WO2004090952A1

WO2004090952A1 - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: WO2004090952A1
Application number: PCT/JP2004/004522
Authority: WO
Inventors: Takehito Kudo; Shigeru Hirukawa
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2004-10-21
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Abstract

　種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できる露光方法及び装置である。照明光学系の瞳面上での光量分布を、光軸（ＢＸ）を含む第１領域（２８）と、この第１領域（２８）を囲む第１円周（３２Ａ）に沿って配置されてそれぞれその第１領域よりも小さい４個の第２領域（２９Ａ～２９Ｄ）と、その第１円周（３２Ａ）を囲む第２円周（３２Ｂ）に沿って配置されてそれぞれその第１領域よりも小さい４個の第３領域（３０Ａ～３０Ｄ）とからなる９個の領域でほぼ一定光量となり、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する。この光量分布は、回折光学素子又は開口絞り等によって設定する。

Description

明細書露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法技術分野

本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、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イエ程でマスクパターンをウェハ等の基板上に転写するために使用ざれる露光技術に関し、更に詳しくは所謂変形照明に関連した照明技術を用いる露光技術に関する。更に本発明は、その露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。背景技術

半導体素子（又は液晶表示素子等）を製造するためのリソグラフイエ程で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを被露光基板としてのウェハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステップ ·アンド · リピ —ト方式のような一括露光方式、又はステップ ·アンド ·スキャン方式のような走査露光方式の投影露光装置が使用されている。この種の投影露光装置では、様々のパターンをそれぞれ高解像度でゥェハ上に転写することが求められている。転写対象のパターンの内、特に微細で高い解像度が必要とされるパターンが所謂コンタクトホールである。コンタクトホールには、所定形状の複数の開口が所定の微細なピッチで配列された密集コンタクトホールと、実質的に単独の開口からなる孤立コンタクトホールとがある。前者の密集コンタクトホールのパターンを高解像度でウェハ上に転写するためには、照明系の瞳面において、光軸に対して偏心した 1つ又は複数の領域（特に 4個の領域）で照明光の光量を大きくする所謂変形照明方式（変形光源方式）が有効である（例えば、日本国の特開平 5— 6 7 5 5 8号公報（対応する米国特許第 6 , 0 9 4 , 3 0 5号）及び特開 2 0 0 1 - 1 7 6 7 6 6号公報 (対応する米国特許第 6， 5 6 3， 5 6 7号）参照) 。一方、後者の孤立コンタクトホ一ルのパターンを高解像度でウェハ上に転写するためには、照明系の瞳面において、光軸を中心とする 1つの比較的小さい円形領域で照明光の光量を大きくする照明方式、即ち照明系のコヒー

である σ値を比較的小さくする照明方式（以下、説明の便宜上、「小 σ照明方式」と呼ぶ。）が有効であることが知られている。発明の開示 · 上述の如く、微細ピッチの密集コンタク卜ホール及び孤立コンタク卜ホールのパターンは、それぞれ変形照明方式及び小 σ照明方式によって高解像度でウェハ上に転写することができる。これに関して、最近、例えば半導体素子の製造に際しては、実質的に孤立コンタクトホールとみなすことができる大きいピッチで配列されたコンタクトホールから微細ピッチの密集コンタクトホールまでを含む種々のピッチのコンタクトホールのパターンが形成された 1枚のレチクルパターンを、 1回の露光でウェハ上に転写することも要求されるようになって来ている。しかしながら、このために変形照明方式を用いた場合には、大きいピッチのコンタクトホールの解像度が十分ではなく、逆に小 σ照明方式を用いた場合には、微細ピッチの密集コンタクトホールの解像度が十分ではないという不都合が生じる。

また、最近、例えば半導体素子の製造に際しては、一方向に微細ピッチで配置されると共にそれに直交する方向には実質的に孤立パターンとみなすことができるいわゆる一方向密集コンタクトホールのパターンを、ウェハ上に高解像度で転写することも要求されるようになって来ている。

しかしながら、このために従来の変形照明方式を用いた場合には、孤立パターンとみなすことができる方向の解像度が十分ではなく、逆に小 σ照明方式用いた場合には、微細ピッチで配列された方向の解像度が十分ではないという不都合が生じる。 '

本発明は斯かる点に鑑み、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ髙解像度で転写できる露光技術を提供することを第 1の目的とする。

また、本発明は、一方向に周期的に配列されて、それに直交する方向には実質的に孤立的であるパターン（一方向密集パターン）を高解像度で転写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、その露光技術を用いて、種々のパターンを含むデバイス、又は一方向密集パターンを含むデバイスを高精度且つ高スループットで製造できるデバイス製造技術を提供することを第 3の目的とする。

本発明による第 1の露光方法は、照明系 ( 1 2 ) からの光束でマスク ( R) を照明し、その光束でそのマスク及び投影系 ( P L ) を介して基板 (W) を露光する露光方法において、その照明系に関する所定面 (Q 1 ； Q 3 ) におけるその光束の光量分布を、外側の輪郭がその照明系の光軸（B X) を含む第 1領域（2 8 ； 2 8 R) と、この第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれその第 1領域よりも小さい 8個の領域（2 9 A〜 2 9 D , 3 0 A〜3 0 D) とを含む 9個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したものである。 '

斯かる本発明によれば、その第 1領域を通過する光束によって、ピッチが大きく実質的に孤立コンタクトホールとみなせるようなパターンが高解像度に転写され、それを囲む 8個の領域を通過する光束によって、中程度のピッチのパターンから密集コンタクトホールのような微細なピッチのパターンを含むパターンが高解像度に転写される。従って、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できる。

この場合、その中心の第 1領域は、輪帯状の領域（2 8 R) であることが望ましい。このように第 1領域で輪帯照明を行うことによって、解像度及び焦点深度を更に改善できる場合がある。また、その中心の第 1領域と、それを囲む周辺の領域とで光量（例えば単位面積当たりの強度）を異ならせてもよい。

また、一例として、その所定面は、その照明系の瞳面（Q 1 ) であり、その所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 9個の領域は、その第 1領域（2 8 ) と、この第 1領域を囲む第 1円周（3 2 A) に沿って配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域（2 9 A〜2 9 D ) と、その第 1円周を囲む第 2円周（3 2 B ) に沿って配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 3領域 ( 3 0 A〜3 0 D) とからなるものである。この構成によれば、その第 2領域を通過する光束によって中程度のピッチのパターンが高解像度に転写され、その第 3領域を通過する光束よつて微細なピッチのパターンが高解像度に転写される。

また、その第 1領域（28) 、 2個のその第 2領域（29A, 29 C) 、及び 2個のその第 3領域（30A， 30 C) がその照明系の光軸（BX) を通る第 1 直線（31A) に沿って配置され、その第 1領域、他の 2個のその第 2領域（2 9 B, 29 D) 、及び他の 2個のその第 3領域 (30 B, 30D) がその照明系の光軸を通りその第 1直線に直交する第 2直線（31 B) に沿って配置されることが望ましい。

通常の転写対象のパターンは、直交する 2方向（この一方を「パターンの配置方向」と呼ぶ) に沿って 2次元的に配置されている。そこで、その第 1直線 (又はその第 2直線）の方向をそのパターンの配置方向に対して交差させる（望ましくは 45° で交差させる）ことによって、その 2次元的に配置された'種々のピッチのパターンをそれぞれ高解像に転写することができる。

また、その第 1領域を円形にしたときの半径（r l) 、並びにその第 2領域及びその第 3領域を円形にしたときの半径（r 2， r 3) は、その照明系の最大ひ値（これを σとする）を基準として次の範囲に設定されることが望ましい。なお、その第 1領域、第 2領域、第 3領域を正方形、正六角形、又は円形の 4分の 1の形状など、円形と異なる他の形状に設定した場合にも、その面積はその円形の場合の面積と等しいことが望ましい。なお、その第 1領域が輪帯である場合には、その外側の半径（r 1) が（1) 式の範囲に設定されることが望ましい。

0. 2 σ≤ Γ 1≤0. 4 σ ··· (1)

0. 75 a≤r 2≤0. 2 σ ··· (2)

0. 75 σ≤ r 3≤0. 2 σ … （3)

各領域が（1) 式、（2) 式、（3) 式の下限値より小さくなると、種々のピツチのパターンの中に解像度が低下するものが生じる恐れがある。一方、各領域が（1) 式、（2) 式、（3) 式の上限値より大きくなると、通常の照明方式に近づくため、微細なピッチのパターンに対する解像度が低下する恐れがある。次に、本発明による第 2の露光方法は、照明系（12) からの光束でマスク (R) を照明し、その光束でそのマスク及び投影系 (PL) を介して基板 (W) を露光する露光方法において、その照明系に関する所定面（Q 1 ； Q3) におけるその光束の光量分布を、外側の輪郭がその照明系の光軸（B X) を含む輪帯状の第 1領域（3 3 R) と、この第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の領域（3 4 A〜3 4 D) とを含む 5個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したものである。

斯かる本発明によれば、その輪帯状の第 1領域を通過する光束によって、ピッチが大きく実質的に孤立コン夕クトホールとみなせるようなパターンが高解像度に転写され、それを囲む 4個の領域を通過する光束によって、密集コンタクトホールのような微細ピッチのパターンが高解像度に転写される。従って、種々のピツチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できる。

また、一例として、その所定面は、その照明系の瞳面（Q 1 ) であり、その所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 5個の領域は、その第 1領域（3 3 R) と、この第 1領域を囲む円周（3 5 ) に沿って実質的に 9 0 ° 間隔で配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域（3 4 A〜3 4 D) とからなるものである。

この構成によれば、その第 2領域を通過する光束によって微細ピッチのパターンが高解像度に転写される。通常の転写対象のパターンは、直交する 2方向（この一方を「パターンの配置方向」と呼ぶ）に沿って 2次元的に配置されている。そこで、その第 2領域が配列されている方向をそのパターンの配置方向に対して交差させる（望ましくは 4 5 ° で交差させる）ことによって、その 2次元的に配置された種々のピッチのパターンをそれぞれ高解像に転写することができる。また、その第 1領域を輪郭が円形の輪帯にしたときの外側の半径（r l ) 、並びにその第 2領域を円形にしたときの半径（r 2 ) は、その照明系の最大 σ値 (これをひとする）を基準として、上記の（1 ) 式及び（2 ) 式の範囲内に設定されることが望ましい。これによつて、種々のピッチのパターンを高解像度で転写できる。

これらの本発明において、その所定面上でその照明系の光軸外に配置されるその光量が大きい各領寧から発生する光束は直線偏光であってもよい。この場合、その所定面上におけるその光束の偏光方向は実質的に接線方向と一致していてもよい（即ち、その光束は S偏光でもよい）。

次に、本発明による第 3の露光方法は、照明系（12) からの光束でマスク (R 1) を照明し、その光束でそのマスク及び投影系 (PL) を介して基板 (W) を露光する露光方法において、その照明系に関する所定面（Q 1 ； Q3) におけるその光束の光量分布を、互いに離れた 3個の領域（54， 55 A, 55 B ； 62, 63 A, 63 B) における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したものである。

斯かる本発明によれば、そのマスクに一方向密集パターン (52, 53) が形成されている場合、その 3個の領域の中央の領域を通過する光束によって、そのパターンが孤立的である方向に高解像度に転写され、その中央の領域を挟む 2個の領域を通過する光束によって、そのパターンが周期的に配列されている方向に高解像度に転写される。

この場合、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸の近傍の第 1領域（54 ； 62) と、その光軸を通る直線に沿ってその第 1領域を挟むように配置された第 2領域（55 A； 63 A) 及び第 3領域（55 B ； 63 B) とを含むことが望ましい。又は、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸近傍の第 1領域（54 ； 62) と、その光軸からほぼ等距離に配置される第 2及び第 3領域（55A， 55 B ； 63 A, 63 B) とを含むものでもよい。

これらの構成において、その 3個の領域が配列されている方向をその一方向密集パターンが周期的に配列されている方向に対応させる（平行にする）ことによつて、その一方向密集パターンを孤立的な方向及び周期的な方向の 2方向に高解像度で転写することができる。

言い換えると、そのマスクに形成されたパターンが、所定の第 1軸（X軸）に沿って周期的に配置されると共にその第 1軸に直交する第 2軸（Y軸）方向には実質的に孤立している一方向密集パターン（52, 53) を含む場合、その光量の大きい 3個の領域は、その第 1軸に平行な方向に離れて配置されることが望ましい。これによつて、その一方向密集パターンをその第 1軸及び第 2軸に沿った方向にそれぞれ高解像度で転写することができる。更に、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸を通りその第 1軸に平行な直線に沿って配置されることがより望ましい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域は、その中央部における光量が他の部分における光量よりも小さく設定されることが望ましい。これによつて、そのパターンが孤立的である方向の解像度を高めることができ、焦点深度も広くなる。

この場合、その中央の領域は、一例としてほぼ輪帯状の領域 ( 5 4 ) である。また、その中央の領域は、別の例として互いに離れた複数の領域 ( 5 4 A 1 , 5 4 A 2 ) からなるものである。その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、一例としてその所定面上でその照明系の光軸を通る所定の直線に沿って配置される。そして、その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、別の例としてその中央の領域の大きさに応じてその配列方向が決定される。

また、その 3個の領域は、一例として輪郭が互いにほぼ同じ大きさの領域である。更に、その光量の大きい 3個の領域の大きさは、それぞれその照明系の最大 σ値の 0 . 1倍から 0 . 2倍に相当するものであることが望ましい。これによつて、本発明者のシミュレーションによれば深い焦点深度が得られる。

また、その光量の大きい 3個の領域のうちその第 1軸に平行な方向に関して両端に配置される 2個の領域（6 3 Α, 6 3 Β ) は、それぞれ長手方向がその第 2 軸に平行な方向とほぼ一致している形状でもよい。これによつて、一方向密集パターンに対する解像度をめると共に、光量の低下を抑制できる。

更に、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域 ( 6 2 Α) は、長手方向がその第 1軸に平行な方向とほぼ一致する形状でもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束は、偏光方向がその第 2軸に平行な方向とほぼ一致する直線偏光であってもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束と他の 2個の領域から発生する光束とは、互いに偏光状態が異なってもよい。この場合、その中央の領域 ( 6 2 Α) から発生する光束とその 2個の領域 ( 6 3 Α, 6 3 Β ) から発生する光束とは、偏光方向がほぼ直交している。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域と他の 2個の領域とは、互いに大きさが異なってもよい。また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域から発生する光束は、それぞれ直線偏光であってもよい。この場合、一例として、その所定面上でその他の 2個の領域に分布する光束はそれぞれ偏光方向が接線方向とほぼ一致している (即ち, その光束は S偏光である) 。

また、その所定面は、一例としてその照明系の瞳面である。そして、その所定面の他の例は、その照明系中のその瞳面に対する共役面、又は投影 ¾の瞳面（若しくはこの共役面）である。これらの場合に、最も高い解像度が得られる。次に、本発明による第 1の露光装置は、光束でマスク（R) を照明する照明系 (12) と、そのマスクからのその光束で基板 (W) を露光する投影系 (PL) とを有する露光装置において、その照明系に関する所定面（Q 1 ； Q3) におけるその光束の光量分布を、外側の輪郭がその照明系め光軸（BX) を含む第 1領域（28 ； 28R) と、この第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれその第 1領域よりも小さい 8個の領域（29 A〜29D， 30A〜30D) とを含む 9個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材（21 ； 42) を有するものである。

斯かる本発明によれば、その光学部材によって、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できる。

この場合、更に解像度及び焦点深度を改善するためには、その中心の第 1領域は輪帯状の領域（28R) であることが望ましい。

また、一例として、その所定面は、その照明系の瞳面（Q 1) であり、その所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 9個の領域は、その第 1領域（29) と、この第 1領域を囲む第 1円周（32A) に沿って配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域（29A〜29D) と、その第 1円周を囲む第 2円周（32 B) に沿って配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 3領域（30A〜30D) とからなるものである。また、その第 1領域（28) 、 2個のその第 2領域（29A, 29 C) 、及び 2個のその第 3領域（30A， 30 C) がその照明系の光軸（BX) を通る第 1 直線（31A) に沿って配置され、その第 1領域、他の 2個のその第 2領域（2 9B, 29D) 、及び他の 2個のその第 3領域（30B, 30D) がその照明系の光軸を通りその第 1直線に直交する第 2直線（31 B) に沿って配置されることが望ましい。

