(57)【要約】例えば空間周波数変調型の位相シフトレチクルを使用した場合に、その光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｒｒｏｒ）特性を改善できる露光方法及び装置である。レチクル（Ｒ）上にＸ方向を長手方向とするパターンがＹ方向に所定ピッチで形成されている。レチクル（Ｒ）をＸ方向を長手方向とする照明視野（ＩＡＲ）で照明すると共に、照明光学系中の照明開口絞り（１１ａ）の開口部（１２ａ）をＸ方向を長手方向とする長方形とすることによって、その照明視野（ＩＡＲ）を照明する照明光の実効的なσ値をＸ方向については０．６以上とし、Ｙ方向については０．３以下とする。露光中にレチクル（Ｒ）とウエハとを投影光学系に対してＹ方向に相対走査する。
2004109777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンを照明光で照明し、前記パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する露光方法であって、
前記マスクのパターンの少なくとも一部は、第１方向に長手方向を有するパターンであると共に、
前記第１方向における前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を、前記第１方向と直交する第２方向における前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲に比べて広くすることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を、
前記第１方向における実効的なσ値と、前記第２方向における実効的なσ値とを異ならせるように設定す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】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を、
前記第１方向については実効的なσ値を０．６以上とし、
前記第２方向については実効的なσ値を０．３以下で０より大きくす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】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を、
前記第１方向については実効的なσ値を０．７以上とし、
前記第２方向については実効的なσ値を０．２以下とすることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記マスクのパターンの少なくとも一部は、前記第１方向に長手方向を有する空間周波数変調型位相シフトパターンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
所定の強度分布調整部材によって前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を調整す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】
前記強度分布調整部材は、前記マスクを前記照明光で照明する照明光学系の瞳面上又はこの近傍に配置されて、長方形状又は楕円状の開口が設けられた照明系開口絞りであることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記照明光の偏光状態を、その電場方向が前記第１方向と一致する直線偏光を主成分とする状態にす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】
前記マスクに対する前記照明光の前記第１方向の入射角度に対する強度分布を、入射角度範囲の両端部で強く、入射角度範囲の中間部で弱くすることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１０】
入射角度範囲の両端部での強度分布が、前記入射角度範囲の中間部での強度分布の、１．５倍から３倍であることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記第１方向に長辺を有する長方形状視野の投影光学系、及び前記第１方向に長辺を有する長方形状の照明視野の照明光学系を使用し、
前記マスク及び前記基板を、前記投影光学系を介しての結像関係を保ったまま、前記第２方向に相対走査しつつ露光を行なうことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
マスクのパターンを照明光で照明し、前記パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する露光方法であって、
前記基板の露光を、請求項１から１１のいずれか一項に記載の露光方法を用いる第１露光と、それ以外の露光方法を用いる第２露光との多重露光により行なうことを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
照明光でマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、
前記マスク上の第１方向における前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲が、前記第１方向と直交する第２方向における前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲よりも広いことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を、
前記第１方向における実効的なσ値と、前記第２方向における実効的なσ値とを異ならせるように設定することを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲が、
前記第１方向については実効的なσ値が０．６以上であり、
前記第２方向については実効的なσ値が０．３以下で０より大きいことを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲が、
前記第１方向については実効的なσ値が０．７以上であり、
前記第２方向については実効的なσ値が０．２以下であることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記マスクのパターンの少なくとも一部は、前記第１方向に長手方向を有するパターンであることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記マスクに対する前記照明光の入射角度範囲を調整するための強度分布調整部材を有することを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記強度分布調整部材は、前記照明光学系の瞳面上又はこの近傍に配置されて、長方形状又は楕円状の開口が設けられた照明系開口絞りであることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記照明光学系は、前記照明光の偏光状態を、その電場方向が前記第１方向と一致する直線偏光を主成分とせしめる偏光制御部材を有することを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２１】
前記マスクに対する前記照明光の前記第１方向の入射角度に対する強度分布が、入射角度範囲の両端部で強く、入射角度範囲の中間部で弱くなっていることを特徴とする請求項１３から２０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２２】
入射角度範囲の両端部での強度分布は、前記入射角度範囲の中間部での強度分布の、１．５倍から３倍であることを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記照明光学系は、前記照明光の入射角度範囲を前記入射角度範囲の前記条件内で可変とする、第１の照明条件可変機構を有することを特徴とする請求項１３から２２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記照明光学系は、前記照明光の入射角度範囲を、更に前記入射角度範囲外とする第２の照明条件可変機構を有することを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記第２の照明条件可変機構が設定する照明条件は、輪帯照明、２極照明、又は４極照明を含むことを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２６】
前記投影光学系の露光視野は、前記第１方向に長辺を有する長方形状であり、前記照明光学系の照明視野は、前記第１方向に長辺を有する長方形状であり、
前記マスク及び前記基板を、前記投影光学系を介した結像関係を保ったまま相対走査するステージ機構を有すると共に、前記相対走査の方向が、前記第２方向と一致することを特徴とする請求項１３から２５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２７】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の露光方法を使用してデバイスのパターンを基板上に転写する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載のデバイス製造方法により製造されたデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば半導体集積回路、撮像素子、液晶ディスプレイ、又は薄膜磁気ヘッド等の各種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露光技術に関し、特に光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｒｒｏｒ）を低減するために使用して好適なものである。更に本発明は、その露光技術を用いたデバイス製造技術及びそのデバイス製造技術で製造されるデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体集積回路、液晶ディスプレイ等の電子デバイスの微細パターンの形成に際しては、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して被露光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に縮小して露光転写する方法が用いられている。投影光学系の解像度は、概ね露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値である。投影光学系の開口数（ＮＡ）とは、露光用の照明光束のウエハへの最大入射角の正弦（ｓｉｎ）にその光束の通過する媒質の屈折率を乗じたものである。【０００３】  従って、半導体集積回路等の微細化に対応するために、投影露光装置の露光波長は、より短波長化されてきた。現在、露光波長はＫｒＦエキシマーレーザの２４８ｎｍが主流であるが、より短波長のＡｒＦエキシマーレーザの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。そして、更に短波長の波長１５７ｎｍのＦ２レーザや、波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザ等の、いわゆる真空紫外域の露光光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、短波長化のみでなく、投影光学系の大開口数化（大ＮＡ化）によっても高解像度化は可能であるので、投影光学系をより一層大ＮＡ化するための開発もなされており、現在の最先端の投影光学系のＮＡは、０．８程度である。【０００４】  一方、同一の露光波長、同一ＮＡの投影光学系を使用しながら、転写されるパターンの解像度を向上する技術として、いわゆる位相シフトレチクルを用いる方法や、照明光束のレチクルへの入射角度分布を所定分布に制御する輪帯照明（例えば日本国特開昭６１−９１６６２号公報参照）、２極照明、及び４極照明（例えば日本国特開平４−１０１１４８号公報、日本国特開平４−２２５３５７号公報参照）などのいわゆる超解像技術も実用化されている。位相シフトレチクル中で、特に空間周波数変調型位相シフトレチクルは、転写するパターンのパターン間隔（ピッチ）の縮小とパターン線幅の縮小との双方に極めて効果的であり、特に微小な線幅のパターンを必要とするＣＰＵ（中央演算処理装置）などの高速デバイスを製造する際に使用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】  ところで、投影光学系の大ＮＡ化は、視野（露光視野）が小さい光学系程実現が容易である。但し、投影露光装置としては露光フィールド（１回の露光動作で転写できる領域）が大きい程、処理能力（スループット）が向上する。そこで、小視野ではあるが大ＮＡの投影光学系を用いて、なおかつ実質的に大きな露光フィールドを得るために、露光中に、マスクとウエハとを、その結像関係を維持したまま相対走査する走査型露光装置（スキャニング・ステッパー等）が最近の主流となっている。【０００６】  走査型露光装置に使用される投影光学系は、一般的に一方向に長く、それと直交する方向に短かい長方形状の良像範囲（露光視野）を有する。このような光学系には、反射光学系が使用される場合もあるが、露光波長が１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマーレーザ）程度までは、屈折光学系を使用することが一般的である。この場合、上記長方形状の露光視野は、円形のレンズの組み合わせからなる屈折光学系の本来の良像範囲で��る円形から、その円の中心を通る直径を対角線として、且つその円に内接する長方形とするのが一般的である。その理由は、このような長方形の視野が、視野の長辺の長さを最大にでき、最も効率が良いからである。この場合、視野の短辺の長さは減少するが、視野の短辺方向に上記相対走査を行なうことで、この方向についての露光フィールドを実質的に拡大することができる。従って、走査型露光装置では、１回の走査露光でウエハ上に露光できる露光フィールドの大きさは上記視野の長辺の長さと走査距離との積となり、より小型の投影光学系を使用しても大面積の露光フィールドを露光することが可能となる。
