(57)【要約】【課題】密集度の高いホールアレイの作製を可能にする。【解決手段】  クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクＲを照明し、該マスクから射出される光ＩＬで投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光し、そのウエハ上にホールアレイを形成する。このため、ホールアレイパターンに対しても、Ｌ／Ｓパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用可能となり、これにより、より密集度の高いホールアレイの作製が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に感光剤が塗布された物体を露光してホールアレイを形成する露光方法であって、
クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して前記物体を露光し、前記物体上にホールアレイを形成する工程を含む露光方法。
【請求項２】
前記マスクは、ホールアレイのパターンが形成されたバイナリマスク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】
前記バイナリマスクは、前記投影光学系の瞳面における放射方向に直交する方向を偏光方向とする照明光により照明されることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記マスクは、ホールアレイに対応するパターンが形成されたクロムレスマスク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５】
前記クロムレスマスクは、前記投影光学系の瞳面における放射方向を偏光方向とする照明光により照明されることを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記感光剤は、化学増幅型のレジストであり、
前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体に形成される像のコントラストを考慮して予め調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
ホールアレイのパターンを投影光学系を用いて表面に感光剤が塗布された物体上に形成する露光方法であって、
前記感光剤として化学増幅型のレジストが用いられ、
露光に先立って、前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程を含む露光方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にホールアレイのパターンを形成するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子、液晶表示素子などのマイクロデバイス、例えばメモリ、例えばＤ−ＲＡＭ、フラッシュメモリなどを製造する際に、リソグラフィ工程で行われる、ホールアレイを形成するための露光方法及び該方法を利用したデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密集パターン（ラインアンドスペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパターンと記述する））の限界解像については、レイリーの式として良く知られているＲ＝ｋ1×（λ／ＮＡ）のｋ1ファクタ（プロセス係数）が指標になる。ここで、λは露光波長（ｎｍ）、ＮＡは投影光学系（投影レンズ）の開口数である。
【０００３】
照明系のコヒーレンス度（σ）最大（σ＝１）で理想的な光学系の場合、Ｌ／Ｓパターンについては、ｋ1≧０．２５０、ホールアレイパターンについては、従来の露光方法ではｋ1≧０．３５４であり、両者のｋ1の最小値同士を比較すると、√２倍の開きがあると考えられてきた。以下、これについて、詳述する。
【０００４】
露光装置において干渉パターン（光学像）が出来るためには、パターンで回折した光のうち、少なくとも２本の光束が、投影光学系の瞳を同時に通過し、被露光物体、例えば、ウエハ又はガラスプレート等（以下、ウエハと総称する）の表面にともに到達する状態を作る必要がある。
（１）Ｌ／Ｓパターンの限界解像
図１５に示されるように、等間隔のＬ／Ｓパターンから発生する回折光は、ｓｉｎθ軸（横軸）に対して、一定の間隔となる。ｎ次光と（ｎ＋１）次光の間隔はλ／Ｐ、ｎ次光の振幅Ａnは次式（１）のＳＩＮＣ関数で表すことができる。
【０００５】
【数１】
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上式において、ｗは、Ｌ／Ｓパターンのうちで光が透過する部分の幅（ｎｍ）、Ｐは、Ｌ／Ｓパターンのピッチ（ｎｍ）を示す。
【０００６】
ウエハ面上で干渉パターン（光学像）を形成するためには、回折光のうち最低限２つの光束が投影光学系（投影レンズ）の瞳を通過する必要がある。限界解像に近づけるためには、投影光学系の瞳の中で、２つの光束ができるだけ離れた位置を通過する必要がある。図１６には、この投影光学系の瞳の中で、２つの光束（０次光と＋１次光）ができるだけ離れた位置を通過する状態が示されている。
【０００７】
照明光学系のコヒーレンス度（コヒーレンスファクタ）（σ）をパラメータとして、ピッチの限界解像度（Ｐ）を表すと次の式（２）のようになる。
【０００８】
【数２】
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限界解像度は、通常線幅に対して記述されることが多い。Ｌ／Ｓパターンのライン（Ｌ）とスペース（Ｓ）の幅が等しい場合Ｒ＝０．５Ｐなので、線幅についての限界解像度（Ｒ）は、式（２）を書き換えて次の式（３）で表される。
【０００９】
【数３】
2007142084.tif 000005
更に、コヒーレンス度（σ）の値を限界（＝１）まで上げられると仮定すると、最終的な限界解像度（Ｒ）は、ｋ1＝０．２５０という定数で表される。すなわち、限界解像度（Ｒ）は次式（４）を満足する。
【００１０】
【数４】
2007142084.tif 000006
図１６の光源の配置からも想像できるように、限界解像に近いＬ／Ｓパターンを形成するために最も効果的な照明形状はダイポール照明となる。
（２）ホールアレイの限界解像
Ｌ／Ｓパターンと同様に、等間隔かつ無限繰り返しのホールアレイパターンから発生する回折光は、ｓｉｎθx軸、ｓｉｎθy軸に対して一定間隔となる。ｘ軸方向に関して、ｍ次光と（ｍ＋１）次光の間隔は、λ／Ｐx、ｙ軸方向に関してｎ次光と（ｎ＋１）次光の間隔は、λ／Ｐyとなる（図１７参照）。また、ｘ軸方向のｍ次光、ｙ軸方向のｎ次光の組み合わせ（ｍ，ｎ）次光の振幅Ａm,nは、次式（５）のようになる。
【００１１】
【数５】
2007142084.tif 000007
上式（５）において、ｗx、ｗyは、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向のホールサイズ（ｎｍ）、Ｐx、Ｐyはそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向のピッチ（ｎｍ）を表す。
【００１２】
ウエハ面上で干渉パターン（光学像）を形成するためには、ｘ軸方向、ｙ軸方向とも最低限２つの光束が投影光学系の瞳を通過する必要がある。限界解像に近づけるためには、３つの光束が投影光学系の瞳の中で、できるだけ離れた位置を通過する必要がある。図１８には、この投影光学系の瞳の中で、３つの光束（（０，０）次光、（０，＋１）次光、（＋１，０）次光）ができるだけ離れた位置を通過する状態が示されている。
【００１３】
ここではｘ軸方向、ｙ軸方向とも等方な密度のホールアレイを仮定し、Ｐx＝Ｐy＝Ｐとする。
【００１４】
図１８から照明光学系のコヒーレンス度（σ）をパラメータとして、ピッチの限界解像度（Ｐ）を表すと次の式（６）のようになる。
【００１５】
【数６】
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限界解像度は、Ｌ／Ｓパターンの場合と同様に、通常、ピッチではなく、ホール（Hole）径に対して記述されることが多い。ホール径について、ｘ軸方向とｙ軸方向は等方なホールアレイを作成すると仮定すると、限界解像度（Ｒx＝Ｒy＝Ｒ）は、ホールアレイパターンのホール幅とスペース幅が等しい場合、Ｒ＝０．５Ｐなので、式（６）を書き換えて次式（７）のように表すことができる。
【００１６】
【数７】
2007142084.tif 000009
更に、コヒーレンス度（σ）の値を限界（＝１）まで上げられると仮定すると, 最終的
な限界解像度（Ｒ）は、ｋ1=０．３５４という定数で表される。この値は、Ｌ／Ｓパター
ンの√２倍に等しい。すなわち、限界解像度（Ｒ）は次式（８）を満足する。
【００１７】
【数８】
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図１８の光源の配置からも想像できるように、限界解像に近いホールアレイパターンを形成するために最も効果的な照明形状は、傾いていない長方形（又は正方形）の４頂点付近に光源を配置した四重極（Quadrupole）照明となる。