この場合の各領域の大きさも（1) 式〜（3) 式の条件を満たすことが望ましい。

次に、本発明の第 2の露光装置は、光束でマスク (R) を照明する照明系 (1 2) と、そのマスクからのその光束で基板 (W) を露光する投影系'（PL) とを有する露光装置において、その照明系に関する所定面（Q1 ； Q3) におけるその光束の光量分布を、外側の輪郭がその照明系の光軸（BX) を含む輪帯状の第 1領域（33 R) と、この第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の領域（34A〜34D) とを含む 5個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定す'る光学部材 (21 ； 42) を有するものである。

また、一例として、その所定面は、その照明系の瞳面（Q 1) であり、その所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 5個の領域は、その第 1領域（33R) と、この第 1領域を囲む円周（35) に沿って配置されてそれぞれその第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域（34A〜34D) とからなるものである。

この場合の各領域の大きさも（1) 式、（2) 式の条件を満たすことが望ましい。

また、一例として、その照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕（5) を含み、その光学部材は、その照明系内でそのオプティカル ·インテグレー夕の入射面側に配置されると共に、その光束を複数方向に回折する回折光学素子 (21) である。特に位相型の回折光学素子を用いることで、光束に対して高い利用効率が得られる。

また、別の例として、その照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕（5) を含み、その光学部材は、その所定面又はその共役面に配置されると共に、その所定面上で光量が高められる領域を規定する開口絞り. （4 2 ) を含むものである。開口絞りは、構造が簡単で容易に所望の光量分布を設定することができる。

また、その光学部材は、その複数の領域で光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることが望ましい。これによつて、種々のパターンをそれぞれ最適な照明条件で露光できる。

本発明の露光装置においても、その所定面上でその照明系の光軸外に配置されるその光量が大きい各領域から発生する光束は直線偏光であってもよい。この場合、その所定面上におけるその光束の偏光方向は実質的に接線方向と一致していてもよい（即ち、その光束は S偏光でもよい）。

また、一例として、その光学部材は、その所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材を含み、その照明系内でその偏向部材から発生される光束の偏光状態を設定する偏光設定部材を更に備えてもよい。

その偏向部材の一例は、その照明系の光路上で複数方向に回折光を発生する回折光学素子 ( 2 1 ) である。

また、その光学部材は、その偏向部材の射出側に配置され、その所定面上におけるその光軸外の各領域とその照明系の光軸との位置関係を可変とする可動部材 ( 7 1， 7 2 ) を含み、その偏光設定部材は、その偏向部材とその可動部材との間に配置されてもよい。

また、その可動部材は、その所定面上でその第 1領域を除くその光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面（7 1 b ) を有し、その照明系の光軸に沿って移動する少なくとも 1つの可動プリズム（7 1 ) を含むものでもよい。

また、その光学部材は、その第 1領域を囲みその光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなる複数の領域の位置を可変とする少なくとも 1つの可動プリズム ( 7 1 , 7 2 ) を含むものでもよい。その可動プリズムは、一例としてその所定面上でその第 1領域を除くその光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面（7 1 b ) を有すると共に、その照明系の光軸に沿って移動するものである。また、その可動プリズムは、別の例としてその所定面上でその第 1領域 ^布する光束が通りかつその照明系の光軸とほぼ直交する平面（7 1 a ) を有するものである。

次に、本発明の第 3の露光装置は、マスク（R) を光束で照明する照明系（1 2 ) と、そのマスクからのその光束で基板（W) を露光する投影系 ( P L ) とを有する露'光装置において、その照明系に関する所定面（Q 1 ； Q 3 ) におけるその光束の光量分布を、その照明系の光軸を実質的に含む第 1領域.（2 8 ； 2 8 R) と、その第 1領域の外側に配置される複数の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材を有し、その光学部材は、その所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材 ( 2 1 ) と、その所定面上におけるその光軸外の各領域とその照明系の光軸との位置関係を可変とするために、その偏向部材から発生してその所定面上でその第 1領域に分布する光束が通りその照明系の光軸とほぼ直交する平面と、その第 1 領域を除くその光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面とを有する少なくとも 1つの可動プリズム（7 1 ) とを含むものである。

斯かる本発明によれば、その偏向部材によって、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できる。更に、その可動プリズムによって、転写するパターンの種類等に応じて結像特性を調整できる。

この発明において、一例としてその照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕 ( 5 ) を含み、その可動プリズムは、その照明系内でそのオプティカル ·ィンテグレー夕の入射側に配置されその光軸に沿って移動するものである。

また、その第 1領域の外側に配置される複数の領域から発生する光束はそれぞれその所定面上で偏光方向が実質的に接線方向と一致する直線偏光（S偏光）であってもよい。

また、その光学部材は、その第 1領域を含む複数の領域でそれぞれ光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることが望ましい。

次に、本発明による第 4の露光装置は、光束でマスク（R) を照明する照明系 ( 1 2 ) と、そのマスクからのその光束で基板（W) を露光する投影系（P L ) とを有する露光装置において、その照明系に関する所定面におけるその光束の光量分布を、互いに離れた 3個の領域（5 4 , 5 5 A, 5 5 B ； 6 2 , 6 3 A, 6 3 B ) における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材（2 2 A， 2 2 B ； 4 2 A, 4 2 B ) を有するものである。

斯かる本発明によれば、その光学部材を用いることによって、一方向密集パ夕ーンを周期的に配列された方向及び孤立的な方向にそれぞれ高解像度で転写できる。

この場合、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸の近傍の第 1領域（5 4 ； 6 2 ) と、その光軸を通る直線に沿ってその第 1領域を挟むように配置された第 2領域（5 5 A： 6 3 A) 及び第 3領域（5 5 B ； 6 3 B ) とを含むことが望ましい。又は、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸近傍の第 1領域（5 4 ; 6 2 ) と、その光軸からほぼ等距離に配置される第 2及び第 3領域（5 5 A， 5 5 B ； 6 3 A, 6 3 B ) とを含むものでもよい。

これらの構成において、そのマスクに形成されたパターンが、所定の第 1軸 (X軸）に沿って周期的に配置されると共にその第 1軸に直交する第 2軸（Y 軸）方向には実質的に孤立している一方向密集パターン（5 2， 5 3 ) を含む場合、その光量の大きい 3個の領域は、その第 1軸に平行な方向に離れて配置されることが望ましい。これによつて、その一方向密集パターンをその第 1軸及び第 2軸に沿った方向にそれぞれ高解像度で転写することができる。更に、その光量の大きい 3個の領域は、その照明系の光軸を通りその第 1軸に平行な直線に沿つて配置されることがより望ましい。

この場合、その中央の領域は、一例としてほぼ輪帯状の領域 ( 5 4 ) である。また、その中央の領域は、別の例として互いに離れた複数の領域（5 4 A 1 , 5 4 A 2 ) からなるものである。その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、一例としてその所定面上でその照明系の光軸を通る所定の直線に沿って配置される。そして、その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、別の例としてその中央の領域の大きさに応じてその配列方向が決定される。

また、その光量の大きい 3個の領域の大きさは、それぞれその照明系の最大 σ 値の 0 . 1倍から 0 . 2倍に相当することが望ましい。これによつて、深い焦点深度が得られる。

また、本発明において、その光量の大きい 3個の領域のうちその窠 1軸に平行な方向に関して両端に配置される 2個の領域（6 3 Α, 6 3 Β ) は、それぞれ長手方向がその第 2軸に平行な方向とほぼ一致する形状でもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域（6 2 Α) は、長手方向がその第 1軸に平行な方向とほぼ一致する形状でもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束は、偏光方向がその第 2軸に平行な方向とほぼ一致する直線偏光でもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束と他の 2個の領域から発生する光束とは、互いに偏光状態が異なってもよい。この場合、一例として、その中央の領域から発生する光束とその 2個の領域から発生する光束とは、偏光方向がほぼ直交するものである。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域と他の 2個の領域とは、互いに大きさが異なるものでもよい。

また、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域から発生する光束は、それぞれ直線偏光であってもよい。この場合、一例としてその所定面上でその他の 2個の領域に分布する光束は、それぞれ偏光方向が接線方向とほぼ一致するもの（S偏光）である。

また、一例として、その光学部材は、その所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材（2 2 Α, 2 2 Β ) を含み、その照明系内でその偏向部材から発生される光束の偏光状態を設定する偏光設定部材を更に備えるものである。この場合、更にその光学部材は、その偏向部材の射出側に配置され、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域とその照明系の光軸との位置関係を可変とする可動部材（7 1， 7 2 ) を含み、その偏光設定部材は、その偏向部材とその可動部材との間に配置されるものでもよい。また、その可動部材は、その所定面上でその中央の領域を除くその他の 2個の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面を有し、その照明系の光軸に沿つて移動する少なくとも 1つの可動プリズム ( 7 2 ) を含むものでもよい。

また、本発明において、その光学部材は、その光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域の位置を可変とする少なくとも 1つの可動プリズム（7 1 , 7 2 ) を含むものでもよい。この場合、一例として、その可動プリズムは、その所定面上でその中央の領域を除くその他の 2個の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面（7 1 b ) を有すると共に、その照明系の光軸に沿つて移動するものである。

また、その可動プリズムは、その所定面上でその中央の領域に分布する光束が通りかつその照明系の光軸とほぼ直交する平面（7 l a ) を有してもよい。更に、一例として、その照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕（4 ) を含み、その可動プリズムは、その照明系内でそのオプティカル ·インテグレ一夕の入射側に配置される。

また、その所定面は、一例としてその照明系の瞳面（Q 1 ) である。この場合、一例としてその照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕（5 ) を含み、その光学部材（2 2 A, 2 2 B ) は、そのオプティカル ·インテグレー夕の入射面側に配置される回折光学素子を含むものである。この構成では、高い照明効率が得られる。また、その所定面が、その照明系の瞳面（Q 1 ) である場合の別の構成例として、その照明系は、その光束が照射されるそのマスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕（5 ) を含み、その光学部材は、その所定面又はその共役面に配置されると共に、その 3個の領域を規定する開口絞り（4 2 A ; 4 2 B ) を含むものである。この構成では、その所定面での光量分布を容易に所望の分布にすることができる。

また、その光学部材は、その 3個の領域で光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることが望ましい。これによつて、種々のパターンをそれぞれ高解像度で転写できる。次に、本発明のデバイス製造方法は、リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法又は露光装置を用いてパターン（R) を感光体 (W) に転写するものである。本発明の露光方法又は露光装置を用いることによって、種々のピッチのパターンを含むデバイス、又は一方向密集パターンを含むデバイスを高精度に量産することができる。発明の効果

本発明において、照明系に関する所定面における光量分布を、所定の 9個又は 5個の領域で光量が大きくなるように設定するときには、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度で転写することができる。

また、中心の第 1領域を輪帯状にすることによって、更に解像度及び焦点深度を改善することができる。また、光束の偏光状態を制御することによって、更に解像度等を改善できる場合がある。

また、本発明において、照明系に関する所定面における光量分布を、所定の 3 個の領域で光量が大きくなるように設定するときには、一方向密集パターンを高解像度で転写することができる。

また、マスクに形成されたパターンが、所定の第 1軸に沿って周期的に配置されると共にその第 1軸に直交する第 2軸方向には実質的に孤立している一方向密集パターンを含む場合に、その光量の大きい 3個の領域を、その第 1軸に平行な方向に離れて配置することによって、その一方向密集パターンを周期的に配列された方向及び孤立的な方向の両方向に高解像度で転写することができる。更に、本発明において、その光量の大きい 3個の領域から発生する光束の偏光状態を所定状態に設定した場合には、所定のパターンに対して解像度等が向上する場合がある。図面の簡単な説明

図 1 (A) は本発明の第 1の実施形態の投影露光装置を示す構成図、図 1 ( B ) は図 1 (A) 中のプリズム 7 1 , 7 2を示す拡大斜視図、図 1 ( C) はプリズム 7 1， 7 2の別の構成例を示す図である。図 2は、図 1のレチクル Rのパターンの一例を示す平面図である。

図 3は、図 1の回折光学素子 21によってフライアイレンズ 5の射出面（瞳面）に設定される 9個の領域を含む光量分布を示す図である。

図 4は、フライアイレンズ 5の射出面（瞳面）上の 5個の領域で光量が大きくなる光量分布を示す図である。

図 5は、図 3及び図 4の光量分布で露光を行つた場合の転写像のシミュレーションによる評価結果を示す図である。

図 6 (A) は図 3の光量分布において、中心の領域を輪帯状とした変形例を示す図、図 6 (B) は図 3の光量分布の別の変形例を示す図である。

図 7 (A) は図 1の回折光学素子 22によってフライアイレンズ 5の射出面

(瞳面）に設定される中心の輪帯を含む 5個の領域で光量が大きくなる光量分布を示す図、図 7 (B) は図 7 (A) の光量分布の変形例を示す図である。

図 8は、図 7 (A) の光量分布で露光を行った場合の転写像のシミュレーションによる評価結果を示す図である。

図 9は、図 3の光量分布に対する変形例を示す図である。

図 10は、図 1 (A) 中のプリズム 71, 72の変形例を示す斜視図である。図 1 1 (A) は本発明の第 2の実施形態で露光対象となるレチクル R 1のバターンの一例を示す平面図、図 1 1 (B) はレチクル R 1のパターンの他の例を示す図である。

図 12は、本発明の第 2の実施形態において、図 1 (A) の回折光学素子 22 Aによってフライアイレンズ 5の射出面（瞳面）に設定される光量分布を示す図である。

図 13 (A) は図 1 1 (A) のパターン 52によって Y方向に回折される光束を示す図、図 13 (B) は図 1 1 (A) のパターン 52によって X方向に回折される光束を示す図である。

図 14は、図 12の光量分布で露光を行った場合の転写像のシミュレーションによる焦点深度（DOF) の評価結果を示す図である。

図 15 (A) 、図 15 (B) 、及び図 15 (C) はそれぞれ図 12の光量分布に対する変形例を示す図である。図 16 (A) は図 1 (A) の回折光学素子 22 Bによってフライアイレンズ 5 の射出面（瞳面）に設定される光量分布を示す図、図 16 (B) は図 16 (A) の光量分布の変形例を示す図である。

図 17は、図 16 (A) の光量分布で露光を行った場合の転写像のシミュレ一シヨンによる焦点深度 (DOF) の評価結果を示す図である。

図 18は、本発明の第 3の実施形態の投影露光装置を示す構成図である。

図 19は、図 18中の開口絞り 42のパターンを示す図である。

図 20は、図 6の光量分布に対応する開口絞りのパターンを示す図である。

図 21は、図 7 (A) の光量分布に対応する開口絞りのパターンを示す図である。

図 22 (A) 及び図 22 (B) はそれぞれ本発明の第 4の実施形態において、図 18中の開口絞り 42 A及び 42 Bのパターンを示す図である。

図 23は、本発明の第 5の実施形態の照明光学系の要部を示す図である。

図 24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

[第 1の実施形態]

以下、本発明の好ましい第 1の実施形態につき図 1〜図 9を参照して説明する。本例は、ォプティカル ·ィンテグレ一夕 (ュニフォマイザ又はホモジナイザ) としてのフライアイレンズを備える照明系を用いる投影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 (A) は、本例の走査露光型の投影露光装置の構成を示し、この図 1

