(57)【要約】      （修正有）【課題】混在パターンに対して解像性能を向上すると共に焦点深度を確保する照明条件を設定する露光方法を提供する。【解決手段】行列状パターンと千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを軸上を除いた斜入射の有効光源で照明し、被露光体に投影する露光方法であって、前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａｉで等しく、列方向からの角度がαｉ、π−αｉ、π＋αｉ、２π−αｉの方向に位置し、また、前記瞳の中心からの距離がａｊで等しく、列方向からの角度がαｊ、π−αｊ、π＋αｊ、２π−αｊの方向に位置する光を含み、前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする露光方法を提供する。【選択図】図２
2007123333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを、軸上を除いた斜入射の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、
前記行列状パターンのピッチがｎｉ個あり、ｉ番目の前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘｉ、行方向のピッチをＰｙｉ、前記千鳥格子状パターンのピッチがｎｊ個あり、ｊ番目の前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘｊ、行方向のピッチをＰｙｊ、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、
Ｐｘｏｉ／２＝（Ｐｘｉ／２）ＮＡ／λ、１≦ｉ≦ｎｉ、
Ｐｙｏｉ／２＝（Ｐｙｉ／２）ＮＡ／λ、１≦ｉ≦ｎｉ、
Ｐｘｏｊ／２＝（Ｐｘｊ／２）ＮＡ／λ、１≦ｊ≦ｎｊ、
Ｐｙｏｊ／２＝（Ｐｙｊ／２）ＮＡ／λ、１≦ｊ≦ｎｊ、
αｉ＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏｉ／Ｐｙｏｉ）、１≦ｉ≦ｎｉ、
αｊ＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏｊ／（２Ｐｙｏｊ））、１≦ｊ≦ｎｊ、
ａｉ＝１／（４（Ｐｙｏｉ／２））／ｓｉｎ（αｉ）、１≦ｉ≦ｎｉ、
ａｊ＝１／（４（Ｐｙｏｊ／２））／ｓｉｎ（αｊ）、１≦ｊ≦ｎｊ、
前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａｉで等しく、列方向からの角度がαｉ、π−αｉ、π＋αｉ、２π−αｉの方向に位置し、また、前記瞳の中心からの距離がａｊで等しく、列方向からの角度がαｊ、π−αｊ、π＋αｊ、２π−αｊの方向に位置する光を含み、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを４重極照明の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、
前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａで等しく、列方向からの角度αがα、π−α、π＋α、２π−αの方向に位置し、前記行列状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ１、行方向のピッチをＰｙ１、前記千鳥格子状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ２、行方向のピッチをＰｙ２、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、
Ｐｘｏ１／２＝（Ｐｘ１／２）ＮＡ／λ、
Ｐｙｏ１／２＝（Ｐｙ１／２）ＮＡ／λ、
Ｐｘｏ２／２＝（Ｐｘ２／２）ＮＡ／λ、
Ｐｙｏ２／２＝（Ｐｙ２／２）ＮＡ／λ、
α１＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏ１／Ｐｙｏ１）、
α２＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏ２／（２Ｐｙｏ２））、
ａ１＝１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｓｉｎ（α１）、
ａ２＝１／（４（Ｐｙｏ２／２））／ｓｉｎ（α２）、
αはα１、α２を含み、ａはａ１、ａ２を含み、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする露光方法。
【請求項３】
複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを８重極照明の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、
前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａ１で等しく、列方向からの角度α１がα１、π−α１、π＋α１、２π−α１の方向に位置し、前記瞳の中心からの距離がａ２で等しく、列方向からの角度α２がα２、π−α２、π＋α２、２π−α２の方向に位置し、前記行列状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ１、行方向のピッチをＰｙ１、前記千鳥格子状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ２、行方向のピッチをＰｙ２、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、
Ｐｘｏ１／２＝（Ｐｘ１／２）ＮＡ／λ、
Ｐｙｏ１／２＝（Ｐｙ１／２）ＮＡ／λ、
Ｐｘｏ２／２＝（Ｐｘ２／２）ＮＡ／λ、
Ｐｙｏ２／２＝（Ｐｙ２／２）ＮＡ／λ、
α１＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏ１／Ｐｙｏ１）、
α２＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏ２／（２Ｐｙｏ２））、
ａ１＝１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｓｉｎ（α１）、
ａ２＝１／（４（Ｐｙｏ２／２））／ｓｉｎ（α２）、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする露光方法。
【請求項４】
前記マスクはハーフトーン位相シフトマスクであり、前記照明はラジアル偏光照明であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項５】
前記マスクはバイナリーマスクであり、前記照明は無偏光照明であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項６】
ａｉ、αｉ、Ｐｘｏｉ、Ｐｘｏｉ、Ｐｘｏｊ、Ｐｘｏｊが、
１／（４（Ｐｙｏｉ／２））／ｓｉｎ（αｉ）＜１、１≦ｉ≦ｎｉと、
１／（２（Ｐｙｏｉ／２）／ｓｉｎ（αｉ＋βｉ）／ｃｏｓ（βｉ）＞１、
βｉ＝ｔａｎ−１（２Ｐｘｏｉ／Ｐｙｏｉ）−αｉ、１≦ｉ≦ｎｉと、
１／（２（Ｐｙｏｊ／２））／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／Ｐｙｏｊ／ｅｊ）））＞１、
ｅｊ＝１／（２（Ｐｘｏｊ／２））−ａｉｃｏｓ（αｉ）、１≦ｊ≦ｎｊの３つの不等式を成立させることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項７】
ａｊ、αｊ、Ｐｘｏｉ、Ｐｘｏｉ、Ｐｘｏｊ、Ｐｘｏｊが、
１／（４（Ｐｙｏｊ／２））／ｓｉｎ（αｊ）＜１、１≦ｊ≦ｎｊと、
１／（２（Ｐｙｏｊ／２）／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／（２（Ｐｙｏｊ／２））／ａｊ）＞１、１≦ｊ≦ｎｊと、
１／（４（Ｐｙｏｉ／２））／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／（４（Ｐｙｏｉ／２）／ｃｉ）））＞１、
ｃｉ＝１／（２（Ｐｘｏｉ／２））−ａｊｃｏｓ（αｊ）、１≦ｉ≦ｎｉ
の３つの不等式を成立させることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項８】
ａ１、α１、Ｐｘｏ１、Ｐｘｏ１、Ｐｘｏ２、Ｐｘｏ２が、
１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｓｉｎ（α１）＜１と、
１／（２（Ｐｙｏ１／２）／ｓｉｎ（α１＋β１）／ｃｏｓ（β１）＞１、
β１＝ｔａｎ−１（２Ｐｘｏ１／Ｐｙｏ１）−α１と、
１／（２（Ｐｙｏ２／２））／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／（２（Ｐｙｏ２／２））／ｅ２）））＞１、
ｅ２＝１／（２（Ｐｘｏ２／２））−ａ１ｃｏｓ（α１）
の３つの不等式を成立させることを特徴とする請求項２又は３記載の露光方法。
【請求項９】
ａ２、α２、Ｐｘｏ１、Ｐｘｏ１、Ｐｘｏ２、Ｐｘｏ２が、
１／（４（Ｐｙｏ２／２））／ｓｉｎ（α２）＜１と、
１／（２（Ｐｙｏ２／２）／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／（２（Ｐｙｏ２／２））／ａ２）＞１と
１／（４（Ｐｙｏ１／２））／（ｓｉｎ（ｔａｎ−１（１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｃ１）））＞１、
ｃ１＝１／（２（Ｐｘｏ１／２））−ａ２ｃｏｓ（α２）
の３つの不等式を成立させることを特徴とする請求項２又は３記載の露光方法。
【請求項１０】
前記行列状パターンはＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙを有し、前記千鳥格子状パターンはピッチＰｘｂ、Ｐｙｂを有し、次式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
Ｐｘ／Ｐｙ＝Ｐｘｂ／Ｐｙｂ＝ｄ
Ｃ＝（−１＋√（１＋ｄ２））／ｄ
Ｐｙｂ／Ｐｙ＝Ｐｘｂ／Ｐｘ＝ｃ（４＋ｄ２）／２ｄ／（１＋ｃ２）
【請求項１１】
前記コンタクトホールパターンは、所望のパターンと、当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンを含み、
前記露光方法は、前記所望のパターンが解像され、かつ、前記補助パターンの解像が抑制することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、露光に関し、特に、半導体チップ、表示素子、検出素子、撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細コンタクトホールパターンの製造に用いられる露光方法に関する。ここで、マイクロメカニクスは半導体集積回路製造技術を微細構造体の製作に応用し、高度な機能を持ったミクロン単位の機械システムやそれを作る技術をいう。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィ技術を用いて、マスク（又はレチクル）パターンを投影光学系を介してウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置は従来から使用されている。マスクパターンにはコンタクトホールを含むものがある。近年のデバイスの微細化の要求に伴い、投影露光装置も微細なコンタクトホールを安定して解像する需要が益々高まっている。高解像度でパターンを転写するためには、パターンの種類に応じて最適な露光条件（マスクの種類、照明条件など）を選択する必要がある。また、結像性能の安定化のためには焦点深度を大きく確保する必要があり、照明条件は焦点深度にも影響を与える。
