７】図１６とともに、照明光均一化手段の他の一例を表わす図であり、（Ａ）は＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図である。
【図１８】第１の透光性平板Ｐ１の保持機構３６ａ、第２の透光性平板Ｐ２の保持機構３７ａを表わす図である。
【図１９】第２の透光性平板Ｐ２の交換機構４２等を表わす図であり、（Ａ）はその下面図、（Ｂ）はそのＡ−Ｂ位置での断面図である。
【図２０】ウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間等に液体を満たす機構の説明図であり、（Ａ）はウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間にのみ液体を満たす機構の説明図、（Ｂ）はさらに透光性平板Ｐ２と透光性平板Ｐ１との間にも液体を満たす機構の説明図である。
【図２１】透光性平板Ｐ２と透光性平板Ｐ１との間に液体を満たす機構の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…光源、２，３，５，７…コリメーターレンズ、１１…集光光学系、２０…フライアイレンズ、２７…照明開口絞り、２９，３０，３２，３５…照明系後群レンズ、Ｐ１…第１の透光性平板、Ｐ２…第２の透光性平板、３６ａ，３６ｂ…第１保持機構、３７ａ，３７ｂ…第２保持機構、Ｗ…基板（ウエハ），３８…ウエハステージ，４０…レーザ干渉計、Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１５，Ｇ１６…第１の回折格子、Ｇ２１，Ｇ２３…第２の回折格子、ＩＬ１〜ＩＬ８…照明光
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の露光装置の第１の実施例を表わす全体図である。なお、図１中に示したＸＹＺ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一であり、各図中の所定の方向（Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向）は、全て同一の方向を示すものである。【００４５】
ＡｒＦ（アルゴン・フッ素）エキシマーレーザ，ＫｒＦ（クリプトン・フッ素）エキシマーレーザ，Ｆ２（フッ素ダイマー）レーザ、または波長変換素子を使用する高調波レーザー等の光源１を発した照明光ＩＬ１は、第１の光軸ＡＸ１に沿って配置されるコリメーターレンズ群２，３，５，７により、所定のビームサイズを有する平行光線束（平行ビーム）である照明光ＩＬ２に変換される。【００４６】
照明光ＩＬ２は、偏光制御素子１０により所定の偏光状態に設定され照明光ＩＬ３となり、照明光均一化手段の一部を構成する集光光学系１１に入射する。そして、集光光学系１１を射出した照明光ＩＬ５は、照明光均一化手段の一部を構成するフライアイレンズ２０等のオプチカルインテグレータに入射する。【００４７】
フライアイレンズ２０の射出側面には、必要に応じて開口絞り２７が配置される。
なお、集光光学系１１、フライアイレンズ２０、開口絞り２７等からなる照明光均一化手段の詳細については後述する。【００４８】
フライアイレンズ２０を射出した照明光ＩＬ７は、第１の光軸ＡＸ２に沿って配置される照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５に入射し、これらのレンズで屈折され照明光ＩＬ８となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。【００４９】
なお、以上のコリメーターレンズ群２，３，５，７から照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５に至るまでの照明光ＩＬ１〜ＩＬ８の光路上の光学部材を、以下、照明光学系ＩＳという。この照明光学系ＩＳは、第１の透光性平板Ｐ１が配置される面を所定の照射平面とする、照明光学装置とみることもできる。【００５０】
第１の透光性平板Ｐ１の下方（−Ｚ方向）には、第２の透光性平板Ｐ２が設けられる。
第２の透光性平板Ｐ２は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板Ｗ（以降適宜、ウエハともいう）に、近接して対向して配置される。【００５１】
第１の透光性平板Ｐ１には後述する第１の回折格子が形成されており、その第１の回折格子に照明光ＩＬ８が照射されることにより発生する回折光は、第２の透光性平板Ｐ２に照射される。第２の透光性平板Ｐ２には後述する第２の回折格子が形成されており、上記回折光はその第２の回折格子に照射されることになる。そして、第２の回折格子で発生した回折光はウエハＷに照射され、ウエハＷ上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。【００５２】
ウエハＷの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジストを形成しておく。すなわち、ウエハＷは、感光性の基板とみることができる。
ウエハＷは、ウエハ定盤５０上をＸＹ方向に可動な基板保持機構であるウエハステージ３８上に保持され、これによりＸＹ方向に可動となっている。また、ウエハＷのＸ方向の位置はウエハステージ３８上に設けられた移動鏡３９の位置を介してレーザ干渉計４０により計測され、Ｙ方向の位置もウエハステージ３８上に設けられた不図示の移動鏡位置を介して不図示のレーザ干渉計により計測される。【００５３】
第２の透光性平板Ｐ２は、ウエハＷと後述する所定の間隔をもって近接して対向して配置するように、第２保持機構３７ａ，３７ｂによって保持される。また、第１の透光性平板Ｐ１は、第２の透光性平板Ｐ２と後述する所定の間隔をもって対向して配置するように、第１保持機構３６ａ，３６ｂによって保持される。【００５４】
ウエハＷの直径は一例として３００ｍｍであり、第２の透光性平板Ｐ２は一例としてウエハＷの表面の全面を覆う直径とする。同様に第１の透光性平板Ｐ１も一例として第２の透光性平板Ｐ２の表面の全面を覆う直径とする。ただし、後述する様に、第１の透光性平板Ｐ１の直径は、ウエハＷの直径よりも３０ｍｍ程度以上大きいことが望ましい。【００５５】
次に、本発明によってウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。
第１の透光性平板Ｐ１の＋Ｚ側すなわち光源側の表面には、Ｘ方向に周期性を有する１次元の位相変調型の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が形成されている。一方、第２の透光性平板Ｐ２の−Ｚ側すなわちウエハＷ側の表面には、Ｘ方向に周期性を有する１次元の強度変調型の回折格子Ｇ２１が形成されている。【００５６】
まず、これらの回折格子Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１について図２を用いて説明する。
図２（Ａ）は、第１の透光性平板Ｐ１を＋Ｚ側から見た図であり、その表面にはＹ方向に長手方向を有し、それと直交するＸ方向に１次元的な周期Ｔ１を有する、位相変調型の第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が形成されている。第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第１の透光性平板Ｐ１の表面部分Ｇ１２と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分Ｇ１１からなる。掘り込み部分Ｇ１１の深さは、その表面部Ｇ１２を透過する照明光と掘り込み部Ｇ１２を透過する照明光との間に１８０度の位相差が形成されるように設定される。その掘り込み深さは、露光光の波長λ０，第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎ，任意の自然数ｍに対し、（２ｍ−１）λ０／（２（ｎ−１））である。【００５７】
また、表面部分Ｇ１２と掘り込み部分Ｇ１１の幅の比率（デューティ比）は、１：１とすることが好ましい。
図２（Ｂ）は、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｚ側から見た図であり、その裏面（ウエハＷ側の面）には、Ｙ方向に長手方向を有し、Ｘ方向に１次元的な周期Ｔ２を有する第２の回折格子Ｇ２１が形成されている。第２の回折格子Ｇ２１は、クロム，モリブデン，タングステン，タンタル等の金属あるいはそれらの酸化物、フッ化物または珪素化物や他の遮光性・減光性の材料の膜からなるものである。【００５８】
第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２は合成石英等の、紫外線に対する透過性が高く、熱膨張係数（線膨張係数）が小さく、従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。特に光源１としてＦ２レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ましい。【００５９】
なお、図２（Ａ），（Ｂ）中では、説明の便宜上周期Ｔ１を第１の透光性平板Ｐ１の直径（一例として３００ｍｍ以上）の１割程度と表わしているが、実際には周期Ｔ１は例えば２４０ｎｍ程度、周期Ｔ２は例えば１２０ｎｍ程度であり、第１の透光性平板Ｐ１の直径に比して圧倒的に小さい。これは、図２（Ａ），（Ｂ）以外の各図においても同様である。【００６０】
以下、図３を用いて、照明光ＩＬ８の第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１への照射により、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。【００６１】
図３は、相互に対向して配置された第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷの断面を表わす図である。
照明光ＩＬ８が照射されると、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からはその周期Ｔ１に応じた回折光が発生する。第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が、デューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば、０次回折光は消失し発生しない。この場合、主に±１次光の２本の回折光が発生するが、±２次光等の高次回折光も発生する可能性もある。【００６２】