(A) において、露光光源 1としては Kr Fエキシマレ一ザ光源（波長 248 η m) が使用されている。なお、露光光源 1としては、 A r Fエキシマレーザ光源 (波長 193 nm) 、 F₂レーザ光源 (波長 1 57 n m) 、 K r₂レーザ光源 (波長 146 nm) 、若しくは Ar₂レーザ光源（波長 126 nm) などのレーザ光源、 ' 又は Y AGレーザの高調波発生光源や固体レーザ（例えば半導体レーザ等）等の高調波発生装置なども使用することができる。露光光源 1から射出された露光用の光束（露光ビーム）としての紫外パルス光よりなる照明光 I Lは、ビームエキスパンダ 2により光束の断面形状が所望の形状に変換された後、光路折り曲げ用のミラー 3を介して第 1の回折光学素子 2 1 に入射して、後述のように所定面（例えば、照明光学系の瞳面）で所定の光量分布が得られるように複数の方向に回折する光束 D Lに変換される。光量分布を設定するための光学部材の一部としての回折光学素子 2 1は、レポルバ 2 4に取り付けられており、レポルバ 2 4には、他の回折特性を持つ第 2の回折光学素子 2 2、及び更に別の回折特性を持つ回折光学素子 (不図示) も取り付けられている。本例では、装置全体の動作を統轄制御する主制御系 1 7が、駆動部 2 3を介してレポルバ 2 4の回転角を制御して、照明光 I Lの光路上に回折光学素子 2 1、 2 2等の何れかを設置することによって、照明条件を切り替えることができるように構成されている。

図 1 (A) において、回折光学素子 2 1により回折された光束 D Lは、リレーレンズ 4により集光され、第 1プリズム 7 1及び第 2プリズム 7 2 (可動プリズム）を経てオプティカル ·インテグレー夕としてのフライアイレンズ 5の入射面に集光される。この場合、回折光学素子 2 1は、リレーレンズ 4の前側焦点よりも僅かに露光光源 1側にずれた位置に配置され、フライアイレンズ 5の入射面はほぼリレーレンズ 4の後側焦点の位置に配置されている。そして、回折光学素子 2 1から互いに異なる方向に回折された複数の光束は、フライアイレンズ 5の入射面上で互いに異なる領域に集光されており、フライアイレンズ 5の射出面（射出側焦点面） Q 1には、ほぼその入射面の光量分布に対応する分布の面光源（本実施形態では多数の光源像からなる 2次光源）が形成される。リレーレンズ 4とフライアイレンズ 5とからなる合成レンズ系によって、回折光学素子 2 1の射出面とフライアイレンズ 5の射出面 Q 1とはほぼ共役（結像関係）となっている。本例では、回折光学素子 2 1、第 1プリズム 7 1、及び第 2プリズム 7 2が所定の光量分布を設定するための光学部材に対応している。図 1 ( B ) に示すように、第 1プリズム 7 1は、照明光学系の光軸 B X (後述）を中心とする円形領域で平行平面板 7 1 aとなり、その周辺部で凹の円錐体 7 1 bとなる部材であり、第 2プリズム 7 2は、第 1プリズム 7 1に対して凹凸が逆になると共に、第 1プリズム 7 1と合わせたときに全体として平行平面板を構成する部材である。なお、第 1及び第 2プリズム 7 1、 7 2の中心の円形領域を通る（即ち、第 1及び第 2 プリズム 7 1、 7 2内を光軸 B Xに沿って直進する) 光束は、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1上での光量分布の中心で光量が高められる領域に分布し、第 1及び第 2プリズム 7 1、 7 2の周辺の円錐部（斜面）を通る光束は、その光量分布の周辺で光量が高められる複数の領域（あるいはその複数の領域を含む所定領域）に分布する。

また、第 1及び第 2プリズム 7 1、 7 2の少なくとも一方、例えば本例では第 2プリズム 7 2のみが光軸 B Xに沿って不図示の駆動機構によって変位自在に支持されており、第 2プリズム 7 2を光軸 B Xに沿って変位させて、第 1プリズム 7 1と第 2プリズム 7 2との間隔を変えることによって、フライアイ'レンズ 5の射出面 Q 1における光量分布を、中心の分布（後述する領域 2 8、 3 3などの位置）を変えることなく、周辺の光量の大きい複数の領域の位置を半径方向に調整できる（即ち、 X方向、 Y方向に関する複数の領域の位置（光軸 B Xとの距離）を可変とする）ように構成されている。

なお、プリズム 7 1及び 7 2の代わりに、円錐体の部分が角錐体（又はピラミッド状）となったプリズムを用いてもよい。また、 2つのプリズム 7 1、 7 2を用いることなく、第 1プリズム 7 1のみを用いてこの位置を光軸 B Xに沿って可変としてもよい。更に、可動プリズムとしては、図 1 ( C ) に示すように、一方向に屈折力がありそれに直交する方向には屈折力の無い 1対の V字型の間隔可変のプリズム 7 1 A、 7 I Bを用いてもよい。なお、プリズム 7 1 A、 7 1 Bはそれぞれ中心の矩形領域（本例では平行平面板）が光軸 B Xとほぼ直交し、かつ周辺部の 2つの斜面が光軸 B Xを含んで図 1 ( C) の紙面と直交する面に関してほぼ対称となるように配置される。

この構成では、プリズム 7 1 A、 7 1 Bの間隔可変によって、図 1 ( C) の紙面内上下方向（例えば、照明光学系 1 2の瞳面における照明光の光量分布が示される図 3では Y方向に対応）に関する周辺の光量の大きい領域の位置（光軸 B X との距離）が変化する。そこで、それに直交する方向（図 1 ( C ) の紙面と垂直な方向で、図 3では X方向に対応）に関する周辺の光量の大きい領域の位置（光軸 B Xとの距離）を調整するために、 1対のプリズム 7 1 A、 7 I Bを光軸 B X の回りに 9 0 ° 回転した構成の別の 1対のプリズム 7 1 C、 7 I Dを配置してもよい。これによつて、互いに直交する 2つの方向の周辺の光量の大きい領域の位置（光軸 B Xとの距離）を独立に調整できる。

なお、前述した斜面が円錐、角錐又は V字のプリズムはそれぞれ光軸 B Xと直交する中心の平面部が平行平面板であるものとしたが、その中心部の少なくとも一部を切り取って開口部 (中空部) としてもよいし、あるいは複数の部分を別々に加工して一体に固定したものでもよい。特に後者では、中心の平面部を除く周辺の斜面部のみを複数に分割して一体に固定したものでも構わない。

ただし、図 1 (A) において、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1における周辺の光量の大きい複数の領域の位置を半径方向に変化させる必要の無い場合には、第 1プリズム 7 1及び第 2プリズム 7 2は省略することも可能である。

なお、フライアイレンズ 5は、一例として縦横の幅が数 mm程度の長方形の断面形状を持つ多数のレンズエレメントを束ねたものであり、各レンズエレメントの断面形状はレチクル上の細長い照明領域とほぼ相似である。ただし、フライアィレンズ 5としては、断面形状が幅数 1 0 i m程度の四角形又は直径が数 1 0 m程度の円形の多数の微小レンズを束ねた構成のマイクロ ·フライアイレンズを用いることも可能である。

フライアイレンズ 5から射出された光束よりなる照明光 I Lは、コンデンサレンズ系 6によって面 Q 2上に一度集光される。面 Q 2の僅かに手前側に、被照明体としてのレチクル R上の照明領域を走査方向に直交する非走査方向に細長い形状に規定するための固定視野絞り（固定ブラインド） 7が配置され、面 Q 2上に可動視野絞り（可動ブラインド） 8が配置されている。可動視野絞り 8は、走査露光の前後でその照明領域の走査方向の幅を制御して不要な露光を防止すると共に、走査露光中のその照明領域の非走査方向の幅を規定するために使用される。一例として、後述のレチクルステージ駆動系 1 6が、レチクルステ一ジの動作と同期して駆動部 1 3を介して可動視野絞り 8の開閉動作を制御する。

視野絞り 7及び 8を通過した照明光 I Lは、結像用レンズ系 9、光路折り曲げ用のミラー 1 0、及び主コンデンサレンズ系 1 1を介して、マスクとしてのレチクル Rのパターン面（以下、「レチクル面」と言う）の回路パターン領域上の細長い照明領域を一様な強度分布で照明する。露光光源 1、ビームエキスパンダ 2、ミラー 3、回折光学素子 2 1 (又は他の回折光学素子) 、リレーレンズ 4、フラィアイレンズ 5、コンデンサレンズ系 6、視野絞り 7、 8、結像用レンズ系 9、ミラー 1 0、及び主コンデンサレンズ系 1 1より照明光学系 1 2が構成されている。照明系としての照明光学系 1 2の光軸を光軸 BXとする。この場合、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1は、照明光学系 1 2の瞳面、即ちレチクル面に対して光学的なフーリエ変換面と実質的に一致しており、可動視野絞り 8の配置されている面 Q2は、そのレチクル面の共役面である。なお、固定視野絞り 7は、例えぱレチクル面の近傍に配置してもよい。

照明光 I Lのもとで、レチクル Rの照明領域内の回路パターンの像が、投影系としての両側テレセントリックの投影光学系 P Lを介して所定の縮小倍率 β ( β は例えば 1/4、 1/5等）で、投影光学系 PLの結像面に配置された基板としてのウェハ W上の複数のショット領域の一つのショット領域のレジスト層に転写される。なお、レチクル R及びウェハ Wはそれぞれ第 1物体及び第 2物体とも見なすことができる。また、被露光用の基板としてのウェハ Wは、例えば半導体 (シリコン等）又は SO I (silicon on insulator)等の直径が 200mm又は 3 00mm等の円板状の基板である。

投影光学系 PLの光軸 AXは、レチクル R上で照明光学系 1 2の光軸 BXと合致している。また、投影光学系 PLの瞳面 Q 3 (レチクル面に対する光学的なフ一リエ変換面）は、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 1 2の瞳面）と共役である。本例の投影光学系 PLとしては、屈折系の他に、例えば日本国の特開 2000— 47 1 14号公報（対応する米国特許第 6, 496, 306号）に開示されているように、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系を持つ反射屈折投影光学系、又は例えば国際公開（WO) 0 1/06 5296号パンフレツト (対応する米国公開 2003/00 1 1 755 A 1) に開示されているように、レチクルからウェハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折系とを有し、内部で中間像を 2回形成する反射屈折投影光学系等を使用できる。以下、投影光学系 PLの光軸 AXに平行に Z軸を取り、 Z 軸に垂直な平面内でレチクル R及びウェハ Wの走査方向に直交する非走査方向

(ここでは図 1 (A) の紙面に平行な方向）に X軸を取り、その走査方向（ここでは図 1 (A) の紙面に垂直な方向）に Y軸を取って説明する。

先ずレチクル Rは、レチクルステージ 1 4上に吸着保持され、レチクルステージ 1 4は、レチクルベース 1 5上に Y方向に等速移動できると共に、 X方向、 Y 方向、及び Z軸の周りの回転方向に微動できるように載置されている。レチクルステージ 1 4の位置は、レチクルステージ駆動系 1 6内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系 1 6は、その計測情報及び主制御系 1 7からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してレチクルステージ 1 4 の位置及び速度を制御する。

一方、ウェハ Wは、不図示のウェハホルダを介してウェハステージ 1 8上に吸着保持され、ウェハステージ 1 8は、ウェハベース 1 9上に X方向、 Y方向に移 ' 動自在に載置されている。ウェハステージ 1 8の位置は、ウェハステージ駆動系

2 0内のレーザ干渉計によって計測されている。ウェハステージ駆動系 2 0は、その計測情報及び主制御系 1 7からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウェハステージ 1 8の位置及び速度を制御する。また、ウェハステージ 1 8には、不図示のオートフォーカスセンサの計測情報に基づいて、走査露光中にゥェ八 Wの表面を投影光学系 P Lの結像面に合わせ込むための合焦機構が組み込まれている。

走査露光時には、主制御系 1 7、レチクルステージ駆動系 1 6、及びウェハステージ駆動系 2 0の制御のもとで、レチクルステージ 1 4を介してレチクル Rを照明光 I Lが照射される照明領域に対して Y方向に速度 V Rで走査するのに同期して、ゥェ八ステージ 1 8を介して細長い露光領域（投影光学系 P Lに関して照明領域と共役な照明光 I Lの照射領域）に対してウェハ W上の一つのショット領 ' 域を対応する方向 (+ Y方向又は— Y方向) に速度 /3 · V R ( ]3は投影倍率）で走査する動作と、ウェハステージ 1 8を介してウェハ 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。このステップ ·アンド ·スキャン動作によつて、ウェハ W上の全部のショッ卜領域にレチクル Rの回路パターンの像が転写される。次に、本例の照明光学系及び照明方法につき詳細に説明する。

図 2は、図 1 (A) 中のレチクル Rに形成された転写用のパターン（原版パ夕ーン) の一例を示し、この図 2において、レチクル Rのパ夕一ン頜域 P A内には. それぞれ X方向、 Y方向にピッチ P 1， P 2及び P 3でほぼ正方形のパターン 2 5 A、 2 5 B及び 25 Cを配置してなる 3種類のコンタクトホールの 2次元パターンが形成されている。各パターン 2 5A、 25 B、 25 Cはそれぞれ遮光膜中に形成された透過パターンでもよく、逆に透過部中に形成された遮光パターンでもよい。また、各パターン 25 A、 2 5 B、 25 Cの幅は、それぞれ対応するピツチ P 1， P 2, P 3の 1 2程度、又はこれより小さい値であるが、よりピッチの大きい方のパターン 25 B、 25 Cの幅が最も微細なピッチのパターン 25 Aの幅と同程度となる場合もある。この場合、ピッチ P l， P 2, P' 3は次のように次第に数倍になるように設定されている。

P KP 2<P 3 … （4)

図 1 (A) の投影光学系 PLの投影倍率 j3を 1Z4倍としたとき、レチクル面上でのピッチ P I, P 2, P 3はそれぞれ一例として 300 nm、 600 nm、 900 nm程度に設定される。即ち、レチクル Rの原版パターンは、微細ピッチの密集コンタクトホール用の第 1パターンと、中程度のピッチの密集コンタクトホール用の第 2パターンと、実質的に孤立コンタクトホールとみなすことができる大きいピッチで配列されたコンタクトホール用の第 3パターンとを含んでいる。このような原版パターンの像を一度に高精度にウェハ上に転写するために、本例では図 1 (A) に示すように、照明光 I Lの光路上に回折光学素子 2 1を配置して、所定面としてのフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）における照明光 I Lの光量分布（強度分布）を所定分布に設定している。

図 3は、本例の図 1 (A) のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 1 2の瞳面）における照明光 I Lの光量分布を示し、この図 3において、図 2のレチクル R上の X方向及び Y方向 (即ち、転写用パターンの配列方向）に対応する射出面 Q 1上の方向をそれぞれ X方向及び Y方向としている。ここで、図 1

(A) の投影光学系 PLの物体側（レチクル側）の開口数を NA、像側（ゥェ八側）の開口数を NA_PLとすると、投影倍率 j3を用いて次の関係がある。 ΝΑ=/3 · NAPL … （5)

更に、照明光学系 12からレチクル Rに入射する照明光 I Lの開口数の内の最大値を NAaとして、本例ではその最大の開口数 ΝΑ の投影光学系 PLの開口数 N Aに対する比の値（コヒーレンスファクタ）を最大 σ値と呼び、最大 σ値をびとする。即ち、最大 σ値の照明光とは、照明光 I Lの内で最も大きい入射角でレチクル Rに入射する光であり、最大び値（σ) は、次のように表すことができる。