（３）Ｌ／Ｓパターンとホールアレイパターンの限界解像度比較
限界解像度を表す式（３）及び式（７）のｋ1に相当する部分を取り出すと、Ｌ／Ｓパターンについては、次の式（９）のように書くことができ、ホールアレイパターンについては、式（１０）のように書くことができる。
【００１８】
【数９】
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【００１９】
【数１０】
2007142084.tif 000012
従って、横軸にコヒーレンス度（σ）、縦軸にｋ1ファクタをとって、グラフに表すと、図１９のようになる。
【００２０】
この図１９のグラフから、コヒーレンス度（σ）が０の場合は、Ｌ／Ｓパターン、ホールアレイパターンとも限界解像度を示すｋ1ファクタは０．５であるのに対して、コヒーレンス度（σ）が１の場合は、Ｌ／Ｓパターンのｋ1=０．２５０、ホールアレイパターンのｋ1=０．３５４と差が開いていることがわかる。
【００２１】
このことから、コヒーレンス度（σ）を上げる、すなわち照明系の最大ＮＡ（ｉＮＡ）を上げることは、Ｌ／Ｓパターンに対しても、ホールアレイパターンに対してもｋ1ファクタを小さくする効果があるが、その効き目は、ホールアレイパターンよりＬ／Ｓパターンのほうが大きく、最終的（σ＝１）には、√２倍の差ができてしまう。
【００２２】
従って、これまでは、Ｌ／Ｓパターンと同程度に密集度が高い、換言すればｋ1ファクタが小さいホールアレイパターンの作製のための露光は、実現が困難だと考えられていた。
【００２３】
一方、より高集積度のＤＲＡＭ、フラッシュメモリなどのマイクロデバイスの製造のためには、より密集度の高いホールアレイパターンの作成が必要不可欠であり、より密集度が高いホールアレイパターンの作製のための（Ｌｏｗ−ｋ1）リソグラフィ技術の出現が待望されていた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
発明者は、より密集度が高いホールアレイパターンの作製を可能とすべく、種々のシミュレーションなどを繰り返し行うなど、鋭意研究した結果、ある照明条件の下では、Ｌ／Ｓパターンと同じ密集度（同一のｋ1）でホールアレイパターンの作製のための露光を実現できることが判明した。
【００２５】
上記のある照明条件とは、照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面（投影光学系の瞳面を含む））における光量分布が図２０（Ａ）に示されるような光量分布となるクロスポール照明条件である。このクロスポール照明条件は、Ｘ軸方向を周期方向とする複数のＶラインから成るＬ／Ｓパターンの解像に好適なダイポールＸ照明条件（図２０（Ｂ）にその照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面）における光量分布が示されている）と、Ｙ軸方向を周期方向とする複数のＨラインから成るＬ／Ｓパターンの解像に好適なダイポールＹ照明条件（図２０（Ｃ）にその照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面）における光量分布が示されている）とを合わせたものと考えられる。
【００２６】
発明者は、上記のクロスポール照明条件下では、Ｌ／Ｓパターンと同じ密集度（同一のｋ1）でホールアレイパターンの作製のための露光が可能であるとの結果に基づいて、熟考した結果、次のような結論に達した。
【００２７】
「１つずつの点光源がそれぞれホールアレイパターンを形成していなければいけない。」という条件がついているならば、前述の図１８が限界解像を形成する光源の配置を示しているというのは正しい。しかるに、実際には、ホールアレイパターンの形成のために上記条件は必須ではなく、「１つずつの点光源は、Ｌ／Ｓパターンを形成していれば良く、（干渉性のない像の重ね合わせで）最終的にホールアレイになれば良い。」という緩やかな条件で十分である。
【００２８】
従って、この条件であれば、ホールアレイパターンに対しても、Ｌ／Ｓパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用できる。発明者は、このような結論の下、さらに研究を行った。
【００２９】
本発明は、かかる事情の下でなされたもので、その第１の観点からすると、表面に感光剤が塗布された物体を露光してホールアレイを形成する露光方法であって、クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して前記物体を露光し、前記物体上にホールアレイを形成する工程を含む第１の露光方法である。
【００３０】
これによれば、クロスポール照明条件下で所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該マスクから射出される光で投影光学系を介して物体を露光し、その物体上にホールアレイを形成する。このため、ホールアレイパターンに対しても、Ｌ／Ｓパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用可能となり、これにより、より密集度の高いホールアレイの作製が可能となる。
【００３１】
本発明は、第２の観点からすると、ホールアレイのパターンを投影光学系を用いて表面に感光剤が塗布された物体上に形成する露光方法であって、前記感光剤として化学増幅型のレジストが用いられ、露光に先立って、前記レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系により前記物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程を含む第２の露光方法である。
【００３２】
これによれば、上述のようにして失活剤を調整することにより、投影光学系により物体上に形成されるホールアレイのパターンの像（空間像）のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能になる。
【００３３】
また、リソグラフィ工程において、第１、第２の露光方法のいずれかを用いて物体上にホールアレイパターンを形成することにより、高集積度のマイクロデバイスの生産性（歩留りを含む）を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４（Ｃ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る露光装置１００の全体構成が概略的に示されている。この露光装置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。
【００３５】
露光装置１００は、光源１０及び照明光学系１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ、オフアクシス方式のアライメント検出系ＡＳ、及びワークステーションなどのコンピュータから成り、装置全体を統括制御する主制御装置２０等を備えている。
【００３６】
前記光源１０としては、ここでは、ＡｒＦエキシマレーザ（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、光源１０として、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）等の真空紫外域のパルス光を出力する光源や、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）などの近紫外域のパルス光を出力する光源などを用いても良い。
【００３７】
前記光源１０は、実際には、照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置本体が収納されたチャンバ（不図示）が設置されたクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置されており、そのチャンバにビームマッチングユニット（ＢＭＵ）と呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図示の送光光学系を介して接続されている。光源１０は、主制御装置２０からの制御情報ＴＳに基づいて、内部のコントローラにより、レーザ光ＬＢの出力のオン・オフ、レーザ光ＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半値幅などが制御されるようになっている。
【００３８】
前記照明光学系１２は、シリンダレンズ、ビームエキスパンダ及びズーム光学系（いずれも不図示）、並びにオプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）３２を含むビーム整形・照度均一化光学系３０、照明系開口絞り板３４、第１リレーレンズ３８Ａ、第２リレーレンズ３８Ｂ、固定レチクルブラインド４０Ａ、可動レチクルブラインド４０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ４２等を備えている。ここで、オプティカルインテグレータ３２としては、フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子などを用いることができるが、本実施形態では、フライアイレンズが用いられているので、以下では、「フライアイレンズ３２」とも記述する。