【０００３】
コンタクトホールパターンには、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列や近接せずに孤立した孤立コンタクトホールその他の孤立パターンなど幾つかの種類がある。また、コンタクトホール列は、正方形状のホールを行列状（又は碁盤の目状）のパターン形状と、各列が互い違いにずれている千鳥格子状のパターン形状が知られている。実際の回路パターンは、行列状パターンと千鳥格子状パターンが混在しており（以下、かかるパターンを単に「混在パターン」という。）、行列状パターンや混在パターンに対しては照明条件が従来提案されている（例えば、混在パターンには輪帯照明など）。また、長方形形状のコンタクトホールも知られている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【０００４】
マスクの種類としてはバイナリーマスク、位相シフトマスク、ハーフトーン位相シフトマスク（Ａｔｔｎｕａｔｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｍａｓｋ、「ハーフトーンマスク」とも呼ばれる。）が知られている。また、照明条件は偏光条件も含み、２光束干渉には接線方向の（タンジェンシャル）偏光が適しており、４光束干渉には動径方向の（ラジアル）偏光が適していることは知られている。偏光制御は、液浸露光装置など、今後高ＮＡが更に進むにつれて重要となる。
【０００５】
その他の従来技術としては特許文献１乃至５がある。
【特許文献１】特開２０００−０４０６５６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３８５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２７２２２８号公報
【特許文献４】特開２００３−３１８１００号公報
【特許文献５】特開２００３−２３３１６５号公報
【非特許文献１】Hochul Kim et al., ”Layser Specific Illumination Optimization by Monte Carlo Method,” Optical Microlithography XVL, Anthony Yen, Editor, Proceedings of SPIE, Vol. 5040 (2003), pp. 244-250.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリーの式で与えられる。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ここで、ｋ１は現像プロセスなどによって定まる定数であり、通常露光の場合にはｋ１は約０．５〜０．７である。近年のデバイスの高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要求されている。高解像力を得るには、上式から開口数ＮＡを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが有効であるが、これらの改善は現段階では限界に達しており、通常露光の場合にウェハに０．１μｍ以下のコンタクトホールパターンを形成することは困難である。
【０００９】
特に、格子状パターンと千鳥格子状パターンの混在するコンタクトホールの形成は難しく、深度があまり得られない。また、千鳥格子状パターンに最適な露光条件の解析は、十分に進んでいないのが現状である。そして、実際に多用される混在パターンに対して従来の輪帯照明よりも解像性能を向上すると共に焦点深度を確保する需要がある。
【００１０】
本発明は、混在パターンに対して解像性能を向上すると共に焦点深度を確保する照明条件を設定する露光方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての露光方法は、複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを、軸上を除いた斜入射の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、前記行列状パターンのピッチがｎｉ個あり、ｉ番目の前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘｉ、行方向のピッチをＰｙｉ、前記千鳥格子状パターンのピッチがｎｊ個あり、ｊ番目の前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘｊ、行方向のピッチをＰｙｊ、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、Ｐｘｏｉ／２＝（Ｐｘｉ／２）ＮＡ／λ、１≦ｉ≦ｎｉ、Ｐｙｏｉ／２＝（Ｐｙｉ／２）ＮＡ／λ、１≦ｉ≦ｎｉ、Ｐｘｏｊ／２＝（Ｐｘｊ／２）ＮＡ／λ、１≦ｊ≦ｎｊ、Ｐｙｏｊ／２＝（Ｐｙｊ／２）ＮＡ／λ、１≦ｊ≦ｎｊ、αｉ＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏｉ／Ｐｙｏｉ）、１≦ｉ≦ｎｉ、αｊ＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏｊ／（２Ｐｙｏｊ））、１≦ｊ≦ｎｊ、ａｉ＝１／（４（Ｐｙｏｉ／２））／ｓｉｎ（αｉ）、１≦ｉ≦ｎｉ、ａｊ＝１／（４（Ｐｙｏｊ／２））／ｓｉｎ（αｊ）、１≦ｊ≦ｎｊ、前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａｉで等しく、列方向からの角度がαｉ、π−αｉ、π＋αｉ、２π−αｉの方向に位置し、また、前記瞳の中心からの距離がａｊで等しく、列方向からの角度がαｊ、π−αｊ、π＋αｊ、２π−αｊの方向に位置する光を含み、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の側面としての露光方法は、複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを４重極照明の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａで等しく、列方向からの角度αがα、π−α、π＋α、２π−αの方向に位置し、前記行列状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ１、行方向のピッチをＰｙ１、前記千鳥格子状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ２、行方向のピッチをＰｙ２、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、Ｐｘｏ１／２＝（Ｐｘ１／２）ＮＡ／λ、Ｐｙｏ１／２＝（Ｐｙ１／２）ＮＡ／λ、Ｐｘｏ２／２＝（Ｐｘ２／２）ＮＡ／λ、Ｐｙｏ２／２＝（Ｐｙ２／２）ＮＡ／λ、α１＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏ１／Ｐｙｏ１）、α２＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏ２／（２Ｐｙｏ２））、ａ１＝１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｓｉｎ（α１）、ａ２＝１／（４（Ｐｙｏ２／２））／ｓｉｎ（α２）、αはα１、α２を含み、ａはａ１、ａ２を含み、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、複数のコンタクトホールが行列状に配置された行列状パターンと、複数のコンタクトホールの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれている千鳥格子状パターンとが混在する混在パターンを有するマスクを８重極照明の有効光源で照明し、投影光学系を介して被露光体に投影する露光方法であって、前記有効光源は、前記投影光学系の前記瞳の中心からの距離がａ１で等しく、列方向からの角度α１がα１、π−α１、π＋α１、２π−α１の方向に位置し、前記瞳の中心からの距離がａ２で等しく、列方向からの角度α２がα２、π−α２、π＋α２、２π−α２の方向に位置し、前記行列状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ１、行方向のピッチをＰｙ１、前記千鳥格子状パターンの前記コンタクトホール間の列方向のピッチをＰｘ２、行方向のピッチをＰｙ２、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記照明光の波長をλとすると次式が成立し、Ｐｘｏ１／２＝（Ｐｘ１／２）ＮＡ／λ、Ｐｙｏ１／２＝（Ｐｙ１／２）ＮＡ／λ、Ｐｘｏ２／２＝（Ｐｘ２／２）ＮＡ／λ、Ｐｙｏ２／２＝（Ｐｙ２／２）ＮＡ／λ、α１＝ｔａｎ−１（Ｐｘｏ１／Ｐｙｏ１）、α２＝２ｔａｎ−１（Ｐｘｏ２／（２Ｐｙｏ２））、ａ１＝１／（４（Ｐｙｏ１／２））／ｓｉｎ（α１）、ａ２＝１／（４（Ｐｙｏ２／２））／ｓｉｎ（α２）、
前記コンタクトホールパターンからの回折光のうち３光束又は４光束を前記投影光学系の瞳内で干渉及び結像させることを特徴とする。
【００１４】
上述の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする露光装置や、かかる露光装置を用いて被露光体を露光するステップを有するデバイス製造方法も本発明の別の側面を構成する。デバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、混在パターンに対して解像性能を向上すると共に焦点深度を確保する照明条件を設定する露光方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１を参照して、本発明の例示的な露光装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。図１に示すように、露光装置１００は、照明装置１１０と、マスク又はレチクル１３０と、投影光学系１４０と、主制御ユニット１５０と、ウェハ１７０と、媒質としての液体１８０とを有する。
【００１８】
このように、露光装置１００は、投影光学系１４０のウェハ１７０側にある最終面が部分的に又は全体的に液体１８０に浸漬し、液体１８０を介してマスクＭＳに形成されたパターンをウェハＷに露光する液浸型の露光装置である。本実施形態の露光装置１００は、ステップアンドスキャン方式の投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。
【００１９】
照明装置１００は転写用の回路パターンが形成されたマスク１３０を照明し、光源部と照明光学系とを有する。
【００２０】
光源部は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザーの種類、個数は限定されず、光源部の種類も限定されない。また、使用可能な光源はレーザー１１２に限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００２１】
ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができる。ビーム整形系１１４は、レーザー１１２からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換することによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１１４は、後述するオプティカルインテグレーター１１８を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００２２】
照明光学系は、マスク１３０を照明する光学系である。照明光学系は、集光光学系１１６と、偏光制御手段１１７と、オプティカルインテグレーター１１８と、開口絞り１２０と、集光レンズ１２２と、折り曲げミラー１２４と、マスキングブレード１２６と、結像レンズ１２８とを含む。照明光学系は、後述する６重極照明の他、従来の照明、輪帯照明、四重極照明など様々な照明モードを実現することができる。
【００２３】
集光光学系１１６は、複数の光学素子から構成され、オプティカルインテグレーター１１８に所望の形状で効率よく導入する。例えば、集光光学系１１６はズームレンズシステムを含み、オプティカルインテグレーター１１８への入射ビームの形および角度の分配をコントロールする。
【００２４】
集光光学系１１６は、マスク１３０への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部を含む。露光量調整部は、主制御ユニット１５０によって制御される。露光量モニタを、例えばオプティカルインテグレーター１１８とレチクル１３０の間やその他の場所に置き露光量を計測しその結果をフィードバックすることもできる。
【００２５】
偏光制御手段１１７は、例えば、偏光素子を含み、投影光学系１４０の瞳１４２とほぼ共役な位置に配置される。偏光制御手段１１７は、後述するように、瞳１４２に形成される有効光源の所定の領域の偏光状態を制御（変換を含む）する。複数種類の偏光素子からなる偏光制御手段１１７が図示しないアクチュエータによって回転可能なターレット上に設けられて主制御ユニット１５０がかかるアクチュエータの駆動を制御してもよい。
【００２６】
オプティカルインテグレーター１１８はマスク１３０に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射面と出射面とがフーリエ変換の関係に維持され、ロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組み合わせることによって構成されている。但し、本発明が使用可能なオプティカルインテグレーター１１８はハエの目レンズに限定されず、光学ロッド、回折格子、各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などを含む。
【００２７】
オプティカルインテグレーター１１８の出射面の直後には、形状及び径が固定された開口絞り１２０が設けられている。開口絞り１２０は、投影光学系１４０の瞳１４２に形成される有効光源とほぼ共役な位置に配置され、開口絞りの１２０の開口形状は投影光学系１４０の瞳面１４２の有効光源形状に相当する。本実施例では、後述するように、有効光源形状は４重極または８重極が好ましい。
【００２８】
開口絞り１２０は、照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１２１によって、後述する種々の開口絞りが光路中に位置するように切り替え可能となっている。アクチュエータ１２１の駆動は、主制御ユニット１５０によって制御される駆動制御ユニット１５１によって制御される。なお、開口絞り１２０は、偏光制御手段と一体に構成されてもよい。
【００２９】
図２（ａ）は、４重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ａの概略平面図である。開口絞り１５０Ａは、σ＝０．２以下のα、π―α、π＋α、２π―α、に配置された４つの円形開口部を有する。開口絞り１５０Ａは、４つの円からなる透過率１の光透過部（白色部分）と、透過率０の遮光部（灰色部分）とを有する。図３は、４重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｂの概略平面図である。このように、４重極照明は円弧状でもよく、形状は限定されないが、４つの光源位置の中心に対して対称な形状、又は、Ｘ軸及びＹ軸に対して対称な形状が好ましい。
【００３０】
集光レンズ１２２はオプティカルインテグレーター１１８の射出面近傍の２次光源から射出し、開口絞り１２０を透過した複数の光束を集光し、ミラー１２４で反射させて被照斜面としてのマスキングブレード１２６面を均一にケーラー照明によって照明する。
【００３１】
マスキングブレード１２６は複数の可動遮光板より構成され、投影光学系１４０の有効面積に対応するほぼ矩形の任意の開口形状を有している。マスキングブレード１２６の開口部を透過した光束をマスク１３０の照明光として使用する。マスキングブレード１２６は開口幅を自動可変な絞りであり、転写領域を変更できる。また、露光装置１００は、スキャン方向の転写領域を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク１２面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。露光装置１００は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００３２】
結像レンズ１２８は、マスキングブレード１２６の開口形状をレチクル１３０面上に照射して転写し、レチクル１３０面上のパターンを図示しないウェハチャックに載置したウェハ１７０面上に縮小投影する。
【００３３】
マスク１３０は、その上に転写されるべきパターンを形成され、マスクステージ１３２に支持及び駆動される。図５（ａ）にマスクパターンＭＰ２０の例を示す。ここで、図５（ａ）はマスクパターンＭＰ２０の一例を示す平面図である。マスクパターンＭＰ２０の基本構成については後述するが、マスクパターンＭＰ２０は、行列状パターンＭＰ２１と千鳥格子状ＭＰ２２とが混在する混在パターンである。マスク１３０から発せられた回折光は投影光学系１４０を通りウェハ１７０上に投影される。ウェハ１７０は、被露光体でありレジスト１７２が基板１７４上に塗布されている。マスク１３０とウェハ１７０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００はステップアンドスキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク１３０とウェハ１７０を走査することによりマスクパターンＭＰをウェハ１７０上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置（即ち、「ステッパー」）であれば、マスク１３０とウェハ１７０とを静止させた状態で露光を行う。
【００３４】
マスクステージ１３２は、マスク１３０を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ１３２及び投影光学系１４０は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージ１３２は、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステージ１３２を駆動することでマスク１３０を移動することができる。露光装置１００は、マスク２００とウェハ１７０を主制御ユニット１５０によって同期した状態で走査する。
【００３５】
投影光学系１４０は、マスクパターンＭＰを経た回折光をウェハ１７０上に結像する機能を有する。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなるダイプトリック光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有するカタディオプトリック光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。そうでなければ、色収差の補償は、レーザーのスペクトルの幅を狭くすることで実現する。最近、狭帯域ＭＯＰＡレーザーは主な流れのうちの１つである。
【００３６】
主制御ユニット１５０は、各部の駆動制御を行うが、特に、モニタ及び入力装置１５２の入力装置から入力される情報、照明装置１００からの情報、図示しないメモリに格納されたプログラムに基づいて照明制御を行う。より詳細には、主制御ユニット１５０は、後述するように、投影光学系１４０の瞳１４２に形成される有効光源の形状及び偏光状態の制御を行う。主制御ユニット１５０による制御情報やその他の情報はモニタ及び入力装置１５２のモニタに表示される
ウェハ１７０は、別の実施形態では液晶基板その他の被露光体に置換される。ウェハ１７０ではフォトレジスト１７２が基板１７４上に塗布されている。
【００３７】
ウェハ１７０はウェハステージ１７６に支持される。ステージ１７６は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１７６はリニアモータを利用してＸＹ方向にウェハ１７０を移動する。マスク１３０とウェハ１７０は、例えば、同期して走査され、マスクステージ１３２とウェハステージ１７６の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ１７６は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。マスクステージ１３２及び投影光学系１４０は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００３８】
液体１８０には、投影光学系１４０のウェハ１７０への最終面が浸漬され、露光波長の透過率がよく、投影光学系に汚れを付着させず、レジストプロセスとのマッチングが良い物質が選択される。投影光学系１４０の最終面には液体１８０からの影響を保護するためにコーティングを施されている。
【００３９】
以下、図４を参照して、マスクパターンＭＰ２０の基本構成としての基本パターンＭＰ１０について説明する。ここで、図４は、マスクパターンＭＰ１０の平面図である。同図に示すように、マスクパターンＭＰ１０は、行列状パターンＭＰ１１と千鳥格子状パターンＭＰ１２の混在パターンである。行列状パターンＭＰ１１は、複数のコンタクトホールＣＨが行列状に配置されたパターンであり、千鳥格子状パターンＭＰ１２は複数のコンタクトホールＣＨの１列の周期パターンが隣り合う行で互いに半ピッチずれているパターンである。より詳細には、行列状パターンＭＰ１１は、ある１つのコンタクトホールＣＨ１の中心に８つのホールＣＨ２が配置された４角形のパターンＴ１の集合体である。千鳥格子状パターンＭＰ１２は、ある１つのコンタクトホールＣＨ１の中心に６つのコンタクトホールＣＨ２が配置された３角形のパターンＴ２の集合体である。なお、コンタクトホールＣＨ１及びＣＨ２は同一のコンタクトホールＣＨであり、コンタクトホールＣＨによって総括される。なお、図４はバイナリーマスクを示しており、マスクパターンＭＰ１０において、コンタクトホールＣＨは光透過部であり、ＬＳは遮光部である。但し、マスク１３０は、ハーフトーンマスクでもよい。ハーフトーンマスクではホールの部分が透過率１の光透過部であり、ホール周囲の透過率６％程度の半遮光部、ホール周囲はホールの部分と位相が１８０度反転している。