しかしながら、周期Ｔ１が照明光の実効波長λの３倍より短い場合には、３次以上の高次回折光は発生し得ない。また、上記の如くデューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば２次回折光も発生し得ない。従って、この場合には、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは、＋１次回折光ＬＰと−１次回折光ＬＭの２本のみが発生し、第１の透光性平板Ｐ１を透過して第２の透光性平板Ｐ２に入射する。【００６３】
ここで照明光の実効波長λとは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からウエハＷに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。本例では、透光性平板Ｐ１と透光性平板Ｐ２とウエハＷの各間に空気（または窒素・希ガスでも良い）が存在するため、実効波長λ０は照明光の波長λ０を空気の屈折率（＝１）で除した値となる。【００６４】
続いて、＋１次回折光ＬＰと−１次回折光ＬＭは、第２の透光性平板Ｐ２のウエハＷ側の表面に設けられた第２の回折格子Ｇ２１に照射される。両回折光は対称であるため、以下＋１次回折光ＬＰについてのみ説明する。【００６５】
＋１次回折光ＬＰは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１により、第２の回折格子Ｇ２１に対して鉛直な方向（法線方向）から所定の角度だけ傾いて第２の回折格子Ｇ２１への入射する。【００６６】
その傾き角θ０は、第２の回折格子Ｇ２１が空気中に配置されていると仮定すると、
（式１）
ｓｉｎθ０＝λ／Ｔ１
により表わされる角である。
＋１次回折光ＬＰが第２の回折格子Ｇ２１に照射されると、第２の回折格子Ｇ２１からも回折光が発生する。第２の回折格子Ｇ２１が強度変調型の回折格子であることから、当該回折光は０次光を含む回折光となる。【００６７】
ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光（＋１次回折光ＬＰ）の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。すなわち、第２の回折格子Ｇ２１からは、照射された＋１次回折光ＬＰに平行な方向に進行する０次回折光ＬＰ０と、第２の回折格子Ｇ２１のＸ方向の周期Ｔ２に応じて回折される−１次回折光ＬＰ１が発生する。【００６８】
なお、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２が、上記周期Ｔ１及び実効波長との関係で決まる所定の値より大きい場合には、不図示の＋１次回折光も発生する可能性がある。しかし、周期Ｔ２を、照明光の実効波長以下とすることで、実質的に不図示の＋１次回折光の発生を防止することができる。ここで、照明光の実効波長λとは上記と同様である。【００６９】
この結果、ウエハＷ上には、０次回折光ＬＰ０と−１次回折光ＬＰ１の２本の回折光が照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成される。
以下、図４を用いて、この干渉縞の明暗パターンについて説明する。【００７０】
図４は、０次回折光ＬＰ０と−１次回折光ＬＰ１の２本の回折光がウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗分布を表わす断面図である。
上述の通り、０次回折光ＬＰ０は第２の回折格子Ｇ２１へ照射される＋１次回折光ＬＰと平行な方向に発生するから、０次回折光ＬＰ０はウエハＷの鉛直方向（法線方向）ＺＷに対して上述のθ０だけ傾いた入射角で照射される。【００７１】
一方、−１次回折光ＬＰ１は、Ｘ方向の周期Ｔ２によりＸ方向に回折し、入射角θ１でウエハＷに照射される。このとき、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦの明暗パターンの周期（強度分布の周期）Ｔ３は、
（式２）
Ｔ３ ＝ λ／（ｓｉｎθ０＋ｓｉｎθ１）
となる。これは干渉縞ＩＦの振幅分布の周期の半分に対応している。【００７２】
従って、ウエハＷ上には、その全面にＸ方向に周期Ｔ３を有するＹ方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハＷ上に形成されたフォトレジストＰＲには、この明暗パターンが照射され露光される。【００７３】
一般に、干渉縞ＩＦの如く２本の光線束により形成される干渉縞は、ウエハＷがＺ方向に位置変動しても、そのコントラストの低下が極めて少なく、すなわちいわゆる焦点深度の大きな明暗パターンとなる。【００７４】
しかしながら、０次回折光ＬＰ０の入射角θ０と、−１次回折光ＬＰ１の入射角θ１が等しく無い場合（法線方向ＶＷに対して対称でない場合）には、ウエハＷのＺ方向位置ずれに応じて、干渉縞ＩＦのＸ方向位置が変動してしまう。【００７５】
そこで、干渉縞ＩＦのＸ方向位置を正確に制御したい場合には、ウエハＷに照射する０次回折光ＬＰ０の入射角θ０と、−１次回折光ＬＰ１の入射角θ１が等しくなるようにするとよい。このような条件は、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して照明光ＩＬ８が垂直に入射することを前提として、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１が第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の概２倍であるときに実現される。そして、このときには、
（式３）
Ｔ２＝Ｔ３
の関係を満たす。【００７６】
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に及び第２の回折格子Ｇ２１の双方には製造誤差等が含まれるのものであるから、両格子の周期が厳密に２倍であることは実際には期待できない。従って、上記の概２倍とは、
（式４）
Ｔ２×２×０．９９９ ≦ Ｔ１ ≦ Ｔ２×２×１．００１
の条件を満たせば、概ね良いという意味である。上記条件を満たすことにより、ウエハＷのＺ方向の位置ずれが生じた場合であっても、ウエハＷの所定の位置に、干渉縞ＩＦの明暗パターンを照射することが可能となる。【００７７】
ここで、ウエハＷのＺ方向位置を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずしも、上記式４に示される条件を満たさなくても良い。
なお、上述の通り、照明光ＩＬ８は、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して、例えば垂直に入射することが必要である。以下この理由、および入射角度に関するより正確な条件について、図５を用いて説明する。【００７８】
図５は、図３及び図４と同様に、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷと、ウエハＷ上に形成された干渉縞ＩＦａ，ＩＦｂの断面を表わす図である。ここで第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１は、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の２倍であるとする。【００７９】
図５中の左側に示した干渉縞ＩＦａは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して垂直に入射する照明光ＩＬ８ａに起因して形成される干渉縞を表わす。このときには、図３及び図４に示した場合と同様に、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは＋１次回折光ＬＰａ及び−１次回折光ＬＭａが対称に発生し、それが第２の回折格子Ｇ２１に入射する。このうち＋１次回折光ＬＰａに着目すると、第２の回折格子Ｇ２１により発生する０次回折光ＬＰａ０と−１次回折光ＬＰａ１は等しい入射角で（対称に傾斜して）ウエハＷに入射する。【００８０】
従って、ウエハＷ上には、Ｘ方向に明暗の（強度の）周期Ｔ２を持つ干渉縞ＩＦａが、所定の位置に形成される。そしてその明部のピークのＸ方向位置は、第２の回折格子Ｇ２１の透過部の位置と正確に対応している。【００８１】
一方、図５中の右側に示した干渉縞ＩＦｂは、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対してＸ方向に角度φだけ傾いて入射する照明光ＩＬ８ｂに起因して形成される干渉縞を表わす。このときにも、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からは＋１次回折光ＬＰｂ及び−１次回折光ＬＭｂが発生するが、その角度的な対称性は、照明光ＩＬ８ｂの入射角の傾斜に応じて崩れている。【００８２】
その結果、このうち＋１次回折光ＬＰｂの照射により、第２の回折格子Ｇ２１から発生する０次回折光ＬＰｂ０と−１次回折光ＬＰｂ１のウエハＷへの入射角度の対称性も崩れる。
この場合でも、ウエハＷ上には、Ｘ方向に明暗の（強度の）周期Ｔ２を持つ干渉縞ＩＦｂが形成されるが、その明部のピークのＸ方向位置は、第２の回折格子Ｇ２１の透過部の位置とは、ずれたものとなる。【００８３】
そのずれ量をδとすると、
（式５）
δ ＝ Ｄ２×ｔａｎφ
の関係となる。ここで、Ｄ２は第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの表面との間隔である。【００８４】
第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、上述のＸ方向に傾いたＩＬ８ｂだけであるなら、ウエハＷ上に形成される干渉縞はその位置はＸ方向にずれるものの、そのコントラストが低下することは無い。【００８５】
しかし、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、それぞれＸ方向への傾斜角（入射角）が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合には、それらの照明光により形成される干渉縞の位置も、式５よりそれぞれ異なるものとなり、それらの強度的な重ね合わせにより最終的に形成される干渉縞のコントラストは低下する。【００８６】