【００３９】
前記ビーム整形・照度均一化光学系３０は、光透過窓１１を介して不図示の送光光学系に接続されている。このビーム整形・照度均一化光学系３０は、光源１０でパルス発光され、光透過窓１１を介して入射したレーザビームＬＢの断面形状を、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダを用いて整形する。そして、ビーム整形・照度均一化光学系３０内部の射出端側に位置するフライアイレンズ３２は、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために、前記断面形状が整形されたレーザビームの入射により、その射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面とほぼ一致）に多数の点光源（光源像）から成る面光源（２次光源）を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを以下においては、「照明光ＩＬ」と呼ぶものとする。
【００４０】
フライアイレンズ３２の射出側焦点面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板３４が配置されている。この照明系開口絞り板３４上には、ほぼ等角度間隔で、複数、例えば６つの開口絞り（空間フィルタ）が配置されている。但し、図１では、６つの開口絞りのうちの２種類の開口絞り（後述する通常絞り、第１のクロスポール照明絞り）のみが図示されている。
【００４１】
照明系開口絞り板３４上には、図２に示されるように、例えば輪帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪帯絞り）３６Ａ、通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞り）３６Ｂ、変形光源法用に複数の開口をそれぞれ偏心させて配置して成る４つの変形開口絞り３６Ｃ〜３６Ｆの合計６つの開口絞りが形成されている。変形開口絞り３６Ｃ，３６Ｄは、二重極照明（ダイポール照明）条件設定用の開口絞りである。このうち、変形開口絞り３６Ｃは、Ｘ軸方向を周期方向とする複数本のＹ軸方向のラインパターン（Ｖパターン）から成るラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン）、（以下、「Ｌ／Ｓ・Ｖパターン」と呼ぶ）の転写時の照明条件として好適なダイポールＸ開口絞りであり、変形開口絞り３６Ｄは、Ｙ軸方向を周期方向とする複数本のＸ軸方向のラインパターン（Ｈパターン）から成るＬ／Ｓパターン（以下、「Ｌ／Ｓ・Ｈパターン」と呼ぶ）の転写時の照明条件として好適なダイポールＹ開口絞りである。
【００４２】
また、変形開口絞り３６Ｅは、ホールアレイパターンの転写時に好適なクロスポール照明条件設定用の第１の開口絞り（以下、「第１のクロスポール照明絞り」と呼ぶ）であり、変形開口絞り３６Ｆは、ホールアレイパターンの転写時に好適なクロスポール照明条件設定用の第２の開口絞り（以下、「第２のクロスポール照明絞り」と呼ぶ）である。ここで、開口絞り３６Ｃ及び３６Ｄと開口絞り３６Ｅ又は３６Ｆとを比べるとわかるように、クロスポール照明条件は、ダイポールＸ照明条件とダイポールＹ照明条件とを合わせたような照明条件と定義できる。
【００４３】
上記第１のクロスポール照明絞り３６Ｅの＋Ｙ側（又は−Ｙ側でも良い）の面には、図１に示されるように複数の偏光板３５が取り付けられている。図３には、照明光ＩＬの光路上に設定された第１のクロスポール照明絞り３６Ｅを＋Ｙ側から見た状態が示されている。この図６に示されるように、第１のクロスポール照明絞り３６Ｅの４つの開口３７ｅ，３７ｆ，３７ｇ，３７ｈを＋Ｙ側から覆う状態で、偏光板３５Ｅ，３５Ｆ，３５Ｇ，３５Ｈが第１のクロスポール照明絞り３６Ｅ（照明系開口絞り板３４）に一体的に取り付けられている。偏光板３５Ｅ，３５Ｇの偏光方向は、それぞれ図３中に矢印で示されるように、光路上への設定時の状態で照明光学系１２の光軸ＩＸを中心とした円周の最上端，最右端における接線方向、すなわちＸ軸方向に設定され、偏光板３５Ｆ，３５Ｈの偏光方向は、それぞれ図３中に矢印で示されるように、光軸ＩＸを中心とした円周の最右端，最左端における接線方向、すなわちＺ軸方向に設定されている。従って、照明系開口絞り板３４に設けられた第１のクロスポール照明絞り３６Ｅの開口３７ｅ，３７ｇから射出される照明光は、Ｘ軸方向にほぼ平行な直線偏光となり、開口３７ｆ，３７ｈから射出される照明光は、Ｚ軸方向（ウエハＷの面上ではＹ軸方向）にほぼ平行な方向の直線偏光となる。
【００４４】
上記第２のクロスポール照明絞り３６Ｆの＋Ｙ側（又は−Ｙ側でも良い）の面にも、図１では不図示であるが複数の偏光板が取り付けられている。図４には、照明光ＩＬの光路上に設定された第２のクロスポール照明絞り３６Ｆを＋Ｙ側から見た状態が示されている。この第２のクロスポール照明絞り３６Ｆ４つの開口３７ｉ，３７ｊ，３７ｋ，３７ｌを＋Ｙ側から覆う状態で、偏光板３５Ｉ，３５J，３５Ｋ，３５Ｌが第２の第２のクロスポール照明絞り３６Ｆ（照明系開口絞り板３４）に一体的に取り付けられている。
【００４５】
偏光板３５Ｉ，３５Ｋの偏光方向は、それぞれ図４中に矢印で示されるように、光路上への設定時の状態で光軸ＩＸを中心とした円周の半径方向、すなわちＺ軸方向に設定され、偏光板３５Ｊ，３５Ｌの偏光方向は、それぞれ図４中に矢印で示されるように、光軸ＩＸを中心とした円周の半径方向、すなわちＸ軸方向に設定されている。従って、照明系開口絞り板３４に設けられた第２のクロスポール照明絞り３６Ｆの開口３７ｉ，３７ｋから射出される照明光は、Ｚ軸方向（ウエハＷの面上ではＹ軸方向）にほぼ平行な方向の直線偏光となり、開口３７ｊ，３７ｌから射出される照明光は、Ｘ軸方向にほぼ平行な直線偏光となる。
【００４６】
図１に戻り、前記照明系開口絞り板３４は、図１に示される主制御装置２０からの制御信号ＭＬＣにより制御されるモータ等の駆動装置３９の駆動で回転軸３４ａを中心として回転され、開口絞り３６Ａ〜３６Ｆのうちのいずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定され、これにより瞳面における２次光源の形状や大きさ（照明光の光量分布）が、円形、輪帯、二つ目あるいは四つ目等に制限される。なお、本実施形態では、照明系開口絞り板３４を用いて、照明光学系１２の瞳面上での照明光の光量分布（２次光源の形状や大きさ）、すなわちレチクルＲの照明条件を変更するものとしたが、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）３２の入射面上での照明光の強度分布あるいは照明光の入射角度範囲を可変として、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を最小限に抑えることが好ましい。このために、開口絞り板３４の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１２の光路上に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系１２の光軸に沿って移動可能な少なくとも１つのプリズム（円錐プリズムや多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニット（成形光学系）を光源１０とオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）３２との間に配置する構成を採用することができる。なお、照明系開口絞り板３４の代わりに前述の成形光学系を用いる場合、照明光学系１２の瞳面又はその共役面における照明光の偏光状態を任意に設定する偏光状態設定装置を設ける必要があり、この偏光状態設定装置は、前述の偏光板３５などと同様に、位相子（例えば１／４波長板、１／２波長板、あるいはオプティカルローテータ（旋光子）など）を挿脱又は交換可能とする構成でも良いし、あるいは国際公開第２００５／０３６６１９号パンフレットに開示される複数の楔状のプリズムを用いるものであっても良い。
【００４７】
照明系開口絞り板３４から出た照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド４０Ａ、可動レチクルブラインド４０Ｂを介在させて第１リレーレンズ３８Ａ及び第２リレーレンズ３８Ｂを含むリレー光学系が配置されている。
【００４８】
固定レチクルブラインド４０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域を規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド４０Ａの近傍（レチクルＲのパターン面に対する共役面）に走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）及びこれに直交する非走査方向（図１における紙面直交方向であるＸ軸方向）にそれぞれ対応する方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド４０Ｂが配置されている。走査露光の開始時及び終了時には、主制御装置２０の制御により、その可動レチクルブラインド４０Ｂを介してレチクルＲ上の照明領域をさらに制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。