【００４０】
図５（ａ）は、マスクパターンＭＰ１１及びＭＰ１２の集合であるマスクパターン（又はコンタクトホールパターン）ＭＰ２０の平面図である。パターンＭＰ２１においては、コンタクトホールＣＨの幅をＷ１とし、Ｘ方向のピッチをＰｘ１、Ｙ方向のピッチをＰｙ１とする。Ｘ又は横方向は列方向であり、各列のコンタクトホール列はピッチＰｘ１の周期パターンである。各コンタクトホール列は、上下の列と整列し、４角形のパターンの集合体を形成する。パターンＭＰ２２においては、コンタクトホールＣＨの幅をＷ２とし、Ｘ方向のピッチをＰｘ２、Ｙ方向のピッチをＰｙ２とする。Ｘ又は横方向は列方向であり、各列のコンタクトホール列はピッチＰｘ２の周期パターンである。パターンＭＰ２２においては、各コンタクトホール列は、上下の列とピッチの半分（Ｐｘ２／２）ずらして配置され、３角形のパターンの集合体を形成する。
【００４１】
以下、図２７（ｂ）及び図２７（ａ）のような、輪帯照明及び小σ照明が図５（ａ）に示す混在パターンには不十分である理由を説明する。ここで、図２７（ａ）は円形の有効光源形状を有する小σ照明の平面図であり、図２７（ｂ）は輪帯の有効光源形状を有する輪帯照明の平面図である。マスク１３０は、ハーフトーンマスクで図５（ａ）に示す混在パターンを有し、Ｗ１＝Ｗ２＝８０（ｎｍ）、Ｐｘ１＝Ｐｙ１＝Ｐｘ２＝Ｐｙ２＝Ｐ＝１６０（ｎｍ）、パターンのハーフピッチは８０ｎｍ（ｋ１＝０．５６）である。ＡｒＦエキシマレーザー、ＮＡ１．３５、図２７（ｂ）に示す輪帯照明（外側σ＝０．７０、内側σｉｎ＝０．５６）を有する露光装置を用いて混合パターンを露光し、図５（ａ）の左右の解像性を比較する。
【００４２】
デフォーカスに対して、コントラストとコンタクトホールＣＨの大きさ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）は図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示すように変化する。図２８（ｂ）の縦軸は所定の幅Ｗに対して０．９倍から１．１倍までの±１０％まで、即ち、所定の幅８０（ｎｍ）に対して下限を７２（ｎｍ）、上限を８８（ｎｍ）までをプロットしている。この範囲内の変動を許容するデフォーカス範囲をＣＤ深度とする。即ち、ＣＤ深度は、コンタクトホールＣＨの幅が所定の幅Ｗに対して０．９倍から１．１倍までの±１０％の変動を許容するデフォーカス範囲とする。コントラストはかなり高く、コントラスト４０％以上得られるフォーカス範囲は±０．１μｍ、幅０．２μｍあるが、デフォーカスに対してＣＤ変化が大きく、ＣＤ深度が得られない。
【００４３】
照明条件を図２７（ａ）に示す小σ照明にしてもＣＤ深度は同じ程度かそれ以下しか得られない。ハーフピッチ８０（ｎｍ）では量産に必要な深度は０．２μｍ以上必要である。  
【００４４】
また、上述の輪帯照明は照明光の偏光状態は無偏光である無偏光照明としているが、偏光状態を変化させて照明してもＣＤ深度を大きくすることはできない。
【００４５】
本実施例で提案する３光束干渉又は４光束干渉はかかる問題を解決するものである。以下、本実施例による解像する方法について説明する。図５（ａ）に示す混在パターンＭＰ２０の回折光が飛ぶ様子を図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す。図５（ｂ）は図５（ａ）のパターンＭＰ２１に対応し、コンタクトホール幅Ｗ１＝８０（ｎｍ）、ピッチＰｘ１＝Ｐｙ１＝１６０（ｎｍ）の回折光の振幅を示したものである。図５（ｃ）は図５（ａ）のパターンＭＰ２２に対応し、コンタクトホール幅Ｗ２＝８０（ｎｍ）、ピッチＰｘ２＝Ｐｙ２＝１６０（ｎｍ）の回折光の振幅を示したものである。パターンＭＰ２１に対しては０次回折光の周囲に８点の１次回折光が格子状に分布し、パターンＭＰ２２に対しては０次回折光の周囲に６点の１次回折光が６角形状に分布している。
【００４６】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、バイナリーマスクからの回折光分布であるが、ハーフトーンマスクでも回折パターンは変わらず、０次回折光と１次回折光の振幅の比が異なるだけである。参考として、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に投影光学系１４０のＮＡ＝１．３５としたときの瞳の大きさを白線の円で示す。また、ハーフピッチ８０（ｎｍ）のｋ１は０．５６である。
【００４７】
パターンＭＰ１０の解像には、０次回折光と１つ以上の１次回折光が干渉しなければ結像しない。従って、０次回折光と１つの１次回折光の干渉である２光束干渉、または０次回折光と２つあるいは３つの１次回折光の干渉である３光束干渉あるいは４光束干渉などが考えられる。しかしホールを形成するためには、２光束干渉では２方向からの重ねあわせをしなければならずコントラストが得られない。従って３光束干渉以上が好ましく、なるべく微細なパターンを結像させるためには、少ない光束の干渉が好ましい。    
【００４８】
以下、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、ある光源からの光がパターンＭＰ１１およびＭＰ２１を結像させるための条件を考察する。図６（ａ）に示す有効光源（白色部分）からは、図６（ｂ）に示すように、０次回折光が位置Ａに入射し、他の回折光がその周囲に回折する。０次回折光Ａと１次回折光Ｂ乃至Ｄが瞳に入射すると０次回折光Ａと１次回折光Ｂ乃至Ｄが干渉して４光束干渉となる。４光束干渉をもたらす瞳の大きさと光源位置は次の関係を有する。
【００４９】
パターンＭＰ２１のピッチはＸ方向のピッチをＰｘ、Ｙ方向のピッチをＰｙとする。４光束が瞳の中心位置に対して対称に入射すると、距離ａ乃至ｄが等しくなる。パターンのピッチＰｘ、ＰｙをＮＡとλで規格化し、Ｐｘｏ、Ｐｙｏで表すと次式のようになる。
【００５０】
【数２】
2007123333.tif 000004
【００５１】
【数３】
2007123333.tif 000005
【００５２】
ＡＣとＡＤのなす角をαとすると次式が成立する。
【００５３】
【数４】
2007123333.tif 000006
【００５４】
【数５】
2007123333.tif 000007
【００５５】
【数６】
2007123333.tif 000008
【００５６】
距離ａ、ｂ、ｃ、ｄが等しくなる条件では、２ａｓｉｎ（α）＝１／Ｐｙｏ１より次式が成立する。
【００５７】
【数７】
2007123333.tif 000009
【００５８】
瞳の中心位置を点Ｏとすると、４光束の距離ａ乃至ｄが等しくなる。瞳の中心位置を点Ｏにおくためには、０次回折光を瞳の中心位置からａだけ離れるように、ある光源位置を数式７で規定される距離ａ、数式６で規定される方向αの位置に配置する。以上が、４光束干渉の光源位置の条件である。対称性からα、π―α、π＋α、２π―αの方向でも同じである。このようにして４重極照明が導かれる。
したがってパターンＭＰ２１の解像のために４光束を干渉させるには、４重極照明が好適である。この場合、図１２（ａ）に示すように、４重極のある１つの有効光源からの光がパターンによって回折して行列状の回折パターンが形成され、０次回折光Ａと１次回折光Ｂ，Ｃ，Ｄの４光束が瞳内を通過及び干渉する。４重極照明は、４重極の全光源がこのような４光束干渉を行うので、パターンＭＰ２１の解像に適している。
４重極照明の各光源の方向は上記のようにすると対称性がよいパターンとなる。４光束が瞳に入射する最小半径は次式で与えられる。
【００５９】
【数８】
2007123333.tif 000010
【００６０】
また、４光束が瞳に入射する最大半径は図７の円より小さい半径である。この円より小さい半径にすると４光束のみが瞳に入射するが、この円より大きい半径だと４光束より多くの回折光が瞳に入射し、デフォーカスの悪化が大きくなる。このため、次式が成立する。
【００６１】
【数９】
2007123333.tif 000011
【００６２】
【数１０】
2007123333.tif 000012
【００６３】
【数１１】
2007123333.tif 000013
【００６４】
【数１２】
2007123333.tif 000014
【００６５】
以上が４光束干渉の瞳の大きさの条件である。
【００６６】
たとえば、パターンＭＰ２１のピッチについて、Ｐｘ１とＰｙ１が等しいとき、Ｐと置くと
【００６７】
【数１３】
2007123333.tif 000015
【００６８】
【数１４】
2007123333.tif 000016
【００６９】
【数１５】
2007123333.tif 000017
【００７０】
従って、４光束全てが瞳に入射する条件は数式８より次式で規定される。
【００７１】
【数１６】
2007123333.tif 000018
【００７２】
４光束より多く回折光が瞳に入射しないための条件は数式１２より次式の通りである。
【００７３】
【数１７】
2007123333.tif 000019
【００７４】
数式１６及び数式１７から数式１８が成立する。
【００７５】
【数１８】
2007123333.tif 000020
【００７６】
数式１５を満足するパターンが４光束干渉するＮＡは次式で与えられる。
【００７７】
【数１９】
2007123333.tif 000021
【００７８】
光源の中心位置を次のように設定する。
【００７９】
【数２０】
2007123333.tif 000022
【００８０】
【数２１】
2007123333.tif 000023
【００８１】
この場合、光源の方向は４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。また、σはσ＝ａ＋σｒとなる。
【００８２】
一方、混在パターンではＭＰ２１を結像させるための光がＭＰ２２のパターンも照明するから、ＭＰ２２の結像の様子について以下に述べる。
パターンＭＰ２１のハーフピッチはＰｘ１／２とＰｙ１／２であったが、パターンＭＰ２２のハーフピッチはＰｘ２／２とＰｙ２／２とする。
【００８３】
このとき、図８（ａ）のように、パターンＭＰ２１を４光束干渉させる条件でパターンＭＰ２２を照明すると図８（ｂ）のような回折光Ａ，Ｂ，Ｅのような３光束干渉となる。ここで、図８（ａ）は、パターンＭＰ２１を４光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。図８（ｂ）は、パターンＭＰ２２を３光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。
【００８４】
パターンが大きくなり回折角の入射角度が小さくなると、相対的に回折角の入射角度に対して瞳半径が大きくなる。回折角の入射角度に対して瞳半径が図８（ｂ）に示す点線のようになると高次光が瞳を入射して５光束干渉となり、瞳半径が点線より小さいとき、瞳内を３光束が入射する。図８（ａ）と図８（ｂ）において、長さａ、角度αは共通のため等しい。このため、数式６と、ａについて数式７が成立する。ＮＡの最小値は４光束が瞳に入射する条件より、ａについて数式８が成立する。ＡＢ＝ＥＦ＝１／Ｐｙｏ２、Ｅから線ＡＢまでの長さは１／Ｐｘｏ２だから、
ＮＡの最大値は３光束が瞳に入射する条件から次式のようになる。
【００８５】
【数２２】
2007123333.tif 000024
【００８６】
【数２３】