【特許文献１】日本国特許第１４４１７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上記の如く、位相シフトレチクルの使用は、解像度の向上に極めて効果的であるが、その性能を十分に発揮するためには、空間的コヒーレンスの高い照明光を使用する必要がある。空間的コヒーレンスとは、異なる２点間の照明光が有する可干渉性の程度であり、照明光の入射角度範囲が小さい程空間的コヒーレンスは高まる。従って、位相シフトレチクルの使用時には、照明光のコヒーレンスファクタであるいわゆるσ値（レチクルを照明する照明光のＮＡ（ＮＡＩ）を、投影光学系のレチクル側のＮＡ（ＮＡＲ）で割った値）を、現状も０．３程度以下とする必要がある。そして、将来的には半導体集積回路等の一層の微細化に対応するために、更に解像度を向上しつつ、一方で必要な焦点深度を確保するために、σ値が０．１５程度の照明光での照明が必要になると言われている。【０００８】  しかしながら、このような小σ値、即ち高コヒーレンスの照明光を使用すると、所定のパターンに照射される照明光と、その近傍に照射される照明光との可干渉性が極めて強くなる。その結果、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｒｒｏｒ）と呼ばれる問題が生じる。これは、所定パターンの近傍での他のパターンの有無により、その所定パターンの転写像の強度が変動し、その結果として転写線幅が変化してしまう現象である。【０００９】  パターン相互間での線幅の変動は、例えばＬＳＩの高速動作性能に大きい悪影響を与えるため、高速動作が要求されるＬＳＩでは許容できない問題となる。そこで、露光波長、投影光学系のＮＡ、照明条件（σ値等）等の光学条件とパターンのレイアウトとから、発生するＯＰＥを光学シミュレーションを用いて見積もり、その見積もられた誤差をレチクル上のパターンの線幅自体を増減して補正する方法であるＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）も実用化されている。【００１０】  ＯＰＣによる補正に際し考慮すべきパターンの範囲は、レチクル上に照射される照明光が可干渉性を有する範囲となる。使用する照明光のσ値が現状の０．３程度であれば、その範囲は、半径が０．６１×露光波長／（ＮＡＲ×０．３）程度の領域である。これに対して、照明光のσ値が０．１５になると、その範囲は、半径が０．６１×露光波長／（ＮＡＲ×０．１５）程度の領域に増大する。その結果、考慮すべきパターンエリアの面積は４倍になり、またＯＰＥは量的にも増大するため、ＯＰＣによる補正量も増大する。そのため、ＯＰＣによる補正に際しての光学シミュレーションに必要な時間の増大や、補正コストの増大を招き、レチクルコストの増大を招くという問題がある。【００１１】  また、照明光のσ値が０．１５程度に小さくなると、所定ピッチを有するパターンに対しては、空間周波数変調型位相シフトレチクルを使用しても、十分な焦点深度が得られなくなるという問題も生じる。このため、ＬＳＩ中の電子回路の設計に際して、パターンが上記所定ピッチで配列されることを防止する設計ルールを規定するなどの対策が必要となる。これは、ＬＳＩの集積度を実質的に低下させるものであり、また、回路設計を複雑にし、回路設計時間の増大と設計コストの増大とを招く。【００１２��  本発明は、このような課題に対して鑑みてなされたものであり、光学的近接効果による誤差（ＯＰＥ特性）を改善できる露光技術を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、例えば空間周波数変調型の位相シフトレチクルを使用した場合に、そのＯＰＥ特性を改善し、且つ所定ピッチを有するパターンでの焦点深度の低下を防止できる露光技術を提供することを第２の目的とする。
また、本発明は、上記露光技術を用いて、高性能な電子デバイスを安価に製造できるデバイス製造技術、及びそのデバイス製造技術で製造できるデバイス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】
【００１３】  本発明による第１の露光方法は、マスク（Ｒ）のパターンを照明光で照明し、そのパターンの像を投影光学系（２３）を介して基板（Ｗ）上に投影する露光方法であって、そのマスクのパターンの少なくとも一部は、第１方向に長手方向を有するパターン（ＬＣ，ＬＬ１，ＬＲ１）であると共に、その第１方向におけるそのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向と直交する第２方向におけるそのマスクに対するその照明光の入射角度範囲に比べて広くするものである。【００１４】  斯かる本発明によれば、そのマスク上のその第１方向に長手方向を有するパターン（転写用パターン）を通過した結像光束は、その投影光学系の瞳面上でその第１方向にその第２方向よりも拡がった領域に分布する。また、その瞳面上の領域では光軸近傍の方が周辺よりもその第２方向に対する開口数が実質的に大きくなる。従って、その基板上に形成される像は、実質的に互いに異なる開口数による光学像がインコヒーレントに加算（強度的に加算）されたものとなる。従って、平均化効果により基板上での像の空間的コヒーレンシーが低減し、転写線幅のピッチの変化に伴う変動が低減し、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｒｒｏｒ）特性が改善される。【００１５】  本発明において、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向における実効的なσ値と、その第２方向における実効的なσ値とを異ならせるように設定してもよい。このとき、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向については実効的なσ値を０．６以上とし、その第２方向については実効的なσ値を０．３以下で０より大きくすることが望ましい。【００１６】  この場合、その照明光のそのマスク上の所定方向についての実効的なσ値とは、その照明光のそのマスクへのその所定方向における入射角度の最大値の正弦（ｓｉｎ）に媒質の屈折率を乗じて得られる値を、その投影露光装置のそのマスク側のその所定方向における開口数で割って得られる値を言う。従って、その照明光の実効的なσ値がその第１方向においてその第２方向よりも大きくなると、マスクの上下の媒質の屈折率が実質的に等しい場合には、その第１方向における入射角度範囲がその第２方向の入射角度範囲よりも広くなる。また、その第２方向の実効的なσ値を０．３以下とすることで、その第２方向に対していわゆる小σ照明と同様の原理で高解像度が得られる。【００１７】  また、本発明において、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向については実効的なσ値を０．７以上とし、その第１方向と直交する第２方向については実効的なσ値を０．２以下とすることが望ましい。これによって、解像度が更に向上すると共に、ＯＰＥ特性が更に改善される。
本発明において、そのマスクのパターンの少なくとも一部は、その第１方向に長手方向を有する空間周波数変調型位相シフトパターンであることが望ましい。これによって、そのＯＰＥ特性が改善されると共に、所定ピッチを有するパターンでの焦点深度の低下を防止できる。【００１８】  本発明において、一例として所定の強度分布調整部材（１１）によってそのマスクに対するその照明光の入射角度範囲が調整される。
また、その強度分布調整部材は、一例としてそのマスクをその照明光で照明する照明光学系（５０）の瞳面上又はこの近傍に配置されて、長方形状又は楕円状の開口（１２）が設けられた照明系開口絞り（１１）である。その照明開口絞りの開口の形状を設定するのみで、容易にその第１方向及び第２方向における照明光の入射角度範囲、又は実効的なσ値を所望の状態にすることができる。【００１９】  また、その照明光の偏光状態を、その電場方向がその第１方向と一致する直線偏光を主成分とする状態にすることが望ましい。これによって、結像性能が更に向上する。
また、そのマスクに対するその照明光のその第１方向の入射角度に対する強度分布を、入射角度範囲の両端部で強く、入射角度範囲の中間部で弱くしてもよい。これによって、ＯＰＥ特性が更に改善される場合がある。【００２０】  この場合、その入射角度範囲の両端部での強度分布が、その入射角度範囲の中間部での強度分布の、１．５倍から３倍であることが望ましい。
また、その第１方向（Ｘ方向）に長辺を有する長方形状視野の投影光学系（２３）、及びその第１方向に長辺を有する長方形状の照明視野（ＩＡＲ）の照明光学系（５０）を使用し、そのマスク及びその基板を、その投影光学系を介しての結像関係を保ったまま、その第２方向（Ｙ方向）に相対走査しつつ露光を行なうことが望ましい。これによって、その第１方向に長手方向を有するパターンは、その長方形状視野の投影光学系によってそのまま投影されると共に、その第２方向にその照明視野よりも拡がったパターンは、走査露光によって基板上に投影される。【００２１】  また、本発明の第２の露光方法は、マスクのパターンを照明光で照明し、そのパターンの像を投影光学系（２３）を介して基板（Ｗ）上に投影する露光方法であって、その基板の露光を、本発明の第１の露光方法を用いる第１露光と、それ以外の露光方法を用いる第２露光との多重露光により行なうものである。
本発明によれば、種々のパターンをそれぞれ高解像度で基板上に転写することができる。【００２２】  また、本発明による露光装置は、照明光でマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（５０）と、そのマスクのパターンの像を基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（２３）とを有する露光装置であって、そのマスク上の第１方向におけるそのマスクに対するその照明光の入射角度範囲が、その第１方向と直交する第２方向におけるそのマスクに対するその照明光の入射角度範囲よりも広いものである。【００２３】  斯かる本発明によれば、例えばそのマスク上にその第１方向に長手方向を有するパターンが形成されている場合に、そのパターンの像のＯＰＥ特性が改善される。更に、そのマスク上にその第１方向に長手方向を有する空間周波数変調型位相シフトパターンが形成されている場合に、そのＯＰＥ特性が改善されると共に、所定ピッチを有するパターンでの焦点深度の低下を防止できる。【００２４】  本発明においても、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向における実効的なσ値と、その第２方向における実効的なσ値とを異ならせるように設定してもよい。このとき、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を、その第１方向については実効的なσ値を０．６以上とし、その第２方向については実効的なσ値を０．３以下で０より大きくすることが望ましい。【００２５】  これによって、その第１方向における入射角度範囲がその第２方向よりも広くなる。また、その第２方向の実効的なσ値を０．３以下とすることで、小σ照明と同様に高解像度が得られる。
この場合、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲は、その第１方向については実効的なσ値が０．７以上であり、その第２方向については実効的なσ値が０．２以下であることが望ましい。これによって、更に高い解像度が得られ、ＯＰＥ特性もより改善される。【００２６】  また、そのマスクに対するその照明光の入射角度範囲を調整するための強度分布調整部材（１１）を有することが望ましい。
また、その強度分布調整部材は、一例としてその照明光学系（５０）の瞳面上又はこの近傍に配置されて、長方形状又は楕円状の開口（１２）が設けられた照明系開口絞り（１１）である。照明系開口絞りによって、容易にその照明光の入射角度範囲又は実効的なσ値を直交する２方向で所望の状態に設定できる。【００２７】  また、その照明光学系は、その照明光の偏光状態を、その電場方向がその第１方向と一致する直線偏光を主成分とせしめる偏光制御部材（４）を有することが望ましい。これによって結像性能が更に向上する。