【００４９】
第２リレーレンズ３８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ３８Ｂを通過した照明光ＩＬをレチクルＲに向けて反射するミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の照明光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ４２が配置されている。
【００５０】
以上の構成において、フライアイレンズ３２の入射面、可動レチクルブラインド４０Ｂの配置面、及びレチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ３２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）及び投影光学系ＰＬの瞳面は光学的に互いに共役となるように設定されている。
【００５１】
このようにして構成された照明光学系１２の作用を簡単に説明すると、光源１０からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形・照度均一化光学系３０に入射して断面形状が整形され、フライアイレンズ３２に入射する。これにより、フライアイレンズ３２の射出側焦点面に前述した２次光源が形成される。
【００５２】
上記の２次光源から射出された照明光ＩＬは、照明系開口絞り板３４上のいずれかの開口絞りを通過し、第１リレーレンズ３８Ａを経て固定レチクルブラインド４０Ａ、可動レチクルブラインド４０Ｂの矩形開口を通過する。そして、第２リレーレンズ３８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ４２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域を均一な照度分布で照明する。
【００５３】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リニアモータ等から成る不図示のレチクルステージ駆動系によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（前述の照明光学系の光軸ＩＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微小駆動可能であるとともに、所定の走査方向（Ｙ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００５４】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクルステージ駆動系（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを移動させる。
【００５５】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントから構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５あるいは１／８などのものが使用されている。このため、上述のようにして、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像（部分縮小像）が、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域に投影され転写される。
【００５６】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図１における下方で、不図示のベース上に配置され、その上面にウエハホルダ２５が載置されている。このウエハホルダ２５上にウエハＷが例えば真空吸着等によって固定されている。
【００５７】
ウエハＷとしては、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（silicon on insulator）等の円板状の基板が用いられ、該基板の表面（上面）には、感光剤としての化学増幅型レジストが塗布されている。このレジストには、失活剤（Quencher）が含まれている。失活剤及びその量の調整方法については後述する。
【００５８】
図１に戻り、前記ウエハステージＷＳＴは、モータ等を含むウエハステージ駆動系２４により走査方向（Ｙ軸方向）及び走査方向に垂直な非走査方向（Ｘ軸方向）に駆動される。そして、このウエハステージＷＳＴによって、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光するためにウエハＷをレチクルＲに対して相対走査する動作と、次のショットの露光のための走査開始位置（加速開始位置）まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が実行される。
【００５９】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置は、ウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られ、主制御装置２０ではその位置情報（又は速度情報）に基づきウエハステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴの駆動制御を行う。
【００６０】
また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動系２４によりＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向：ピッチング方向）、θｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向：ローリング方向）及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向：ヨーイング方向）にも微小駆動される。
【００６１】
前記アライメント検出系ＡＳは、投影光学系ＰＬの側面に配置されている。本実施形態では、ウエハＷ上に形成されたストリートラインや位置検出用マーク（ファインアライメントマーク）を観測する結像式アライメントセンサがアライメント検出系ＡＳとして用いられている。このアライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば、特開平９−２１９３５４号公報などに開示されている。アライメント検出系ＡＳによる観測結果は、主制御装置２０に供給される。
【００６２】
更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部及びその近傍の領域のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射方式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである、多点フォーカス位置検出系（２１，２２）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系（２１，２２）の詳細な構成等については、例えば、特開平６−２８３４０３号公報などに開示されている。多点フォーカス位置検出系（２１，２２）による検出結果は、主制御装置２０に供給される。
【００６３】
更に、本実施形態の露光装置１００では、図示は省略されているが、レチクルＲの上方に、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマークとウエハステージＷＳＴ上に設けられた基準マーク板上の基準マークとを同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。これらのレチクルアライメント系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報などに開示されているものと同様の構成のものが用いられている。
【００６４】
次に、本実施形態の露光装置１００による露光動作を、簡単に説明する。なお、ここでは、ウエハＷ上への１層目の露光がすでに終了しており、２層目以降の露光を行うものとして説明する。
【００６５】
ａ．  まず、主制御装置２０は、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上に回路パターンが形成されたレチクルＲをロードする。
【００６６】
ｂ．  次に、主制御装置２０は、そのレチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上まで搬送される搬送途中に不図示のバーコードリーダ等により読み取られたそのレチクルＲの情報に基づいて、そのレチクルＲを用いた露光に最適な照明条件を設定すべく、制御信号ＭＬＣを駆動装置３９に与える。これにより、駆動装置３９により照明系開口絞り板３４が回転軸３４ａを中心として回転され、そのレチクルＲの露光に最適な照明条件が設定される。