図 3に示す照明光学系の瞳面において、最外周の円周 26は、投影光学系 PL の入射側の開口数 N Aと同じ開口数を持つ仮想的な光束が通過する領域の外周を表し、その内側の円周 27は、最大 σ値（σ) の開口数を持つ照明光が通過する領域に接する円周を表しており、全ての照明光は円周 27の内部を通過する。本例の照明光 I Lは、図 3において、照明光学系 12の光軸 ΒΧを中心とする半径 r 1の円形の領域 28と、その領域 28を囲む半径 R 1の第 1円周 32 Aに沿つて中心が配置された 4個の半径 r 2の円形の領域 29 A、 29 B、 29 C、 29 Dと、その領域 29 A〜 29 Dを囲む半径 R 2の第 2円周 32 Bに沿って中心が配置された 4個の半径 r 3の円形の領域 30A、 30 B、 30 C、 30Dとを含む互いに離れた 9個の領域でほぼ一定の光量を持ち、それ以外の領域ではその一定の光量よりも低い光量（本例ではほぼ 0) となる光量分布を持っている。なお、領域 28、領域 29 A〜 29 D、及び領域 30 A〜 30 Dの輪郭付近では、光量は外側に向かって次第に減少する分布を持っていてもよい。中心の領域 28が第 1領域に対応し、それを囲む 4個の領域 29 A〜29 Dが第 2領域に対応し、更にそれを囲む 4個の領域 30 A〜30Dが第 3領域に対応している。以下では、その半径 r l〜r 3及び R 1， R 2は、それぞれ最大 σ値（σ) に相当する長さ (最大 σ値の光束が通過する点と光軸 ΒΧとの間隔）を単位として表すものとする。

先ず、中心の領域 28は、それ以外の 8個の領域 29 Α〜 29 D及び 30 Α〜 30Dよりも大きく設定されている（r l>r 2, r 1 > r 3 ) 。更に、本例で ' は転写対象の 2次元パターンの配列方向が X方向、 Y方向であるため、 X方向に時計回りに 45° で交差する直線を第 1直線 31 Aとして、第 1直線 31 Aに直交する直線（X方向に反時計回りに 45° で交差する直線）を第 2直線 31 Bとする。そして、中心の領域 28、中間の 2つの領域 29 A及び 29 C、並びに最外周の 2つの領域 3 OA及び 30 Cの中心を第 1直線 31 A上に配置し、中心の領域 28、中間の他の 2つの領域 29 B及び 29D、並びに最外周の他の 2つの領域 30B及び 30Dの中心を第 2直線 31 B上に配置する。即ち、中心の領域 28を囲む 8個の領域 29 A〜29D及び 30 A〜 30Dは、転写対象のパターンの直交する 2つの配列方向を 45° 回転した 2つの直交する方向に沿って配列されている。

また、一例として、領域 28の半径 r 1、領域 29 A〜29Dの半径 r 2、領域 30 A〜30Dの半径 r 3は、それぞれ次のように最大 σ値（σ) (ここでは円周 27の半径、以下同様）の 0. 3倍、 0. 1倍、及び 0. 1倍に'設定されている。

r 1 = 0. 3 σ … （7)

r 2 = r 3 = 0. 1 σ "- (8)

更に、第 1円周 32 Αの半径 R 1及び第 2円周 32 Bの半径 R 2は、それぞれ次のように最大 σ値（σ) の 0. 55倍及び 0. 9倍に設定されている。

R 1 =0. 55 σ … （9)

R 2 = 0. 9 σ … （10)

この場合、領域 28の外周と第 1円周 32 Αとの半径方向の間隔 d 1と、第 1 円周 32 Aと第 2円周 32 Bとの半径方向の間隔 d 2とは次のようになる。 d 1 =0. 25 σ， d 2 = 0. 35 σ "- (1 1)

この場合、（7) 式〜（10) 式の条件を満たす図 3の瞳面上の領域 28、領域29八〜290、及び領域 30Α〜 30Dで光量がほぼ一定となり、それ以外の領域で光量がほぼ 0となる光量分布が得られるように、図 1 (Α) の回折光学素子 21の回折特性が設定されている。このためには、回折光学素子 21は、一例として、光透過性の基板上にほぼ図 3の直線 31 Αに沿った方向に規則性を持つ凹凸の格子と、ほぼ直線 31 Bに沿った方向に規則性を持つ凹凸の格子とを形成することによって製造することができる。また、回折光学素子 21は、複数枚の位相型の回折格子を組み合わせたものでもよい。これらの場合、回折光学素子 21は、位相型であるため、光の利用効率が高いという利点がある。なお、回折光学素子 21としては、屈折率分布を回折格子状の分布で変化させた光学素子を使用することも可能である。なお、特定の回折特性を持つ回折光学素子の構造及び製造方法については、例えば本出願人による日本国の特開 2001 - 1767 66号公報（対応する米国特許第 6, 563, 567号）に詳細に開示されている。なお、回折光学素子 21によって得られる光量分布を、図 3の領域 28、領域 29 A〜29D、及び領域 30 A〜 30 Dを含む領域でほぼ一定の光量となるようにしておき、図 3の領域 28、領域 29 A〜29D、及び領域 30 A〜30D に対応する部分に開口が形成された開口絞りを、図 1 (A) のフライアイレンズ 5の射出面 Q1 (瞳面）又はその共役面に配置してもよい。この場合にも、照明光 I Lの利用効率が高いという利点は得られている。

本例に関して、本発明者は、（7) 式〜（10) 式の条件を満たす図 3の瞳面上の領域 28、領域29八〜290、及び領域 30 A〜30Dよりなる 9個の領域で光量が一定となり、それ以外の領域で光量が 0となる光量分布のもとで、レチクル面に種々のピッチのコンタクトホールのパターンを配置して、そのパターンの縮小像を投影光学系 PLを介してウェハ W上に転写した場合に得られる CD (critical dimension)の評価をコンピュータのシミュレーションで行った。本例の CDは、転写されるパターンの線幅である。なお、このシミュレーションに際しては、次のように図 1 (A) の投影光学系 PLの像側（ゥェ八側）の開口数 N A_PLを 0. 82、投影倍率 3を 1Z4倍として、最大 σ値（σ) を 0. 9とした。

NA=0. 82, 3 = 1/4, σ = 0. 9 -" (12)

図 5の曲線 36は、その瞳面上の 9ί固の領域で光量が一定となる場合の CD値のシミュレーション結果を示し、図 5の横軸はレチクル面上の転写されるパターンのピッチ（nm) 、縦軸はそのピッチに対応する CD値（nm) である。図 5 のピッチ 280〜： 1 120 nmは、ウェハ側では 70〜 280 nmに相当している。曲線 36から分かるように、本例の光量分布を用いることによって、レチクル面上でピッチが 280〜1 120 nmの広い範囲のコンタクトホールのパターンに対してほぼ一定の良好な C D値が得られる。

従って、本例の図 3の瞳面上の光量分布を用いることによって、図 2の 3種類のピッチのパターンを含むレチクル Rのパターンは、一度に高精度にウェハ W上に転写することができる。

なお、図 3の瞳面上の光量分布は、必ずしも（7) 式〜（10) 式の条件を満たす必要はなく、領域 28の半径 r 1、領域 29 A〜 29 Dの半径 r 2、領域 3 0A〜30Dの半径 r 3は、それぞれ次のような範囲にあればよい。

0. 2 σ≤τ 1≤0. 4 σ … (1 3)

0. 75 a≤r 2≤0. 2 σ -" ( 14)

0. 75 a≤r 3≤0. 2 σ … (1 5)

更に、第 1円周 32 Αの半径 R 1及び第 2円周 32 Βの半径 R 2は、それぞれ (9) 式及び（10) 式に対して ± 10%程度変化してもよい。また、投影光学系 PLの像側の開口数 NA_PL、投影倍率 0、及び最大 σ値（σ) は、上記の値に限らず任意の値を取ることができる。例えば、最大 σ値（σ) を制御するには、図 1 (Α) のプリズム 71及び 72の間隔を変化させて、図 3の光量分布のうち周辺の光量の大きい領域 29Α〜29 D及び領域 30 Α〜 30Dの半径方向の位置 (X方向、 Υ方向に関する光軸 ΒΧとの距離）を変化させればよい。また、図 1 (C) に示すように 2対のプリズム 71 A、 71 B及び 71 C、 71Dを用いて、図 3の光量分布のうち、周辺の光量の大きい領域 29 A〜29 D及び領域 3 OA 〜30Dの位置（光軸 BXとの距離）を X方向と Y方向とでそれぞれ独立に制御してもよい。

なお、図 3の光量分布において、中心の領域 28の光量（例えば単位面積当たりの強度）と周辺の 8個の領域 29 A〜 29 D、 30 A〜 30 Dの光量とを異ならせてもよい。また、周辺の第 1円周 32 Aに沿った 4個の領域 29 A〜29 D の光量と第 2円周 32Bに沿った 4個の領域 30A〜30Dの光量とを異ならせてもよい。これらの光量の相対的な大きさは、例えば転写するパターン毎に最適な解像度が得られるように調整してもよい。

更に、図 3の光量分布の代わりに、図 6 (B) に示すように、図 3の周辺の半径方向の 2つずつの領域 29 A、 3 OA, 29 B、 30 B、 29 C、 30 C、及び 29D、 30Dをそれぞれ半径方向に実質的に連結させた 4個の細長い領域 1 30A、 130 B、 130 C、及び 130Dと、中心の領域 28とを含む 5個の領域で光量が大きくなる光量分布を用いてもよい。この場合にも、ほぼ同様に種々のピッチのパターンに対して高い解像度を得ることができる。なお、図 6

(B) の光量分布でそれぞれ半径方向に並ぶ 2つの領域の連結部における光量はその 2つの領域における光量と同程度でもよいし、あるいはその 2つの領域における光量と異ならせる、例えば小さくしてもよい。

なお、図 3の光量分布を用いる場合よりも更に解像度及び焦点深度を改善するためには、第 1領域としての中央の円形の領域 28の代わりに輪帯状の領域を用いればよい。

図 6 (A) は、そのように第 1領域を輪帯状の領域とした場合の図 1 (A) のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 1 2の瞳面）における照明光 I L の光量分布を示している。この図 3に対応する部分に同一符号を付した図 6 (A) において、光軸 BXを中心する外半径 r 1で内半径 r 1 Rの輪帯状の領域

28尺と、それを囲む 8個の領域 29 A〜29D及び 30 A〜30Dとを含む 9 個の領域で照明光の光量がほぼ一定となり、それ以外の領域では照明光の光量はほぼ 0となっている。また、輪帯状の領域 28 Rの外半径 r 1と内半径 r 1 との比の値（=r l RZr l) は 0と 1との間の任意であり、一例として 1Z3輪帯 (r 1 R/r 1 = 1/3) 、 1 / 2輪帯（ r 1 RZ r 1 = 1 Z 2 ) 、 2 Z 3輪帯（r 1 R/r 1 = 2/3) などが使用できる。この他の条件は図 3の光量分布を用いる場合と同様である。

図 6 (A) の光量分布を用いる場合には、図 5の曲線 36で表される CD値のシミュレーション結果よりも更に安定な CD値の分布が得られる。更に、より広い焦点深度で安定な CD値が得られる。

また、本例において、図 6 (A) の周辺の領域 29 A〜29D及び 30 A〜3

0Dに分布する光を直線偏光としてもよい。この際に、一例として矢印 ARで示すように、その周辺領域に分布する光を偏光方向が接線方向（入射面に対して垂直な方向) である S偏光としてもよい。これによつて、特定のパターンに対する解像度等が向上する場合がある。これは、図 3又は図 6 (B) の光量分布を用いる場合も同様である。

なお、光源 1から発生して前述した周辺の光量の大きい 8個又は 4個の領域にそれぞれ分布する光が非偏光、またはその偏光方向が円周方向と一致していないときは、例えば、回折光学素子 2 1 (偏光部材）とフライアイレンズ 5との間で、各領域に分布する光が通る光路上に 1 / 2波長板又は 1 / 4波長板などの偏光設定部材を配置して、偏光方向が円周方向とほぼ一致する直線偏光の光束に変換することが好ましい。このとき、前述した複数のプリズムのうち光軸 B Xに沿って可動でかつ最も上流側（光源側）に配置される 1つのプリズム（可 ¾部材）の入射側、例えばレンズ 4との間、または回折光学素子 2 1とレンズ 4との間に偏光設定部材を設けることが好ましい。この場合、回折光学素子の交換または複数のプリズムの間隔変更などによる光束の進行方向（光路）の変化に応じて偏光設定部材を移動する、あるいはその変化を見込んで偏光設定部材を大きく形成する必要がない。

なお、図 6 ( B ) の光量分布で中心の円形領域 2 8を、図 6 (A) と同様に輪帯状の領域としてもよい。

また、本例の回折光学素子 2 1は所定面としての照明光学系 1 2の瞳面上での光量分布を所定の状態に設定しているが、その所定面を図 1 (A) の投影光学系 P Lの瞳面 Q 3とすることも可能である。このとき、その回折光学素子 2 1によつて、レチクル Rが存在しない場合に、投影光学系 P Lの瞳面 Q 3において、光軸 A Xを含む第 1領域及びそれを囲む 8個の領域においてほぼ一定となり、それ以外の領域でそれより低い光量となる光量分布が設定される。

なお、本例の図 3及び図 6 (A) の例では、瞳面上において光量がほぼ一定の領域 2 8 (又は 2 8 R) 、領域2 9八〜2 9 0、及び領域 3 0 A〜 3 0 Dはそれぞれ円形（又は輪帯）であるが、その各円形（又は輪帯）領域をそれぞれ楕円形

(又は楕円形の輪帯）の領域とすることも可能である。また、各円形（又は輪帯）の領域を次のように多角形（又は多角形の枠状）の領域とすることも可能であり、円形（又は楕円形）領域と多角形領域とを組み合わせることも可能である。図 9はその瞳面上で可能な別の光量分布を示し、図 9に示すように、その光量分布は、中央の角形（正方形の他に正 6角形等も可）の領域 2 8 A、それを囲む 4個の角形の領域 2 9 E〜2 9 H、及びそれを囲む 4個の角形の領域 3 0 E〜3 O Hでほぼ一定となり、それ以外の領域でそれよりも低くなつている。この場合、その角形の領域の位置及び面積は、それぞれ図 3の領域 28、領域 29 A〜 29 D、及び領域 30A〜 30Dの位置及び面積とほぼ同じであればよい。なお、図 6 (A) に対応させる場合には、図 9の中央の領域 28 Aの代わりに枠型の領域を用いればよい。

次に、図 1 (A) のレポルバ 24には異なる回折特性を持つ第 2の回折光学素子 22が設けられている。この第 2の回折光学素子 22を照明光 I Lの光路上に設置した場合には、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）の 5個の領域でほぼ一定の光量となり、それ以外の領域でそれより低い (本例ではほぼ 0) 光量となる光量分布が得られる。

図 7 (A) は、第 2の回折光学素子 22を用いた場合の図 1 (A) のフライアィレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）における照明光 I Lの光量分布を示し、この図 3に対応する部分に同一符号を付した図 7 (A) の光量分布は、図 1 (A) の照明光学系 12の光軸 BXを中心とする外半径 r 4で内半径 r 4 Rの円形の輪帯状の領域 33 R (第 1領域）と、その領域 33 Rを囲む半径 R 3の円周 35に沿つて 90° 間隔で中心が配置された 4個の半径 r 5の円形の領域 34A、 34B、 34C、 34D (第 2領域）とを含む互いに離れた 5個の領域でほぼ一定光量となり、それ以外の領域ではその一定光量よりも低い光量（本例ではほぼ 0) となつている。この場合にも、中心の領域 33 Rの外側の輪郭は、それ以外の 4個の領域 34A〜34Dよりも大きく設定されている（r 4>r 5) 。

また、輪帯状の領域 33 Rの外半径 r 4と内半径 r 4 Rとの比の値（= r 4 R /r 4) は 0と 1との間の任意であり、一例として 1/3輪帯（r 4R/r 4 = 1/3) 、 1/2輪帯（r 4RZr 4 = lZ2) 、 2/3輪帯（r 4R/r 4 = 2/3) などが使用できる。更に、半径 r 4の好ましい範囲は（13) 式の半径 r lの範囲と同じであり、半径 R 3及び半径 r 5の好ましい範囲はそれぞれ（1 0 ) 式の半径 R 2、及び (14) 式の半径 r 2と同じである。