2007123333.tif 000025
【００８７】
従ってＭＰ２１を４光束干渉させる条件でＭＰ２２を解像させるためにはＮＡ，λ、パターンピッチの間でこれらの関係を満足するとよい。すなわちパターンピッチの下限は数式８であり、上限は数式１２または数式２３のどちらか小さいパターンピッチできまり、パターンピッチはこれら下限と上限の間にすると、必ず３光束干渉または４光束干渉が行なわれるためＣＤ深度が得られるようになる。
【００８８】
この条件を満たすことによって、パターンＭＰ２１が４光束干渉し、パターンＭＰ２２が３光束干渉するように光が入射され、瞳の中心位置に対してなるべく対称に回折光が分布する。これより多くの回折光が入射すると、図７に示すように、回折光の分布が瞳中心に対して対称でなくなるため、デフォーカス波面の位相差が大きくなり、デフォーカス時の像性能が悪化する。しかしながらこのような光は、数式１２または数式２３によって排除される。先ほどの例で、パターンＭＰ２１のピッチについて、Ｐｘ１とＰｙ１が等しいとき、パターンＭＰ２２のピッチについて、Ｐｘ２とＰｙ２が等しく、Ｐｘ１とＰｘ２が等しいとき、これらをＰと置く。このとき、４光束より多く回折光が瞳に入射しない条件は次式で規定される。
【００８９】
【数２４】
2007123333.tif 000026
【００９０】
数式１５で規定されるパターンが３光束又は４光束干渉するＮＡは次式で与えられる。
【００９１】
【数２５】
2007123333.tif 000027
【００９２】
次に、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、ある光源からの光がパターンＭＰ２２を結像させる条件について検討する。図９（ａ）に示す有効光源（白色部分）からは、図９（ｂ）に示すように、０次回折光は位置Ａに入射し、他の回折光がその周囲に回折する。０次回折光Ａと１次回折光Ｂ及びＣが瞳に入射すると０次回折光Ａと１次回折光Ｂ及びＣが干渉し、３光束干渉となる。３光束干渉を与える瞳の大きさと光源の位置は次のようになる。パターンＭＰ２２のＸ方向のピッチをＰｘ２、Ｙ方向のピッチをＰｙ２とする。３光束が瞳の中心位置Ｏに対して対称に入射すると距離ａ乃至ｃが等しくなる。図９（ｂ）に示す回折光Ａ乃至Ｃの３光束干渉を考える。Ｐｘ２、Ｐｙ２をＮＡとλで規格化し、Ｐｘｏ２、Ｐｙｏ２で表すと、数式２及び３のようになる。距離ａ乃至ｃが等しくなる条件では、ＡＢの中点をＬ、ＣＤの中点をＭとするとＡＭとＡＣのなす角とＡＣとＡＬのなす角は等しく、ＡＯとＡＣのなす角は等しい。これらの角をα／２とすると、ＡＭとＡＯのなす角はαとなる。
【００９３】
【数２６】
2007123333.tif 000028
【００９４】
【数２７】
2007123333.tif 000029
【００９５】
【数２８】
2007123333.tif 000030
【００９６】
ａｓｉｎ（α）＝１／Ｐｙより次式が成立する。
【００９７】
【数２９】
2007123333.tif 000031
【００９８】
瞳の中心位置を点Ｏとすると、光源位置を距離ａ、方向αを数式７、数式２８のように配置する。以上が、３光束干渉の光源位置の条件である。対称性から０，α、π―α、π、π＋α、２π―αの方向でも同じである。このようにして６重極照明が導かれる。６重極照明の各光源の方向は０，α、π―α、π、π＋α、２π―αとする。パターンＭＰ２２の解像のために３光束を干渉させるには、図１３（ａ）に示す６重極照明が好適である。この場合、図１３（ｂ）に示すように、６重極のある１つの有効光源からの光がパターンによって回折して千鳥格子状の回折パターンとなり、０次回折光Ａと１次回折光のＢ，Ｃの３光束が瞳内を通過及び干渉する。６重極照明は、６重極の全ての光源がこのような３光束干渉を行うので、パターンＭＰ２２の解像に適している。６重極照明の各光源の方向は上記のようにすると対称性がよいパターンとなる。このとき３光束が瞳に入射する最小半径は、次式で与えられる。
【００９９】
【数３０】
2007123333.tif 000032
【０１００】
また、３光束が瞳に入射する最大半径は図１０に示す点線より小さい半径である。点Ｏが中心となる光源の他の光源では、例えば、図１０のように点Ｏ１が中心となり、ａ＝ｂ＝ｃ＝ａ’＝ｂ’＝ｃ’となる。点線より小さい半径にすると３光束のみが瞳に入射するが、点線より大きい半径だと４光束以上の回折光が瞳に入射し、デフォーカスの悪化が大きくなる。従って、次式が成立する。
【０１０１】
【数３１】
2007123333.tif 000033
【０１０２】
以上が、３光束干渉の瞳の大きさの条件である。
【０１０３】
例えば、パターンのピッチがＰｘ２＝Ｐｙ２＝Ｐのとき、パターンのハーフピッチをＮＡとλで規格化してｋ１で表すとａ＝１／（３．２ｋ１）、α＝５３（deg）、光源の中心位置は１／（３．２ｋ１）となる。６重極照明の各光源の方向は５３°、１２７°、１８０°、２３３°、３０７°に設定すると対称性がよいパターンとなる。この時の最小解像力は、１／（３．２ｋ１）＜１より、次式で規定される。
【０１０４】
【数３２】
2007123333.tif 000034
【０１０５】
【数３３】
2007123333.tif 000035
【０１０６】
瞳の大きさ（ＮＡ）が決まっているときはパターンのハーフピッチを数式３３に示すように設定する。パターンのハーフピッチが決まっているときは瞳の大きさ（ＮＡ）を次式のように設定する。
【０１０７】
【数３４】
2007123333.tif 000036
【０１０８】
一方、混在パターンではＭＰ２２を結像させるための光がＭＰ２１のパターンも照明するから、ＭＰ２１の結像の様子について以下に述べる。
パターンＭＰ２１のハーフピッチはＰｘ１／２とＰｙ１／２、パターンＭＰ２２のハーフピッチはＰｘ２／２とＰｙ２／２である。
以下、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して、パターンＭＰ２２を３光束干渉させる条件でパターンＭＰ２１を照明すると図１１（ｂ）のように回折光Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｄの４光束干渉となる。図１１（ｂ）は、パターンＭＰ２１を４光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。図１１（ａ）は、パターンＭＰ２２を３光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。図１１（ａ）と図１１（ｂ）において、長さａ、角度αは共通のため等しい。まず、次式、数式２８及び２９が成立する。
【０１０９】
【数３５】
2007123333.tif 000037
【０１１０】
【数３６】
2007123333.tif 000038
【０１１１】
４光束が瞳に入射する最小半径は、図１１（ｂ）に示す円より大きい半径である。
【０１１２】
【数３７】
2007123333.tif 000039
【０１１３】
【数３８】
2007123333.tif 000040
【０１１４】
従ってＭＰ２２を３光束干渉させる条件でＭＰ２１を解像させるためにはＮＡ，λ、パターンピッチの間でこれらの関係を満足するとよい。すなわちパターンピッチの下限は数式３０または数式３８のどちらか大きい方できまり、上限は数式３１のパターンピッチであり、パターンピッチはこれら下限と上限の間にするとＣＤ深度が得られるようになる。
【０１１５】
この条件を満たすことによって、パターンＭＰ２１が４光束干渉し、パターンＭＰ２２が３光束干渉する。これより多くの回折光が入射する条件は数式３８によって排除される。
【０１１６】
先ほどの例で、パターンＭＰ２１のピッチについて、Ｐｘ１とＰｙ１が等しいとき、パターンＭＰ２２のピッチについて、Ｐｘ２とＰｙ２が等しく、Ｐｘ１とＰｘ２が等しいとき、これらをＰと置くと４光束より多く回折光が瞳に入射しない条件は次式で規定される。ａ＝ｂ＝ｃ＝１／（３．２ｋ１）、α＝２ｔａｎ−１（０．５）より、数式３７は次式のようになる。
【０１１７】
【数３９】
2007123333.tif 000041
【０１１８】
【数４０】
2007123333.tif 000042
【０１１９】
また、ＮＡの最大値は３光束が瞳に入射する条件より、次式が成立する。
【０１２０】
【数４１】
2007123333.tif 000043
【０１２１】
従って、次式が成立する。
【０１２２】
【数４２】
2007123333.tif 000044
【０１２３】
以上から、数式１４を満足するとき、３光束又は４光束干渉するための条件は数式４２で規定される。数式１５からＮＡの条件は次式で与えられる。
【０１２４】
【数４３】
2007123333.tif 000045
【０１２５】
更に、６重極照明において、軸上の光源がパターンＭＰ２１を４光束干渉する際、適していないことを次に示す。６重極照明はパターンＭＰ２２を３光束干渉で解像するためには適しているが、パターンＭＰ２１を４光束干渉で解像するときはそうではない。図１４（ａ）に示す６重極照明はパターンＭＰ２１を図１４（ｂ）に示すように解像する。６重極照明の６つの光源Ｓ１乃至Ｓ６のうち軸上ではないＳ５の光源では瞳面上では、図１４（ｂ）に示すように、Ａ乃至Ｄの４光束干渉となる。６重極照明の軸上の光源Ｓ１はＡ、Ｇの２光束干渉またはＡ、Ｇ、Ｅ、Ｆの４光束干渉となり、対称な４光束干渉とならず、Ｘ、Ｙ方向の非対称性を大きくする。
【０１２６】
４つの光源Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６は全て４光束干渉をしているが、軸上の光源Ｓ１及びＳ４は他の４つの光源と同じような４光束干渉とはならないのでパターンＭＰ２１の解像性能が悪化する。軸上の光源Ｓ１及びＳ４を除くとパターンＭＰ２２を３光束干渉で解像する場合でも、パターンＭＰ２１を４光束干渉するときと同様に、解像性能はよいことが理解される。
【０１２７】
以下、３光束干渉又は４光束干渉の偏光状態について説明する。液浸露光装置では、例えば、ＮＡ＝１．３５の液浸露光装置が計画されている。水の屈折率は約１．４４である。ＮＡ＝１．３５の光学系では最大入射角をθとすると、ＮＡ＝ｎｓｉｎθ、ｎ＝１．４４から、θ＝７０°である。斜入射照明の場合、パターンのピッチによっては入射角が４５度付近になるので、干渉性は偏光状態に大きく依存する。そのため、照明光も干渉性のよい偏光方向にする必要がある。
【０１２８】
照明光の偏光の向きは３光束干渉でも４光束干渉でも、図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）に示すように、ハーフトーンマスクに対しては動径方向（ラジアル）偏光が好ましい。バイナリーマスクに対しては３光束干渉では接線方向（タンジェンシャル）偏光が好ましいが、４光束干渉ではラジアル偏光が好ましく、従って無偏光照明がよい。バイナリーマスクではどちらも偏光の効果は少ないので無偏光照明で問題はない。
【０１２９】
図１５（ａ）は、パターンＭＰ２１及びＭＰ２２を照明するラジアル偏光の４重極照明を示している。図１５（ｂ）は、パターンＭＰ２１を４光束干渉する場合の瞳と回折光との関係を示す平面図である。図１５（ｃ）は、パターンＭＰ２２を３光束干渉する場合の瞳と回折光との関係を示す平面図である。なお、マスク１３０からの回折光は理想的には入射光と同じ向きに偏光しているから、０次回折光の偏光方向と１次回折光の偏光方向は同じである。
【０１３０】