【００６７】
ｃ．  次に、主制御装置２０は、前述のレチクルアライメント系及び不図示の基準マーク板を用いたレチクルアライメント、アライメント検出系ＡＳ及び基準マーク板を用いたベースライン計測を、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で行う。
【００６８】
ｄ．  次に、主制御装置２０は、不図示のウエハローダを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハ交換を行う（但し、ウエハステージＷＳＴ上にウエハがロードされていない場合は、ウエハを単にロードする）。
【００６９】
ｅ．  次に、主制御装置２０は、ウエハＷに対するアライメント（例えばＥＧＡ方式のウエハアライメントなど）を行う。このウエハアライメントの結果、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が精度良く求められる。
【００７０】
ｆ．  次に、主制御装置２０は、上記のウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のために走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動させる動作と、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを同期してＹ軸方向に相対走査しつつレチクルＲを照明光ＩＬにより照明してレチクルＲ上のパターンをウエハＷ上のショット領域に転写する動作とを繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う。
【００７１】
ｇ．  上記の相対走査中、特に走査露光中には、レチクル干渉計１６によって検出されるレチクルステージＲＳＴのＸＹ位置の情報、ウエハ干渉計１８によって検出されるウエハステージＷＳＴの位置情報、及び多点フォーカス位置検出系（２１，２２）によって検出されるウエハＷのＺ位置及びレベリング情報などに基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの位置関係が適切に保たれるよう、主制御装置２０により、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位置制御が行われる。
【００７２】
従って、ウエハＷに対する露光が終了すると、ウエハＷ上の複数のショット領域の各々に、レチクルＲ上のパターンの像が精度良く形成される。
【００７３】
ところで、ウエハ上にホールアレイを形成するに際しては、ホールアレイパターンが形成されたレチクルが用いられる。本実施形態では、このホールアレイの形成に際して、２種類のレチクルが用いられる。
【００７４】
《第１の露光方法》
まず、パターン領域内に図５（Ａ）に示されるようにマトリックス状の配置でホールアレイパターンが形成されたバイナリマスクからなるレチクルＲ１を用いて、ウエハＷ上にホールアレイを形成する場合の露光について説明する。
【００７５】
レチクルＲ１のパターン領域内には、ピッチｐが１３０ｎｍ（ウエハ上換算値）の正方マトリックス状配置の６５ｎｍ角（ウエハ上換算値）のパターンから成るホールアレイパターンが形成されている。
【００７６】
まず、前述のａ．の工程で、主制御装置２０の支配下にあるレチクルローダによりレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲ１がロードされる。
【００７７】
次に、前述のｂ．の工程で、そのレチクルＲ１を用いた露光に最適な照明条件、ここでは、前述の第１のクロスポール照明条件を設定すべく、主制御装置２０の指示に基づき、駆動装置３９により照明系開口絞り板３４が回転され、開口絞り３６Ｅが照明光ＩＬの光路上に設定される。
【００７８】
次に、前述のｃ．及びｄ．の工程の動作が行われ、ｅ．の工程で、レチクルＲ１のパターンがウエハＷ上の各ショット領域に、ステップ・アンド・スキャン方式で転写される。このとき、レチクルＲ１上のパターン領域は、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光（照明光学系瞳面における接線方向（瞳面における放射方向に直交する方向）を偏光方向とする直線偏光）の照明光ＩＬにより照明される。このため、このレチクルＲ１を用いた露光に際しては、ダイポールＸ照明条件下でＬ／Ｓ・Ｖパターンを形成し、ダイポールＹ照明条件下でＬ／Ｓ・Ｈパターンを形成する場合と同様に、結像に寄与する回折光、すなわち２光束干渉する全ての光がウエハＷ面上でＳ偏光（ＴＥ偏光）となるので、ウエハＷ上には、ホールアレイパターンのコントラストの極めて良好な像（潜像）が形成される。
【００７９】
そして、露光終了後に、ウエハＷを不図示のコータ・デベロッパで現像することで、そのウエハＷ表面には、ＡｒＦエキシマレーザ光及びＮＡ０．９２の投影光学系を用いては従来は良好な解像が困難であった、ホールの大きさが６５ｎｍでピッチ１３０ｎｍのホールアレイパターンのレジスト像（コントラストの良好な像）が形成される。
【００８０】
以下、シミュレーション及びその結果に基づいて、本実施形態において、上記のような密集度の高いホールアレイパターンを形成できることの、理論的裏付けについて説明する。
【００８１】
まず、露光波長（λ）＝１９３．３０６ｎｍ、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．９２、照明系最大σ＝０．９７の露光装置で、ウエハ上に６５ｎｍホール（ピッチ：１３０ｎｍ）を形成する場合のシミュレーションについて説明する。この条件でｋ1ファクタを計算すると、ｋ1＝０．３０９となり、０．３５４より小さく、従来のホールアレイパターンの露光に際して用いられていた前述の四重極照明条件では露光が不可能である。
【００８２】
図５（Ｂ）には、図５（Ａ）のレチクルＲ１に対応するオブジェクトスペクトラム（回折光）が示され、図５（Ｃ）には、その照明系設計解が示されている。
【００８３】
前述の図１７の場合と同様、ホールアレイのパターンからは、図５（Ｂ）に示されるように、正方格子の頂点にスペクトル（（ｍ、ｎ）次回折光）が発生し、その間隔はλ／Ｐx＝λ／Ｐy＝λ／Ｐである。
【００８４】
この場合、そのλ／Ｐの値はsinθスケールで、１．４８７である。したがって、クロスポールの最適ポジションは、σスケール（ＮＡ＝１に規格化したスケール）で１．４８７／（２×０．９２）＝０．８０８となる。ここで、最適ポジションとは、デフォーカスしたときの像の崩れを最小にするために、ウエハ面に０次光と＋１次光（あるいは０次光と−１次光）が、等しい入射角で到達するような条件（光源のポジション）を指す。各光源の大きさは、結像性能の観点だけから考えれば、できる限り小さいほうが有利であるが, 実際の露光装置では照明光学系に使用される硝材のダメージと光量のバランスから決まる。ここでは、σ＝０．１２０（半径）であるものとする。
【００８５】
図６（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のパターンの空間像の等高線図が示され、図６（Ｂ）には、図６（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図６（Ｃ）には、図６（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。これら図６（Ａ）〜図６（Ｃ）からわかるように、形成される空間像は、ダイポールＸ相当の照明で形成されるＬ／Ｓ・Ｖパターンと、ダイポールＹ相当の照明で形成されるＬ／Ｓ・Ｈパターンとの、干渉性の無い重ね合わせでできている。そのため、Ａ断面のホール（Hole）像（明るくなるところ）と同じ形状を反転させた像（暗くなるところ）がＢ断面の位置に発生している。
【００８６】
図７（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつ非偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のパターンの空間像の等高線図が示され、図７（Ｂ）には、図７（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図７（Ｃ）には、図７（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。
【００８７】
また、図８（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のパターンの空間像の等高線図が示され、図８（Ｂ）には、図８（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図８（Ｃ）には、図８（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。
【００８８】