従って、上記コントラストの低下を避けるために、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２上の少なくとも一点に入射する照明光ＩＬ８は、そのＸ方向の入射角が所定の一定値である必要がある。【００８７】
例えば、ウエハＷ上に露光する干渉縞パターンの周期Ｔ３（＝Ｔ２）が１２０ｎｍである場合、すなわち一般に６０ｎｍラインアンドスペースと呼ばれるパターンである場合には、照明光ＩＬ８のＸ方向の傾斜角のばらつきにより生じるＸ方向位置のばらつきが、±１５ｎｍ程度以内であれば、干渉縞パターン全体としてのコントラスト低下の影響を十分に小さく抑えられる。【００８８】
従って、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの表面との間隔Ｄ２を５０［μｍ］として、式５より、照明光ＩＬ８のＸ方向の傾斜角のばらつきの角度範囲φ０は一例として、
（式６）
φ０ ＝ ａｒｃｔａｎ（１５／５００００）＝０．３［ｍｒａｄ］
以内であれば良いこととなる。【００８９】
もっとも、この条件は露光すべきパターンの周期Ｔ３及び上記間隔Ｄ２により変動するものであることは言うまでもない。
一方、照明光ＩＬ８の入射角のＹ方向へ傾斜によって、ウエハＷ上における干渉縞ＩＦのＹ方向位置は変化するものの、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１のＸＹ面内の形状に応じて、干渉縞ＩＦはＹ方向に概一様な干渉縞であるから、そのＹ方向位置変化は、全く問題となるものではない。【００９０】
すなわち、照明光ＩＬ８の入射角のＹ方向へ傾斜によって、干渉縞ＩＦの実質的な位置ずれが生じることも無く、照明光ＩＬ８がそれぞれＹ方向への傾斜角が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合であっても干渉縞ＩＦのコントラストの低下は生じない。【００９１】
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２上の任意の一点に照射される照明光ＩＬ８は、Ｙ方向については複数の入射角を有してよいが、Ｘ方向については所定の単一の入射角を有する照明光であることが必要である。【００９２】
これは、換言すれば、第１の回折格子の任意の一点上に照射される照明光ＩＬ８は、Ｙ方向を含み、かつその一点を含む平面（以降、特定平面という）内に進行方向を有する照明光であることが必要であるといえる。【００９３】
なお、照明光ＩＬ８は、その進行方向が特定平面内にあれば、互いに平行でない異なる進行方向を有する複数の照明光からなる照明光であって良い。
また、Ｘ方向の入射角度範囲すなわち進行方向の角度範囲も、上述の通り±０．３［ｍｒａｄ］程度以内であれば、上記特定平面からずれていても良い。【００９４】
以下、図６及び図７を用いて、このような条件を満たす照明光ＩＬ８を実現する照明光均一化手段の実施例を説明する。
図６（Ｃ）は当該照明光均一化手段を＋Ｘ方向から見た側面図を示し、図６（Ｄ）は当該照明光均一化手段を−Ｙ方向から見た側面図を示す。【００９５】
本例の照明光均一化手段は、インプットフライアイレンズ１２とコンデンサーレンズ１３からなる集光光学系１１と、遮光性の部材２１上にレンズエレメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８がＹ方向に沿って一列に配列されるフライアイレンズ２０よりなるものである。【００９６】
図６（Ａ）はインプットフライアイレンズ１２を＋Ｚ方向から見た図であり、図６（Ｂ）はフライアイレンズ２０を＋Ｚ方向から見た図である。
インプットフライアイレンズ１２は、一例として、Ｘ方向に８列のレンズエレメントＪ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６、Ｊ７、Ｊ８（Ｊ４からＪ７は符号の図示を省略）を有し、Ｙ方向にも８列のレンズエレメントＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７、Ｋ８（Ｋ５からＫ７は符号の図示を省略）を有する、６４個のレンズエレメントからなるものとする。【００９７】
インプットフライアイレンズ１２に照明光ＩＬ２が照射されると、その照明光は後述す如くフライアイレンズ２０上の各レンズアレイに照射される。そして、フライアイレンズ２０を射出した照明光ＩＬ７は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す如く、照明系後群レンズ３５ａに入射し、これらのレンズで屈折され照明光ＩＬ８となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。【００９８】
ただし、フライアイレンズ２０がＹ方向に沿って一列に配置された複数のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８からなるものであるため、照明光ＩＬ８の第１の透光性平板Ｐ１への入射角度特性は、Ｘ方向とＹ方向とで異なったものとなる。【００９９】
図７（Ａ）は、フライアイレンズ２０、照明系後群レンズ３５ａ、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｘ方向から見た図であり、図７（Ｂ）はこれを−Ｙ方向から見た図である。なお、簡略化のために照明系後群レンズを１枚のレンズ３５ａで表わしているが、その実態は図１中の照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５と等価であることは言うまでも無い。【０１００】
照明系後群レンズ３５ａは、その入射側焦点面がフライアイレンズ２０の射出面と一致し、その射出側焦点面が第１の透光性平板Ｐ１の上面（＋Ｚ）と一致する様に配置される。従って、照明系後群レンズ３５ａも、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。【０１０１】
フライアイレンズ２０の各レンズエレメントを射出した照明光ＩＬ７は、照明系後群レンズ３５ａにより屈折され、照明光ＩＬ８となって第１の透光性平板Ｐ１上に重畳して照射される。従って、第１の透光性平板Ｐ１上の照明光の強度分布は、当該重畳による平均化効果により一層均一化される。【０１０２】
第１の透光性平板Ｐ１上に任意の一点ＩＰへの照明光ＩＬ８のＹ方向についての入射角度範囲φは、フライアイレンズ２０のＹ方向への配列に応じて図７（Ａ）に示す如き所定の値となる。【０１０３】
一方、フライアイレンズ２０がＸ方向については１列しかないことから、Ｘ方向についての入射角度範囲をほぼ０とできる。
すなわち、一点ＩＰへの照明光ＩＬ８を、Ｙ方向を含み、かつ一点ＩＰを含む平面（すなわち上述の特定平面）ＩＰＰの面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることができる。【０１０４】
このうち、照明光ＩＬ８の進行方向を特定平面ＩＰＰの面内に限ることによって、上述の通り、ウエハＷ上の干渉縞のコントラストの低下を防止し、より高コントラストの干渉縞パターンを得ることが可能となる。
また、照明光ＩＬ８を互いに平行ではない複数の照明光とすることによって、上述の平均化効果により、第１の透光性平板Ｐ１上の照明光の強度分布の均一化が図れる。【０１０５】
なお、照明光ＩＬ８の照射される範囲は、第１の透光性平板Ｐ１の全面を包含しなくても良いことはいうまでもない。すなわち、第１の透光性平板Ｐ１上に形成された第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の中心部を含み、それを透過する照明光がウエハＷに達する所定の領域において、照明光ＩＬ８の強度分布が均一になるように照明されていれば良い。【０１０６】
また、必要に応じて、フライアイレンズ２０の射出面に、図７（Ｃ）に示す如くＹ方向に長くＸ方向に狭いスリット状の開口部２８を有する開口絞り２７を設け、照明光ＩＬ８のＸ方向への進行方向を、特定平面ＩＰＰと平行な面内に、より一層限定することもできる。【０１０７】
ここで、インプットフライアイレンズ１２の構成について詳述する。
インプットフライアイレンズ１２を構成する各レンズエレメントに入射した照明光ＩＬ３は、各レンズエレメントのレンズ作用により集光される。また、各レンズエレメントの射出面には、照明光をＹ方向に偏向させる、好ましくはブレーズド型のあるいは多段型の回折格子ＤＧが形成されている。ここで、インプットフライアイレンズ１２中で同一のＸ方向配列位置に並ぶレンズエレメント上に形成される回折格子ＤＧは、全て同一の回折角度特性を有するものとしている。【０１０８】
従って、Ｙ方向の配列位置Ｋ１〜Ｋ８の各レンズエレメントを射出する照明光は、各レンズエレメントの集光作用及び回折格子ＤＧによるＹ方向への回折（偏向）作用を受ける。【０１０９】
図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）中には、一例としてＸ方向の配列位置Ｊ３で、Ｙ方向の配列位置Ｋ３及びＫ４を射出する照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ（これらを総合してＩＬ４ｃ）を示してある。図示した如く照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ，ＩＬ４ｃは、レンズエレメントを射出した後、一旦集光点１４ａ，１４ｂ，１４ｃに集光する。そして、その入射側焦点面が当該集光点１４ａ，１４ｂ，１４ｃと一致する様に、また、その射出側焦点面がフライアイレンズ２０の入射面と一致する様に配置されたコンデンサーレンズ１３に入射する。すなわちコンデンサーレンズ１３は、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。そして、インプットフライアイレンズ１２の各レンズエレメントの入射面と、それに対応するフライアイレンズ２０の各レンズエレメントの入射面とは、共役関係（結像関係）となっている。【０１１０】