図１５（ｂ）は、光源Ｓ３とＳ４からの０次回折光と１次回折光の４光束の様子を示す。光源Ｓ４について、０次回折光Ａと１次回折光Ｂ乃至Ｄは４光束干渉するが、ラジアル偏光にすると回折光Ａ乃至Ｄは図１５（ｂ）に示す偏光方向となり、ＢとＤの干渉性がよくなる。同様に、光源Ｓ４について、０次回折光Ａと１次回折光Ｂ及びＣの３光束が干渉するが、ラジアル偏光にすると回折光Ａ乃至Ｃは図１５（ｃ）に示す偏光方向となり、ＢとＣの干渉性がよくなる。
【０１３１】
ハーフトーンマスクの場合、０次回折光Ａと１次回折光は振幅の符号が異なり大きさが異なるが、４光束干渉ではＢとＤは振幅が同じなので、ＢとＤの干渉性がよいとコントラストがよい。３光束干渉ではＢとＣは振幅が同じなので、ＢとＣの干渉性がよいとコントラストがよい。ハーフトーンマスクの場合、タンジェンシャル偏光にすると回折光Ａ乃至Ｃの偏光方向が９０度回転した向きとなり、これらの干渉性が弱くなるためコントラストが低下する。
【０１３２】
しかし、バイナリーマスクの場合、パターンＭＰ２２の３光束干渉ではピッチが小さくなると、照明光の偏光の向きはタンジェンシャル偏光にしたほうがよい場合もある。０次回折光Ａと１次回折光Ｂ，Ｃは振幅の符号が同じなので、ＢとＣの干渉性より、ＡとＢ、ＡとＣと２組の干渉性のよいほうが、コントラストを得られる場合がある。もっとも、バイナリーマスクの場合、３光束干渉でも４光束干渉でも偏光による差がそれほど大きくないので無偏光でもよい。
【０１３３】
図１６（ａ）に示すラジアル偏光の６重極照明がパターンＭＰ２０を照明する場合について軸上でない４つの光源では図１５の説明と同様である。
軸上の光源ではＡとＧの２光束干渉、又は、ＡとＧとＥとＦの４光束干渉となるが、ＡとＧの干渉性が悪く、ＥとＦの干渉はＹ方向の周期のコントラストには貢献するがＸ方向の周期のコントラストには貢献しない。
【０１３４】
以上、混在パターンＭＰの照明方法は、図２（ａ）に示すように、軸上を除いたそれぞれの４重極照明が好適である。これら、８重極照明としてもいいし、パターンＭＰ２１とパターンＭＰ２２、のピッチが近いときは図３に示すような４重極照明としてもいい。
【０１３５】
ピッチが複数あるような、ＭＰ２１（行列状パターン）のピッチがｎｉ個あり、前記ＭＰ２２（千鳥格子状）パターンのピッチがｎｊ個あるときにも一般化できる。
【０１３６】
パターンＭＰ２１のＸ方向のピッチをＰｘｉ，Ｙ方向のピッチをＰｙｉ（１≦ｉ≦ｎｉ）、パターンＭＰ２２のＸ方向のピッチをＰｘｊ，Ｙ方向のピッチをＰｙｊ（１≦ｊ≦ｎｊ）とする。その場合に、パターンＭＰ２１とパターンＭＰ２２の最適な露光条件を満たすために、中心位置ａｉ、列方向からの角度αｉ、π−αｉ、π＋αｉ、２π−αｉの４方向に位置し、また、中心位置ａｊ、列方向からの角度αｊ、π−αｊ、π＋αｊ、２π−αｊの４方向に位置する光を含む有効光源を設定する。
【０１３７】
【数４４】
2007123333.tif 000046
【０１３８】
【数４５】
2007123333.tif 000047
【０１３９】
【数４６】
2007123333.tif 000048
【０１４０】
【数４７】
2007123333.tif 000049
【０１４１】
【数４８】
2007123333.tif 000050
【０１４２】
【数４９】
2007123333.tif 000051
【０１４３】
【数５０】
2007123333.tif 000052
【０１４４】
【数５１】
2007123333.tif 000053
【０１４５】
３光束干渉または４光束干渉をさせるために、ＮＡ，λ、パターンピッチの関係については下記の式を満たすようにする。
αｉ、ａｉについては数式５２，５３，５４の３つの不等式を成立させる。
αｊ、ａｊについては数式５５，５６，５７の３つの不等式を成立させる。
この不等式を満足できないような広い範囲のパターンピッチであるようなときは、後で述べるように補助パターンを入れて、不等式を成立させるようなピッチの範囲にすればよい。後で述べる例では、最小ピッチの１．５倍や２倍のピッチがあるようなとき、補助パターンを入れることによって、所望のパターンと補助パターンとのピッチがその半分になる。
【０１４６】
【数５２】
2007123333.tif 000054
【０１４７】
【数５３】
2007123333.tif 000055
【０１４８】
【数５４】
2007123333.tif 000056
【０１４９】
【数５５】
2007123333.tif 000057
【０１５０】
【数５６】
2007123333.tif 000058
【０１５１】
【数５７】
2007123333.tif 000059
【０１５２】
パターンのピッチが変更可能であれば、パターンＭＰの最適な露光条件である４つの光源の中心位置ａを一致させるために、パターンＭＰ２２のピッチをパターンＭＰ２１のピッチよりも相対的に大きくするとよい。即ち、パターンＭＰ２１のＸ方向のピッチをＰｘ，Ｙ方向のピッチをＰｙであるとき、Ｘ方向のピッチとＹ方向のピッチとの比をほとんど同じにし、パターンＭＰ２２のピッチをＰｘｂ、Ｐｙｂとすると次式のようにする。
【０１５３】
【数５８】
2007123333.tif 000060
【０１５４】
【数５９】
2007123333.tif 000061
【０１５５】
ここで、ｄを以下のように定義する。
【０１５６】
【数６０】
2007123333.tif 000062
【０１５７】
すると、次式が成立する。
【０１５８】
【数６１】
2007123333.tif 000063
【０１５９】
【数６２】
2007123333.tif 000064
【０１６０】
ａ１＝ａ２＝ａとするためには、以下のようでなければならないから数式６４が成立する。
【０１６１】
【数６３】
2007123333.tif 000065
【０１６２】
【数６４】
2007123333.tif 000066
【０１６３】
また、Ｃを以下のように定義する。
【０１６４】
【数６５】
2007123333.tif 000067
【０１６５】
すると次式が成立する。
【０１６６】
【数６６】
2007123333.tif 000068
【０１６７】
Ｐｘ／Ｐｙ＝Ｐｘｂ／（Ｐｙｂ）＝ｄ＝１のとき、Ｐｙｂ／Ｐｙ＝Ｐｘｂ／Ｐｘ＝０．８８４となるので、パターンＭＰ２２のピッチを０．８８４倍すると４つの光源の中心位置ａが一致する。
【０１６８】
孤立ホールパターンがあったときは図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように孤立パターンの周囲に８個又は６個の補助パターンを置く。補助パターンは孤立ホールパターンより小さいホールとする。図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、孤立パターンを白いホールで、周囲の補助パターンを灰色のホールで示している。補助パターンは所望のパターンよりも小さく、所望のパターンの解像を補助するが補助パターン自体は解像しないように大きさが決められる。
【０１６９】
補助パターンの幅ＳはパターンのハーフピッチＰｘ／２の０．６倍から０．８倍がよい。補助パターンとの横方向のピッチをＰｘ、縦方向のピッチをＰｙは、密集パターンの最小ピッチにあわせるとよい。あるいは密集パターンと異なるピッチがあったときは、ピッチが同じくらいになるように補助パターンを置く場合がある。
【０１７０】
例えば、図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）に示すように、ピッチがＰｙ，２Ｐｙ，１．５Ｐｙであるようなパターンを考える。図２３（ｂ）に示すピッチ２Ｐｙのパターンは図２４（ｂ）に示すように、補助パターンをホール列の中間に補助パターンを配置し、図２４（a）、図２４（ｂ）は同ピッチにすることができる。図２３（ｃ）に示すピッチ１．５Ｐｙのパターンはこのようには配置できない。このとき、密集パターンのＸ方向のピッチをＰｘ，Ｙ方向のピッチをＰｙであるとする。この場合は、図２４（ｃ）に示すように、補助パターンは、ピッチ２Ｐｙは補助パターンをホール列の中間に補助パターンを配置しピッチＰｙの密集パターンとし、ピッチ１．５ＰｙではＸ方向にハーフピッチずらして配置することができる。後者の場合、ピッチ０．７５Ｐｙとなる。図２３（ａ）に示すパターンと図２４（ａ）に示すパターンは同じである。図２４（ｂ）（ｃ）は、所望のパターンを白いホールで、周囲の補助パターンを灰色のホールで示している。補助パターンは所望のパターンよりも小さく、所望のパターンの解像を補助するが補助パターン自体は解像しないように大きさが決められる。
図２４（ａ）に示す密集パターンと図２４（ｂ）に示す中央の補助パターンを入れた４角形の格子からなる密集パターンでは、Ｐｘｏ／Ｐｙｏ＝ｄと定義すると数式６１が成立し、最適露光条件は次式で与えられる。
【０１７１】
【数６７】
2007123333.tif 000069
【０１７２】
Ｐｘ＝Ｐｙのときａは次式で与えられる。
【０１７３】
【数６８】
2007123333.tif 000070
【０１７４】
一方、図２４（ｃ）のパターンでは、最適露光条件は次式で与えられる。
【０１７５】
【数６９】
2007123333.tif 000071
【０１７６】
【数７０】
2007123333.tif 000072
【０１７７】
Ｐｘ＝Ｐｙのときａは次式で与えられる。
【０１７８】
【数７１】
2007123333.tif 000073
【０１７９】
最適露光条件を図２のような８重極照明としてもいいが、数式６８と７１のａ１、ａ２が非常に近いため、最適露光条件を図３のような４重極照明として設定することができる。このとき、補助パターン以外の所望のパターンで大きさ補正（バイアス）をすることは必要である。
【実施例１】
【０１８０】
実施例として、ＡｒＦエキシマレーザーとＮＡ＝１．３５の液浸露光装置でパターンＭＰ２０を同時に結像させる。水の屈折率は約１．４４である。４重極照明での結像性能を、コントラストとＣＤ深度を評価尺度として用い、検討した結果を示す。コントラストはＸ断面の強度分布の、強度最大値と強度最小値から定義する。パターンＭＰ２１では、Ｘ断面とＹ断面でのコントラストは同様に定義できるが、パターンＭＰ２２ではＹ断面でのコントラストはＸ断面と同様に定義できない。パターンＭＰ２２では、Ｙ方向にはコンタクトホールが１列おきにあるためである。
【０１８１】
また、露光工程では、露光量の誤差やフォーカス設定誤差がどうしても存在するが、実際に考えるこれらの誤差範囲内で像面にコンタクトホールが作成されなければならない。また、レジストを感光させるため、コントラスト４０％以上が必要であるといわれている。露光量の誤差を５％と見積もって、像面上のコンタクトホールの大きさが所定のコンタクトホール幅に対して１０％以内の変動を許容し、かつコントラスト４０％以上を満たすフォーカス範囲を実用的な深度と定義する。即ち、５％の露光量の変化に対して、所定のコンタクトホール幅をＷとすると、像面上のコンタクトホールの幅が９０％以上１１０％以下に収まり、かつ、コントラスト４０％以上を満たすフォーカス範囲を深度と定義した。
【０１８２】
縦方向と横方向のピッチが同じ、数式１４のパターンＭＰ２０を４重極照明によって解像する。上述の液浸露光装置でコンタクトホールのピッチを変えて結像させた場合のコントラストと深度を示す。マスクはハーフトーンマスクを用いる。
まず、偏光方向によりコントラストがどのように変化するかを調べた。
【０１８３】
有効光源は図２（ａ）に示す４重極照明、σ＝０．７０、４／５輪帯（輪帯内側σ＝０．５６）とし、中心角３０°を切り出した。偏光は図１５（ａ）に示すラジアル偏光と、ラジアル偏光と直交するタンジェンシャル偏光と、無偏光の照明を比較した。