図６（Ａ）〜図８（Ｃ）を見ると、わかるように、ダイポールＸ照明でＬ／Ｓ・Ｖパターンを形成し、ダイポールＹ照明でＬ／Ｓ・Ｈパターンを形成するのと同じように考えて、ウエハ面でＳ偏光の入射になるAzimuthal偏光照明の像が、最もコントラストが良好である。
【００８９】
前述と同様の条件で、５７ｎｍホールアレイのパターンを形成する場合の露光のシミュレーションを行った結果、詳細は省略するが、上記と同様の結果が得られた。但し、最もコントラストが良好なAzimuthal偏光照明の像であってもそのコントラストが、前述の６５ｎｍホールアレイの像より幾分低かった。この理由は、次に説明する、最大照明σの制限のために、照明光源を最適な位置に配置できなかったことが原因と考えられる。
【００９０】
すなわち、５７ｎｍホールアレイのパターンの場合、ピッチが１１４ｎｍであるから、正方格子の頂点に発生するスペクトル（（ｍ、ｎ）次回折光）の間隔λ／Ｐx＝λ／Ｐy＝λ／Ｐは、sinθスケールで、１．６９６である。したがってCross Poleの最適ポジションは、σスケールで１．６９６／（２×０．９２）＝０．９２２となる。ところが、各光源の大きさについて、最小値（σ＝０．１２０）の制限を設けていて、σ＝０．９２２の位置にσ＝０．１２０の光源を配置すると、照明σの最大値０．９７を超えてしまうので、最適なσ＝０．９２２の位置には光源を配置できない。このため、やむなく、制限内で最も外側、すなわちσ＝０．８５０の位置に光源を配置することとしたのである。
【００９１】
《第２の露光方法》
次に、図９（Ａ）に示されるように、パターン領域内にマトリックス状の配置でホールアレイパターンが形成されたクロムレスマスクからなるレチクルＲ２を用いて、ウエハＷ上にホールアレイを形成する場合の露光について説明する。
【００９２】
レチクルＲ２のパターン領域内には、図９（Ａ）中に白色の正方形で示される位相が０の１００％透過ガラス部と、図９（Ａ）中に塗りつぶしの正方形で示される位相がπずれた状態の１００%透過ガラス部（例えばガラスを掘り込むことによって形成される）とが、交互に稠密に並べられ、全体として１つのマトリクスを形成するホールアレイパターンが形成されている。ホールアレイパターンの周囲の黒色部分は、透過率が０のクロム材を表す。「クロムレスマスク」という名前がついているが、パターンが存在しない広い領域については、このようにクロムで遮光されることが多い。この場合、白色の正方形、塗りつぶしの正方形の一辺（ウエハ上換算値）は、作成するホールアレイのピッチ（Ｐx＝Ｐy＝Ｐ）に等しくなるように設定されている。
【００９３】
まず、前述のａ．の工程で、主制御装置２０の支配下にあるレチクルローダによりレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲ２がロードされる。
【００９４】
次に、前述のｂ．の工程で、そのレチクルＲ２を用いた露光に最適な照明条件、ここでは、前述の第２のクロスポール照明条件を設定すべく、主制御装置２０の指示に基づき、駆動装置３９により照明系開口絞り板３４が回転され、開口絞り３６Ｆが照明光ＩＬの光路上に設定される。
【００９５】
次に、前述のｃ．及びｄ．の工程の動作が行われ、ｅ．の工程で、レチクルＲ２のパターンがウエハＷ上の各ショット領域に、ステップ・アンド・スキャン方式で転写される。このとき、レチクルＲ２上のパターン領域は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光（照明光学系瞳面における放射方向（半径方向）を偏光方向とする直線偏光）の照明光ＩＬにより照明される。このため、このレチクルＲ２を用いた露光に際しては、結像に寄与する回折光、すなわち２光束干渉する全ての光がウエハＷ面上でＳ偏光（ＴＥ偏光）となるので、ウエハＷ上には、ホールアレイパターンのコントラストの極めて良好な像（潜像）が形成される。
【００９６】
そして、露光終了後に、ウエハＷを不図示のデベロッパで現像することで、そのウエハＷ表面には、ＡｒＦエキシマレーザ光及びＮＡ０．９２の投影光学系を用いては従来は良好な解像が困難であった、ホールの大きさが６５ｎｍでピッチ１３０ｎｍのホールアレイパターンのレジスト像（コントラストの良好な像）が形成される。
【００９７】
以下、シミュレーション及びその結果に基づいて、本実施形態で上記のような密集度の高いホールアレイパターンを形成できることの、理論的裏付けについて説明する。
【００９８】
図９（Ｂ）には、レチクルＲ２から発生するオブジェクトスペクトラム（回折光）が示されている。この図９（Ｂ）に示されるように、クロムレスマスクの場合は、バイナリマスク（ハーフトーン型位相シフトマスクを含む）とは異なり、（＋１，＋１）次、（−１，＋１）次、（−１，−１）次及び（＋１，−１）次の４方向にしかスペクトルは発生していない。この理由を以下に述べる。
【００９９】
図９（Ａ）のレチクルＲ２のパターンは、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）にそれぞれのパターンのレイアウトが示される４つのバイナリマスクのパターンに分解することができる。
【０１００】
ここで、図１０（Ａ）のパターンは、図９（Ａ）のホールアレイパターンのマトリクス（行方向をＹ方向とし、列方向をＸ方向とする）の奇数行、奇数列の構成要素である位相０のパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。
【０１０１】
また、１０（Ｂ）のパターンは、図９（Ａ）のホールアレイパターンのマトリクスの偶数行、偶数列の構成要素である位相０のパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。
【０１０２】
また、図１０（Ｃ）のパターンは、図９（Ａ）のホールアレイパターンのマトリクスの奇数行、偶数列の構成要素である位相πのパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。
【０１０３】
また、図１０（Ｄ）のパターンは、図９（Ａ）のホールアレイパターンのマトリクスの偶数行、奇数列の構成要素である位相πのパターンを取り出したバイナリマスクのパターンである。
【０１０４】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）のマスクパターンのオブジェクトスペクトラム（回折光）を計算すると、それぞれ図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ）のようになる。
【０１０５】
図９（Ａ）及び図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）中の白色の正方形、塗りつぶしの正方形で示されるホールパターンの一辺（ウエハ上換算値）が、作成するホールアレイのピッチ（Ｐx＝Ｐy＝Ｐ）に等しく、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）の各マスクパターンのピッチが作成するホールアレイのピッチの２倍のピッチなので、回折光は、図５（Ｂ）のオブジェクトスペクトラム（回折光）と比較すると、１／２の距離のところに発生する。また、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）の各マスクパターンから発生する（ｍ，ｎ）次回折光の振幅は同じ大きさであるが、ガラス透過部の位相が０かπか、偶数行か奇数行か、あるいは偶数列か奇数列かによって、正負が逆転する。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）において、塗りつぶしの四角は、正（＋）の回折光を示し、黒塗りの四角は、負（−）の回折光を示す。
【０１０６】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）のマスクパターンから発生する（ｍ，ｎ）次回折光の符号および足し合わせた結果をまとめると、次の表１のようになる。
【０１０７】
【表１】
2007142084.tif 000013
前述の如く、図９（Ａ）のレチクルＲ２のパターンは、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）にそれぞれのパターンのレイアウトが示される４つのバイナリマスクのパターンに分解することができ（すなわち、マスクのパターンのレイアウト同士の足し合わせが成立しており）、それぞれのパターンのレイアウトから回折光を発生させる操作（すなわち、フーリエ変換)は、線形結合が成立するので、結果的にオブジェクトスペクトラム間の足し合わせも成立する。その結果、表１に示されるように、（−１，−１）次，（−１，＋１）次，（＋１，−１）次，（＋１，＋１）次という4つの回折光しか残らないことが判る。
【０１０８】
ここで、露光波長（λ)＝１９３．３０６ｎｍ、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．９２、照明系最大σ＝０．９７の露光装置で、レチクルＲ２を用いて、ウエハ上に６５ｎｍホール（ピッチ：１３０ｎｍ）を形成する場合のシミュレーションについて説明する。
【０１０９】