更に、本例では転写対象の 2次元パターンの配列方向が X方向、 Y方向であるため、外周部の 4個の領域 34A〜34Dは、それぞれ光軸 B Xを通り X方向 (又は Y方向）に 45° で交差する直線に沿って配置されている。

また、一例として、領域 33 Rの半径 r 4、領域 34A〜34Dの半径 r 5、及び円周 35の半径 R3は、それぞれ次のように最大 σ値（σ) の 0. 2倍、 0. 1倍、及び 0. 9倍に設定されている。 '

r 4 = 0. 3 σ , r 5 = 0. 1 σ ··· (1 6)

R 3 = 0. 9 σ … (1 7)

本発明者は、（ 1 6 ) 式、（1 7) 式の条件を満たす図 4の瞳面上の領域 33、及び領域 34 Α〜 34 Dよりなる 5個の領域で光量が一定となり、それ以外の領域で光量が 0となる光量分布のもとで、レチクル面に種々のピッチのコンタクトホールのパターンを配置して、そのパターンの縮小像を投影光学系 PLを介してウェハ W上に転写した場合に得られる CD (critical dimension)の評価をコンビユー夕のシミュレーションで行った。なお、このシミュレーションに際して、露光波長は A r Fレーザ光、図 1 (A) の投影光学系 PLの像側（ウェハ側）の開口数 NA_PLは 0. 78、投影倍率 /3は 1Z4、最大 σ値（σ) の値は 0. 9である ₍ 図 8の折れ線の曲線 F l， F 2は、その瞳面上の 5個の領域で光量が一定となる場合の CD値のシミュレーション結果を示し、図 8の横軸はウェハのデフォーカス量 F ( m) 、縦軸は CD値としての良好に転写できるパターンの線幅（ m) (ウェハ上での線幅）を示している。また、図 8のほぼ平坦な曲線 F 1は、線幅が 140 nmでピッチ 220 nmのコンタクトホールのパ夕一ンに対するシミュレーシヨン結果、山型の曲線 F 2は線幅が 140 nmの孤立パターンに対するシミュレーション結果を表している。曲線 F l， F 2から分かるように、両方のパターンに対してデフォーカス量 Fがー 0. 2 m〜0. 2 m程度の範囲でほぼ一定の CD値が得られている。従って、孤立パターンから微細ピッチのコンタクトホールのパターンまでの種々のパターンを高解像度で且つ広い焦点深度で転写することができる。

なお、この図 7 (A) の光量分布を用いる場合にも、例えば最大 σ値（σ) を制御するために、図 1 (Α) のプリズム 7 1及び 72の間隔を変化させて、図 7 (Α) の周辺の光量の大きい領域 34Α〜34 Dの半径方向の位置 (X方向、 Υ 方向に関する光軸 ΒΧとの距離）を変化させてもよい。また、図 1 (C) に示すように 2対のプリズム 7 1A、 7 1 B及び 7 1 C、 7 1Dを用いて、図 7 (A) の光量分布のうち、周辺の光量の大きい領域 34 A〜 34 Dの位置（光軸 BXとの距離）を X方向と Y方向とでそれぞれ独立に制御してもよい。

また、図 7 (A) の光量分布において、中心の領域 3 3 Rの光量（例えば単位面積当たりの強度）と周辺の 4個の領域 3 4 A〜3 4 Dの光量とを異ならせてもよい。これらの光量の相対的な大きさは、例えば転写するパターン毎に最適な解像度が得られるように調整してもよい。

更に、図 7 (A) の光量分布の代わりに、図 7 (B ) に示すように、図 7 (A) の周辺の 4つの領域 3 4 A〜3 4 Dと中心の輪帯状の領域 3 3 Rとを半径方向に実質的に連結させた、中心に開口のあるヒトデ (starf ish)型又は星型の領域 1 3 4で光量が大きくなる光量分布を用いてもよい。領域 1 3 4の中央部では光量が 0ではなく、光量が低くなるだけでもよい。この場合にも、ほぼ同様に種々のピッチのパターンに対して高い解像度を得ることができる。 '

なお、図 7 (A) の周辺の領域 3 4 A〜 3 4 Dと中心の領域 3 3 Rとを連結する、図 7 ( B ) の光量分布で半径方向に延びる連結部における光量は、その周辺又は中心の領域における光量と同程度でもよいし、あるいはその周辺又は中心の領域における光量と異ならせる、例えば小さくしてもよい。

また、本例において、図 7 (A) の周辺の領域 3 4 A〜 3 4 Dに分布する光を直線偏光としてもよい。この際に、一例として矢印 ARで示すように、その周辺領域に分布する光を偏光方向が接線方向（入射面に対して垂直な方向）である S 偏光としてもよい。これによつて、特定のパターンに対する解像度等が向上する場合がある。これは、図 7 ( B ) の光量分布を用いる場合も同様であり、領域 1 3 4のうち半径方向に延びる周辺の領域、特に図 7 (A) の周辺の領域 3 4 A〜 3 4 Dに対応するその一部に分布する光を、偏光方向が接線方向となる直線偏光としてもよい。なお、図 7 (A) 、図 7 (B ) の光量分布で周辺の領域に分布する光が非偏光、またはその偏光方向が接線方向と一致していないときは、上記と同様に、例えば回折光学素子 2 1とフライアイレンズ 5との間に偏光設定部材を設けることが好ましい。

ここで比較のために、図 7 (A) の中央の輪帯状の領域 3 3 Rの代わりに円形の領域で光量を一定とした場合のシミュレーション結果を示す。

図 4は、そのように図 7 (A) の中央の輪帯状の領域 3 3 Rの代わりに半径 r 4の円形の領域 33で光量を〜定として、それを囲む 4個の領域 34 A〜 34D では図 7 (A) の場合と同様に光量を一定とした光量分布を示している。

図 4において、一例として、領域 33の半径 r 4、領域 34 A〜 34 Dの半径 r 5、及び円周 35の半径 R 3は、それぞれ次のように最大 σ値 (σ) の 0. 2 倍、 0. 1倍、及び 0. 9倍に設定されている。

r 4 = 0. 2び， r 5 = 0. 1び ··· （18)

R 3 = 0. 9 σ ··· (19)

本発明者は、（ 18 ) 式、（19) 式の条件を満たす図 4の瞳面上の領域 33、及び領域 34A〜34Dよりなる 5個の領域で光量が一定となり、それ以外の領域で光量が 0となる光量分布のもとで、レチクル面に種々のピッチのコンタクトホールのパターンを配置して、そのパターンの縮小像を投影光学系 PLを介してウェハ W上に転写した場合に得られる CD (critical dimension)の評価をコンビユー夕のシミュレーションで行った。なお、このシミュレーションに際して、図 1 (A) の投影^学系 PLの像側（ウェハ側）の開口数 NA 、投影倍率 ;3、最大 σ値（σ) の値は図 3の場合の（12) 式と同じである。

図 5の点線の曲線 37は、その瞳面上の 5個の領域で光量が一定となる場合の CD値のシミュレーション結果を示し、曲線 37から分かるように、ピッチ 50 0〜700 nm程度で CD値が低くなつている。

従って、図 3の瞳面上の 9個の領域でほぼ一定の光量となる光量分布を用いた場合の方が、図 4の中央の円形の領域を含む 5個の領域でほぼ一定となる光量分布を用いる場合よりも、広いピッチ範囲に亘つて高精度にパターンを転写できることが分かる。

[第 2の実施形態]

次に、本発明の第 2の実施形態につき図 10〜図 17を参照して説明する。本例においても、基本的に図 1 (A) の走査露光型の投影露光装置を用いて露光を行うものとする。ただし、本例では図 1 (A) の回折光学素子 21の代わりに特性の異なる回折光学素子 22 A (詳細後述）を使用する。従って、回折光学素子 22 A、第 1プリズム 71、及び第 2プリズム 72が所定の光量分布を設定するための光学部材に対応する。本例でも、可動プリズムとしては、第 1の実施形態と同様にプリズム 7 1、 7 2 (又は第 1プリズム 7 1のみでもよい）が使用されている。

更に、可動プリズムとしては、図 1 0に示すように、一方向に屈折力がありそれに直交する方向には屈折力の無い 1対の V字型の間隔可変のプリズム 7 1 A, 7 2 Aを用いてもよい。なお、プリズム 7 1 A、 7 1 Bはそれぞれ中心の矩形領域（本例では平行平面板）が光軸 B Xとほぼ直交し、かつ周辺部の 2つの斜面が光軸 B Xを含んで図 1 (A) の紙面と直交する面に関してほぼ対称となるように配置される。

この構成では、プリズム 7 1 A、 7 2 Aの間隔可変によって、図 1 0の紙面内上下方向（例えば、照明光学系 1 2の瞳面における照明光の光量分布が示される後述の図 1 2では X方向に対応）に関する周辺の光量の大きい複数の領域の位置 (光軸 B Xとの距離）が変化する。

以下、本例の照明光学系及び照明方法につき詳細に説明する。本例では図 1 (A) のレチクル Rの代わりに、レチクル R Aをレチクルステージ 1 4上にロードする。

図 1 1 (A) は、図 1 (A) 中のレチクルステージ 1 4上にロードされるレチクル R Aに形成された転写用のパターン（原版パターン）の一例を示し、この図 1 1 (A) において、レチクル R Aのパターン領域 P A内には、 X方向の幅 aで Y方向の幅 bの四角形の開口パターン 5 1を X方向（本例では非走査方向）にピツチ Pで周期的に配列して構成される一方向密集コンタクトホール用のパターン 5 2が形成されている。ピッチ Pは本例の投影露光装置のほぼ解像限界に近い微細なピッチ（例えばウェハ W上での投影像に換算した長さで 1 5 0 n m程度）であり、 X方向の幅 aはピッチ Pのほぼ 1 / 2程度、 Y方向の幅 bは幅 aと同程度からその 1 0倍程度まで（a〜 1 0 a程度）の長さである。パターン 5 2は、 Y 方向 (本例では走査方向) には孤立パターンとみなすことができる一方向密集パターンである。なお、パターン 5 2は、開口パターン 5 1を X方向に 4個並べた周期的なパターンであるが、開口パターン 5 1の個数は 2個以上の任意の個数でよい。更に、開口パターン 5 1は、遮光膜中に形成された透過パターンであるが、その代わりに透過部に設けた遮光パターンを用いてもよい。また、パターン 5 2に対して Y方向に離れた位置に、開口パターン 5 1をピッチ Ρよりも大きいピッチ Qで X方向に配列した別の一方向密集コンタクトホール用のパターン 5 3も形成されている。パターン 5 2及び 5 3は実際には X方向の長さが数 m程度以下の小さいパターンであり、レチクル R Aのパターン領域 P Aにはそれら以外の各種パターン（不図示）が形成されていてもよい。更に、図 1 1 ( B ) に示すように、それぞれ開口パターン 5 1を X方向にピッチ Pで配列したパターン 5 2 A、 5 2 B、 5 2 Cが Y方向にピッチ Pよりもかなり大きいピツチでレチクル R A上に形成されている場合、各パターン 5 2 A、 5 2 B、 5 2 Cをそれぞれ一方向密集パターンとみなして、本例の転写対象とすることもできる。なお、複数の周期的なパターンはそれぞれ周期方向に直交する方向（Y方向）に関して孤立的であるとみなすことができる間隔で配置されていればよく、その数は任意で構わない。

このようなレチクル R A上の一方向密集パターンの像を高解像度でウェハ上に転写するために、本例では図 1 (A) に示すように、照明光 I Lの光路上に回折光学素子 2 2 Aを配置して、所定面としてのフライアイレンズ 5の射出面 Q 1

(瞳面）における照明光 I Lの光量分布（強度分布）を所定分布に設定している。図 1 2は、本例の図 1 (A) のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 1 2の瞳面）における照明光 I Lの光量分布を示し、この図 1 2において、図 1 1 (A) のレチクル R A上の X方向（周期的に配列された方向）及び Y方向（孤立パターンとみなせる方向）に対応する射出面 Q 1上の方向をそれぞれ X方向及び Y方向としている。ここで、図 1 (A) の投影光学系 P Lの物体側（レチクル側）の開口数を NA、像側（ウェハ側）の開口数を NA_PLとすると、投影倍率 3を用いて次の関係がある。

N A= i3 - N APL - ( 5 ) (第 1の実施形態と同様）

更に、照明光学系 1 2からレチクル R Aに入射する照明光 I Lの開口数の内の最大値を Ν Α として、本例ではその最大の開口数 NA_ILの投影光学系 P Lの開口数 N Aに対する比の値（コヒ一レンスファクタ）を最大 σ値と呼び、最大 σ値を σ とする。即ち、最大 σ値の照明光とは、照明光 I Lの内で最も大きい入射角でレチクル R Aに入射する光であり、最大 σ値（σ は、次のように表すことができる。

σ

Ν An/ (β - NAPL) … （6A)

図 12に示す照明光学系の瞳面において、最外周の円周 26は、投影光学系 P Lの入射側の開口数 N Aと同じ開口数を持つ仮想的な光束が通過する領域の外周を表し、その内側の円周 27は、最大 σ値（σπθ の開口数を持つ照明光が通過する領域に接する半径 σの円周を表しており、全ての照明光は円周 27の内部を通過する。円周 27の半径 σは、次のように σπ_ · ΝΑに等しい。

σ =ΝΑα= an · ΝΑ= ' β · NA_PL ··· (6 Β)

また、図 12では、 X軸及び Υ軸の原点を光軸 ΒΧ上に取っている。本例の照明光 I Lは、図 12において、照明光学系 12の光軸 ΒΧを中心とする半径 r 4 の輪帯の領域 54と、その領域 54を X方向に挟む 2個の半径 r 5め円形の領域 55A、 55 Bとを含む 3個の領域（斜線を施した領域）でほぼ一定の光量を持ち、それ以外の領域ではその一定の光量よりも低い光量（本例ではほぼ 0) となる光量分布を持っている。即ち、 3個の領域 54、 55A、 55 Bの中心は、照明光学系の光軸 BXを通り X軸（転写対象の一方向密集パターンの周期的に配列された方向）に平行な直線に沿って配置されており、両端の領域 55 A及び 55 Bの中心と光軸 BXとの間隔は共に R 3である。

そして、輪帯の領域 54は、内側の半径が外側の半径 r 4の 1/2の 1Z2輪帯、又は内側の半径が外側の半径 r 4の 1Z3若しくは 2Z3の 1/3輪帯若しくは 2/3輪帯等である。なお、輪帯の領域 54の代わりに図 1 5 (A) に示すように、半径 r 4の円形の領域 54Aを用いることも可能である。更に、輪帯の領域 54の代わりに実質的に複数に分割された領域を用いてもよい。具体的に、輪帯の領域 54の代わりに、図 15 (C) に示すように、 Y方向（又は X方向）に分かれた 2つの半円状（又は円形等）の領域 54 A 1及び 54 A2で光量が大きくなるような光量分布を用いても良い。この場合、輪帯の領域 54の代わりに、 X方向及び Y方向 (又はこれらの軸に 45° で交差する方向) に 4分割された領域で光量が大きくなるようにしてもよい。また、図 12の領域 54、 55 A、 5 5 Bの輪郭付近では、光量は外側に向かって次第に減少する分布を持っていてもよい。中心の領域 54が第 1領域に対応し、それを挟む 2個の領域 55 A及び 5 5 Bがそれぞれ第 2領域及び第 3領域に対応している。以下では、その半径 r 4， r 5及び距離 R3は、それぞれ最大 σ値（σ„_) に相当する（6 Β) 式の半径 σ (最大び値の光束が通過する点と光軸 Β Xとの間隔）を単位として表すものとする。

本例では、次のように半径 r 4及び r 5はそれぞれ 0. 1ひ〜 0. 2 σ程度の範囲内に設定されることが望ましい。

0. 1 σ≤ Γ 4≤0. 2 σ ··· (21)