従って、各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出した各照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ（これらを総称してＩＬ４ｃ）の、フライアイレンズ２０への入射位置は、以下の通りとなる。
そのＸ方向位置は、レンズエレメントＫ１〜Ｋ８射出時に各照明光ＩＬ４ｃがＸ方向の偏向角を有しないことから、図６（Ｄ）に示す如く光軸ＡＸ１の近傍に照射される。【０１１１】
一方、そのＹ方向位置は、レンズエレメントＫ１〜Ｋ８射出時に各照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂには回折格子ＤＧによりＹ方向に所定の偏向角が生じていることから、図６（Ｃ）に示す如くその偏向角に比例した量だけ光軸ＡＸ１からＹ方向に偏心し、従って、レンズエレメントＦ３に照射されることとなる。【０１１２】
上述の通り、Ｘ方向の配列位置Ｊ３上に配列された各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出する各照明光のＹ方向への偏向角は同一であるので、各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出した照明光は、すべてレンズエレメントＦ３に重畳して照射されることとなる。【０１１３】
そして、レンズエレメントＦ３の入射面の照明光量分布は、上記重畳効果により平均化され概均一化されたものとなる。
なお、インプットフライアイレンズ１２の各レンズエレメントの射出面に形成された回折格子ＤＧの偏向特性は、Ｘ方向の配列位置が同一であれば同一であり、Ｘ方向の配列位置が異なれば異なる。従って、インプットフライアイレンズ１２上のＸ方向の配列位置が同一であるレンズエレメントから射出した照明光は、全てフライアイレンズ２０上の同一のレンズエレメントに重畳して入射することとなり、その入射面上の照明光量分布は、上記重畳効果により平均化され概均一化されたものとなる。【０１１４】
なお、インプットフライアイレンズ１２及びコンデンサーレンズ１３は、フライアイレンズ２０上の一つのレンズエレメントに入射する照明光を、インプットフライアイレンズ１２が配置される所定の面内に分布する照明光のうち、Ｘ方向の所定の範囲に分布する照明光に制限する光学系であるとみることもできる。【０１１５】
ここで、インプットフライアイレンズ１２上でＸ方向の所定の範囲に分布する照明光は、Ｘ方向に所定の角度傾いて、フライアイレンズ２０上の所定のレンズエレメント（例えばＦ３）に入射する。ここでレンズエレメントＦ３もフーリエ変換レンズであるから、フライアイレンズ２０の射出面に形成されるこれらの照明光の集光点（２次光源）は、Ｘ方向への所定の入射角に応じてＸ方向にシフトすることとなる。【０１１６】
また、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８に入射する照明光のＸ方向への入射角は、上述の如くそれぞれ異なるから、フライアイレンズ２０の射出面に形成される２次光源の位置は、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８毎に、それぞれＸ方向に微少量シフトし、同一のＸ座標上には形成されないこととなる。【０１１７】
この各２次光源位置のＸ方向へのばらつきは、照明光ＩＬ８を構成する各照明光のＸ方向への進行方向のばらつきを生じさせるが、この値が例えば上記許容値（一例として±０．３［ｍｒａｄ］）を超えるような場合には、ウエハＷ上に形成される干渉縞のコントラストを低下させる要因ともなりうる。【０１１８】
そこで、この微小シフトを解消するために、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の入射面近傍に、照明光ＩＬ５ａをＸ方向に偏向させ、その進行方向をＹＺ面内に一致させるための楔プリズム２２１，２２２，２２３，２２８を設けることもできる。勿論、楔プリズムの楔角は、それぞれ異なる角度とする。【０１１９】
これにより、照明光ＩＬ６ａは各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８に対し、Ｘ方向については垂直入射することとなり、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の射出部に形成される２次光源群を同一のＸ座標上に配列させることが可能となる。【０１２０】
あるいは、図９（Ａ）に示す如く、フライアイレンズ２０を構成する各レンズエレメントＦ１ａ〜Ｆ８ａ自体の配列を、それぞれＸ方向に微少量シフトすることで、その射出面の形成される２次光源群を同一のＸ座標上に形成すること、すなわち、図中の破線ＣＬ上に形成することも可能である。【０１２１】
また、図９（Ｂ）に示す如く、フライアイレンズ２０を構成する各レンズエレメントＦ１ｂ〜Ｆ８ｂを、その外形に対してレンズ中心（図中に示した円の中心）を偏心させたレンズで構成し、これによって、その射出面の形成される２次光源群を同一のＸ座標上に形成すること、すなわち、図中の破線ＣＬ上に形成することも可能である。【０１２２】
以上の手段によって、各２次光源位置のＸ方向へのばらつきを低減し、照明光ＩＬ８を構成する各照明光のＸ方向への進行方向のばらつきを所定の許容値以下に低減することが可能である。【０１２３】
なお、このような２次光源群のＸ方向位置の補正は、フライアイレンズ２０を構成する各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光が、インプットフライアイレンズ１２が配置される所定の面内に分布する照明光のうちＸ方向の所定の範囲に分布する照明光に制限されているために、すなわち一定のＸ方向の入射角度を有する照明光に制限されているために容易に行なえるものである。【０１２４】
ただし、上記の制限は必ずしも完全である必要は無い。すなわち、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光のうちの大部分の照明光が、インプットフライアイレンズ１２が配置される所定の面内に分布する照明光のうちＸ方向の所定の範囲に分布する照明光であるならば、実質的に同様の効果が得られるからである。【０１２５】
また、インプットフライアイレンズ１２の射出面に配置する回折格子ＤＧからは、ある程度の所望でない回折光等の迷光も発生するため、これらの迷光がレンズエレメントＦ１〜Ｆ８のうちの所望の一つ以外に入射することを完全に防止することは困難でもある。【０１２６】
なお、集光光学系１１の実施例はこれに限られるものではなく、例えば図１０に開示する如く、ＸＹ面内の所定の領域で、そのテーパー角度が異なっているプリズムアレイ１４を採用することもできる。【０１２７】
プリズムアレイ１４のＸＹ面内の構造は、例えば正方形のプリズムが、図６（Ａ）に示したインプットフライアイレンズ１２と同様にＸＹ方向に２次元的に配列されるものであるが、その断面は図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す如く、各プリズムのテーパー角度がＸ方向の配列の位置Ｊ１〜Ｊ８及びＹ方向の配列の位置Ｋ１〜Ｋ８に応じて変化する。【０１２８】
プリズムアレイ１４に入射した照明光ＩＬ３は、このテーパー角度に応じた屈折作用、すなわち偏向作用を受け、フライアイレンズ２０上の所定のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８上に照射されることとなる。【０１２９】
なお、本例においてもレンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光は、プリズムアレイ１４上で同一のＸ方向配列位置に並ぶプリズム群からの照明光に限定されることが好ましいことは言うまでも無い。これにより、フライアイレンズ２０射出面の２次光源群を同一のＸ座標上に形成するための、図８及び図９に示した手法を容易に採用することが可能となるからである。【０１３０】
以下、上記特定平面と第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の配置される面の法線方向との角度関係について考察する。
上記角度関係が、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の面内の各点の位置により変化する場合、すなわち照明光ＩＬ８のＸ方向への傾斜角が上記各点の位置により変化する場合、ウエハＷ上に形成される干渉縞のＸ方向への位置ずれも上記各点の位置により、すなわちウエハＷ上の各点の位置により変化してしまう。【０１３１】
これは、投影露光装置におけるディストーションと同様の問題であり、ウエハＷ上の既存のパターンのと位置整合ずれの原因となる。
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に、すなわち第１の透光性平板Ｐ１に照射する照明光ＩＬ８は、第１の透光性平板Ｐ１内の場所によらず、Ｘ方向への入射角度が一定の値を保って入射すること、すなわち、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の配置される面の法線方向に対する上記特定平面のＸ方向への傾斜角が、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の面内の各点の位置によらず一定であることが望ましい。【０１３２】
しかしながら、実際の露光装置においては、上記傾斜角を上記各点の位置によらず完全に一定にすることは難しい。そこで実際には、上記傾斜角が上記各点の位置によらず以下の許容値以内に収まっていれば、実用上十分な位置整合性を得ることができる。【０１３３】
ここでも、ウエハＷ上に露光する干渉縞パターンが６０ｎｍラインアンドスペースパターンである場合には、その位置ずれ許容値は一般に線幅の１／４の１５ｎｍ程度である。従って、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの表面の間隔Ｄ２を５０μｍとして、各点の位置によって変化する上記特定平面の上記傾斜角のばらつきの許容値φ１は、一例として、
（式７）
φ１ ＝ ａｒｃｔａｎ（１５／５００００）＝０．３［ｍｒａｄ］
となる。【０１３４】
もっとも、この条件は露光すべきパターンの周期Ｔ３及び第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの表面のＤ２により変動するものであることは言うまでもない。