この場合の照明系設計解（光源の配置（最適解））は、前述のバイナリマスクからなるレチクルＲ１の場合と同じになる。
【０１１０】
図１２（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図が示され、図１２（Ｂ）には、図１２（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図１２（Ｃ）には、図１２（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。これら図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）からわかるように、形成される空間像は、ダイポールＸ相当の照明で形成されるＬ／Ｓ・Ｈパターンと、ダイポールＹ相当の照明で形成されるＬ／Ｓ・Ｖパターンとの、干渉性の無い重ね合わせでできている。そのため、Ａ断面のホール（Hole）像（明るくなるところ）と同じ形状を反転させた像（暗くなるところ）がＢ断面の位置に発生している。
【０１１１】
この場合、図９（Ｂ）に示されるように、点Ｏに光が入射した場合、（−１，−１）次，（−１，＋１）次，（＋１，−１）次，（＋１，＋１）次の回折光が、その点Ｏから見て４５度、１３５度方向に発生するため、バイナリマスクの場合とは異なり、ダイポールＸ相当の照明でＬ／Ｓ・Ｈパターンの空間像が形成され、ダイポールＹ相当の照明でＬ／Ｓ・Ｖパターンが形成される。
【０１１２】
図１３（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつ非偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図が示され、図１３（Ｂ）には、図１３（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図１３（Ｃ）には、図１３（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。
【０１１３】
また、図１４（Ａ）には、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図が示され、図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度が示され、図１４（Ｃ）には、図１４（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度が示されている。
【０１１４】
図１２（Ａ）〜図１４（Ｃ）を見ると、わかるように、ダイポールＸ相当の照明系で、Ｌ／Ｓ・Ｈパターンが形成され、ダイポールＹ相当の照明で、Ｌ／Ｓ・Ｖパターンが形成されることから、ウエハ面でＳ偏光の入射になるRadial偏光照明の像が、最もコントラストが良好である。
【０１１５】
前述と同様の条件で、５７ｎｍホールアレイのパターンを形成する場合の露光のシミュレーションを行った結果、詳細は省略するが、上記と同様の結果が得られた。但し、最もコントラストが良好なRadial偏光照明の像のコントラストが、前述の６５ｎｍホールアレイの像より幾分低かった。この理由は、前述のバイナリマスクの場合と同様に、最大照明σの制限のために、照明光源を最適な位置に配置できなかったことが原因と考えられる。
【０１１６】
ところで、半導体デバイス（例えばメモリ、例えばＤ−ＲＡＭ、フラッシュメモリなどを含む）は、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計工程に基づいたレチクル（前述のレチクルＲ１、Ｒ２を含む）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製作する工程、本実施形態の露光装置による露光を含むリソグラフィ工程を含むウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）及び検査ステップ等を経て製造される。
【０１１７】
上記リソグラフィ工程には、前述のレチクルＲ１（又はＲ２）を用いた第１の露光方法（又は第２の露光方法）によりレチクルのパターンをウエハに転写する工程を含む露光工程、露光に引き続いてウエハを加熱し、化学増幅型レジストの露光後の触媒反応を促進するPost Exposure Bake（ＰＥＢ）を行う工程、及びウエハを現像する現像工程などが含まれる。
【０１１８】
次に、説明は多少前後するが、本実施形態において、ウエハＷ上に塗布されている化学増幅型レジストに含まれる失活剤（Quencher）の量の調整（コントロール）について説明する。
【０１１９】
これまでの説明からもわかるように、第１の露光方法、第２の露光方法によるホールアレイの結像は、直交するＬ／Ｓパターンの像を非干渉的に重ね合わせているため, 半ピッチずれている箇所に、（空間像強度に関して）山の高さと同じ深さの谷が発生する。従って、理想状態の条件であっても、山のピーク＝１．０、中間値＝０．５、谷のボトム＝０．０（いずれも相対的な値）となり、ホールアレイを形成する側の像のコントラストは、次式（１１）で表され、０．３３３を超えられないことがわかる。
【０１２０】
【数１１】
2007142084.tif 000014
このように、露光装置側では、０．３３３以上にコントラストを上げることはできないが,化学増幅型レジストに含まれるQuencher（失活剤)）の量をコントロールすることにより、空間像のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能である。
【０１２１】
これをさらに詳述すると、化学増幅型レジストを用いる場合には、露光→Post Exposure Bake（ＰＥＢ）→現像という工程の間に次のような反応が存在する。
(1) 露光工程では, 露光光による光化学反応で, Photo Acid Generator（ＰＧＡ）から酸が発生する。
(2) ＰＥＢ工程では、露光工程で発生した酸とレジスト像形成物質であるDissolution Inhibitor（ＤＩ）が反応し、レジストの中に現像液に溶けやすい箇所ができる。この反応で、酸は触媒として働く（すなわち、酸は、増えることもなければ、消滅もしない）。また、ＰＥＢ工程中の熱（１３０℃程度）により、酸が拡散するので、一般にＰＥＢ工程中の酸の濃度分布は一定ではなく、徐々に（ＰＥＢ時間の経過とともに）、濃度分布にメリハリがなくなる。
(3) 現像工程では、ＰＥＢ工程中にできたレジストの中の現像液に溶けやすくなった部分に、現像液が接触し、徐々に溶けて、最終的なレジスト像を形成する。
【０１２２】
そこで、本実施形態におけるホール・アレイ作成の場合は、失活剤の量を図６（Ｂ）、図１４（Ｂ）などに示される空間像の山のピークと、図６（Ｃ）、図１４（Ｃ）に示される空間像の谷のボトムのちょうど中間になるようにコントロールする。これにより、空間像の谷を形成する部分が「無かったことに」なり、従来のホールアレイの形成の場合と同様に、ＰＥＢ工程、現像工程を扱うことが可能になる。
【０１２３】
以上説明したように、本実施形態によると、ホールアレイの作製に際し、前述の第１の露光方法又は第２の露光方法が実行され、クロスポール照明条件下で前述のレチクルＲ１又はＲ２が照明され、そのレチクルＲ１又はＲ２から射出される光で投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光し、そのウエハＷ上にホールアレイを形成する。このため、ホールアレイパターンに対しても、Ｌ／Ｓパターンと同じk1ファクタの限界解像が適用可能となり、これにより、より密集度の高いホールアレイの作製が可能となる。
【０１２４】
また、本実施形態によると、上述のようにして失活剤を調整することにより、投影光学系ＰＬによりウエハＷ上に形成されるホールアレイのパターンの像（空間像）のコントラストを上げたのと同等の効果を得ることが可能になる。
【０１２５】
なお、上記実施形態では、バイナリマスクを用い、クロスポール照明条件かつAzimuthal偏光照明によりホールアレイパターンを形成する第１の露光方法、クロムレスマスクを用い、クロスポール照明条件かつRadial偏光照明によりホールアレイパターンを形成する第２の露光方法について説明したが、これに限らず、バイナリマスク、クロムレスレスマスクを問わず、クロスポール照明条件かつ非偏光照明により露光を行ってホールアレイパターンを形成しても良い。かかる場合であっても、上記実施形態と同様に、ラインスペースパターンの形成時と同等の小さなｋ1ファクタを用いた露光によりホールアレイパターンをウエハ上に形成することができる（図７（Ｂ）、図１３（Ｂ）等参照）。
【０１２６】
また、上記実施形態では、上記第１の露光方法又は第２の露光方法とともに、前述したレジスト中の失活剤の含有量の調整を行う場合について説明したが、かかる失活剤の調整は、必ずしも行わなくても良い。
【０１２７】
また、露光に先立って、化学増幅型レジストに含まれる失活剤の量を、投影光学系によりウエハ等の物体上に形成されるホールアレイのパターンの像のコントラストを考慮して調整する工程は、上述した第１、第２の露光方法に限らず、その他のホールアレイの形成のための露光と組み合わせて実行しても良い。かかる場合であっても、ウエハ等の物体上に形成されるホールアレイパターンの像のコントラストを実質的に増加させることができる。