また、そのマスクに対するその照明光のその第１方向の入射角度に対する強度分布が、入射角度範囲の両端部で強く、入射角度範囲の中間部で弱くなっていることが望ましい。これによってＯＰＥ特性が更に改善される場合がある。【００２８】  この場合、その入射角度範囲の両端部での強度分布は、その入射角度範囲の中間部での強度分布の、１．５倍から３倍であることが望ましい。
また、その照明光学系は、その照明光の入射角度範囲をその入射角度範囲のその条件内で可変とする、第１の照明条件可変機構（１０，１１）を有することが望ましい。
また、その照明光学系は、その照明光の入射角度範囲を、更にその入射角度範囲外とする第２の照明条件可変機構（１０，１１）を有することが望ましい。【００２９】  この場合、その第２の照明条件可変機構が設定する照明条件は、輪帯照明、２極照明、又は４極照明を含むことが望ましい。
また、そのマスク及びその基板を、その投影光学系を介した結像関係を保ったまま相対走査するステージ機構（１９，２０，２４，２７）を有すると共に、その相対走査の方向が、その第２方向と一致することが望ましい。【００３０】  また、その投影光学系の露光視野が、その第１方向に長辺を有する長方形状であることが望ましい。また、その照明光学系の照明視野が、その第１方向に長辺を有する長方形状であることが望ましい。これによって、その第１方向に長手方向を有するパターンは、その投影光学系によってそのまま投影される。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法を使用してデバイスのパターンを基板上に転写する工程を有するものである。本発明の適用によって、デバイスを高精度に量産できる。【００３１】  また、本発明のデバイスは、本発明のデバイス製造方法により製造されたデバイスである。本発明によって、微細なライン・アンド・スペースパターンを有するデバイスを高精度に製造できる。
【発明の効果】
【００３２】  本発明によれば、照明光の入射角度範囲又は実効的なσ値を直交する２方向で所定の異なる条件に設定しているため、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ特性を改善して露光を行うことができる。
また、本発明によれば、空間周波数変調型の位相シフトレチクルを使用した場合に、そのＯＰＥ特性を改善し、且つ所定ピッチを有するパターンでの焦点深度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】［図１］図１は、本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
［図２］図２は、図１の照明開口絞り１１からレチクルＲまでの光学系を簡略化して示す斜視図である。
［図３］図３（Ａ）は図２の照明開口絞り１１ａを示す平面図、図３（Ｂ）は図２の光学系を簡略化してＹ方向に見た図、図３（Ｃ）は図２の光学系を簡略化してＸ方向に見た図である。
［図４］図４（Ａ）は本例の投影露光装置で露光するのに好適なパターンが描画されたレチクルを示す平面図、図４（Ｂ）は投影露光装置で露光した場合に視野の両端部で投影光学系の収差の影響を受けやすいパターンが描画されたレチクルを示す平面図である。
［図５］図５（Ａ）は空間周波数変調型の位相シフトレチクルの一例を示す平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡＡ’線に沿う部分に対応する像の強度分布の一例を示す図である。
［図６］図６（Ａ）は図３（Ａ）の照明開口絞り１１ａを示す平面図、図６（Ｂ）は照明開口絞り１１ａ内の開口部１２ａの一様な光量分布を示す図、図６（Ｃ）はその開口部１２ａの中心部よりも周辺部で光量が大きくなる光量分布を示す図である。
［図７］図７は、本発明の実施形態の一例において、σｘ＝０．８５，σｙ＝０．１５の照明条件の使用を想定した光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果の一例を示す図である。
［図８］図８は、図７の例と同じσ値の条件で、かつ開口部の光量分布として図６（Ｃ）の分布を使用した場合の光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果の一例を示す図である。
［図９］図９（Ａ）は図３（Ａ）の照明開口絞り１１ａを示す平面図、図９（Ｂ）はレチクルＲのパターンの一例を示す平面図、図９（Ｃ）は投影光学系２３の瞳面ＰＰを示す図である。
［図１０］図１０は、従来の通常の照明（σ＝０．１５）の使用を想定した光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果の一例を示す図である。
［図１１］図１１は、従来の通常の照明（σ＝０．３０）の使用を想定した光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果の一例を示す図である。
［図１２］図１２（Ａ）は本発明の実施形態の効果を説明するために使用するレチクルパターンを示す図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のパターンの転写によって形成されるレジストパターンを示す図である。
［図１３］図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、従来のσ＝０．１５の通常の照明方法を用いて、それぞれベストフォーカス位置及び５０ｎｍデフォーカスした位置で露光した場合の図１２（Ｂ）のレジストパターンの線幅とＸ方向の位置との関係を示す図である。
［図１４］図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、従来のσ＝０．３０の通常の照明方法を用いて、それぞれベストフォーカス位置及び５０ｎｍデフォーカスした位置で露光した場合の図１２（Ｂ）のレジストパターンの線幅とＸ方向の位置との関係を示す図である。
［図１５］図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、本発明の照明条件の一例としてσｘ＝０．８５、σｙ＝０．１５を採用して、それぞれベストフォーカス位置及び５０ｎｍデフォーカスした位置で露光した場合の図１２（Ｂ）のレジストパターンの線幅とＸ方向の位置との関係を示す図である。
［図１６］図１６は、本発明の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】  以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示す一部を切り欠いた図であり、この図１において、露光光源１として例えばＫｒＦ（波長２４７ｎｍ）又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）などのエキシマーレーザ光源が使用されている。なお、露光光源としては、Ｆ２（フッ素分子）レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は輝線ランプなども使用することができる。【００３５】  露光時に露光光源１から射出された露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）ＩＬは、光軸ＡＸ１に沿ってリレーレンズ２，３を経て偏光制御部材４に入射する。偏光制御部材４の詳細は後述する。偏光制御部材４を発した照明光ＩＬは、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としての第１の照度均一化部材５に入射する。本例では照度均一化部材５として例えばフライアイレンズ（フライアイ・インテグレータ）を使用するが、その代わりに内面反射型インテグレータ（例えばいわゆるガラスロッド）又は回折格子などの回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）等も使用することができる。第１の照度均一化部材５を射出した照明光ＩＬは、リレーレンズ６を介して光路折り曲げ用のミラー７に至る。ミラー７で反射された照明光ＩＬは、光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ８を経て、オプティカル・インテグレータとしての第２の照度均一化部材９に入射する。照度均一化部材９として、本例ではフライアイレンズが使用されているが、この代わりにも、内面反射型インテグレータ又は回折光学素子（ＤＯＥ）等を使用することができる。【００３６】  第２の照度均一化部材９の射出側の面（射出側焦点面）には、照明開口絞り（いわゆるσ絞り）の開口の形状を種々に切り替えるための照明開口絞り１１が、回転自在に配置されている。強度分布調整部材としての照明開口絞り１１には、光学的近接効果による誤差を低減するための開口部１２（詳細後述）の他に、半径が可変な円形絞り（虹彩絞り）、及び輪帯形状の絞りや複数の開口部を有する変形照明（２極照明及び４極照明等）用の絞り等からなる開口部１３が配置されている。そして、装置全体の動作を統轄制御する主制御系５１の制御のもとで、例えばターレット式の交換機構１０により照明開口絞り１１を駆動することで、それらのうちの任意の開口部（σ絞り）を照度均一化部材９の射出側の面に配置できるように構成されている。図１の状態では、照度均一化部材９の射出側の面には開口部１２が配置されている。照明開口絞り１１及び交換機構１０が、本発明の第１及び第２の照明条件可変機構に対応している。【００３７】  開口部１２を射出した照明光ＩＬは、光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ１４、照明視野絞り１５、及びコンデンサーレンズ１６を経て、光路折り曲げ用のミラー１７に入射する。ミラー１７で反射された照明光ＩＬは、光軸ＡＸ３に沿ってコンデンサーレンズ１８を経て、マスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）の長方形状の照明視野ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。本例では、リレーレンズ２，３、偏光制御部材���、第１の照度均一化部材５、リレーレンズ６，８、ミラー７，１７、第２の照度均一化部材９、開口部１２（又は他の絞り）、リレーレンズ１４、照明視野絞り１５、及びコンデンサーレンズ１６，１８より照明光学系５０が構成されている。【００３８】  なお、光路折り曲げ用のミラー７，１７は、光学性能的に必須のものではないが、照明光学系５０の光軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３を一直線上に配置すると投影露光装置の全高が増大するために、省スペース化を目的として照明光学系５０内の適所に配置してあるものである。照明光学系５０の光軸ＡＸ１は、ミラー７で折り曲げられて光軸ＡＸ２となり、光軸ＡＸ２はミラー１７で折り曲げられて光軸ＡＸ３となる。また、本例の投影露光装置は走査露光型であるため、照明視野絞り１５は、レチクルＲ上の照明視野ＩＡＲの形状を規定する固定視野絞りである。実際には、その他に各走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、その照明視野ＩＡＲを走査方向に次第に開閉するための可動視野絞り（不図示）も配置されている。後者の可動視野絞りは、照明視野ＩＡＲを走査方向に直交する非走査方向に制限するためにも使用される。【００３９】  照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明視野ＩＡＲ内のパターンは、例えば両側テレセントリックの投影光学系２３を介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、被露光基板（基板）としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に縮小投影される。露光領域は、照明視野ＩＡＲと共役なウエハＷの走査方向に直交する非走査方向に細長い形状である。レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体ともみなすことができる。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２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。本例の投影光学系２３は、例えば屈折光学系である。以下、図１において、投影光学系２３の光軸ＡＸ４に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に沿ってＹ軸を取り、非走査方向に沿ってＸ軸を取って説明する。本例ではＸＹ平面はほぼ水平面となっている。また、投影光学系２３の光軸ＡＸ４は、レチクルＲ上で照明光学系５０の光軸ＡＸ３と合致している。【００４０】  先ず、露光転写すべきパターンの形成されたレチクルＲはレチクルステージ２０上に吸着保持され、レチクルステージ２０はレチクルベース１９上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２０のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２１及びレーザ干渉計２２によって計測されている。