0. 1 σ≤τ 5≤0. 2 σ ■■■ (22)

半径 r 4， r 5の値が（21) 式、 (22) 式の下限よりも小さくなると、一方向密集パターンの孤立的な方向の光束による投影光学系 PLの焦点深度が浅くなり、半径 r 4， r 5の値が（21) 式、（ 22 ) 式の上限よりも大きくなると、一方向密集パターンの周期的な方肉の光束による投影光学系 PLの焦点深度が浅くなる。また、次のように半径 r 4と半径 r 5とはほぼ等しいことが望ましい (詳細後述）。

r 4= r 5 … (23)

更に、図 12の両端の領域 55 A及び 55 Bは、最大 σ値の円周 27に内接している。従って、次の関係が成立している。

R 3 = σ- r 5 … （24)

この場合、（21) 式〜（24) 式の条件を満たす図 12の瞳面上の領域 54、 55 A、 55 Bで光量がほぼ一定となり、それ以外の領域で光量がほぼ 0となる光量分布が得られるように、図 1 (A) の回折光学素子 22 Aの回折特性が設定されている。このためには、回折光学素子 22Aは、一例として、光透過性の基板上にほぼ図 12の X軸に沿った方向に規則性を持つ凹凸の格子を形成することによって製造することができる。また、回折光学素子 22 Aは、複数枚の位相型の回折格子を組み合わせたものでもよい。これらの場合、回折光学素子 22 Aは、位相型であるため、光の利用効率が高いという利点がある。なお、回折光学素子 22 Aとしては、屈折率分布を回折格子状の分布で変化させた光学素子を使用することも可能である。なお、特定の回折特性を持つ回折光学素子の構造及び製造方法については、例えば本出願人による日本国の特開 2001— 176766号公報（対応する米国特許第 6， 563, 567号）に詳細に開示されている。

なお、回折光学素子 22 Aによって得られる光量分布を、図 12の領域 54、 55A、 55 Bを含む領域でほぼ一定の光量となるようにしておき、図 12の領域 54、 55A、 55 Bに対応する部分に開口が形成された開口絞りを、図 1 (A) のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）に配置してもよい。この場合にも、照明光 I Lの利用効率が高いという利点は得られている。

図 12の照明光の光量分布で図 1 1 (A) のレチクル RAの一方向密集コン夕クトホールのパターン 52 (—方向密集パターン）を照明した場合の結像光束について、図 13を参照して説明する。

図 13 (A) はパターン 52から孤立的な Y方向に回折される回折光（結像光束）を示し、図 13 (B) はパターン 52から周期的な X方向に回折される回折光（結像光束）を示しており、図 13 (A) 、図 1 3 (B) において、光束 58、 59及び 60はそれぞれ図 12の照明光学系の瞳面上の領域 54、 55 A及び 5 5 Bを通過した照明光 I Lを示している。光束 58、 59、 60によってパターン 52 (開口パターン 51) から発生する回折光は、 Y方向には図 13 (A) に示すように、中心で最も強く、傾斜角（回折角）が大きくなるほど強度が低下する分布で発生する。

一方、図 13 (B) に示すように、図 12の光軸 BXを中心とする領域 54からの光束 58の照明によってパターン 52から X方向に発生する回折光には、 0 次光の他に + 1次光 58 P及び一 1次光 58Mがある。この際に、パターン 52 はほぼ解像限界であるため、 + 1次光 58 P及び— 1次光 58Mは図 1 (A) の投影光学系 PLを通過できない。また、図 12の両端の領域 55 A及び 55Bからの光束 59及び 60の照明によってパターン 52から X方向に発生する 0次光を、図 13 (B) に示すようにそれぞれ 0次光 59及び 60とする。本例のパ夕 —ン 52はほぼ解像限界であるため、一方の光束 59によるパターン 52からの + 1次光 59 Pは他方の 0次光 60と平行に図 1 (A) の投影光学系 PLに入射し、他方の光束 60によるパターン 52からの一 1次光 60Mは一方の 0次光 5 9と平行に図 1 (A) の投影光学系 PLに入射する。

また、入射する光束 58、 59、 60の波長をえ、 0次光 59のパターン 52 の法線に対する X方向の射出角を θ、 0次光 60のパターン 52の法線に対する X方向の射出角を一 0として、一方の光束 59の内で、図 1 3 (Β) において隣接する開口パターン 5 1を X方向の間隔 Ρで通過する光束を光束 59 Α、 59 Β とする。この場合、光束 59 Αの + 1次光 59 ΑΡと光束 59 Βの + 1次光 59 BPとの光路長の差分△ Aは、次のように波長 λに等しくなる。

ΑΑ= 2 · Ρ · s i η θ = λ … （25)

また、図 12の領域 55 Α、 55 Βと光軸 ΒΧとの X方向の間隔 R 3が、次のように図 1 3 (Β) の光束 59、 60の 0次光の射出角 Θの正弦 s i η 0に対応している。

R 3 = a- r 5 = s i n Θ - (26)

なお、（26) 式は、図 1 (A) の照明光学系 1 2中の射出面 Q 1 ' (瞳面）とレチクル面との間の部分光学系の射出面 Q 1側の焦点距離 f Q 1を 1とおいた場合に対応している。（25) 式及び（26) 式から次の関係が成立する。（2 6) 式の間隔 R 3の単位は無いため、次式の両辺の単位は共に長さになる。

Ρ = λ/ (2 · R 3) =λ/ { 2 (σ - r 5) } … (2 7 A)

言い換えると、（27 A) 式が本例の投影露光装置の物体面（レチクル面）での X方向（周期方向）の解像限界を示しており、 σを大きくするか又は半径 r 5 を小さくして間隔 R 3を大きくするほど、解像限界であるピツチ Pを小さくすることができる。ピッチ Pを次のようにウェハ上での長さに換算したピッチ /3 · P は、投影光学系 PLの像面（ゥェ八面）での X方向の解像限界となる。

β · Ρ = β · λ/ { 2 (σ - r 5) } -" (2 7 B)

本例において、波長 λを 1 93. 306 nmとして、一例として投影光学系 P Lのゥェ八側の開口数 NA_PLを 0. 85、投影光学系 PLの投影倍率 /3を 1 4、照明光学系 12の σ値である σ を 0. 90、図 1 2の領域 55 Α、 55 Βの半径 5を0. 14ひとして、これを「第 1の照明条件」と呼ぶ。この条件下での像面側での解像限界 j8 · Pは、（6 B) 式、（27 B) 式の関係より、次のようにほぼ 147 nmとなる。

;3 · P= 146. 7 (nm) … (28)

図 1 2は、図 1 (A) の投影光学系 PLの瞳面 Q 3における X方向の光量分布を示す図とも見なすことが可能である。この場合、図 12の領域 54、 55A、 55 Bは照明光 I Lの 0次光が通過する位置に対応し、図 1 1 (A) のパターン 52による照明光 I Lの X方向の + 1次光は、円周 27内の光量分布を、光軸 B X (投影光学系 PLの光軸 AX) から + X方向に間隔 2 ' R3だけ離れた点 56 Aを中心とする円周 57 A内の領域に平行移動した分布となる。同様に、パターン 52による照明光 I Lの X方向の— 1次光は、円周 27内の光量分布を、光軸 BX (光軸 AX) から一X方向に間隔 2 · R 3だけ離れた点 56 Bを中心とする円周 57 B内の領域に平行移動した分布となる。この場合、領域 55 B (又は 5 5 A) を通過する光束 ( 0次光) の + 1次光 (又は— 1次光) が領域 55 A (又は 55B) を通過するため、パターン 52の像は高解像度でウェハ上に投影される。 '

また、領域 55 B (55 A) を通過する光束の + 1次光（一 1次光）がー部でも円周 26内にかかっていれば、パターン 52の像は結像されるため、像面側での実際の解像限界 J3 · Pは（28) 式よりも小さい値となる。

本例に関して、本発明者は、図 12の中央の領域 54の半径 r 4と両端部の領域 55A、 55 Bの半径 r 5との最適なバランスを求めるために、半径 r 4を次第に変化させながらコンピュータのシミュレーションによって投影光学系 PLによる像の焦点深度（D〇F) を計算した。この際の半径 r 4以外の条件は上記の第 1の照明条件と同じであり、半径 r 5は 0. 14 σである。また、図 1 1

(Α) のパターン 52のピッチ Ρをほぼ解像限界である 145 nmとして、開口パターン 51の X方向の幅 aを 70 nm、 Y方向の幅 bを 500 nmとした。なお、ピッチ P、及び幅 a， bはそれぞれ投影光学系 PLの像面上に換算した長さである。

図 14の曲線 61は、そのシミュレ一ション結果を示し、図 14の横軸は図 1 2の中心の領域 54 (中心 σ) の半径 r 4 (単位はび）、縦軸は半径 r 4の値に対応する焦点深度（D〇F) (nm) の計算結果である。その曲線 61から分かるように、半径 r 4が 0. 1 σ〜0. 2びの範囲内でほぼ 100 nm以上の焦点深度が得られている。また、半径 1- 4が σ ΐ (=0. 14 σ) のとき、即ちほぼ半径 r 4 = r 5が成立するときに、最も深い焦点深度が得られている。この場合、基板としてのウェハ上に或る程度の凹凸が存在したり、投影光学系 P Lの収差などによって前述の露光領域内で像面に湾曲などが生じていても、又は例えば走査露光方式で露光する際に或る程度のフォーカス位置の追従誤差が残存していても、一方向密集パターンを高解像度で転写できる。なお、半径 r 4が 0 . 1 σ程度より小さくなると、図 1 1 (Α) のパターン 5 2の孤立的な方向の結像光束の焦点深度が狭くなる。一方、半径 r 4が 0 . 2 σ程度より大きくなると、図 1 2の中心の領域 5 4からの光束のフレア効果によって、図 1 1 (Α) のパターン 5 2の周期的な方向の結像光束の焦点深度が狭くなる。

また、図 1 1 (Α) のパターン 5 2から離れた位置にある一方向密集コンタクトホールのパターン 5 3は、配列方向がパターン 5 2と同じであり、かつピッチ Qはピッチ Ρよりも大きいため、上記の照明条件のもとでウェハ上に高解像度で転写される。

上述のように、本例の図 1 2の瞳面上の光量分布を用いることによって、図 1 1 (Α) の一方向密集コンタクトホールのパターン 5 2を含むレチクル R Αのパターンは、 X方向及び Y方向に高解像度でウェハ W上に転写することができる。なお、例えば図 1 1 (A) のレチクル R A上に X方向を周期方向とする一方向密集パターンと、 Y方向を周期方向とする一方向密集パターンとが形成されている場合には、そのうちのピッチの最も小さいパターンの周期方向に平行に、図 1 2の照明光が通過する 3個の領域 5 4、 5 5 A、 5 5 Bの配列方向を設定すればよい。このとき、 3個の領域 5 4、 5 5 A、 5 5 Bは照明光学系 1 2の瞳面上で光軸 B Xを通りかつピッチが最も小さい一方のパ夕ーンの周期方向に平行な直線上に配置してもよいが、中央の領域 5 4を除く 2個の領域 5 5 A、 5 5 Bの少なくとも一方は、他方のパターンの周期方向に平行な方向に関する光軸 B Xとの距離が零でなくてもよいし、例えばその他方のパターンのピッチなどに応じてその距離を設定してもよい。

また、上記の実施形態の投影光学系 P Lの像側の開口数 N A_PL、投影倍率 i3、及び照明光学系 1 2の最大 σ値（び）は、上記の値に限らず任意の値を取ることができる。例えば、最大 σ値（σ ) 又は図 1 2の間隔 R 3を制御するには、図 1 (Α) のプリズム 7 1及び 7 2の間隔を変化させて、図 1 2の光量分布のうち周辺の光量の大きい領域 5 5 A及び 5 5 Bの半径方向の位置（X方向に関する光軸 B Xとの距離) を変化させればよい。プリズム 7 1、 7 2の代わりに、図 1 0の V字型のプリズム 7 1 A、 7 2 Aを用いても、同様に最大 σ値を制御できる。なお、図 1 2の光量分布において、中心の領域 5 4の光量（例えば単位面積当たりの強度）と周辺の 2個の領域 5 5 Α、 5 5 Βの光量とを異ならせてもよい。これらの光量の相対的な大きさは、例えば転写するパターン毎に最 ϋな解像度が得られるように調整してもよい。更に、本例において、図 1 2の周辺の領域 5 5 Α及び 5 5 Bに分布する光を直線偏光としてもよい。この際に、一例としてその周辺領域 5 5 A、 5 5 Bに分布する光を偏光方向が接線方向（入射面に対して垂直な方向）である S偏光としてもよい。これによつて、特定のパターンに対する解像度等が向上する場合がある。

なお、光源 1から発生して前述した周辺の光量の大きい 3個の領域にそれぞれ分布する光が非偏光、またはその偏光方向が接線方向と一致していないときは、例えば回折光学素子 2 1 (偏向部材）とフライアイレンズ 5との間で、各領域に分布する光が通る光路上に 1 Z 2波長板又は 1 / 4波長板などの偏光設定部材を配置して、偏光方向が接線方向とほぼ一致する直線偏光の光束に変換することが好ましい。このとき、前述した一対のプリズムのうち光軸 B Xに沿って可動でかつ最も上流側（光源側）に配置される 1つのプリズム（可動部材）の入射側、例えばレンズ 4との間、または前述の回折光学素子とレンズ 4との間に偏光設定部材を設けることが好ましい。この場合、回折光学素子の交換または一対のプリズムの間隔変更などによる光束の進行方向（光路）の変化に応じて偏光設定部材を移動する、あるいはその変化を見込んで偏光設定部材を大きく形成する必要がない。

また、本例の回折光学素子 2 2 Aは所定面としての照明光学系 1 2の瞳面上での光量分布を所定の状態に設定しているが、その所定面を図 1 (A) の投影光学系 P Lの瞳面 Q 3とすることも可能である。このとき、その回折光学素子 2 2 A によって、レチクル R Aが存在しない場合に、投影光学系 P Lの瞳面 Q 3において、光軸 A Xを含む第 1領域及びそれを挟む 2個の領域においてほぼ一定となり、それ以外の領域でそれより低い光量となる光量分布が設定される。なお、本例では、瞳面上において光量がほぼ一定の領域 54、 55A、 55 B はそれぞれ円形（又は輪帯）であるが、それらの領域の外形をそれぞれ楕円形の領域とすることも可能である。また、各領域の外形を次のように角形領域とすることも可能であり、さらには円形（又は楕円形）領域と角形領域とを組み合わせることも可能である。

図 1 5 (B) はその瞳面上で可能な別の光量分布を示し、図 1 5 (B) に示すように、その光量分布は、中央の角形（正方形の他に正 6角形等も可）の枠状の領域 54 B、及びそれを X方向に挟む 2個の角形の領域 55 C、 55 Dでほぼ一定の光量となり、それ以外の領域でそれよりも低くなつている。この場合、その角形（又は枠状）の領域の位置及び面積は、それぞれ図 12の領域 54、 55A、 55 Bの位置及び面積とほぼ同じであればよい。