【０１８４】
図１８（ａ）はパターンＭＰ２１のＸ断面でのコントラストを示す。図１８（ｂ）はパターンＭＰ２２のＸ断面でのコントラストを示す。横軸がコンタクトホールのハーフピッチ（ｎｍ）、縦軸がコントラストピークである。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）より、パターンＭＰ２１でもパターンＭＰ２２でもラジアル偏光が高コントラストであることが理解される。この照明条件では、パターンＭＰ２１のＸ断面とＹ断面でのコントラストは一致する。パターンＭＰ２２のＸ断面とＹ断面では非対称性があるが、Ｙ断面でもラジアル偏光が優位である。
【０１８５】
次に、ラジアル偏光の４重極照明がハーフピッチに対し、焦点深度がどのように変化するかを調べる。有効光源は４／５輪帯からの切り出した４重極照明としたが、σをパラメータにとった。偏光方向はラジアル偏光とした。図１９（ａ）はパターンＭＰ２１の焦点深度を示す。  図１９（ｂ）はパターンＭＰ２２の焦点深度を示す。横軸がコンタクトホールのハーフピッチ（ｎｍ）、縦軸が深度（μｍ）である。
【０１８６】
上述したように、パターンＭＰ２１及びＭＰ２２のハーフピッチＰｘ／２とＰｙ／２が等しい場合、ハーフピッチをＰｘ／２＝Ｐｙ／２＝Ｐ／２とすると数式１５から４光束より多く回折光が瞳に入射しないためには数式２４及び数式２５が成立する。この条件でパターンＭＰ２１は４光束干渉し、パターンＭＰ２２は３光束干渉してパターンを形成し、焦点深度を確保することができる。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、この条件を満たすハーフピッチの範囲、０．３５４＜ｋ１＜０．５６（数式２４）を枠線で囲ってある。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）より、パターンＭＰ２１及びＭＰ２２は共にこの条件を満たすとき、焦点深度が０．２μｍ以上得られていることが理解される。
【０１８７】
また、４重極の中心位置ａが次式を満足するときに４光束干渉では最適である。
【０１８８】
【数７２】
2007123333.tif 000074
【０１８９】
また、４重極の中心位置ａが次式を満足するときに３光束干渉では最適である。
【０１９０】
【数７３】
2007123333.tif 000075
【０１９１】
σはσ＝ａ＋σｒより最適なσが見積もられるが、例えば、ハーフピッチが６５（ｎｍ）のとき、４光束干渉ではσ＝０．８６となる。３光束干渉ではσ＝０．７６であり、この条件を満たすとき深度が最大に得られることが確認される。パターンＭＰ２１及びＭＰ２２同時に焦点深度を確保するためにはハーフピッチが６５（ｎｍ）のとき、σ＝０．８０とすればよい。従って、４重極照明ではパターンＭＰ２２に対してもパターンＭＰ２１と同様に、最適な照明方法であることが理解される。
【０１９２】
この実施例でも明らかなように、より微細なパターンでは３光束干渉のほうが深度が得られている。したがってなるべく微細なパターンを解像したいならば、４光束干渉の最適条件を優先するか、３光束干渉の最適条件を４光束干渉の最適条件の近づけるような、たとえばパターンピッチの調整などが考えられる。
【実施例２】
【０１９３】
縦方向と横方向のピッチが同じ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝ＰのパターンＭＰ２１とＢバターンが混在しているパターンを６重極照明によって解像する。実施例１と同様の液浸露光装置を使用してコンタクトホールのピッチを変えて結像させた場合のコントラストと焦点深度を示す。マスクはハーフトーンマスクを用いた。まず、偏光方向によりコントラストがどのように変化するかを調べた。有効光源は図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示す６重極照明で、σ＝０．７０、σｒ＝０．１０とした。偏光はラジアル偏光と、ラジアル偏光と直交するタンジェンシャル偏光と、無偏光照明とを比較する。
【０１９４】
図２０（ａ）はパターンＭＰ２１のＸ断面でのコントラストを示す。図２０（ｂ）はパターンＭＰ２２のＸ断面でのコントラストを示す。横軸がコンタクトホールのハーフピッチ（ｎｍ）、縦軸がコントラストピークである。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）より、パターンＭＰ２１でもパターンＭＰ２２でもラジアル偏光が高コントラストである。この照明条件では、パターンＭＰ２２ではどの方向からも一様であるが、パターンＭＰ２１のＸ断面とＹ断面でのコントラストは一致しない。パターンＭＰ２１のＸ断面ではハーフピッチ７６（ｎｍ）以上、ｋ１＞０．５３４では軸上の光源が４光束干渉となる。このため、ラジアル偏光ではＹ方向のほうが干渉性よく、Ｘ断面ではコントラストが低下する。しかし、パターンＭＰ２１のＸ断面ではコントラストが低下しやすいにもかかわらず、Ｘ断面でもラジアル偏光が優位である。
【０１９５】
次に、ラジアル偏光の４重極照明がハーフピッチに対し、ＣＤ深度がどのように変化するかを調べた。有効光源はσｒ＝０．１０とし、σをパラメータにとった。偏光方向はラジアル偏光とした。図２１（ａ）はパターンＭＰ２１の焦点深度を示す。図２１（ｂ）はパターンＭＰ２２の焦点深度を示す。横軸がコンタクトホールのハーフピッチ（ｎｍ）、縦軸が焦点深度（μｍ）である。上述したように、パターンＭＰ２１及びＭＰ２２のハーフピッチＰｘ／２とＰｙ／２が等しい場合、ハーフピッチをＰｘ／２＝Ｐｙ／２＝Ｐ／２とすると数式１５から、４光束より多く回折光が瞳に入射しないためには、数式４２及び４３が成立する。
【０１９６】
この条件でパターンＭＰ２１は４光束干渉し、パターンＭＰ２２では３光束干渉してパターンを形成し、ＣＤ深度を確保する。図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、この条件を満たすハーフピッチの範囲、０．４０＜ｋ１＜０．５９（数式４２）を枠線で囲っている。図２１（ａ）及び図２１（ｂ）より、パターンＭＰ２１及びＭＰ２２共にこの条件を満たすときにＣＤ深度０．２μｍが得られるが、パターンＭＰ２１の深度がパターンＭＰ２２に比べて小さいことが確認される。従って、６重極照明ではパターンＭＰ２２に対しては最適な照明方法であるが、パターンＭＰ２１にとっては軸上の有効光源が結像性能を悪化させるために、パターンＭＰ２１では深度が得られにくい。
【実施例３】
【０１９７】
次に、図２３のようなパターンに補助パターンを入れて、図２４のようなＭＰ２１（行列状）パターンとＭＰ２２（千鳥格子状）のパターンが混在するパターンの照明条件について述べる。
マスクはハーフトーンマスクを用い、コンタクトホールの大きさは６０ｎｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝１２０ｎｍ、補助パターンの幅は６０＊０．８＝４８（ｎｍ）とした。今までと同じ露光条件、波長ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＮＡ＝１．３５の液浸露光装置で、露光する。
Ｘ，Ｙ方向のハーフピッチＰｘ／２＝Ｐｙ／２＝６０ｎｍをｋ１であらわすとｋ１＝０．４２、すなわちＰｘｏ／２＝Ｐｙｏ／２＝０．４２、Ｐｘｏ／Ｐｙｏ＝ｄ＝１となる。
【０１９８】
照明条件は前にも述べたように、図２４（ａ）、（ｂ）のパターンでは、最適な露光条件が数式６４より、次式のようになる。
【０１９９】
【数７４】
2007123333.tif 000076
【０２００】
【数７５】
2007123333.tif 000077
【０２０１】
図２４（ｃ）のパターンでは、最適な露光条件が、数式６５、６７より、次式のようになる。
【０２０２】
【数７６】
2007123333.tif 000078
【０２０３】
【数７７】
2007123333.tif 000079
【０２０４】
ａ１とａ２、α１とα２が近い値になるため、最適な照明条件を図３のような４重極照明として設定することができる。ａ１とａ２を包含するようにした輪帯の、α１とα２を包含する方向の円弧を残し、すなわち輪帯の中心が０．８５、０．７５５≦σ≦０．９４５の範囲で、５６（ｄｅｇ）を中心に±１５度の中心角の円弧を、ｘ軸ｙ軸に対称になるよう４箇所で切り出した。偏光はラジアル偏光（動径方向の偏光）とした。
【０２０５】
これらの条件で露光した結果を示す。図２５は図２４の（ａ）と（ｃ）のパターンを露光した二次元強度分布を示す。図２６は図２３の（ａ）、（ｃ）のパターンを露光した二次元強度分布を示す。所定の大きさになる強度とその強度の±２０％の等高線を示してある。実際には左下のパターンのホールには現像後のパターンの大きさが同じになるように大きさのバイアス補正をしてある。
【０２０６】
図２５，２６（１）はベストフォーカスでの結果、図２５，２６（２）は±０．１μｍデフォーカスの結果を示す。図２５と図２６を比較すると、ベストフォーカスでは図２５（１）（補助パターンを入れたもの）のほうがＹ方向のコントラストがよくＹ方向の伸びが抑えられている。デフォーカス時ではいっそう図２５（２）の、補助パターンを入れたほうがコントラストが良好であることがわかる。補助パターンを入れていないものはｙ方向のピッチはフォービデン（ｆｏｒｂｉｄｄｅｎ）ピッチなので深度が得られないが、補助パターンを入れることによって左側の密集パターンと同じくらい深度が得られるようになる。
【０２０７】
次に、露光装置１００を利用したデバイス製造方法を図２９及び図３０を参照して説明する。ここで、図２９は，半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ステップ１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり，アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では，ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０２０８】
図３０は、図２９のステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクパターンＭＰ２０をウェハ１７０に露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハ１７０を現像する。ステップ１８（エッチング）では，現像したレジスト像以外の部部を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では，エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ１７０上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった混在パターンＭＰ２０を安定して解像して高精度の半導体デバイスを製造することができる。
【０２０９】
以上の結果から、４重極照明を混在パターンに対して最適化することによって、コンタクトホールパターンが３光束干渉又は４光束干渉により結像し、ＣＤ深度０．２μｍ以上を確保することができる。従って、上述の実施例の露光方法は、コンタクトホールの微細化に対して、実用的で有効な方法である。