この計測値及び主制御系５１からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系５２はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージ２０の位置及び速度を制御する。レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。【００４１】  一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージ２４上に吸着保持され、ウエハステージ２４は、ウエハベース２７上にＹ方向に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動できるように載置されている。また、ウエハステージ２４には、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、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Ｚレベリング機構も組み込まれている。ウエハステージ２４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２５及びレーザ干渉計２６によって計測されている。この計測値及び主制御系５１からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系５３はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージ２４の位置及び速度を制御する。【００４２】  レチクルステージ２０、レチクルベース１９、ウエハステージ２４、ウエハベース２７、及び不図示のリニアモータ等の駆動機構が本発明のステージ機構に対応している。また、投影光学系２３の近傍には、ウエハアライメントのために、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を検出するオフ・アクシス方式で例えばＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサ２８が配置されている。ＦＩＡ方式のアライメントセンサについては、例えば日本国特開平７−１８３１８６号公報に開示されている。【００４３】  本例の投影露光装置の走査露光時には、レチクルＲ上の照明視野ＩＡＲに照明光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージ２０及びウエハステージ２４を駆動して、レチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、照明光ＩＬの発光を停止して、ウエハステージ２４を駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。その同期走査時のウエハステージ２４とレチクルステージ２０との走査速度の比は、投影光学系２３を介してのレチクルＲとウエハＷとの結像関係を保つために、投影光学系２３の投影倍率β（例えば１／４、１／５等の縮小倍率）と等しい。これらの動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光転写される。【００４４】  次に、本例の照明条件につき詳細に説明する。先ず、図２及び図３を参照して、図１の照明開口絞り１１（開口部１２）、照明視野絞り１５、及びレチクルＲの間の関係について説明する。
図２は、図１に示した投影露光装置の照明光学系５０のうち、照明開口絞り１１からレチクルＲに至るまでの部材を示す拡大図である。但し、説明の便宜上、図１中の光路折り曲げ用のミラー１７は省略し、これにより図１の照明光学系５０の光軸ＡＸ２は光軸ＡＸ３と一致し、且つ共にＺ軸に平行になるものとした。また、説明の便宜上、図１の照明開口絞り１１、開口部１２、リレーレンズ１４，照明視野絞り１５、及びコンデンサーレンズ１６，１８を、図２ではそれぞれ照明開口絞り１１ａ、開口部１２ａ、リレーレンズ１４ａ，照明視野絞り１５ａ、及びコンデンサーレンズ１６ａ，１８ａと符号に文字ａを付加して呼んでいる。図１の部材とそれに対応する図２の部材（及び図３以降の部材）との構成及び機能は同一である。【００４５】  図２において、本例の投影露光装置は、走査露光時にレチクルＲがＹ方向に走査されるものであるから、図１の投影光学系２３の視野、即ちレチクルＲ上の照明視野ＩＡＲは、Ｘ方向（非走査方向）に長辺を有する長方形であることが望ましい。従って、照明視野絞り１５ａの開口部１５ｂの形状も、Ｘ方向に長辺を有する長方形とする。この開口部１５ｂを透過した照明光が、コンデンサーレンズ１６ａ，１８ａを介してレチクルＲ上の長方形の照明視野ＩＡＲ内に照射される。【００４６】  本例においては、照明開口絞り１１ａ上の開口部１２ａの形状も、図２に示した通りＸ方向（非走査方向）に長辺を有する長方形とする。図１中の第２の照度均一化部材９の射出側の面は、図２のリレーレンズ１４ａ及びコンデンサーレンズ１６ａ，１８ａを介して、レチクルＲのパターン面のフーリエ変換面となる位置又はその近傍に配置される。
照明光学系中のレチクルＲに対するフーリエ変換面とは、その面内で光軸から所定距離Ｄだけ離れた位置を通る照明光のレチクルＲへの入射光束が、概ね平行光束になって、次の関係を満たす入射角φで入射することになる面を言い、一般的に照明光学系の瞳面と呼ばれる面に相当する。【００４７】  Ｄ＝ｆ×ｓｉｎφ
なお、ｆはリレーレンズ１４ａ及びコンデンサーレンズ１６ａ，１８ａの合成焦点距離である。照明開口絞り１１ａは、図１の第２の照度均一化部材９の射出側の面、即ち照明光学系５０中のレチクルＲに対するフーリエ変換面（瞳面）又はその近傍に配置されるため、Ｘ方向に長辺を有する開口部１２ａを透過した光束のレチクルＲへの入射角度範囲は、Ｘ方向では大きくＹ方向では小さくなる。【００４８】  図３は、図２に示した照明開口絞り１１ａと、照明光ＩＬ１（図１の照明光ＩＬに対応する）のレチクルＲへの入射角度範囲との関係を表わす図である。但し、図２をそれぞれＹ方向及びＸ方向に見た図に対応する図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）では、説明の便宜上、図２のリレーレンズ１４ａ、及びコンデンサーレンズ１６ａ，１８ａを仮想の１つのコンデンサーレンズ１８０として表示した。この仮想のコンデンサーレンズ１８０と照明開口絞り１１ａとの間隔、及びコンデンサーレンズ１８０とレチクルＲとの間隔は、それぞれコンデンサーレンズ１８０の焦点距離ｆに等しく、これは、リレーレンズ１４ａとコンデンサーレンズ１６ａ，１８ａとの合成焦点距離に等しい。【００４９】  図３（Ａ）は、照明開口絞り１１ａの平面図であり、図３（Ａ）において、照明開口絞り１１ａは、遮光性の基板中に光軸ＡＸ３を中心として、Ｘ方向の半幅をＳｘ、Ｙ方向の半幅をＳｙとするＸ方向（本例では非走査方向）を長辺とする長方形の開口部１２ａを形成したものである。なお、照明開口絞り１１ａには、別の開口部（不図示）も設けられている。開口部１２ａを透過した照明光ＩＬ１は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すコンデンサーレンズ１８０により、所定の入射角度範囲を持って、レチクルＲに入射する。【００５０】  レチクルＲへの照明光ＩＬ１の入射角度範囲は、Ｘ方向は図３（Ｂ）に示した如く光軸ＡＸ３の方向を中心として±φｘの角度範囲となり、Ｙ方向は図３（Ｃ）に示した如く光軸ＡＸ３の方向を中心として±φｙの角度範囲となる。照明開口絞り１１ａの開口部１２ａの大きさ（半幅Ｓｘ，Ｓｙ）と、照明光ＩＬ１のレチクルＲへの入射角度範囲との間には、次の関係が成り立つ。【００５１】    Ｓｘ＝ｆ×ｓｉｎφｘ  …（１）
Ｓｙ＝ｆ×ｓｉｎφｙ  …（２）
なお、レチクルＲへの照明光の入射角度範囲は、一般的にコヒーレンスファクタ（いわゆるσ値）で表される。σ値とは、一般的には、次のようにレチクルを照明する照明光の開口数（ＮＡＩ）を、投影光学系のレチクル側の開口数（ＮＡＲ）で割った値である。【００５２】    σ＝ＮＡＩ／ＮＡＲ
この場合、レチクルを照明する照明光の開口数（ＮＡＩ）とは、次のように、レチクルへの照明光の最大入射角（これをφとする）の正弦に、レチクルの上部の媒質の屈折率ｎａを乗じたものである。
ＮＡＩ＝ｎａ×ｓｉｎφ
また、投影光学系のレチクル側の開口数（ＮＡＲ）とは、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）中に破線で示した如く、レチクルＲ上の１点を射出した結像光束ＩＭの射出角の最大値θの正弦（＝ｓｉｎθ）に、レチクルＲの下部の媒質の屈折率ｎｂを乗じた値である。即ち、開口数ＮＡＲは、次のようになり、その値は投影光学系２３のウエハＷ側開口数ＮＡにレチクルからウエハへの投影倍率βを乗じた値に一致する。【００５３】    ＮＡＲ＝ｎｂ×ｓｉｎθ
なお、通常の露光では、レチクルの上下の媒質は気体であり、屈折率ｎａ，ｎｂは実質的に１とみなすことができる。ここでは、レチクルＲの上下の媒質（本例では空気、窒素ガス、又は希ガス（ヘリウムガス等）などの気体）の屈折率が等しく、ｎａ＝ｎｂが成立するものとすると、σ値は次のようになる。【００５４】    σ＝ＮＡＩ／ＮＡＲ＝ｓｉｎφ／ｓｉｎθ
従来の投影露光装置では、照明開口絞り１１ａ上の開口部の形状は、一般的には、所定の半径Ｒを有する円とされていた。このとき、この円を透過した照明光のレチクルへの入射角度範囲は、Ｘ方向及びＹ方向で共通に次式を満たす角度φである。
Ｒ＝ｆ×ｓｉｎφ      …（３）
この場合、σ＝１の照明光とは、ｓｉｎφ＝ｓｉｎθを満たす照明光であり、半径Ｒ１が
Ｒ１＝ｆ×ｓｉｎθ    …（４）
の円形開口から照明される照明光に対応し、σ＝εの照明光とは、半径Ｒε（＝ε×ｆ×ｓｉｎθ）の円形開口から照明される照明光に対応する。【００５５】  本例においても、レチクルＲへの入射角度範囲を、σ値を用いて以下のように定義する。即ち、照明光ＩＬ１のレチクルＲへのＸ方向の入射角度範囲（±φｘ）の正弦（ｓｉｎφｘ）を投影光学系２３のレチクル側の開口数（ＮＡＲ＝ｓｉｎθ）で除したもの（＝ｓｉｎφｘ／ｓｉｎθ）を、照明光ＩＬ１のＸ方向の実効的なσ値σｘとする。そして、照明光ＩＬ１のレチクルＲへのＹ方向の入射角度範囲（±φｙ）の正弦（ｓｉｎφｙ）を投影光学系２３のレチクル側の開口数（ＮＡＲ＝ｓｉｎθ）で除したもの（＝ｓｉｎφｙ／ｓｉｎθ）を、照明光ＩＬ１のＹ方向の実効的なσ値σｙとする。なお、本例の投影光学系２３は、回転対称であり、Ｘ方向及びＹ方向の開口数は等しい。このとき、本例のＸ方向及びＹ方向がそれぞれ本発明の第１方向及び第２方向に対応しており、次式が成立する。【００５６】    σｘ＝ｓｉｎφｘ／ｓｉｎθ
σｙ＝ｓｉｎφｙ／ｓｉｎθ
なお、このσｘ，σｙを、開口部１２ａの形状を用いて表せば、（１）式、（２）式及び（４）式から、次のようになる。
σｘ＝Ｓｘ／Ｒｎ
σｙ＝Ｓｙ／Ｒｎ
本例の投影露光装置においては、後述するように、Ｘ方向（第１方向）におけるレチクルＲに対する照明光の入射角度範囲（±φｘ）を、Ｙ方向（第２方向）におけるレチクルＲに対するその照明光の入射角度範囲（±φｙ）に比べて広くすることが望ましい。即ち、本例の投影露光装置では、σｘの値をσｙの値よりも大きく設定することが望ましい。そして、より具体的に本例においては、σｘの値を０．６程度以上とし、σｙの値を０．３程度以下で０より大きくすることが望ましい。そして、本例において更に望ましくは、σｘの値を０．７程度以上とし、σｙの値を０．２程度以下とする。【００５７】  次に、照明光ＩＬ１のレチクルＲへ入射角度範囲をこのような条件に設定した場合、即ち本例の照明条件の場合に、従来の小σ照明で問題となっていた光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｒｒｏｒ）の増大や特定ピッチのパターンでの焦点深度の劣化が改善されることを、光学シミュレーション結果等を用いて説明する。