次に、上記の（27A) 式又は（27 B) 式より、図 12の瞳面上の照明光の光量分布において、円周 27の半径である σを大きくするとともに、両端の領域 55Α、 55 Βの半径 r 5を小さくするほど、解像限界 P (又は j3P) を小さくできることが分かる。しかしながら、半径 r 5が 0. 1 σ程度より小さくなると、焦点深度が浅くなつて来る。そこで、以下では、実質的に半径 r 5を小さくして解像度を向上できると共に、焦点深度は深く維持できる方法につき説明する。そのため、図 1 (A) のレポルバ 24には僅かに異なる回折特性を持つ第 2の回折光学素子 22 Bが設けられている。この第 2の回折光学素子 22 Bを照明光 I L の光路上に設置した場合には、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）では、図 16 (A) の 3個の領域 62、 63A、 63 Bでほぼ一定の光量となり、それ以外の領域でそれより低い（本例ではほぼ 0) 光量となる光量分布が得られる。図 16 (A) は、第 2の回折光学素子 22 Bを用いた場合の図 1 (A) のフラィアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 12の瞳面）における照明光 I Lの光量分布を示し、この図 12に対応する部分に同一符号を付した図 16 (A) において、図 1 (A) の照明光学系 12の光軸 BXを中心とする半径 r 6の円形の領域 62 (第 1領域）を X方向に挟むように、光軸 BXから各中心までの間隔が R 4となるように 2つの Y方向に細長い X方向の幅 tで Y方向の長さ h (h> t ) の楕円状の領域 63 A、 63 B (第 2領域及び第 3領域）が設定されている。この例でも、中央の領域 62は、輪帯であってもよい。 2つの細長い楕円状の領域 63八及び638は、それぞれ半径 σの円周 27内の領域と、光軸 ΒΧからの間隔が R 5の位置 64 Α及び 64 Bを中心とする半径が N A (又は σも可能である）の円周 65Α及び 65 Β内の領域とが重なつた領域である。この際に、間隔 R4は、図 12の光軸 ΒΧから領域 55 Α、 55 Βの中心までの間隔 R 3よりも長く設定され、間隔 R 4及び R 5は次のように表すことができる。 '

R 4= (σ - t /2) >R 3 ··· (29 A)

R 5=R4+NA- t/2 ··· (29 B)

その R 4 >R 3の関係を成立させるためには、 (22) 式が成立するものとして、楕円状の領域 63A、 63 Bの X方向の幅 tの 1Z2は、一例としてほぼ次の範囲に設定きれる。同様に中央の円形の領域 62の半径 r 6は、ほぼ 1; 2の 2倍程度の範囲内に設定される。

0. 025 a≤ t/2≤0. 075 σ ·'· (30)

0. 05 σ≤ Γ β≤0. 16 σ -" (31)

更に、望ましくは、 t/2は 0. 05 σ程度に設定される。これらの場合の

(27 Α) 式に対応する投影光学系 PLの物体面での X方向の解像限界 Ρは、次のように（27A) 式の値よりも小さくなる。

Ρ = λ/ (2 - R 4 ) <λ/ (2 - R 3) … (32)

図 16 (Α) の照明条件に関しても、本発明者は、中央の領域 62の半径 r 6 と両端部の楕円状の領域 63 A、 63 Bの半幅（t/2) との最適なバランスを求めるために、半径 r 6を次第に変化させながらコンピュータのシミュレーションによって投影光学系 PLによる像の焦点深度（DOF) を計算した。この際の照明条件（第 2の照明条件）は、波長 λが； f93. 306 nm、投影光学系 PL のウェハ側の開口数 NA_PLが 0. 85、投影倍率 ]3が 1Z4、照明光学系 12の σ 値であるひが 0. 93、楕円状の領域 63 A、 63 Bの半幅（ t / 2 ) が 0. 0 5ひである。また、転写対象の図 11 (A) のパターン 52のピッチ Pをほぼ解像限界である 140 nmとして、開口パターン 51の X方向の幅 aを 70 nmとした。なお、ピッチ P及び幅 aはそれぞれ投影光学系 PLの像面上に換算した長さである。図 17の曲線 66は、そのシミュレーション結果を示し、図 17の横軸は図 1 6 (A) の中心の領域 62 (中心 σ) の半径 r 6 (単位は σ) 、縦軸は半径 r 6 の値に対応する焦点深度（D〇F) (nm) の計算結果である。その曲線 66から分かるように、半径 r 6が 0. 05び〜 0. 16 σ程度の範囲内でほぼ 250 nm以上の焦点深度が得られている。また、半径 1- 6がび 2 (=0. 1 1 σ) のとさ、即ちほぼ半径 r 6 = tが成立するときに、最も深い焦点深度（約 350 η m) が得られている。従って、図 16 (A) の照明条件を用いることによって、一方向密集パターンに対してより高い解像度が得られると共に、深い焦点深度が得られる。本例では、図 16 (A) の両端の領域 63 A、 63Bの X方向 (周期方向）の幅は狭くなつても、領域 63 A、 63 Bの面積は図 12の領域 55 A、 55 Bの面積とほぼ同程度であるため、深い焦点深度が得られている。

なお、図 16 (A) の中央の円形の領域 62の代わりに、図 16 (B) に示すように、周辺の楕円状の領域 63 A、 63 Bの長手方向と直交する方向（即ち、 3つの領域の配列方向と平行な方向）である X方向を長手方向とする楕円状の領域 62 Aで光量が大きくなる光量分布を用いてもよい。図 16 (B) の光量分布において、楕円状の領域 62 Aを挟む 2つの楕円状の領域 63 A、 63 Bでも光量が大きくなる。このように中央の領域 62 Aを楕円状とすることで、光量を減少させることなく一方向密集パターンに対して孤立方向の解像度を改善できる場合がある。

また、図 16 (A) 、図 16 (B) の光量分布において、中央の領域 62、 6

2Aの光量（例えば単位面積当たりの強度）と周辺の領域 63A、 63Bの光量とを異ならせてもよい。

更に、図 16 (A) 、図 16 (B) の周辺の領域 63 A、 63 Bに分布する光を直線偏光（例えば長手方向が偏光方向）としてもよい。特に、図 16 (B) の光量分布では、一例としてその周辺の楕円状の領域 63A、 63 Bに分布する光を、偏光方向が矢印 PC, PBで示すようにその長手方向（即ち、図 1 1 (A) のレチクルのパターンの孤立方向に対応する方向) である直線偏光 (S偏光）とすることが好ましい。この際に更に、その中央の楕円状の領域 62 Aに分布する光を、偏光方向が矢印 P Aで示すようにその長手方向（即ち、図 1 1 (A) のレチクルのパターンの周期方向に対応する方向）である直線偏光とすることが好ましい。これによつて、特定のパターンに対する解像度等が向上する場合がある。なお、図 1 6 (A) 、図 1 6 ( B ) の光量分布で周辺の領域 6 3 A、 6 3 Bに分布する光が非偏光またはその偏光方向が長手方向（接線方向）と一致していないときは、上記と同様に、例えば回折光学素子とフライアイレンズ 5との間に偏光設定部材を設けることが好ましい。同様に、図 1 6 ( B ) の光量分布で中央の領域 6 2 Aに分布する光が非偏光またはその偏光方向が長手方向と一致していないときも、前述の偏光設定部材によってその偏光状態を調整することが好ましい。

[第 3の実施形態]

次に、本発明の第 3の実施形態につき図 1 8〜図 2 1を参照して説明する。第 1の実施形態が所定の光量分布を設定するための光学部材として回折光学素子 2 1、 2 2を含む^ 5材を用いたのに対して、本例はその光学部材として開口絞りを用いるものであり、図 1 8において、図 1 (A) に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。

図 1 8は、本例の投影露光装置の構成を示し、この図 1 8において、露光光源 1からの照明光 I Lは、ビームエキスパンダ 2及びミラ一 3を経てフライアイレンズ 5に入射する。本例のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (照明光学系 1 2の瞳面）には、所定面としての射出面 Q 1で所定の光量分布を得るための光学部材としての開口絞り（σ絞り） 4 2が配置されている.。開口絞り 4 2は、レポルバ 4 1に取り付けられており、レポルバ 4 1には、他の開口絞り 4 4、及び更に別の開口絞り（不図示）も取り付けられている。本例では、主制御系 1 7が、駆動部 4 3を介してレポルバ 4 1の回転角を制御して、射出面 Q 1 (瞳面）に開口絞り 4 2、 4 4等の何れかを設置することによって、照明条件を切り替えることができるように構成されている。

開口絞り 4 2を通過した照明光 I Lは、コンデンサレンズ系 6、視野絞り 7、 8、結像用レンズ系 9、ミラ一 1 0、及び主コンデンサレンズ系 1 1を介して、マスクとしてのレチクル Rのパターン面 (レチクル面) の細長い照明領域を一様な強度分布で照明する。露光光源 1、ビームエキスパンダ 2、ミラー 3、フライアイレンズ 5、開口絞り 4 2 (又は他の開口絞り）、コンデンサレンズ系 6、視野絞り 7、 8、結像用レンズ系 9、ミラ一 1 0、及び主コンデンサレンズ系 1 1 より本例の照明光学系 1 2が構成されている。この他の構成は図 1 (A) の実施形態と同様である。

本例においても、転写対象のレチクル R上のパターンは、図 2に示すような 3 種類の異なるピッチのコンタクトホールを含むパターンであるとする。これに応じて、図 1 8の開口絞り 4 2は、図 3の光量分布と同じ光量分布を得るために、遮光板中に 9個の開口が形成されたものである。

図 1 9は、その開口絞り 4 2の形状を示し、図 1 9において、遮光板よりなる開口絞り 4 2には、照明光学系 1 2の光軸 B Xを中心とする円形の開口 4 5と、その開口 4 5を囲む第 1円周に沿って中心が配置された 4個の円形の開口 4 6 A、 4 6 B、 4 6 C、 4 6 Dと、その開口 4 6 A〜4 6 Dを囲む第 2円周に沿って中心が配置された 4個の円形の開口 4 7 A、 4 7 B、 4 7 C、 4 7 Dとを含む互いに離れた 9個の開口が形成されている。また、開口 4 5、開ロ4 6八〜4 6 0、及び開口 4 7 A〜4 7 Dの位置及び形状は、それぞれ図 3の光量分布上で光量がほぼ一定の領域 2 8、領域2 9八〜2 9 0、及び領域 3 0 A〜 3 0 Dと同じである。

従って、開口絞り 4 2を用いることによって、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）上での光量分布は、第 1の実施形態と同様に図 3に示す 9個の領域でほぼ一定となり、それ以外の領域で低くなるため、図 2のような種々のピッチのコンタクトホールを含むレチクルのパターンの像を一度に高解像度でウェハ上に転写することができる。本例のように開口絞り 4 2を用いる場合には、照明光 I Lの利用効率は低下するが、簡単な構成で所定面（照明光学系 1 2の瞳面等）での光量分布を正確に所望の状態に設定できるという利点がある。

また、図 1 9の開口絞り 4 2の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、図 2 0に示すように、中央の開口を輪帯状の開口 4 5 Rとした開口絞り（これも 4 2 とする) を用いてもよい。この場合には、図 6 (A) と同様の光量分布が正確に、且つ容易に得られるため、解像度や焦点深度を更に改善することができる。なお、図 2 0の開口絞り 4 2でそれぞれ半径方向に並ぶ 2つの開口を連結することで、図 6 (B ) と同様の光量分布を形成できる。また、図 1 8の開口絞り 4 4は、図 2 1に示すように、図 7 (A) の輪帯の領域 3 3 R及び領域 3 4 A〜 3 4 Dに対応する部分がそれぞれ輪帯状の開口 4 8 R 及び円形の開口 4 9 A〜4 9 Dとされた絞りである。従って、開口絞り 4 4をフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）に設置することによって、その瞳面上での光量分布は、図 7 (A) と同様に 5箇所の領域でほぼ一定となり、それ以外の領域でほぼ 0となるため、種々のピッチのパターンに対して広い焦点深度で高解像度が得られる。

なお、図 2 1の開口絞り 4 4で輪帯状の開口 4 8 Rと円形の開口 4 9 A〜4 9 Dとを連結することで、図 7 ( B ) と同様の光量分布を形成できる。

なお、本実施形態では開口絞り 4 2、 4 4でそれぞれ開口以外が遮光部であるものとしたが、その開口以外を減光部（光透過率が小さい部分）としてもよい。この場合、照明系の瞳面上での光量分布は、図 3、図 6 (A) 、図 7 (A) と同様に 5箇所又は 9箇所の領域以外で光量が零とならない。また、本実施形態では開口絞りを照明光学系 1 2の瞳面又はその共役面に配置するものとしたが、例えばフライアイレンズ 5の入射面に近接して配置してもよい。

[第 4の実施形態]

次に、本発明の第 4の実施形態につき図 2 2を参照して説明する。第 2の実施形態が所定の光量分布を設定するための光学部材として図 1 (A) の回折光学素子 2 2 A、 2 2 Bを含む部材を用いたのに対して、本例はその光学部材として開口絞りを用いるものである。そのため、本例においては、第 3の実施形態と同様に基本的に図 1 8の走査露光型の投影露光装置を用いて露光が行われる。ただし、本例では図 1 8の開口絞り 4 2及び 4 4の代わりにそれぞれ後述の開口絞り 4 2 A及ぴ 4 2 Bが使用され、レチクルステージ 1 4上にはレチクル Rの代わりに図 1 1 (A) のレチクル R Aがロードされる。

本例においても、転写対象のレチクル R A上のパターンは、図 1 1 (A) に示す X方向にピッチ Pで配列された一方向密集コンタク卜ホールのパターン 5 2を含むパターンであるとする。これに応じて、図 1 8の開口絞り 4 2 Aは、図 1 2 の光量分布と同じ光量分布を得るために、遮光板中に 3個の開口が形成されたものである。図 2 2 (A) は、その開口絞り 4 2 Aの形状を示し、図 2 2 (A) において、遮光板よりなる開口絞り 4 2 Aには、図 1 8の照明光学系 1 2の光軸 B Xを中心とする輪帯の開口 6 6と、その開口 6 6を X方向に挟むように配置された 2つの円形の開口 6 7 A、 6 7 Bとを含む互いに離れた 3個の開口が形成されている。また、開口 6 6、 6 7 A、 6 7 Bの位置及び形状は、それぞれ図 1 2の光量分布上で光量がほぼ一定の領域 5 4、 5 5 A、 5 5 Bと同じである。

従って、開口絞り 4 2 Aを用いることによって、フライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）上での光量分布は、第 2の実施形態と同様に図 1 2に示す 3個の領域でほぼ一定となり、それ以外の領域で低くなるため、図 1 1 (A) のような一方向密集コンタクトホールのパターン 5 2を含むレチクルのパターンの像を X方向及び Y方向に高解像度でウェハ上に転写することができる。本例の'ように開口絞り 4 2 Aを用いる場合には、照明光 I Lの利用効率は低下するが、簡単な構成で所定面（照明光学系 1 2の瞳面又はその共役面等）での光量分布を正確に所望の状態に設定できるという利点がある。

また、図 1 8の第 2の開口絞り 4 2 Bは、図 2 2 ( B ) に示すように、図 1 6

(A) の円形の領域 6 2及び細長い楕円状の領域 6 3 A、 6 3 Bに対応してそれぞれ開口 6 8及び細長い楕円状の開口 6 9 A、 6 9 Bが形成された絞りである。従って、開口絞り 4 2 Bを図 1 8のフライアイレンズ 5の射出面 Q 1 (瞳面）に設置することによって、図 1 6 (A) の照明条件を用いる場合と同様に、一方向密集コンタクトホールのパターンをより高い解像度で、かつ深い焦点深度でゥェハ上に転写することができる。なお、本実施形態では図 2 2 (八）、図2 2

( B ) に示した開口絞り 4 2 A、 4 2 Bだけでなく、例えば図 1 5 (A) 〜図 1 5 ( C) 及び図 1 6 ( B ) に示した光量分布を形成する開口絞りなども使用することができる。

なお、本実施形態では開口絞りを照明光学系 1 2の瞳面又はその共役面だけでなく、例えばフライアイレンズ 5の入射面に近接して配置してもよい。また、本実施形態では開口絞り 4 2 A、 4 2 Bでそれぞれ開口以外が遮光部であるものとしたが、その開口以外を減光部（光量の少ない部分）としてもよい。この場合、照明光学系 1 2の瞳面上での光量分布は前述した 3個の領域以外で光量が零とならない。

[第 5の実施形態]

次に、本発明の第 5の実施形態につき図 2 3を参照して説明する。上記の第 1 〜第 4の実施形態がオプティカル ·インテグレー夕 (ュニフォマイザ又はホモジナイザ）としてフライアイレンズを用いているのに対して、本例は、才プティ力ル ·インテグレー夕として、内面反射型インテグレー夕、例えばロッド型インテグレー夕を使用するものである。