【０２１０】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本発明の一実施例の露光装置の概略ブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す露光装置の開口絞りに適用可能な一形状の概略平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す有効光源で行列状のコンタクトホールパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す有効光源で千鳥格子状のコンタクトホールパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である
【図３】図１に示す露光装置の開口絞りに適用可能な別の一形状の概略平面図である。
【図４】図１に示すマスクパターンの基本構成の概略平面図である。
【図５】図５（ａ）は、図４に示す基本パターンを適用した図１に示すマスクパターンの一例の平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す左側のパターンの回折光を示す平面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す右側のパターンの回折光を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は、ある光源からの光が図５（ａ）の左側に示すパターンを４光束干渉させる条件を検討するための有効光源形状を示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す有効光源からの回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。
【図７】図５（ａ）の左側に示すパターンを４光束干渉させるために４光束が瞳に入射する最大半径を説明するための概略平面図である。
【図８】図８（ａ）は、図５（ａ）の左側のパターンを４光束干渉させる回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。図８（ｂ）は、図５（ａ）の右側のパターンを３光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。
【図９】図９（ａ）は、ある光源からの光がパターン図５（ａ）の右側のパターンを３光束干渉させる条件を検討する有効光源形状を示す平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す有効光源からの回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。
【図１０】図５（ａ）の右側に示すパターンを３光束干渉させるために３光束が瞳に入射する最大半径を説明するための概略平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図５（ａ）に示す右側のパターンを４光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。図１１（ｂ）は、図５（ａ）に示す左側パターンを３光束干渉させる瞳と回折光との関係を示す平面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、行列状のコンタクトホールパターンに解像に適した４重極照明の有効光源形状を示す概略平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す有効光源で行列状のコンタクトホールパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示す有効光源で千鳥格子状のコンタクトホールパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である
【図１３】図１３（ａ）は千鳥格子状のコンタクトホールパターンの解像に適した６重極照明の有効光源形状を示す平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す有効光源で図５（ａ）に示す右側のパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、６重極照明の有効光源形状を示す平面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す有効光源で図５（ａ）に示す左側のパターンを照明した場合の回折光と瞳との関係を示す概略平面図である。
【図１５】図１５（ａ）は、図５（ａ）に示すパターンを照明するラジアル偏光４重極照明の有効光源形状を示す平面図である。図１５（ｂ）は、図５（ａ）に示す左側パターンを４光束干渉する場合の瞳と回折光との関係を示す平面図である。図１５（ｃ）は、図５（ａ）に示す右側パターンを３光束干渉する場合の瞳と回折光との関係を示す平面図である。
【図１６】図１６（ａ）は、ラジアル偏光の６重極照明の有効光源を示す平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示す有効光源で図５（ａ）に示す右側のパターンを照明する場合の回折光と瞳との関係を示す平面図である。図１６（ｃ）は、図１６（ａ）に示す有効光源で図５（ａ）に示す左側のパターンを照明する場合の回折光と瞳との関係を示す平面図である。
【図１７】図１７（ａ）は、ラジアル偏光の一例を示す概略平面図である。図１７（ｂ）は、タンジェンシャル偏光の一例を示す概略平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、４重極照明の有効光源を用いて図５（ａ）に示す左側パターンを照明した場合の、本発明の実施例１によるハーフピッチとコントラストとの偏光特性を示すグラフである。図１８（ｂ）は、４重極照明の有効光源を用いて図５（ａ）に示す右側パターンの本発明の実施例１によるハーフピッチとコントラストとの偏光特性を示すグラフである。
【図１９】図１９（ａ）は、図１５（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す左側パターンを照明した場合の、本発明の実施例１によるハーフピッチと焦点深度とのσ特性を示すグラフである。図１９（ｂ）は、図１５（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す右側パターンの本発明の実施例１によるハーフピッチと焦点深度とのσ特性を示すグラフである。
【図２０】図２０（ａ）は、図１６（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す左側パターンを照明した場合の、本発明の実施例２によるハーフピッチとコントラストとの偏光特性を示すグラフである。図２０（ｂ）は、図１６（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す右側パターンの本発明の実施例２によるハーフピッチとコントラストとの偏光特性を示すグラフである。
【図２１】図２１（ａ）は、図１６（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す左側パターンを照明した場合の、本発明の実施例１によるハーフピッチと焦点深度とのσ特性を示すグラフである。図２１（ｂ）は、図１６（ａ）に示す有効光源を用いて図５（ａ）に示す右側パターンの本発明の実施例２によるハーフピッチと焦点深度とのσ特性を示すグラフである。
【図２２】図２２（ａ）は、行列状に補助パターンの挿入方法を説明するための平面図である。図２２（ｂ）は、千鳥格子状に補助パターンの挿入方法を説明するための平面図である。
【図２３】図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）は、行列状のコンタクトホールパターンの平面図である。
【図２４】図２４（ａ）は、図２３（ａ）に示す行列状のコンタクトホールパターンの平面図である。図２４（ｂ）は、図２３（ｂ）に示す行列状のコンタクトホールパターンに補助パターンを挿入）した平面図である。図２４（ｃ）は、図２３（ｃ）に示す行列状のコンタクトホールパターンに補助パターンを挿入して千鳥格子状のパターンとした平面図である。
【図２５】図２５は、図２４（ａ）（ｃ）に示すコンタクトホールパターンを図３に示す有効光源を用いて結像したときの２次元強度分布である。図２４（ａ）は、ベストフォーカス時での２次元像、図２４（ｂ）は、±０．１μｍデフォーカス時での２次元像である。
【図２６】図２６は、図２３（ａ）（ｃ）に示すコンタクトホールパターンを図３に示す有効光源を用いて結像したときの２次元強度分布である。図２３（ａ）は、ベストフォーカス時での２次元像、図２３（ｂ）は、±０．１μｍデフォーカス時での２次元像である。
【図２７】図２７（ａ）は、円形の有効光源形状を示す概略平面図である。図２７（ｂ）は、輪帯の有効光源形状を示す概略平面図である。
【図２８】図２８（ａ）は、図２７（ｂ）に示す有効光源形状で図５（ａ）に示すコンタクトホールパターンを照明した場合のデフォーカスとコントラストとの関係を示すグラフである。図２８（ｂ）は、図２７（ｂ）に示す有効光源形状で図５（ａ）に示すコンタクトホールパターンを照明した場合のデフォーカスと線幅（ＣＤ）との関係を示すグラフである。
【図２９】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図３０】図２９に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【０２１２】
１００                    露光装置
１２０                    開口絞り
１３０                    マスク
１７０                    被露光体
【図３】
2007123333.tif 000080
【図４】
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【図７】
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【図２２】
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【図２９】
2007123333.tif 000084
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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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】
2007123333.tif 000098
【図１８】
2007123333.tif 000099
【図１９】
2007123333.tif 000100
【図２０】
2007123333.tif 000101
【図２１】
2007123333.tif 000102
【図２３】
2007123333.tif 000103
【図２４】
2007123333.tif 000104
【図２５】
2007123333.tif 000105
【図２６】
2007123333.tif 000106
【図２７】
2007123333.tif 000107
【図２８】
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【図３０】
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