【０１２８】
上述したリソグラフィ工程において、上記実施形態の処理、あるいは上述したような種々の変形形態の処理を行うことで、ウエハ上に、従来に比べて密集度の高いホールアレイを形成することができ、最終的に従来に比べて密集度の高い電子デバイスを製造することが可能になる。
【０１２９】
また、上記実施形態では、照明系開口絞り板３４の開口絞り３６Ｅ，３６Ｆそれぞれの開口の出口側に偏光板を一体的に設ける場合について説明したが、これに限らず、例えば開口絞り３６Ｅを照明光ＩＬの光路上に設置する場合に、フライアイレンズ３２と照明系開口絞り板３４との間に別の大きな偏光板を配置し、例えば開口絞り３６Ｅの開口３７ｅ〜３７ｈの一部又は全部に１／２波長板を配置して、各１／２波長板の回転角を調整するようにしても良い。
【０１３０】
また、例えば光源として直線偏光のレーザビームが射出されるようなレーザ光源を使用することにより、開口絞り３６Ａ〜３６Ｆのそれぞれを直線偏光の照明光で照明する場合には、例えば開口絞り３６Ｅ、３６Ｆそれぞれの開口の一部または全部に適当な回転方向の１／２波長板を設けるだけで良い。この場合、一部の開口に１／２波長板を設けるだけでも良いが、全部の開口に１／２波長板を設けるほうが照明のバラツキを低減する上で効果がある。このように１／２波長板を使用して偏光方向を調整した場合には、照明光の損失がないので照明効率が良い。この場合、１／２波長板以外に、例えば旋光子（イメージローテータ）などを用いても良い。
【０１３１】
なお、上記実施形態では、マスクとしてレチクルを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器とも呼ばれる）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を含む可変成形マスク（電子マスク）を用いても良い。また、露光対象となる物体はウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレートなどでも良い。
【０１３２】
また、上記実施形態の露光装置の光源１０としては、Ｆ2レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能である。また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【０１３３】
また、上記実施形態では、走査型露光装置の場合を説明したが、本発明は、投影光学系を備える露光装置であれば、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わず適用することができる。また、ウエハステージを２基備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。さらに、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の露光方法及びデバイス製造方法は、例えばメモリ、例えばＤ−ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのマイクロデバイスの製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】一実施形態に係る露光装置１００の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の照明系開口絞り板を、−Ｙ方向から見て示す正面図である。
【図３】照明光の光路上に設定された第１のクロスポール照明絞りを＋Ｙ側から見た状態を示す図である。
【図４】照明光の光路上に設定された第２のクロスポール照明絞りを＋Ｙ側から見た状態を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、ホールアレイパターンが形成されたバイナリマスクからなるレチクルＲ１を示す図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のレチクルＲ１に対応するオブジェクトスペクトラム（回折光）を示す図、図５（Ｃ）は、照明系設計解の光源配置を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、クロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡ断面Ａ断面に相当する空間像強度を示す図、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、クロスポール照明条件下で、かつ無偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度を示す図、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ１上のホールアレイパターンの空間像の等高線図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度を示す図、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、ホールアレイパターンが形成されたクロムレスマスクからなるレチクルＲ２を示す図、図９（Ｂ）は、レチクルＲ２から発生するオブジェクトスペクトラム（回折光）を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、図９（Ａ）のレチクルＲ２のパターンを分解した４つのバイナリマスクのパターンのレイアウトをそれぞれ示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ）は、それぞれ図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）のマスクパターンのオブジェクトスペクトラム（回折光）を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）はクロスポール照明条件下で、かつAzimuthal偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度を示す図、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、クロスポール照明条件下で、かつ無偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度を示す図、図１３（Ｃ）には、図１３（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、クロスポール照明条件下で、かつRadial偏光の照明光の照射によって形成されるレチクルＲ２上のパターンの空間像の等高線図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ断面に相当する空間像強度を示す図、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）のＢ断面に相当する空間像強度を示す図である。
【図１５】等間隔のＬ／Ｓパターンから発生する回折光を横軸をｓｉｎθ軸として示す図である。
【図１６】Ｌ／Ｓパターンの限界解像を形成する光源の位置を示す図である。
【図１７】ホールアレイからの（ｍ，ｎ）次回折光の発生位置を示す図である。
【図１８】従来のホールアレイパターンの限界解像を形成する光源の位置を示す図である。
【図１９】Ｌ／Ｓとホールアレイの限界解像度を比較するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、クロスポール照明条件の照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面（投影光学系の瞳面を含む））における光量分布を示す図、図２０（Ｂ）はダイポールＸ照明条件の照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面）における光量分布を示す図、図２０（Ｃ）は、ダイポールＹ照明条件の照明光学系の瞳面（及びこれに共役な面）における光量分布を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１００…露光装置、Ｗ…ウエハ、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系。
【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９】
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【図１０】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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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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