また、上記のＸ方向も、上述の第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２及び第２の回折格子Ｇ２１の周期の方向との関係に応じて決定されるべきものであることも言うまでもない。【０１３５】
なお、以上の説明においては、第１の透光性平板Ｐ１とウエハＷが、平行に配置されることを前提として、第１の透光性平板Ｐ１の法線方向に対する上記特定平面のＸ方向への傾斜角、すなわち照明光ＩＬ８の第１の透光性平板Ｐ１へのＸ方向への入射角度が、第１の透光性平板Ｐ１内の場所によらず一定であることが好ましいとしたが、実際には、上記特定平面のＸ方向への傾斜角等はウエハＷの法線方向に対して一定であること、すなわち平行が好ましい。【０１３６】
また、ウエハＷの設定位置がＺ方向に多少変動しても、ウエハＷ上に形成される干渉縞パターンの位置が変動しないためには、上記特定平面はウエハＷの法線方向に対して平行であること、すなわち上記特定平面がウエハＷに対して垂直であることが望ましい。【０１３７】
ところで、照明光ＩＬ８がこのように厳しい平行度を達成するためには、その平行度を調整可能とする平行度微調整機構が必要である。そこで、本発明の露光装置においては、図１に示す通り、コリメーターレンズ２，３，５，７及び照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５のうちの一部のレンズを照明光ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ７，ＩＬ８の進行方向に可動として、上記微調整を行なうものとしている。【０１３８】
以下、図１中の照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５に設けられた平行度微調整機構について説明する。照明系後群レンズのうち負レンズ３０にはレンズ駆動機構３１ａ，３１ｂが取り付けられ、正レンズ３２にはレンズ駆動機構３３ａ，３３ｂが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構３１ａ，ｂ、３３ａ，ｂは、固定軸３４ａ，３４ｂ上をＺ方向に可動であり、これによりレンズ３０及びレンズ３２もそれぞれ独立してＺ方向に可動である。【０１３９】
これにより照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５は、全体としていわゆるインナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。従って、製造誤差等によりフライアイレンズ２０射出面に形成される２次光源が所定の設計位置に無い場合等にも、フライアイレンズ２０からの照明光ＩＬ７を正確に平行な照明光ＩＬ８に変換することが可能となる。【０１４０】
図１１は、レンズ３０及びレンズ３２の駆動による照明系後群レンズ２９，３０，３２，３５の全体としての焦点距離の変動により、照明光ＩＬ８の平行度が変動し、照明光ＩＬ８の第１の透光性平板Ｐ１への入射角が第１の透光性平板Ｐ１内位置に応じて変化することを表わす図である。【０１４１】
図１１（Ａ）は、レンズ３０及びレンズ３２が適切なＺ方向位置に設定されている場合を表わし、照明光ＩＬ８のＸ方向の外縁ＬＥａ，ＬＥｂは第１の透光性平板Ｐ１に対して垂直であり、照明光ＩＬ８ｃ，照明光ＩＬ８ｄ，照明光ＩＬ８ｅは、第１の透光性平板Ｐ１内の場所によらず第１の透光性平板Ｐ１に垂直に入射する。【０１４２】
一方、図１１（Ｂ）は、レンズ３０及びレンズ３２を適切なＺ方向位置からずらして配置した場合を表わし、外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１で規定される照明光ＩＬ８は全体として発散光路となる。このとき外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１は、鉛直方向ＬＥａ，ＬＥｂからそれぞれψｅ傾いて（発散して）いる。従って、照明光ＩＬ８の第１の透光性平板Ｐ１への入射角は、その位置に応じて変化することとなる。【０１４３】
すなわち外縁ＬＥａ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ８ｆは、やや外向きに傾斜して第１の透光性平板Ｐ１に入射することになる。そして傾斜角をψｍとすると、照明光ＩＬ８ｆによってウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの位置は、第２の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１の明暗の位置から、左に、ψｍに概比例する量だけずれた位置に形成されることとなり位置誤差が生じる。その原理は図５に示したものと同じである。【０１４４】
一方、外縁ＬＥｂ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ８ｈがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ８ｈの外向きの傾斜角ψｍに概比例して、右にずれた位置に形成される。また、中心に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ８ｇがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ８ｈがほぼ垂直入射することから位置ずれは生じない。【０１４５】
従って、ウエハＷに露光される干渉縞パターンの、第２の回折格子Ｇ２１の明暗パターンに対する大きさの関係は、外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１で規定される光路が発散光路となっている場合には拡大されたものとなり、収束光路となっている場合には縮小されたものとなり、いずれの場合にも倍率誤差が生じることとなる。【０１４６】
本発明の露光装置においては、レンズ３０及びレンズ３２を適切なＺ方向位置に設定することにより、外縁ＬＥａ，ＬＥｂで規定される照明光ＩＬ８を常に平行光路とすることができるため、このような倍率誤差の発生を防止することができる。【０１４７】
なお、本発明の露光装置では、以前の製造工程における熱変形等により露光すべきウエハＷに想定外の伸縮が発生していた場合に、レンズ３０及びレンズ３２の位置を調整して上記外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１で規定される照明光路を、発散光路または収束光路とすることにより、ウエハＷ上に形成される干渉縞の周期Ｔ３を拡大または収束して、上記ウエハＷの伸縮を補正して露光することもできる。【０１４８】
次に、図１中のコリメーターレンズ２，３，５，７に設けられた平行度微調整機構について説明する。コリメーターレンズ中の負レンズ５にはレンズ駆動機構６が取り付けられ、正レンズ７にはレンズ駆動機構８が取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構７，８は、固定軸９上をＸ方向に可動であり、これによりレンズ５及びレンズ７もそれぞれ独立してＸ方向に可動である。【０１４９】
従って、これによっても、第１の透光性平板Ｐ１に照射される照明光ＩＬ８の平行度、収束度、発散度を調整することが可能である。
ここで、本発明における上記の第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの表面の間隔Ｄ２の最適値について説明する。上述の通り、照明光ＩＬ８の傾斜に際してのウエハＷ上での干渉縞パターンの位置ずれは、間隔Ｄ２に比例して発生するから、単純に検討するなら間隔Ｄ２は短ければ短いほど良い。それにより、照明光の傾斜に関する規格を緩めることができるためである。【０１５０】
しかしながら、間隔Ｄ２をあまりに短くすると、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの接触が発生し、それらの損傷を生じることとなる。そこで、接触回避のためには間隔Ｄ２はこの数値は、ウエハＷの平面度や第２の回折格子Ｇ２１を形成する第２の透光性平板Ｐ２の平面度を考慮して、最低限１μｍ以上は確保すべきである。【０１５１】
また、上記接触を確実に防止するために、間隔Ｄ２は５μｍ以上であることが望ましい。
一方、間隔Ｄ２をあまりに長距離化すると、照明光の傾斜等に関する規格が厳しくなるのも勿論だが、ウエハＷ１上の１点に集光する複数の回折光が第２の回折格子Ｇ２１を発する位置の間隔も増大し、これらの複数の回折光間の空間的コヒーレンスに起因する可干渉性が低下してしまうという問題も生じるため、間隔Ｄ２は５００μｍ以下に設定することが望ましい。【０１５２】
また、間隔Ｄ２が短ければ照明光の傾斜等に関する規格を緩和でき、その分だけ製造装置を安価に提供できるため、間隔Ｄ２は１００μｍ以下に設定することが、さらに望ましい。
なお、本発明においては、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷを近接して対向して配置するので、両構成部材の表面間での照明光の多重干渉が生じ得る。そして、これはウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗分布に悪影響を与えることになる。【０１５３】
そこで、本発明においては、光源１からの照明光ＩＬ１〜ＩＬ８として、その時間的な可干渉距離（光の進行方向についての可干渉距離）が、間隔Ｄ２の２倍程度以上である光を使用することが好ましい。光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をλ、その光の波長分布における波長半値幅をΔλとしたとき、概ねλ2／Δλで表わされる距離である。
従って、露光波長λがＡｒＦレーザからの１９３ｎｍの場合には、その波長半値幅Δλを３７０ｐｍ以上程度である照明光ＩＬ１〜ＩＬ８を使用することが望ましい。【０１５４】
なお、上述の如く１次元的な周期を有する干渉縞ＩＦを形成する場合、その形成に用いる照明光ＩＬ８は、その偏光方向（電場方向）が干渉縞ＩＦの長手方向（周期方向に直交する方向）に平行、すなわち周期方向に直交する方向に直線偏光光であることが好ましい。この場合に、干渉縞ＩＦのコントラストを最高にすることができるからである。【０１５５】