始めに、シミュレーション検討に用いるレチクルパターンについて説明する。図５（Ａ）は、以下のシミュレーションで使用するレチクルパターンを示す平面図である。図５（Ａ）において、透過性のレチクル基板ＲＰ上には、クロム等の遮光性の膜からなるラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２が、Ｙ方向に周期（ピッチ）ＰＴで配列されている。図５（Ａ）中のＸＹ座標は、図１〜図３で示した座標と同じである。各ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２の長手方向はＸ方向に一致し、短手方向であるＹ方向の線幅はＷＤである。両端のラインパターンＬＬ２及びＬＲ２の更に外側には、それぞれ間隔（辺間間隔）ＳＰだけ離れて、遮光パターンＣＬ，ＣＲが配置されている。【００５８】  ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２及び遮光パターンＣＲの間隔部には、その１つおきに位相シフト部ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３が形成され、その部分の透過光の位相が他のレチクル基板ＲＰからの透過光に対して、１８０°シフトされる、いわゆる空間周波数変調型位相シフトパターン（空間周波数変調型位相シフトレチクル）を構成している。位相シフト部ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３は、例えばレチクル基板ＲＰをエッチングにより掘り込むことで形成される。【００５９】  以下のシミュレーションでは、露光波長を１９３ｎｍ、投影光学系のウエハ側開口数ＮＡを０．９２とし、図５（Ａ）中のレチクルパターンの各寸法は、投影倍率β（本例では縮小倍率）を勘案してウエハ上の寸法に換算した値として、線幅ＷＤを５０ｎｍ、間隔ＳＰを１４０ｎｍ、遮光パターンＣＲ，ＣＬのＹ方向の幅を１０μｍ、各パターンのＸ方向の長さを１０μｍとした。そして、ＯＰＥ特性及び各ピッチでの焦点深度の評価のために、ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２のピッチＰＴを可変とした。【００６０】  ところで、このように所定方向に長手方向を有するパターンが形成されたレチクルへの照明光を直線偏光とすることで、投影露光装置の解像性能を一層を向上させる方法が、本出願人による日本国特開平５−１０９６０１号公報や、参考文献１「Ｔｈｉｍｏｔｈｙ  Ａ．Ｂｒｕｎｎｅｒ，ｅｔ  ａｌ．：″Ｈｉｇｈ  ＮＡ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｔ  Ｂｒｅｗｓｔｅｒ’ｓ  ａｎｇｅｌ″，ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４６９１，ｐｐ．１−２４，（２００２）」で開示されている。【００６１】  そこで、本例でも、これらのＸ方向に長手方向を有するラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２に対して結像性能を向上するために、照明光ＩＬ１として、その電場方向がＸ方向に一致する直線偏光を使用した。これは、照明光の偏光方向（電場方向）が、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）中の方向ＩＬＰに一致した場合に相当する。
これらの条件は、以下の本例の照明条件でのシミュレーション、及び比較のために示した従来の照明条件でのシミュレーションにおいて同様である。【００６２】  続いて本例のシミュレーションの手法について説明する。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示したレチクルパターンを本例の投影露光装置を使用してウエハ上に投影した際に生じる投影像のうち、図５（Ａ）中のＡＡ’線に対応する部分での強度分布Ｉｍｇを光学シミュレーションにより求めたものを表わす。
図５（Ａ）中の中心にあるラインパターンＬＣがウエハ上に転写された線幅は、像強度分布ＩｍｇのうちのラインパターンＬＣに対応する部分（暗部ＩＣ）を、所定のスライスレベルＳＬで２値化したときのスライス幅ＰＷとして算出できる。【００６３】  この手法を使用して、以下の方法でシミュレーション評価を行なった。ＯＰＥ特性の評価では、各照明条件において始めにラインパターンＬＣ等のピッチＰＴが６００ｎｍの場合の光学像の強度分布Ｉｍｇを算出し、その像の暗部ＩＣのスライス幅ＰＷを３５ｎｍとするスライスレベルＳＬを求める。
続いてピッチＰＴを可変として各ピッチＰＴにおける像の強度分布Ｉｍｇを算出し、各像の暗部ＩＣの、上記スライスレベルＳＬでのスライス幅から転写パターの線幅ＰＷを求める。これにより、転写パターンの線幅ＰＷとパターンのピッチＰＴとの関係が求まる。【００６４】  ＤＯＦ（焦点深度）の評価においても、ラインパターンＬＣ等のピッチＰＴを変化させ、各ピッチＰＴでの焦点深度を計算して、ＤＯＦ対ピッチＰＴの関係を求めた。ＤＯＦの算出には、ＥＤ−Ｔｒｅｅ法を応用した。ＥＤ−Ｔｒｅｅ法については、例えば参考文献２「Ｂｕｒｎ  Ｊ．Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．：″Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｔｏ  Ｐｒｉｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅｓ  ａｔ  Ｌｏｗ−ｋｌ  Ｆａｃｔｏｒｓ″，ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１２６４，ｐｐ．２−１３，（１９９０）」に開示されている。その際に目標線幅は３５ｎｍとし、想定した誤差は、許容線幅誤差を±２．８ｎｍ、露光量誤差を±２．５％とした。パターンは、レチクル線幅に＋３ｎｍの製造誤差を想定した線幅ＷＤが５３ｎｍのパターンと、レチクル線幅に−３ｎｍの製造誤差を想定した線幅ＷＤが４７ｎｍのパターンとを想定し、その共通焦点深度を求めた。【００６５】  なお、ＯＰＥ，ＤＯＦともに、図５（Ａ）中のパターンから、ラインパターンＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２の４本を除去し、遮光部ＣＬ，ＣＲを、中心のラインパターンＬＣとの辺間間隔がＳＰとなるように中心にシフトした変形パターンである「１本パターン」についても評価を行なった。
以下、その結果について、図７、図１０、図１１を用いて説明する。【００６６】  従来の露光方法であるσ＝０．１５の通常の照明の使用を想定したＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、それぞれ図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したグラフの通りである。
露光対象とするレチクルパターンが、空間周波数変調型位相シフトパターンであるので、σ＝０．１５の小σ照明では、図１０（Ｂ）に示した通り、パターンピッチＰＴ（横軸）が１４０ｎｍ〜２００ｎｍの微小ピッチパターンにおいて、大ＤＯＦ（縦軸）を得ることができる。しかしながら、中程度のピッチＰＴである２９０ｎｍ〜３４０ｎｍ程度の範囲において、ＤＯＦが１５０ｎｍを下回り、いわゆる特定のピッチを有するパターンでの焦点深度の低下が生じている。【００６７】  ＤＯＦを１５０ｎｍ以上確保することは、ＬＳＩの量産においては、歩留まりの確保のために極めて重要であり、１５０ｎｍ未満のＤＯＦでは、その露光技術を量産に適用することは困難である。この結果、この従来の露光方法で、回路パターンを形成するためには、回路パターンの設計（レイアウト）に制約を加え、この範囲のピッチを持つパターンを排除する必要が生じる場合がある。【００６８】  また、図１０（Ａ）に示した通り、パターンピッチＰＴ（横軸）の変化に伴う転写線幅ＰＷ（縦軸）の変化は大きく、その変化幅は、ピッチＰＴが２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲のパターンに対して、１０．５ｎｍにも達してしまう。
このＯＰＥを解消するには、この線幅変化を打ち消すべく、レチクルＲ上のパターンの線幅ＷＤ自体を補正（レチクル上のパターンの線幅自体を増減して補正する方法であるＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）による補正）する必要がある。しかしながら、そのためには所定のレチクルパターンの近傍にどのようなパターンが存在するかをパターン設計データから求め、その近傍パターンの影響を光学シミュレーション等により算定し、それの結果に基づく線幅補正が必要となる。そのためには、膨大な計算時間と計算コストとが必要であり、レチクル製造コストを上昇させてしまう。【００６９】  特に、σ＝０．１５程の小σ照明では、図１０（Ａ）に示した通り、ピッチＰＴが４６０ｎｍ程度の大ピッチパターンにおいても、比較的大きなＯＰＥが生じている。これは、上記ＯＰＣに際して、所定パターンを中心として大きな範囲（ウエハ上への換算で半径６００ｎｍ以上にも及ぶ範囲）のパターンを考慮する必要があることを示しており、ＯＰＣのために考慮すべきデータ数及び処理時間が一層増大することとなる。【００７０】  なお、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したグラフ中の横軸の右端のＩｓｏ及び黒点は、前述の１本パターンでの結果を表わすものであり、以下のグラフでも同様である。
一方、従来のσ＝０．３０の通常の照明の使用を想定したＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、それぞれ図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示したグラフの通りである。照明σ値を０．３まで拡大したことにより、照明光の空間的コヒーレンスが低減したため、図１１（Ａ）に示したＯＰＥ特性は、図１０（Ａ）に示したものに比べピッチＰＴの変化に対する転写線幅ＰＷの変動が減少し改善する。数値的には、ピッチＰＴが２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲での転写線幅ＰＷの変化幅は、５．５ｎｍに減少している。【００７１】  しかしながら、照明σ値の拡大によりＤＯＦは減少し、図１１（Ｂ）に示すように、ピッチＰＴが２６０ｎｍ以下のパターンについては、ＤＯＦが１５０ｎｍを下回り、微細ピッチパターンの転写は、極めて困難となってしまう。
これに対して、本例の照明条件の一例として、σｘ＝０．８５，σｙ＝０．１５を採用した場合のＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したグラフの通りとなる。【００７２】  ＯＰＥ特性は、図７（Ａ）に示した通りであり、ピッチＰＴが２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲での転写線幅ＰＷの変化幅は、５．５ｎｍと、図１１（Ａ）に示した従来例のσ＝０．３の照明での場合と同等に小さく良好である。
また、特に考慮すべきＯＰＥの変動は、ピッチＰＴが３２０ｎｍ以内のパターンに限られるため、本例の照明条件においては、レチクルパターンのＯＰＣ補正に際して、所定パターンを中心として半径３２０ｎｍ程度以内の他のパターンのみを考慮すれば良い。従って、従来のσ＝０．１５の照明を採用する場合に比べ、対象とするパターンデータを大幅に低減することができ、ＯＰＣ時間の削減、ＯＰＣコストの削減が可能となる。【００７３】  なお、本例の照明条件では、ピッチＰＴが２００ｎｍ程度以下の微小ピッチパターンにおいて転写線幅ＰＷの減少量が大きく、例えばピッチＰＴが２００ｎｍのパターンに対して線幅減少量は８ｎｍ（＝３５ｎｍ−２７ｎｍ）となっている。これは、従来のσ＝０．１５の照明に比べて大きく、本例の照明条件では、所定パターンに近接して配置される他のパターンが、所定パターンの転写線幅に与える影響が大きいことを意味している。【００７４】  しかしながら、このことはＯＰＣ補正に際して考慮すべきパターンのデータを増大させるものではないので、ＯＰＣ処理時間の増大には、何ら悪影響を及ぼすものではないことは言うまでもない。
なお、本例の照明条件においては、図７（Ｂ）に示した通り、ピッチＰＴが１４０ｎｍ〜６００ｎｍのすべての範囲と、図７（Ｂ）図中右端にＩｓｏとして示した１本パターンとの何れにおいても、１５０ｎｍ以上のＤＯＦが確保されている。【００７５】  以上より、本例の照明条件では、ＯＰＥをより小さく抑え、且つ広範なピッチＰＴのパターンに対して、実用的な焦点深度を持って、その露光転写が可能となることが分かる。
なお、この例では、照明光のレチクルへの入射角度範囲がσｙ＝０．１５，σｘ＝０．８５である照明光を使用するものとしたが、本例の照明光のレチクルへの入射角度範囲は、この値に限られるものではない。即ち、σｙが０．３以下であり、σｘが０．６以上の照明光であれば、良好なＯＰＥ特性と焦点深度との両立を達成するという本発明の効果を得ることができる。また、露光すべきレチクルパターンのピッチＰＴがより微細である場合には、σｙが０．２以下であり、σｘが０．７以上である照明光を使用することにより、上記効果を一層良好に発揮することが可能となる。【００７６】  なお、前述の通り以上のシミュレーションでは、照明光ＩＬ１としてその電場方向がＸ方向に一致する直線偏光を使用したが、上述の本発明の効果は、このような直線偏光の使用時に限って発揮できるものではないことは言うまでもない。