なお、照明光ＩＬ８は、上記の如く完全な直線偏光光でなくとも、干渉縞ＩＦの長手方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期方向（Ｘ方向の）の電場成分よりも大きな照明光であれば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。【０１５６】
また、干渉縞ＩＦの周期方向とは、すなわち第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の方向と一致するものであるから、照明光ＩＬ８の好ましい偏光状態とは、要するに第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の方向に直交する方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期Ｔ２の方向（Ｘ方向）の電場成分よりも大きな照明光であれば良い。【０１５７】
照明光ＩＬ８のこのような偏光特性は、照明光学系中に設けた光制御素子１０により実現される。光制御素子１０は、例えば光軸ＡＸ１を回転軸方向として回転可能に設けられた偏光フィルター（ポラロイド板）や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光ＩＬ３の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。【０１５８】
光源１がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光ＩＬ１を放射する光源である場合には、光制御素子１０として、同じく回転可能に設けられた１／２波長板を用いることもできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた２枚の１／４波長板を採用することもできる。この場合には、照明光ＩＬ２〜８の偏光状態を、概ね直線偏光光とするのみでなく、円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。【０１５９】
ところで、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１との間隔Ｄ１は、ウエハＷ上に形成される干渉縞ＩＦの位置ずれ等に影響を与えるものではないので、上記間隔Ｄ２のように近接して配置する必要は無い。【０１６０】
ただし、間隔Ｄ１があまり長いと、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２から発生する±１次回折光ＬＰ，ＬＭを、第２の回折格子Ｇ２１上の必要な箇所の全部に照射するために、より大きな第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２が必要となる。従って、間隔Ｄ１は、例えば１００ｍｍ程度以下に設定することが、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に必要な大きさが縮小可能となる点で好ましい。【０１６１】
一方、間隔Ｄ１があまりに狭いと、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２から発生する±１次回折光ＬＰ，ＬＭが、第２の回折格子Ｇ２１上で相互に干渉して不要な干渉縞を形成し、最終的にはウエハＷ上においても、不要な干渉縞（明暗ムラ）を形成する恐れが生じる。【０１６２】
このような不要な明暗ムラの発生は、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の任意の１点から生じた±１次回折光ＬＰ，ＬＭを、第２の回折格子Ｇ２１上で、照明光ＩＬ８の空間的な可干渉距離よりも十分に離れた位置、一例として上記可干渉距離の４倍程度離れた位置に照射することで防止することができる。【０１６３】
ここで、照明光ＩＬ８の空間的な可干渉距離は、照明光ＩＬ８の開口数ＮＡと波長λにより、一般的にλ／ＮＡで表わされる距離である。照明光ＩＬ８の波長を１９３ｎｍ，開口数ＮＡとして、照明光ＩＬ８の特定平面に対する角度ばらつきの許容値である上述の０．３［ｍｒａｄ］（＝０．０００３）とすると、可干渉距離距離は６４３μｍであり、その４倍は２５３６μｍとなる。従って、この場合、上記±１次回折光ＬＰ，ＬＭの、第２の回折格子Ｇ２１への照射位置を、２５３６μｍ程度以上離すことにより、上記不要な明暗ムラの発生を防止できる。【０１６４】
ここで、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１を２４０ｎｍとすると、±１次回折光ＬＰ，ＬＭの回折角θ０は、式１から５３度と求まる。この回折角で対称に発生する２本の光線束が、第２の回折格子Ｇ２１上で２５３６μｍ以上離れた位置に照射されるには、間隔Ｄ１は９４８μｍ以上であることが必要である。【０１６５】
従って、間隔Ｄ１は１ｍｍ程度以上であることが好ましい。
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は、±１次回折光ＬＰ，ＬＭを所定の方向に発生させ、それを第２の回折格子Ｇ２１上に照射するためのものであり、第２の回折格子Ｇ２１上の所定の位置に±１次回折光ＬＰ，ＬＭによる干渉縞を形成することを目的とするものではない。【０１６６】
従って、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１との、ＸＹ方向の位置関係は、周期Ｔ１及びＴ２のオーダで（数１０ｎｍのオーダで）厳密に位置整合される必要は無い。ただし、第２の回折格子Ｇ２１のうちウエハＷに対向する所定の領域には、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭが照射される必要があるので、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１とは、ＸＹ方向に例えば数ｍｍ程度の位置関係をもって整合して配置される必要がある。【０１６７】
また、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１の方向も、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の方向（Ｘ方向）と一致していなくても良い。ただし、この場合には、ウエハＷのＺ方向位置の変動に伴う干渉縞ＩＦの明暗パターンの移動等を防止するために、周期Ｔ１に代わり、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１をＺＸ面内に投影した長さが、式４の条件を満たすことが望ましい。【０１６８】
ところで、本発明の露光装置は、上述の通り、Ｘ方向については極小照明ＮＡの照明光を使用するものではあるが、ウエハＷ上の１点に到達する照明光（回折光）は複数であるから、第２の回折格子Ｇ２１及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の上の複数の領域から照射されることになる。また、ウエハＷ上で干渉縞を形成する光線束は、あくまでも第２の回折格子等からの回折光であるから、第２の回折格子Ｇ２１等の上に異物等が存在した場合でも、その異物がそのままの形状を保って、ウエハＷ上に露光転写されることはない。【０１６９】
ここで、第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２の上の異物及び欠陥が、ウエハＷ上に形成される干渉縞に与える悪影響をいっそう低減するには、第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２との間隔Ｄ２を所定の値以上に設定することが望ましい。これにより、ウエハＷ上の１点に照射される光を、第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２２上のより多くの場所から回折された光とすることができ、上記異物及び欠陥の悪影響を緩和することができるからである。【０１７０】
ここで、第２の回折格子Ｇ２１からウエハＷに照射される回折光は、上述の通り角度θ０及びθ１だけ傾いてウエハＷに照射される。より好ましい条件においてはθ０＝θ１である。このとき、式２及び式３より、照明光の実効波長をλ、第２の回折格子Ｇ２１の周期をＴ２として、
（式８）
ｓｉｎθ０＝λ／（２×Ｔ２）
であるから、ｓｉｎθ０≒ｔａｎθ０の近似がある程度成り立つことを前提とすると、ウエハＷの１点に照射される回折光は、第２の回折格子Ｇ２１上において、
（式９）
Ｄ５ ＝ ２×Ｄ２×λ／（２×Ｔ２）
で表わされる相互間隔Ｄ５だけ離れた２点を中心とする部分から照射されることとなる。【０１７１】
上記異物及び欠陥の悪影響を緩和するためには、ウエハＷ上の１点に集光する光が、例えば第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の３０倍程度以上に広がる部分からの光で構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。これを式で表現すると、
（式１０）
Ｄ５ ≧ ３０×Ｔ２
の如くなる。
上記式９及び式１０から、間隔Ｄ２は、
（式１１）
Ｄ２ ≧ ３０×Ｔ２2／λ
の条件を満たすことが好ましい。【０１７２】
また、上記悪影響を、よりいっそう緩和するためには、ウエハＷ上の１点に集光する光が、例えば第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２の１００倍程度以上に広がる部分からの光で構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。このときに間隔Ｄ２が満たすべき条件は、同様の考察から、
（式１２）
Ｄ２ ≧ １００×Ｔ２2／λ
となる。【０１７３】
また、第２の回折格子Ｇ２１上の異物・欠陥のウエハＷに露光されるパターンへの悪影響をさらに低減するために、本発明においては、ウエハＷへの露光を以下に示す複数回露光による多重露光とすることもできる。【０１７４】
すなわち、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとのＸＹ方向の位置関係を所定の関係として最初の露光を行なったのち、その相対関係を第２の回折格子Ｇ２１の周期の整数倍だけ移動して、あるいは第２の回折格子Ｇ２１の周期方向とは直交する方向に任意の距離だけ移動して２回目の露光を行ない、さらに同様の移動をしつつ複数回の多重露光を行なうこともできる。【０１７５】
これにより、ウエハＷ上の一点には、第２の回折格子Ｇ２１上のより多くの部分から発生した回折光による干渉縞の明暗パターンが重畳して露光されることとなり、第２の回折格子Ｇ２１上に存在する異物や欠陥の悪影響が、平均化効果により、いっそう低減されることとなる。【０１７６】
ところで、第２の回折格子Ｇ２１の上に付着した異物等による悪影響を一層低減するために、図１２に示す通り、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの間に、第２の回折格子Ｇ２１への異物付着防止用の薄膜（ペリクル）ＰＥ２を設けることもできる。そして、ペリクルＰＥ２を、例えば所定枚数を枚数のウエハＷを露光する毎に交換することで、異物の除去を行なうこともできる。【０１７７】
ペリクルＰＥ２としては、例えば投影露光装置で使用されるレチクルへの異物付着防止に使用される有機樹脂製のペリクルを使用することができる。
あるいは、ペリクルＰＥ２として、合成石英等の無機材料からなる透光性の平板を使用することもできる。【０１７８】
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の光源側にペリクルＰＥ１を設け、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２への異物の付着を防止することもできる。
あるいは、第２の回折格子Ｇ２１上への異物の付着の防止のために、図１３に示す通り、第２の透光性基板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１の上に、保護層ＰＥ３を設けることもできる。この保護層ＰＥ３は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形
成する二酸化珪素等の透光性の膜からなるものであり、必要に応じて、その表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化したものである。異物保護層ＰＥ３の厚さは、例えば１μｍ程度とする。
【０１７９】
なお、保護層ＰＥ３上に付着した異物も、保護層ＰＥ３を設けずに第２の回折格子Ｇ２１上に付着した異物も、異物がウエハ上に形成すべき干渉縞へ与える悪影響の点では同等である。しかしながら、保護層ＰＥ３を設けることにより、第２の回折格子Ｇ２１の表面を、実質的に平坦化することが可能であり、従って、その表面に付着した異物，汚染等の洗浄及び検査がきわめて容易になるという点で、保護層ＰＥ３の設置は効果的である。【０１８０】
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は位相変調型回折格子であり、第２の回折格子Ｇ２１は強度変調型回折格子であるとしたが、両回折格子の構成は、これに限るものではない。【０１８１】
例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル（Attenuated Phase Shift Mask）の如く、透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いることもできる。また、ウエハＷ上に形成する干渉縞にそれ程の高コントラストラスト性が要求されない場合には、第１の回折格子からの不要な回折光の発生も許容されるため、第１の回折格子として強度変調型の回折格子を使用することもできる。【０１８２】
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１はそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。【０１８３】
図１４は、第１の回折格子Ｇ１５，Ｇ１６と第２の回折格子Ｇ２３を、それぞれ一つの透光性平板Ｐ３の光源側及びウエハＷ側に形成した例を示す図である。なお、本例においても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ３５およびその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。【０１８４】
また、本発明の一つの形態に於いては、単一の回折格子のみを、ウエハＷに近接して対向配置することにより、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンを露光することも可能である。
図１５は、ウエハＷ側の近傍に、透光性平板Ｐ４のウエハＷ側に形成された回折格子Ｇ１７，Ｇ１８を、間隔Ｄ３で近接して対向配置させた例である。本例に於いても、回折格子Ｇ１７，Ｇ１８の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ３５およびその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。さらに間隔Ｄ３の値についても上述の例における間隔Ｄ２と同様の条件を満たすことが好ましい。【０１８５】
なお、本例に於いては、実効波長λは回折格子Ｇ１７，Ｇ１８からウエハＷに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。【０１８６】
本例に於いては、回折格子Ｇ１７，Ｇ１８で発生した回折光（１次回折光）が、ウエハＷ上に照射されウエハＷ上で干渉することにより、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成されることになる。【０１８７】
ところで、図３に示す構成における第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２、及び図１４に示す構成における第１の回折格子Ｇ１５，Ｇ１６、あるいは図１５に示す構成における回折格子Ｇ１７，Ｇ１８を、強度変調型の回折格子、あるいはハーフトーン型の回折格子で形成する場合には、それらの回折格子からは０次光（直進光）も発生することとなる。そして、この０次光は基本的には不要な照明光として、第２の回折格子Ｇ２１，Ｇ２３を通して、あるいは直接ウエハＷ上に照射され、所望の本来の干渉縞のコントラストを低下させることとなる。【０１８８】
しかしながら、これらの強度変調型あるいはハーフトーン型の回折格子に対しても、照明光ＩＬ８を所定角度傾斜させて入射させると、そこから発生する回折光の角度分布を、上述の周期Ｔ１の位相変調型回折格子に対して垂直入射させた場合の回折光の角度分布と、実質的に等価にすることができる。【０１８９】
すなわち、Ｘ方向の周期Ｔ５が、
（式１３）
Ｔ５＝Ｔ１／２
である強度変調型あるいはハーフトーン型の回折格子を使用し、照明光ＩＬ８をＸ方向に対して、式１より求まるθ０だけ傾斜して入射すると、その０次光は入射角に対応してＸ方向にθ０だけ傾斜して発生し、片方の１次光がＸ方向の反対側にθ０だけ傾斜して発生することとなる。これらの０次光と１次光のＸ方向についての回折角度は、図３に示した位相変調型回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に対して垂直入射させた場合の±１次光回折光ＬＰ，ＬＭの回折角度分布と、実質的に等価である。【０１９０】
このような照明光は、図７（Ｂ）に示したフライアイレンズ２０をＸ方向に所定量シフトして配置することによって実現できる。なお、この場合、フライアイレンズ２０より上流側の光学系の全てをＸ方向に同一の所定量だけシフトすることが望ましいことは言うまでも無い。【０１９１】
また、図１６（Ｂ）に示したように、光軸ＡＸ１に対してＸ方向に−方向及び＋方向にシフトして配置した２個のフライアイレンズ２３Ｌ，２３Ｒを使用することもできる。この場合、各フライアイレンズ２３Ｌ，２３Ｒは、図７（Ｂ）に示したフライアイレンズと同様に、遮光部材２４上にレンズエレメントＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８及びＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８がＹ方向に沿って並ぶものである。【０１９２】
そして、これらのフライアイレンズ２３Ｌ，２３Ｒに照明光を集光させるために、図１６（Ａ）に示す如き、インプットフライアイレンズ１２ａを使用するとよい。これは図７（Ａ）に示したフライアイレンズ１２とほぼ同様な構成であるが、各エレメントの射出面に形成された回折格子ＤＧ２は、その周期がＸ方向について一定の値を有し、Ｙ方向についてはＸ方向の配列位置Ｊ１〜Ｊ８に応じて変化するものであることを特徴している。【０１９３】
すなわち、そのＸ方向及びＹ方向の周期の合成で定まる周期の方向が、Ｘ方向の配列位置Ｊ１〜Ｊ８によって変化するものである。
また、回折格子ＤＧ２から発生する回折光は、±１次回折光からなる実質的に２本の回折光であることを特徴としている。なお、これは簡単な構造の位相方回折格子で実現できることは言うまでも無い。【０１９４】
そして、例えば、Ｘ方向の配列位置Ｊ２上に配置される各レンズエレメントからの回折光は、その＋１次回折光はフライアイレンズ２３ＬのレンズエレメントＬ３上に重畳して照射され、その−１次回折光はレンズエレメントＬ３と光軸ＡＸ１に対して対称な位置に配置されるフライアイレンズ２３ＲのレンズエレメントＲ６上に重畳して照射される。【０１９５】
また、Ｘ方向の他の配列位置上に配置される各レンズエレメントからの回折光も、その±１次回折光は、光軸ＡＸ１に対して対称に配置されるレンズエレメントに、それぞれ重畳して照射される。【０１９６】
このような、フライアイレンズ２３Ｌ及び２３Ｒから射出された照明光ＩＬ７Ｌ，ＩＬ７Ｒは、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示した如く第１の透光性平行板Ｐ１に照射される。
すなわち、第１の透光性平行板Ｐ１上の任意の一点ＩＰ２上に照射される照明光ＩＬ８は、そのＹ方向の入射角度範囲については図７（Ａ）に示した角度範囲φと同様であるが、そのＸ方向の入射角度は、第１の特定平面ＩＰＬの面内に進行方向を有する照明光とＩＬ８Ｌと、第２の特定平面ＩＰＲの面内に進行方向を有する照明光とＩＬ８Ｒとになって第１の透光性平行板Ｐ１に照射されることとなる。【０１９７】