ここで、本例の照明条件によって、ＯＰＥ特性及びＤＯＦが改善する理由を、図９を用いて簡単に説明する。【００７７】  図９（Ａ）は、図３（Ａ）に示した照明開口絞り１１ａを表わす図である。図９（Ａ）において、開口部１２ａのうち、光軸ＡＸ３の近傍に位置する中心部ＣＳに存在する照明光は、従来の小σ（例えばσ＝０．１５）の照明光と同等な作用を有する。この照明光は、図９（Ｂ）に示したＸ方向に長手方向を有しＹ方向に周期性を有するパターンＰＭを有するレチクルＲにほぼ垂直に照射され、パターンＰＭからはＹ方向に回折光が発生する。その回折光は、図９（Ｃ）に示した通り、投影光学系２３の瞳面ＰＰにおいて、分布ＤＩＦＰＣ及びＤＩＦＭＣの如くＹ方向に広がって分布する。その分布の範囲は、瞳面ＰＰの半径、即ち投影光学系２３のＮＡにより制限される。【００７８】  一方、開口部１２ａのうち、光軸ＡＸ３から図９（Ａ）中右側にＳＴだけ離れた位置にある周辺部ＥＳに存在する照明光は、レチクルパターンＰＭに対してＸ方向に傾いて入射する。これに伴って、レチクルパターンＰＭからの回折光も、Ｘ方向に傾いて発生し、その回折光ＤＩＦＰＥ，ＤＩＦＭＥは、図９（Ｃ）の投影光学系２３の瞳面ＰＰにおいて、光軸ＡＸ４からＳＴだけＸ方向に離れた位置に分布することになる。そして、そのＹ方向への分布は、瞳面ＰＰの半径（即ちＮＡ）より小さな値である実効的開口数ＮＡｂにより制限される。【００７９】  開口部１２ａの中心部ＣＳ及び周辺部ＥＳを発した照明光によるレチクルパターンＰＭの像は、ともにウエハＷ上に露光されるが、両照明光により形成される像は、上述の通り、その実効的な開口数が相互に異なった光学系により形成されるものである。そして、この異なる開口数による光学像が、ウエハＷ上でインコヒーレントに加算（強度的に加算）されるため、平均化効果によりウエハＷ上での像の空間的コヒーレンシーが低減し、転写線幅ＰＷのピッチＰＴの変化に伴う変動が低減し、ＯＰＥ特性が改善する。【００８０】  一方、従来の小σ照明で生じていた特定ピッチでの焦点深度の低減は、そのピッチが、露光波長／ＮＡの所定倍（例えば１．５倍程度）となるときに発生する現象である。従って、本例の照明条件により生じる実質的に異なる開口数の光束による重ね合わせ露光では、この所定ピッチでの悪影響が平均化により改善され、所定ピッチでの焦点深度の悪化が改善されることになる。【００８１】  以上のように本実施形態によれば、レチクル上に配置された微細パターンに対し、最適な入射角度範囲で照明光を照射することにより、良好なＯＰＥ特性をもってパターンを露光することが可能となる。また、従来の小σ照明で問題となっていた、特定のピッチを有するパターンでの焦点深度の低下も防止することができ、任意のピッチのパターンを含むパターンの全てに対して、十分な焦点深度を持った露光を行なうことが可能となる。【００８２】  なお、上記の実質的に異なる開口数の光束による平均化は上記の図９（Ａ）の中心部ＣＳ及び周辺部ＥＳから発生する照明光によってのみなされるものではなく、それらの中間の位置から発生する照明光によっても連続的になされるものであることは言うまでもない。また、この平均化は���口部１２ａ中の光軸ＡＸ３より左側の部分（−Ｘ方向の部分）から発生する照明光によってもなされる。【００８３】  しかしながら、周辺部ＥＳのＸ方向の位置ＳＴに対してＹ方向の実効的開口数ＮＡｂの値は線形に変化せず、光軸ＡＸ３近傍においては、位置ＳＴの変化に対する実効的開口数ＮＡｂの変化が緩く、その値はＮＡに近いままである。
そのため、開口部１２ａ内での照明光の光量分布がＸ方向に一様である場合には、上記平均化に際して、Ｙ方向の実効的開口数がＮＡである光束（開口部１２ａ内でＸ方向について光軸ＡＸ３近傍に分布する光束）の寄与度が大きくなり、開口部１２ａのＸ方向の周辺位置ＥＳから発生する照明光束による平均化効果を十分に発揮できない場合も生じる。【００８４】  そこで、この平均化効果を更に高めるために、図６（Ｃ）に示す如く、開口部１２ａを透過した照明光の光量分布を、Ｘ方向についてその周辺で高く中心で低下させた照明光強度分布とすることもできる。
図６（Ａ）は、照明開口絞り１１ａ及び開口部１２ａを表わす図であり、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、開口部１２ａを透過した照明光のＸ方向の強度分布を表わす図である。【００８５】  上述の図７に示したシミュレーションにおいては、Ｘ方向の照明光量分布として、図６（Ｂ）に示した一様な光量分布Ｄｓｔ１を使用した。
一方、図６（Ｃ）に示す光量分布Ｄｓｔ２は、Ｘ方向の中央部での光量分布の分布密度が、Ｘ方向周辺部（両端）での光量分布密度の半分となる分布であり、上述の通り、一層の平均化効果が期待できるものである。【００８６】  以下、図８に示したシミュレーション結果を用いて、この場合の効果を説明する。以下のシミュレーションにおいて、開口部１２ａを透過した照明光のＸ方向の位置に対する照明光の強度分布、即ちレチクルパターンへのＸ方向の入射角度に対する照明光の強度分布以外の条件は、図７に示したシミュレーションの条件と同様である。
図８（Ａ）はＯＰＥ特性を表わすグラフであり、図８（Ｂ）はＤＯＦを表わすグラフである。この照明条件においては、パターンピッチＰＴが、２５０ｎｍ〜６００ｎｍに変化する際の転写線幅ＰＷの変動幅は４．５ｎｍであり、図７（Ａ）に示したものより、一層ＯＰＥ特性が改善されている。【００８７】  また、ＤＯＦについても図８（Ｂ）に示す通り、すべてのパターンピッチＰＴのパターン、及び図８（Ｂ）中右端にＩｓｏとして示した１本パターンの何れにおいても、１５０ｎｍ以上のＤＯＦが確保されている。
従って、開口部１２ａを透過した照明光束内の照明光強度分布（分布密度）を、Ｘ方向の両端近傍で、Ｘ方向の中央部近傍に対して、２倍程度の大きさに強調することにより、転写されるパターンのＯＰＥ特性を一層改善することが可能であることが分かる。【００８８】  開口部１２ａ上での、このような照明光の強度分布は、開口部１２ａの透過率を部分的に変化させて生成することができる。具体的には、ガラスや石英等の透過性基板上に、クロム等の金属や誘電体からなる吸光性の薄膜を、その厚さを位置に応じて変化させて形成することで、そのような強度分布の開口部１２ａを製造することができる。
なお、上記の２倍程度という分布密度の比率は、必ずしもこれに限定される訳ではなく、１．５倍〜３倍程度であれば、Ｘ方向の分布が均一な場合に比べて、更に良好なＯＰＥ特性が得られることに変わりはない。【００８９】  一方、その比率が３倍以上の場合には、Ｘ方向の中央部に存在する光量分布が相対的に低下し過ぎて、上記平均化効果を十分に発揮できず、本発明の効果を得ることが難しくなる。勿論、Ｘ方向の中央部近傍の光量分布が０であるような場合、即ち、照明光がＸ方向について光軸ＡＸ３以外の位置に離散的に分布する場合にも、上記平均化効果を十分に得ることはできない、
本例は、Ｘ方向について広範な入射角度範囲を有する照明光でレチクルＲを照明することにより、上記平均化を生じさせるものであるので、開口部１２ａの形状は、長方形に限られるものではない。即ち図３（Ａ）に示した開口部１２ａは、図３（Ａ）中にある長方形ではなく、その長軸がＸ方向に一致し、短軸がＹ方向に一致する楕円であっても良い。その場合にも、その楕円の長軸の長さの１／２（半幅）はＳｘであり、短軸の長さの１／２（半幅）はＳｙであることが望ましい。【００９０】  但し、楕円型の開口部を採用すると、そのＹ方向の幅は、Ｘ方向において中心部で広く周辺部で狭くなるため、楕円型の開口絞り上の照明光の強度分布のＹ方向での積算値は、Ｘ方向の中心部で大きく周辺部で小さくなる。これは、図６（Ｃ）に示した、より好ましい分布と逆であり、本例による平均化効果が生じにくい分布となってしまう。そこで、楕円型の開口部を使用する際には、その開口部内の単位面積あたりの照明光量分布を、Ｘ方向の周辺部で一層強めることが望ましい。【００９１】  また、Ｘ方向に離散的に照明光が分布する場合にであっても、その一部が光軸ＡＸ３近傍に分布し、他の照明光がＸ方向の端部に分布している場合には、それらの照明光によって本例の平均化が行われるので、本発明の効果を得ることが可能となる。その場合、上記σｘ，σｙは、上記Ｘ方向の端部に分布する照明光がレチクルＲに入射する際のＸ方向の入射角の最大値の正弦に基づいて定義し、且つこれが、本例の条件である、０＜σｙ≦０．３，σｘ≧０．６を満たせば、本発明の効果を得ることができる。そして更に、０＜σｙ≦０．２，σｘ≧０．７を満たせば、上記効果を一層良好に発揮することが可能となる。【００９２】  本例の投影露光装置においては、図１中の照明開口絞り１１上に、Ｘ方向の透過率分布がそれぞれ異なるいくつかの開口部（開口部１２及びその透過率分布を変えた開口等）を設け、露光すべきレチクルＲ上のパターンに応じて、それらをターレット式交換機構等の交換機構１０により交換しつつ、露光を行う構成とすることができる。
また、照明開口絞り１１上には、その形状自体もそれぞれ異なる複数の開口部１２，１３等を設置することもできる。それらの各開口部の形状は、図３（Ａ）に示した如き長方形であって、その各辺の長さＳｘ，Ｓｙがそれぞれ異なるものを配置し、露光すべきレチクルＲ上のパターンに応じてそれらを交換して使用することもできる。【００９３】  なお、図１に示した本例の投影露光装置では、投影光学系２３とウエハＷとの間の光路空間は空気、窒素ガス、又は希ガス（ヘリウムガス等）等の気体で満たされるものとしたが、この部分に水等の液体を満たす構成としてもよい。このようないわゆる液浸型露光装置は、例えば国際公開第９９／４９５０４号に開示されている。この場合、ウエハＷに照射される露光光の波長が、実質的に液体の屈折率分だけ縮小されるため、投影光学系２３の解像度が向上する。【００９４】  なお、投影光学系の瞳面の開口の形状を変更することによっても、上記の平均化効果を良好に発揮させることは可能である。通常の投影光学系の瞳面ＰＰの開口の形状は、図９（Ｃ）に示した如く円形である。このため、図９（Ａ）に示した照明光学系中の開口絞り１１ａの開口部１２ａ内で、中心からＸ方向に所定距離ＳＴだけ離れた部分の光束ＥＳが形成する回折光ＤＩＦＰＥ，ＤＩＦＭＥを制限する実効的なＹ方向の開口数ＮＡｂは、距離ＳＴに対して線形に減少しない。しかしながら、投影光学系２３の瞳面ＰＰの開口の形状を、例えば光軸ＡＸ４に対して、±Ｘ方向に離れた２点、及び±Ｙ方向に離れた２点の計４点をそれぞれ頂点とする正方形とするなら、上記実効的なＹ方向の開口数ＮＡｂは、距離ＳＴに対して線形に減少する。従って、このような投影光学系２３を採用するなら、開口部１２ａ上の照明光量分布をＸ方向について一様としたままでも上記と同様に良好な平均化効果を発揮させることが可能となる。瞳面ＰＰの開口の形状をこのように設定するには、投影光学系２３の瞳面にこのような形状の（正方形）の開口部を有する絞りを装填すればよい。【００９５】  但し、本例の投影露光装置により、従来の露光方法による露光も行う場合には、この絞りは固定絞りではなく、可変の絞りとすることが望ましい。これは、例えば、上記正方形の各辺に対応させた４枚の可変絞り羽根を、投影光学系２３の光軸ＡＸ４を中心として、放射状に可動とするように配置することで実現することができる。
また、本例の投影露光装置は、図５（Ａ）に示した空間周波数変調型の位相シフトレチクル以外のレチクルを露光することもあるので、照明開口絞り１１上には、これ以外のレチクルに対する露光に適した、σ値が０．１〜０．９程度の通常照明用の円形の開口部や、輪帯照明用の輪帯形状の開口部や、２極及び４極照明に対応する開口部を配置して、露光すべきレチクルＲに応じて、それらを交換して使用可能とすることが好ましい。【００９６】  ところで、照明光ＩＬ１のレチクルＲへの入射角度範囲の設定は、上述の照明開口絞り１１（又は１１ａ）上の開口部１２（又は１２ａ）の形状によってのみ可能となるものではない。即ち、図１の第２の照度均一化部材９の射出側の面での照明光の強度分布自体を上記の所望の形状にできれば、照明光ＩＬ１のレチクルＲへの入射角度範囲を所望の範囲に設定することが可能であり、この場合には照明開口絞り１１ａ及び開口部１２を使用しなくてもよい。【００９７】  このためには、例えば図１の第１の照度均一化部材５として所定の回折格子を使用すればよい。その回折格子に形成する回折パターンは、そこから発生する回折光が、第２の照度均一化部材９の入射面での上記所定の形状に分布するような周期性及び方向性となるように設定する。なお、回折格子としては位相格子を用いることが０次回折光（直進光）の発生を抑える点で好ましい。【００９８】  また、図１中の第１の照度均一化部材５の位置に、このような回折格子を多数設置して、それらを交換可能に照明光学系５０の光軸ＡＸ１の位置に設置可能とする回折格子交換機構を設け、露光すべきレチクルＲ上のパターンに応じて、回折格子を交換して露光を行なうこともできる。このとき、これらの各回折格子は、σｙが０．３以下でσｘが０．６以上である本例の照明条件の少なくとも１条件を実現するものを含むと共に、通常照明や輪帯照明、２極照明、４極照明に、それぞれ対応するものを含むことが望ましい。【００９９】  なお、第１の照度均一化部材５として、多面体プリズム、円錐プリズムや多面ミラーを使用しても、第２の照度均一化部材９の入射面側に所定の照明光強度分布を形成することが可能である。
以上の実施形態において、回折格子等を使用する第１の照度均一化部材５と第２の照度均一化部材９との間のリレーレンズ６，８をズーム光学系とすると、回折格子等の回折作用や、多面体プリズム・ミラー等の屈折及び反射作用により第２の照度均一化部材９の入射面側に形成される照明光の強度分布を、図１中のＸ方向及びＺ方向について光軸ＡＸ２を中心に拡大及び縮小することも可能となる。これにより、第２の照度均一化部材９の射出側の面（即ち照明光学系５０の瞳面又はこの近傍）に形成される照明光の強度分布の形状を、即ち、照明光のレチクルＲへの入射角度範囲を一層の自由度をもって可変とすることが可能となる。【０１００】  更に、露光光源１と第１の照度均一化部材５との間のリレーレンズ２，３をズーム光学系とすることによって、照明光のレチクルＲへの入射角度範囲設定の自由度を一層拡大することも可能となる。