なお、上記いずれの例に於いても、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と及び第２の回折格子Ｇ２１は、ウエハＷ上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３に応じて、交換する必要がある。図１９は、その交換機構の一例を示す図であり、図１９（Ａ）はそれを−Ｚ方向から見た図、図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）中のＡ−Ｂ部分近傍の断面図を表わす。【０１９８】
第２の回折格子が設けられた第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅを真空吸着等の手段により保持するチャック部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが設けられた平板ローダー４２は、Ｘ方向にスライド可能であるともに、Ｚ方向に上下動可能である。【０１９９】
交換前において、第２の透光性平行板Ｐ２は、第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃにより保持される。この状態に対し、平板ローダー４２がＸ方向からに第２の透光性平行板Ｐ２の下部に侵入し、上方に上昇する。そして、チャック部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが、第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅを吸着する。【０２００】
その後、第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、図中白抜き矢印で示す如き放射方向に退避し、その状態で平板ローダー４２が＋Ｘ方向に退避して第２の透光性平行板Ｐ２を持ち去る。そして、新たに装填すべき別の第２の透光性平行板は、上記と逆の動作を経て第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃ上に設置され、第２の透光性平行板の交換が完了する。【０２０１】
第１の透光性平行板Ｐ１の交換機構も上記と同様の構成とする。
なお、第１の透光性平行板Ｐ１と第２の透光性平行板Ｐ２の間隔が短いことから、その間隔内に上記平板ローダーを挿入することは難しい。【０２０２】
そこで、図１８に示す如く、第１の保持機構３６ａ等及び第２の保持機構３７ａ等も、支持部材４１によりＸＹ面内方向にある上記放射方向及びＺ方向に可動としておくことが好ましい。これにより上記平板ローダーの装填のためのクリアランスを確保することができる。【０２０３】
なお、第１の保持機構３６ａ等及び第２の保持機構３７ａ等の上記Ｚ駆動機構は、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間隔Ｄ２、及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１との間隔Ｄ１を所定値に設定する際にも使用することができる。【０２０４】
なお、図１８に示した通り、第１の透光性平行板Ｐ１の周縁部Ｐ１Ｅ及び第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅは、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工されている。そして、第１の保持機構３６ａ等に設けられた真空吸着部Ｐ１Ｖ及び第２の保持機構３７ａ等に設けられた真空吸着部Ｐ２Ｖは、これらの段付け加工された周縁部Ｐ１Ｅ及びＰＥ２を介して第１の透光性平行板Ｐ１及び第２の透光性平行板Ｐ２を保持するものとしている。【０２０５】
ところで、以上の例においては、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの間には、空気（窒素または希ガスでも良い）が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハＷに照射される照明光（回折光）の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２及び第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２の周期Ｔ１も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。【０２０６】
図２０（Ａ）は、これに適したウエハステージ３８ａ等の例を示す図である。ウエハステージ３８ａの周囲には、連続的な側壁３８ｂ，３８ｃが設けられ、側壁３８ｂ，ｃで囲まれた部分には水等の液体４６を保持可能となっている。これにより、ウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間は水に満たされ、すなわちウエハＷと第２の回折格子Ｇ２１の間の空間は誘電体である水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率（波長１９３ｎｍの光に対して１．４６）だけ縮小される。【０２０７】
なお、給水機構４４及び排水機構４５も併設され、これにより側壁３８ｂ，ｃで囲まれた部分には汚染の無い新鮮な水が供給されかつ排水される。
また、図２０（Ｂ）に示す如く、ウエハステージ３８ａの側壁３８ｄ，３８ｅの最上面を第１の透光性平板Ｐ１の下面より高くし、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間の空間にも水を満たすこともできる。給水機構４４ａ及び排水機構４５ｂの機能はは上述と同様である。【０２０８】
これにより、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からウエハＷに至る全光路を、空気（または窒素あるいは希ガス）以外の誘電体（水）で覆うことが可能となり、上述の照明光の実効波長λを、水の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微細な周期を有するパターンの露光が可能となる。【０２０９】
なお、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間にのみ水等の誘電体を満たすことが効果的である場合には、図２１に示す如き構成を採用することもできる。
これは、第１の透光性平板Ｐ１の周囲に連続的な側壁４７を設け、これによって第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間に水を貯めるものである。給水機構４４ｃ及び排水機構４５ｃの機能は上述と同様である。
なお、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２からウエハＷまでの光路、または第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間に満たすべき誘電体の屈折率は、１．２以上であることが望ましい。この屈折率が１．２以下であると、露光可能なパターンの微細度の向上を十分に達成することができないからである。【０２１０】
上記の如くして干渉縞による明暗パターンの露光されたウエハＷは、不図示のウエハローダーにより露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ウエハＷ上のフォトレジストには、露光された明暗パターンに応じたレジストパターンが形成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ウエハＷまたはウエハＷ上に形成された所定の膜をエッチングすることにより、ウエハＷに所定のパターンが形成される。【０２１１】
半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘って形成する工程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン形成工程の中の少なくとも１つの工程に使用して、電子デバイスを製造することができる。【０２１２】
また、上記少なくとも１つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハＷ上のフォトレジストＰＲに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストＰＲを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
あるいはその逆に、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを露光したウエハＷ上のフォトレジストＰＲに対し、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストＰＲを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
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。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００５年１月１４日付け提出の日本国特許出願第２００５−００７１２５の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【０２１３】
本発明の露光方法は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。【０２１４】
本発明の露光装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。【０２１５】
また、本発明の電子デバイスの製造方法及び電子デバイスは、その製造過程における産業、すなわち半導体を生産する産業において利用可能であるとともに、その成果物としての電子デバイスは、各種電子機器産業において利用することが可能である。
【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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【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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