なお、図１に示した投影露光装置では、第２の照度均一化部材９としてフライアイレンズを使用するとしたが、第２の照度均一化部材９としては、内面反射型インテグレータとしての例えばいわゆるガラスロッド（ロッドインテグレータ）を使用することも可能である。このガラスロッドは、ガラス、石英、水晶などの透過性材料からなる直方体に、その１面から照明光を入射し、対向する面から射出するに際し、その他の面（側面）での内面反射を利用して、射出面での照明光の強度分布を均一化する光学部材である。従って、第２の照度均一化部材９としてガラスロッドを使用する場合には、ガラスロッドの射出面は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置することになる。【０１０１】  本例の投影露光装置において、第２の照度均一化部材９としてガラスロッドを使用する場合には、例えばガラスロッドとレチクルＲとをリレーする照明光学系の中の瞳面に、図３（Ａ）に示したものと同様な形状の開口部を有する開口絞りを設置するとよい。或いは、露光光源からガラスロッドに至るまでの照明光学系中の、ガラスロッドの入射面に対する瞳面又はその近傍に、図３（Ａ）に示したものと同様な形状の開口部を有する開口絞りを設置してもよい。【０１０２】  或いは、ガラスロッド入射面の近傍か、露光光源からガラスロッドに至るまでの照明光学系中の、ガラスロッドの入射面に対する共役面の近傍に、所定の周期性及び方向性を有する回折格子を配置することによっても、照明光のレチクルＲ上への入射角度範囲を所定の範囲に設定することが可能である。或いはまた、露光光源からガラスロッドに至るまでの照明光学系中の何れかの位置に、多面体プリズムや円錐プリズムを設置して照明光のレチクルＲ上への入射角度範囲を所定の範囲に設定することが可能である。また、この回折格子やプリズムと開口絞りとを組み合わせて使用することもできる。【０１０３】  ところで、第２の照度均一化部材９としてフライアイレンズを使用する場合であっても、ガラスロッドを使用する場合であっても、照明光のレチクルＲへの入射角度範囲の設定を、照明開口絞りを使用せず、上記の回折格子やプリズムを使用して行なう場合には、レチクルＲに入射する照明光束の角度範囲の境界が、ややボケたものになりやすい。この場合の、本例の特徴である照明光のレチクルＲへの入射角度範囲に相当するσｘ及びσｙの定義は、σｘは、照明光のレチクルＲへのＸ方向の入射角度に対する照明光強度分布の密度関数の半値全幅（ＦＷＨＭ）の半分の角度の正弦を、投影光学系２３のレチクル側の開口数ＮＡＲで割った値とし、σｙは、照明光のレチクルＲへのＹ方向の入射角度に対する照明光強度分布の密度関数の半値全幅の半分の角度の正弦を、投影光学系２３のレチクル側の開口数ＮＡＲで割った値とすれば良い。そして、この実効的なσｘ及び実効的なσｙが、本例の条件であるσｘ≧０．６，０＜σｙ≦０．３を満たせばよい。勿論、この場合においても、σｘ≧０．７，０＜σｙ≦０．２を満たせば、より微細なピッチを有するパターンに対する結像性能が一層向上する。【０１０４】  ところで、本例による照明条件では、図５（Ａ）に示した如きレチクルパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２等へ��Ｘ方向の照明光の入射角度範囲を、σｘ≧０．６に拡大するので、レチクルＲに照射される照明光のＸ方向についての可干渉性（空間的コヒーレンス）は、従来のσが０．１５〜０．３程度の小σ照明に比べて、大幅に低減している。【０１０５】  そのため、レチクルパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２の転写線幅の、これらのパターンからＸ方向に離れて存在する他のパターンの存在の有無に伴う変動は、一層低減されたものとなる。
また、上記σｘの拡大に伴い、一般的にパーシャルコヒーレント照明時の解像度とσ値との関係に従って、従来のσが０．１５〜０．３程度の小σ照明に比べて、Ｘ方向についての解像度も向上する。このため、本例の照明条件により転写すべきパターンのＸ方向についての集積度を向上することも可能となる。【０１０６】  なお、本発明の照明条件の使用によって、レチクルＲに形成されるＸ方向に長手方向を有するパターンのウエハＷ上への転写像の、Ｘ方向における線幅均一性が向上するという効果もある。この効果は、本発明により達成される効果である、レチクルＲに照射される照明光のＸ方向についての可干渉性の低減により得られるものである。
以下、図１２から図１５を参照して、この効果について説明する。【０１０７】  図１２（Ａ）は、以下に示すコンピュータによるシミュレーションで使用したレチクルパターンを表す図である。図１２（Ａ）において、レチクルＲは、クロム等の遮光性の膜ＲＰ２で覆われ、その中に、その長手方向がＸ方向に一致する６個の透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２が形成されている。そして、透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２のうち、３つの透過パターンＳＬ１，ＳＲ１，ＳＲは、そのパターンからの透過光の位相が、それらに隣接して配置される透過パターンＧＬ２，ＧＬ１，ＧＲ１の透過光の位相に対して１８０°シフトされる、空間周波数変調型位相シフトレチクルパターンを構成している。【０１０８】  ６個の透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２のそれぞれは、Ｙ方向の線幅が１５０ｎｍであり、Ｙ方向にピッチＰＴ２が２００ｎｍで配列され、Ｘ方向の長さＸＬは１μｍ（＝１０００ｎｍ）である。従って、各透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２の間に形成される遮光部の線幅ＷＤ２は、ウエハＷ上への換算値で５０ｎｍとなるが、これは、図５（Ａ）に示したレチクルパターンと同様である。なお、これらの寸法は、いずれも投影光学系２３の縮小倍率を考慮してウエハＷに換算した値である。【０１０９】  図１２（Ａ）中の線分Ｘ０は、透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２のＸ方向の中心位置を表す。
また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のパターンが、ウエハＷ上に露光転写された場合に形成されるレジストパターンＲＳを表す図である。なお、ウエハＷ上のフォトレジストは、ポジ型（露光され感光された部分が現像により溶解する）を使用するとしている。このため、ウエハＷ上には、レチクルＲ上の６個の透過パターンＧＬ２，ＳＬ１，ＧＬ１，ＳＲ１，ＧＲ１，ＳＲ２のそれぞれに対応して、レジストが除去される部分ＶＬ３，ＶＬ２，ＶＬ１，ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３が形成される。そして、それぞれの部分の間には、レジストパターンが形成される。【０１１０】  このレジストパターンのうちＹ方向の中心部にあるレジストパターンＣＡについて、このパターンのＸ方向の中心位置Ｘ０からの変位量がＸ１となる位置での線幅ＰＷ１を求めた光学シミュレーションの結果を、図１３から図１５に示す。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、従来の露光方法であるσ＝０．１５の通常の照明を使用した場合の、図１２（Ｂ）のレジストパターンＣＡの線幅ＰＷ１（縦軸）と、Ｘ方向の位置Ｘ１（横軸）との関係を表す図である。ここで位置Ｘ１が０とは、Ｘ方向の中心位置Ｘ０に対応している。図１３（Ａ）はベストフォーカス位置での結果を、図１３（Ｂ）は５０ｎｍデフォーカスした位置での結果をそれぞれ示す。【０１１１】  なお、光学シミュレーションのその他の諸条件、及び転写される線幅の算出方法は、上述の光学シミュレーションと同一である。なお、線幅を決定するためのスライスレベルＳＬ（図５（Ｂ）参照）は、ベストフォーカス位置において、Ｘ１＝０での線幅が３５ｎｍとなるように設定した。
σ＝０．１５の小σ照明では、レチクルＲ上の照明光は、Ｘ方向、Ｙ方向の双方において高い可干渉性を有するため、レチクルパターン上のＸ方向の位置によって、より正確には、レチクルパターン上のＸ方向のエッジ（すなわち、Ｘ１がパターン長さ１０００ｎｍの半分であるＸ１＝５００（ｎｍ）の位置）からの位置によって、ウエハＷ上に転写される光学像の強度が変動し、それに従って、転写される線幅も大きく変動する。その変動幅は、Ｘ１が０から４００ｎｍの範囲において４ｎｍ程度にもなる。また、レチクルＲ上でのＸ方向の可干渉距離が長いため、エッジ（Ｘ１＝５００（ｎｍ））から４００ｎｍも離れたＸ１＝１００（ｎｍ）の位置においても転写パターンの線幅が、１〜２ｎｍと大きく変動する。【０１１２】  このように、転写されたパターンの線幅がその長手方向（ここではＸ方向）に沿って変動すると、例えば、このパターンがＭＯＳトランジスターのゲートパターンの場合には、線幅が細くなった部分ではトランジスターの短絡（オフ電流の増大）が生じ、線幅が太くなった部分ではトランジスターの断線（オン電流の減少）が生じる。そして、これらによって形成されるトランジスターの性能が低下する。【０１１３】  これを防止するには、あらかじめ、このようなＸ方向についての線幅変化を予測し、それを補正するべくレチクルパターン自体の線幅ＷＤ２等を、Ｘ方向の位置に応じて変化させること、すなわちＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）が必要になる。そして、このＯＰＣ補正もレチクル製造コストを上昇させることになる。
従来のσ＝０．３０の通常の照明を使用した場合のシミュレーション結果についても、図１４（Ａ）にベストフォーカス位置での結果を、図１４（Ｂ）に５０ｎｍデフォーカスした位置での結果をそれぞれ示す。照明σ値の増加により、レチクルＲ上での照明光の可干渉性が低下するため、ベストフォーカス位置及びデフォーカスした位置の双方において、図１３（Ａ），図１３（Ｂ）に示した結果に比べ、Ｘ方向の位置Ｘ１の変化に対する線幅ＰＷ１の変動幅は減少し、Ｘ１が０から４００ｎｍの範囲において２．５ｎｍ程度になっている。ただし、このσ＝０．３０の条件では、十分な焦点深度が得られず、レジスト線幅３５ｎｍのパターンの露光への適用は困難なことは、先の述べたとおりである。【０１１４】  これに対して、本発明の照明条件の一例として、σｘ＝０．８５，σｙ＝０．１５の条件を採用した場合のシミュレーション結果を図１５に示す。図１５（Ａ）はベストフォーカス位置での結果であり、図１５（Ｂ）は５０ｎｍデフォーカスした位置での結果である。本発明による照明方法では、照明光のＸ方向のσ値（σｘ）が０．６以上、あるいは更に０．７以上と大きいため、レチクルＲ上に照射される照明光のＸ方向の可干渉性が低い。そのため、Ｘ方向の位置Ｘ１の変化に対する線幅ＰＷ１の変動幅は大幅に減少し、Ｘ１が０から４００ｎｍの範囲において２ｎｍ程度に収まっている。【０１１５】  従って、本発明の照明条件によりＭＯＳトランジスターのゲートを露光する場合には、そのゲートの長手方向の位置（Ｘ方向の位置）変化に対する、転写されたパターンの線幅変化は僅かとなり、製造されるトランジスターの性能の向上に貢献することが出来る。また、僅かながら残存するＸ方向の位置変化に対する転写線幅の変化は、レチクル上のレチクルパターンの線幅の補正によって、このＯＰＣ補正に際して線幅を補正すべき範囲は、レチクルパターンのＸ方向の終端から２００ｎｍ程度の範囲内（Ｘ１が３００〜５００ｎｍの、幅として２００ｎｍの範囲）のみでよい。これは、従来のσ＝０．１５の照明条件の使用時に補正が必要となる範囲（Ｘ１が１００〜５００ｎｍの、幅として４００ｎｍの範囲）に比べて小さい。従って、本発明の照明条件では、ＯＰＣ補正によるレチクル製造コストの上昇を、最小限に抑えることが可能である。【０１１６】  なお、本発明の照明条件の使用によっても残存する上記の転写線幅の変化が、トランジスターの性能等に鑑みて無視できる量であるなら、本発明の照明方法を採用する場合には、レチクルのＯＰＣ補正は不要である。従って、この場合には、レチクル製造コストを全く上昇させることなく、高解像度でかつ任意のピッチを有するパターンに対し十分な焦点深度を有する露光方法を実現することができる。【０１１７】  次に、図１中の照明光学系５０の中の偏光制御部材４について説明する。
前述の如く、レチクルＲ上のパターンがラインパターンのように所定の方向に長手方向を有するパターンである場合には、レチクルＲへの照明光を、その偏光方向（電場の方向）が上記パターンの長手方向と一致する直線偏光とすることにより、その結像特性を改善することができる。偏光制御部材４は、このための光学部材でありレチクルＲに照射される照明光の偏光状態を制御する。【０１１８】  露光光源１としてエキシマーレーザやフッ素レーザを使用する場合、露光光源からの射出光は、元々概ね直線偏光となっている。そこで、偏光制御部材４としては、その直線偏光の偏光方向を所望の方向に変換（回転）する部材を使用すれば良い。即ち、例えば水晶（二酸化珪素結晶）やフッ化マグネシウム結晶等の複屈折性を有する光学材料からなる１／２波長板を、照明光学系５０の光軸ＡＸ１を回転中心として回転可能に設定することで実現できる。レチクルＲに照明される照明光の偏光方向は、この１／２波長板の回転角度の設定により制御する。【０１１９】  一方、露光光源１が、ランプやランダム偏光レーザのように直線偏光以外の光束を発する場合には、偏光制御部材４として所定の方向の直線偏光のみを透過する偏光フィルタや偏光ビームスプリッタを使用する。但し、レチクルＲへの照明光を完全な直線偏光にしなくとも、照明光強度の大部分（例えば８０％程度以上）を所定の直線偏光とすれば、本例の効果は発揮できるので、上記偏光フィルタや偏光ビームスプリッタの偏光選択比は、８０％程度以上あれば十分である。【０１２０】  ところで、本例の投影露光装置であっても、露光するパターンによっては、レチクル上に照明される照明光の偏光状態を非偏光とすることが好ましい場合もあることは言うまでもない。そこで、本例の投影露光装置の偏光制御部材４は、着脱可能であったり、非偏光の照明光をも供給可能な構成としておくことが望ましい。例えば、図１の露光光源１が概ね直線偏光の光束を発するレーザ光源である場合、偏光制御部材４として、光軸ＡＸ１に沿って直列に配置する２枚の１／４波長板を使用し、光軸ＡＸ１を回転中心としてそれらを個別に回転することにより、射出される光束を直線偏光としたり円偏光（即ち実質的に非偏光）としたりすることができる。【０１２１】  なお、本例の照明条件での露光に際しては、露光すべきレチクルＲ上のパターンの長手方向が、上述の通り所定の一方向（上述の実施形態ではＸ方向）と一致していることが好ましい。そこで、レチクルＲ上に多数のパターンが存在する場合には、それらのパターンのうち、特に結像特性が重要になるパターン（例えばトランジスタのゲートパターン）については、各パターンの方向性を統一し、その長手方向を所定の一方向と一致させることが望ましい。【０１２２】  以下、その具体例について図４を用いて説明する。
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、それぞれ本例の投影露光装置で露光するのに好適な原版パターンが描画されたレチクルの例を示す平面図である。
図４（Ａ）は、パターンエリアＰＡ１内に、その長手方向がすべてＸ方向に平行なパターンＰＨＣ，ＰＨＥ１，ＰＨＥ２が形成されたレチクルＲ１を示す図である。レチクルＲ１上にはこれ以外にもパターンを含むが、これ以外のパターンは特に結像特性が重要になるパターンではないため、記載を省略している。【０１２３】  本例の投影露光装置は、走査型露光装置であり、その走査方向（レチクルＲ及びウエハＷの走査方向）はＹ方向であるので、図１の投影光学系２３の露光視野（及び照明光学系５０の照明視野）ＩＡＲは、その長辺方向がＸ方向（非走査方向）に一致する長方形となっている。従って、パターンＰＨＣ，ＰＨＥ１，ＰＨＥ２の長手方向は、投影光学系２３の露光視野ＩＡＲの長手方向に平行であり、走査方向とは直交している。レチクルＲ１は、露光視野（照明視野）ＩＡＲに対してＹ方向に走査されるので、パターンエリアＰＡ１内であって、図示した位置での露光視野ＩＡＲの外部に存在する他のパターンも投影光学系２３を介してウエハＷに露光されることは言うまでもない。【０１２４】  一方、図４（Ｂ）は、パターンエリアＰＡ２内に、その長手方向がすべてＹ方向に平行なパターンＰＶＣ，ＰＶＥ１，ＰＶＥ２が形成されたレチクルＲ２を表わす図である。レチクルＲ２上にはこれ以外にもパターンを含むが、これ以外のパターンは特に結像特性が重要になるパターンではないため、記載を省略している。レチクルＲ２上のパターンＰＶＣ，ＰＶＥ１，ＰＶＥ２は、図４（Ａ）中のパターンと異なり、その長手方向は投影光学系２３の露光視野ＩＡＲの長手方向と直交し、走査方向に平行である。【０１２５】  ところで、一般的に光学系には、その結像特性を劣化させる収差が残存する。投影露光装置用の投影光学系では、他の用途の光学系に比べ残存収差が極めて小さいが、或る程度の収差が残存することは避けられない。また、収差の残存量は一般的に投影光学系の露光視野の中心に比べ周辺で増大する。
これらの残存収差には、転写像を投影光学系の光軸から周辺への放射方向にボカす成分（放射方向成分）と、投影光学系の光軸を中心とする同心円方向にボカす成分（同心円方向成分）とがあるが、一般的にはこのうち放射方向成分の方が大きい。放射方向成分の収差の成分は、コマ収差や倍率の色収差である。コマ収差は、設計上も製造誤差からの点からもその補正が難しく、これを完全に無くすことは困難である。【０１２６】  これらより、図４（Ｂ）中の露光視野ＩＡＲのＸ方向の両端部近傍にあるＹ方向に長手方向を有するパターンＰＶＥ１，ＰＶＥ２は、投影光学系の収差の影響を最も受けやすいパターンとなる。従って、これらのパターンのウエハＷ上への転写像には、転写線幅の変動や解像不良が生じる恐れが高く、生産されるＬＳＩの性能を劣化させ、歩留まりを低下させる恐れが高い。【０１２７】  一方、各パターンの長手方向を、図４（Ａ）に示した如く、投影光学系２３の露光視野ＩＡＲの長辺方向（Ｘ方向）と一致させる場合には、収差による像のボケ方向が大きな方向は、高い解像性能が要求されないパターンの長手方向と一致するため、露光視野ＩＡＲのＸ方向の周辺にあるパターンＰＨＥ１，ＰＨＥ２についても、収差の影響を実質的に受けない高解像度な露光が可能になる。【０１２８】  そこで、本例の投影露光装置では、露光すべきレチクルＲ上の微細パターンが、その長手方向が投影光学系２３の露光視野ＩＡＲの長辺方向（Ｘ方向）に一致して配置されることが望ましい。即ち、露光すべきレチクルＲ上の微細パターンが、その長手方向がレチクルＲの走査方向（Ｙ方向）に直交して配置されることを前提として、上記レチクルパターンの結像に適した上述の照明光の入射角度範囲を設定することが望ましい。【０１２９】  なお、以上の実施形態は、走査型露光装置について説明したが、本発明の照明条件が適応可能な露光装置は、走査型に限定されるものではなく、本発明の照明条件は、ステッパー型（レチクルＲ及びウエハＷを静止して露光するタイプ）の露光装置に対しても適応可能である。この場合には、投影光学系の露光視野は、正方形か長辺長と短辺長との比が１：１に近い長方形となるので、投影光学系の収差の点からは、レチクルＲ上に配置されるパターンの長手方向と露光視野の形状との間に、特に望ましい関係が生じることはない。【０１３０】  従って、本例の照明条件として上述したσｘ≧０．６，０＜σｙ≦０．３等を定めるに際して想定したＸ方向及びＹ方向は、露光装置全体やレチクルＲの外形形状に対して、特に所定の関係を有する方向でなくても良い。
また、走査型露光装置においても、採用する投影光学系の収差が極めて少ないものであれば、ステッパー型露光装置の使用時と同様に、レチクルＲ上に配置されるパターンの長手方向と投影光学系の露光視野の形状とに、特に望ましい関係が生じることはなくなるので、本例の照明条件の定義に際して使用したＸ方向及びＹ方向は、露光装置全体や走査方向及びレチクルＲの外形形状に対して、特に所定の関係を有する方向でなくても良い。【０１３１】  なお、上述の露光方法は、特に空間周波数変調型位相シフトレチクルの露光に適するものである。一方、最近の高性能ＬＳＩでは、特にゲート層の露光に際して、高解像度が要求されるゲートパターンの部分は空間周波数変調型位相シフトレチクルを使用し露光し、配線部分等のそれ以外の部分は通常レチクル（バイナリーレチクル）を使用して露光する、二重露光を採用することもある。【０１３２】  本発明においても二重露光を採用することが可能であることは言うまでもない。即ち、露光すべきウエハＷに対して、空間周波数変調型位相シフトレチクルを使用して本発明の照明条件からなる露光を行ない、その後、不図示のレチクル交換機構を用いて、レチクルを通常レチクルに交換して、同一のウエハＷに対して重ね合わせ露光を行なえば良い。このとき、通常レチクルへの露光に際しては、照明条件を、いわゆる通常照明や輪帯照明又は２極、４極照明に変更して行なうことが望ましい。【０１３３】  次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図１６を参照して説明する。
図１６は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図１６において、まずシリコン半導体等からウエハＷが製造される。その後、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し（ステップＳ１０）、次のステップＳ１２において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ１とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ１のパターン（符号Ａで表す）をウエハＷ上の全部のショット領域ＳＥに転写（露光）する。この際に必要に応じて二重露光が行われる。なお、ウエハＷは例えば直径３００ｍｍのウエハ（１２インチウエハ）であり、ショット領域ＳＥの大きさは一例として非走査方向の幅が２５ｍｍで走査方向の幅が３３ｍｍの矩形領域である。次に、ステップＳ１４において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域ＳＥに所定のパターンが形成される。【０１３４】  次に、ステップＳ１６において、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、その後ステップＳ１８において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ２とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ２のパターン（符号Ｂで表す）をウエハＷ上の各ショット領域ＳＥに転写（露光）する。そして、ステップＳ２０において、ウエハＷの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域に所定のパターンが形成される。【０１３５】  以上の露光工程〜パターン形成工程（ステップＳ１６〜ステップＳ２０）は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハＷ上の各チップＣＰを１つ１つ切り離すダイシング工程（ステップＳ２２）や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等（ステップＳ２４）を経ることによって、製品としての半導体デバイスＳＰが製造される。【０１３６】  本例のデバイス製造方法によれば、上記の実施形態の照明条件で露光を行っているため、半導体集積回路の製造に必要なレチクルのコストや回路設計のコストを低減することができる。また、従来に比べてより高集積な半導体集積回路を歩留まり良く製造することが可能となる。そして、以上の効果により、本例のデバイス製造方法によれば、より高集積で高性能な半導体集積回路を、安価に製造することが可能となる。【０１３７】  また、上記の実施の形態の投影露光装置は、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して、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）をすることにより製造することができる。なお、その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。【０１３８】  なお、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置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用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置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）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。【０１３９】  また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでもよい。なお、投影光学系としては、露光波長として、ＫｒＦまたはＡｒＦエキシマーレーザ等の遠紫外光を用いる場合には、硝材としては石英や蛍石等の遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザ等の真空紫外光を用いる場合には、硝材として蛍石やその他のフッ化物結晶を使用する。また、いずれの露光波長を使用する場合においても、投影光学系として、レンズ部材のみからなる屈折光学系と、レンズ部材及び反射部材の両者からなる反射屈折光学系のいずれかを採用することができる。また、露光波長としてＸ線（波長が１〜２０ｎｍ程度の軟Ｘ線を含む）を使用する露光装置の場合には、投影光学系として、反射光学系を採用することが好ましい。この場合には、レチクルも反射型のものを採用することが好ましく、位相シフトパターンの構成は、レチクル表面に段差を形成し、その段差により反射光に生じる位相差により、位相差を形成する方法とすることができる。【０１４０】  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。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００３年６月３日付け提出の日本国特許出願第２００３−１５８７３２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】
【０１４１】  本発明のデバイス製造方法によれば、高性能なデバイスを安価に製造することが可能となる。
【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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【国際調査報告】
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