図 2 3は、本例の投影露光装置の照明光学系の要部を示し、この図 2 3の光学系は、' 例えば図 1 (A) の照明光学系 1 2のミラー 3と固定視野絞り 7との間に配置される。図 2 3において、不図示の露光光源からの照明光 I Lは、第 1の実施形態と同じ構成の回折光学素子 2 1、又は第 2の実施形態と同じ構成の回折光学素子 2 2 Aに入射する。回折光学素子 2 1 (又は 2 2 A) からの回折光は、リレーレンズ 1 5 2を介して所定面としての面 Q 4上の 9個（又は 3個）の領域に集光される。また、面 Q 4を通過した照明光 I Lは、コンデンサレンズ 1 5 3を介してロッドインテグレー夕 1 5 1の入射面に集光される。この場合、面 Q 4はほぼコンデンサレンズ 1 5 3の前側焦点面にあり、ロッドインテグレ一タ 1 5 1 の入射面はほぼコンデンサレンズ 1 5 3の後側焦点面にある。

また、ロッドインテグレー夕 1 5 1の射出面 Q 5は、レチクル面との共役面であり、この射出面 Q 5近傍に固定視野絞り 1 5 4が配置され、この近くに可動視野絞り（不図示）も配置されている。そして、ロッドインテグレー夕 1 5 1から射出される照明光 I Lは、図 1 (A) の結像用レンズ系 9及び主コンデンサレンズ系 1 1と同様の光学系を経て不図示のレチクルのパターンを照明する。

本例においても、回折光学素子 2 1 (又は 2 2 A) の使用によって、面 Q 4上で図 3 (又は図 1 2 ) のような光量分布が設定されるため、種々のピッチのコンタク卜ホールを含むパターン (又は一方向密集コンタクトホールを含むパターン) の像を一度に高精度にウェハ上に転写することができる。

また、本例においても、回折光学素子 2 1を用いる代わりに、面 Q 4上に図 1 9、図 2 0の開口絞り 4 2と同様の 9個の開口を備えた開口絞り、又は図 2 1の開口絞り 4 4と同様の 5個の開口を備えた開口絞りを配置してもよい。更に、前述の如く本例でも、照明光学系の瞳面上の光量分布で光量が高められる複数の領域、例えば 9個、 5個、又は 3個の領域の少なくとも 1つでの光束の偏光状態を調整する必要があるときは、例えば面 Q 4上に前述の偏光設定部材を設置してもよい。

更に、図 2 3において、回折光学素子 2 2 Aの代わりに、図 1 6 (A) の光量分布を設定するための図 1 (A) の回折光学素子 2 2 Bを配置してもよい。また、回折光学素子 2 2 A (又は 2 2 B ) を用いる代わりに、面 Q 4上に図 2 2 (A) 、図 2 2 ( B ) の開口絞り 4 2 A又は 4 2 Bと同様の開口絞りを配置してもよい。また、前述の如く照明光学系 1 2の瞳面上の光量分布で光量が高められる 3個の領域の少なくとも 1つでの光束の偏光状態を調整する必要があるときは、例えば面 Q 4上に前述の偏光設定部材を配置してもよい。

また、例えば図 2 3のレンズ 1 5 2と面 Q 4との間に図 1 (A) の 1対の間隔可変のプリズム 7 1、 7 2 (可動プリズム）を配置して、周辺の光量の大きい領域の半径方向の位置を可変としてもよい。

なお、ロッドインテグレー夕 1 5 1としては、四角形、六角形などの多角柱状、或いは円柱状等の光透過性の光学部材、又はそのような多角柱状又は円柱状等の中空の金属等の反射部材を使用することができる。

また、コンデンサレンズ 1 5 3による照明光（回折光） I Lの集光点はロッドインテグレー夕 1 5 1の入射面からずらしておくと良い。

更に、本実施形態では面 Q 4を所定面（照明系の瞳面又はその共役面に相当）としているが、所定面はこれに限られるものでなく、例えばロッドインテグレー夕 1 5 1とレチクル R (又はレチクル R A) との間としてもよい。また、回折光学素子 2 1 (又は 2 2 A等）の代わりに、或いはそれと組み合わせて、例えば開口絞り 4 2、 4 4 (又は 4 2 A、 4 2 B ) のいずれかを用いるとき、その開口絞りをロッドインテグレ一タ 1 5 1の下流側 (レチクル側) に配置してもよい。なお、上記第 1及び第 5の実施形態において、前述の回折光学素子と開口絞りの両方を用いて照明光学系の瞳面上での照明光 I Lの光量分布を設定する場合、回折光学素子から発生する回折光が開口絞り上で図 3又は図 7 (A) に示したように分布するときに、照明光の利用効率が最も高くなる（照明光の光量損失が最も少なくなる）が、その回折光を正確に図 3又は図 7 (A) のように分布させなくてもよい。即ち、照明光の利用効率が低くなるが、前述の回折光学素子（2 1 , 2 2 ) と異なる回折光学素子を用いて 9つ又は 5つの領域以外をも含む所定領域にその回折光を分布させてもよい。

また、前述の回折光学素子と併用される開口絞りは、必ずしも図 1 9〜2 1に示した 5個又は 9個の開口を ¾~していなくてもよく、要は回折光学素子から発生して照明系の瞳面又はその共役面に分布する回折光（照明光 I L ) の光量分布を、例えば図 3、図 6 (A) 、図 7 (A) に示した光量分布に設定する遮光部又は減光部を有していればよい。例えば、図 3又は図 4の光量分布の設定に用いる回折光学素子と、その光量分布の中心領域 2 8又は 3 3の中央部を部分的に遮光又は減光する開口絞りとを併用して、図 6 (A) 又は図 7 (A) の光量分布を設定してもよく、この開口絞りにはその設定すべき光量分布（光量が高められる 5個又は 9個の領域）に対応する開口を形成する必要がない。

また、上記第 1及び第 5の実施形態において、照明光学系内に配置される回折光学素子とオプティカル ·インテグレー夕 ( 5 ； 1 5 1 ) との間に設けられる光学系（4 ； 1 5 2， 1 5 3 ) の少なくとも一部をズームレンズ（ァフォーカル系）として、照明光学系の瞳面上で照明光 I Lが分布する 9つ又は 5つの領域の大きさを可変としてもよい。さらに、その光学系（4 ； 1 5 2， 1 5 3 ) に、前述した間隔可変の少なくとも一対のプリズムを組み込んでもよい。このとき、中心領域（2 8 ； 3 3 ) に照明光 I Lを分布させるために、一対のプリズムの頂角付近をそれぞれ切り取って、中心領域に分布する照明光 I Lの一部が通過する部分を、照明光学系の光軸 B Xとほぼ垂直な平面としておく。

なお、上記第 1及び第 5の実施形態では、照明光学系内に交換して配置される複数の回折光学素子のみからなる、或いはその複数の回折光学素子と、前述したズームレンズと一対のプリズムとの少なくとも一方が組み込まれる光学系とを組み合わせた成形光学系 (光学部材に相当) によって、オプティカル'インテグレ —夕がフライアイレンズ 5であるときはその入射面上での照明光 I Lの強度分布を変化させ、才プティカル ·ィンテグレー夕が内面反射型ィンテグレー夕 1 5 1 であるときはその入射面に入射する照明光 I Lの入射角度範囲を変化させることで、照明光学系の瞳面上での照明光 I Lの光量分布（2次光源の大きさや形状）、即ちレチクルの照明条件を任意に変更できるようになっている。このとき、レポルバ 2 4に保持される複数の回折光学素子は、前述の回折光学素子 2 1、 2 2だけに限られるものでなく、例えば小 σ照明、輪帯照明、 2極照明、及び 4極照明でそれぞれ使用される 4つの回折光学素子の少なくとも 1つを含んでいてもよい。また、その成形光学系に前述の開口絞りを組み合わせてもよい。このとさ、例えば成形光学系のうち開口絞り以外 (前述の回折光学素子などを含む) はォプティカル ·インテグレー夕よりも上流側 (光源 1との間) に配置し、その開口絞りはオプティカル ·ィンテグレー夕よりも下流側に配置してもよい。

また、上記第 1、第 3、第 5の実施形態では、図 2に示した 3つのパターン 2 5 Α〜2 5 Cはそれぞれピッチが X方向と Υ方向とで等しくなつているので、図 3に示したように照明光学系の瞳面上で照明光 I Lが分布する 9つの領域が配置される直線 3 1 Α、 3 1 Βが照明光学系の光軸で直交するが、 3つのパターン 2 5 Α〜2 5 Cのピッチが X方向と Υ方向とで異なるときは直線 3 1 Α、 3 1 Βが照明光学系の光軸で直交しない、即ち 4つの中間の領域 2 9 A〜2 9 Dでそれぞれ照明光学系の光軸との距離が X方向と Υ方向とで異なり、かつ 4つの最外周の領域 3 0 A〜3 0 Dでそれぞれ照明光学系の光軸との距離が X方向と Υ方向とで異なることになる。なお、レチクルに形成するパターンの数（種類）は 3つに限られるものでなく、 2つあるいは 4つ以上でもよいし、パターンの配列方向が X 方向及び Υ方向と必ずしも一致していなくてもよい。

また、上記第 1、第 3、第 5の実施形態では前述した間隔可変の複数のプリズムによって、照明光学系 1 2の瞳面上で光量が高められる、中心の領域を除く 4 個又は 8個の領域の各位置（照明光学系の光軸 Β Χとの距離）を可変としたが、その周辺の領域は 4個又は 8個に限定されるものでなく、例えば 2個でも構わない。

なお、上記第 2及び第 5の実施形態において、前述の回折光学素子と開口絞りの両方を用いて照明光学系の瞳面上での照明光 I Lの光量分布を設定する場合、回折光学素子から発生する回折光が開口絞り上で図 1 2又は図 1 6 (Α) に示したように分布するときに、照明光の利用効率が最も高くなる（照明光の光量損失が最も少なくなる）が、その回折光を正確に図 1 2又は図 1 6 (A) のように分布させなくてもよい。即ち、照明光の利用効率が低くなるが、前述の回折光学素子 2 2 A、 2 2 Bと異なる回折光学素子を用いて 3つの領域以外をも含む所定領域にその回折光を分布させてもよい。

また、前述の回折光学素子と併用される開口絞りは、必ずしも図 2 2に示した 3個の開口を有していなくてもよく、要は回折光学素子から発生して照明系の瞳面又はその共役面に分布する回折光（照明光 I L ) の光量分布を、例えば図 1 2 図 1 5、図 1 6 (A) に示した光量分布に設定する遮光部又は減光部を有していればよい。例えば、図 1 5 (A) の光量分布の設定に用いる回折光学素子と、その光量分布の中心領域 5 4 Aの中央部を部分的に遮光又は減光する開口絞りとを併用して、図 1 2の光量分布を設定してもよく、この開口絞りにはぞの設定すベき光量分布（光量が高められる 3個の領域）に対応する開口を形成する必要がない。

また、上記第 2及び第 5の実施形態において、照明光学系内に配置される回折光学素子とォプティカル ·ィンテグレー夕 ( 5 ； 1 5 1 ) との間に設けられる光学系（4 ； 1 5 2， 1 5 3 ) の少なくとも一部をズームレンズ（ァフォーカル系）として、照明光学系の瞳面上で照明光 I Lが分布する 3つの領域の大きさを可変としてもよい。さらに、その光学系（4 ； 1 5 2 , 1 5 3 ) に、前述した間隔可変の一対のプリズムを組み込んでもよい。

なお、上記第 2及び第 5の実施形態では、照明光学系内に交換して配置される複数の回折光学素子のみからなる、或いはその複数の回折光学素子と、前述したズームレンズと一対のプリズムとの少なくとも一方が組み込まれる光学系とを組み合わせた成形光学系 (光学部材に相当）によって、オプティカル 'インテグレ —夕がフライアイレンズ 5であるときはその入射面上での照明光 I Lの強度分布を変化させ、ォプティカル ·ィンテグレー夕が内面反射型ィンテグレー夕 1 5 1 であるときはその入射面に入射する照明光 I Lの入射角度範囲を変化させることで、照明光学系の瞳面上での照明光 I Lの光量分布（2次光源の大きさや形状）、即ちレチクルの照明条件を任意に変更できるようになつている。このとき、レポルバ 2 4に保持される複数の回折光学素子は、前述の回折光学素子 2 2 A, 2 2 Bだけに限られるものでなく、例えば小 σ照明、輪帯照明、 2極照明、及び 4極照明でそれぞれ使用される 4つの回折光学素子の少なくとも 1つを含んでいてもよい。また、その成形光学系に前述の開口絞りを組み合わせてもよい。

このとき、例えば成形光学系のうち開口絞り以外（前述の回折光学素子などを含む）はオプティカル ·インテグレー夕よりも上流側 (光源 1との間) に配置し、その開口絞りはオプティカル ·インテグレー夕よりも下流側に配置してもよい。また、上記第 2、第 4、第 5の実施形態では、転写対象のパターンは一方向密集コンタクトホールのパターン（一方向密集パターン）であるが、転写対象のパターンは、実質的に一方向に孤立パターンと見なすことができ、それに交差する (例えば直交する）方向に周期的に形成されるパターンを含むパターンであれば、どのようなパターンでもよいことは明らかである。

さらに、上記第 2、第 4、第 5の実施形態及びその変形例では、投影光学系 Ρ Lの瞳面 Q 3と実質的に共役な照明光学系 1 2の瞳面又はその共役面（所定面）上での照明光 I Lの光量分布で光量が高められる 3個の領域を、その所定面上で前述した一方向密集パターンの周期方向と平行で照明光学系 1 2の光軸を通る直線に沿って配置するものとしたが、必ずしもその 3個の領域を同一直線上に配置しなくてもよい。例えば、 3個の領域のうち、中央の領域を除く残り 2個の領域の少なくとも一方を、上記直線から Υ方向にずらして配置してもよいし、 Υ方向に関する照明光学系 1 2の光軸との距離をその 2個の領域で異ならせてもよい。また、上記第 2、第 4、第 5の実施形態及びその変形例では、前述した 3個の領域のうち中央の領域は、円形だけでなく輪帯状又は矩形の枠状などでもよいものとしたが、その形状（光量分布）はこれらに限られるものではない。即ち、その中央の領域は、輪帯などと同様に、その中央部における光量が他の部分における光量よりも小さく設定されていればよく、例えば互いに離れた複数の領域（その形状は任意）からなるものとしてもよい。このとき、その複数の領域は、中央の領域の光量重心が照明光学系の光軸とほぼ一致するようにその数や位置などが設定されればよく、例えば中心（重心）が光軸外で光軸との距離がほぼ等しい η 個（ηは自然数）の領域、及びこの η個の領域と光軸に関してほぼ対称に配置される η個の領域の合計 2 η個とすることが好ましい。また、その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、前述の所定面上で照明光学系 1 2の光軸を通る所定の直線に沿って配置してもよく、例えば同一直線に沿って配置してもよく、例えば同一直線に沿って配置される 2個でもよい。さらに、その中央の領域で互いに離れた複数の領域は、その中央の領域の大きさ（σ値に相当）に応じてその配列方向を決定してもよく、例えば中央の領域の大きさが相対的に小さいときはその配列方向を前述した 3個の領域の配列方向（X方向）とほぼ一致させることが好ましく、逆にその大きさが相対的に大きいときはその配列方向を前述した 3個の領域の配列方向とほぼ直交させる（即ち、 Υ方向とする）ことが好ましい。

なお、上記第 2、第 4、第 5の実施形態及びその変形例では、前述した 3個の領域のうち中央の領域を除く残り 2個の領域の位置、即ち前述した一方向密集パターンの周期方向に平行な方向（X方向）に関する照明光学系の光軸との距離をほぼ等しく維持しつつ、そのピッチに応じて可変としてもよい。

また、上記各実施形態では、レチクルの照明条件の変更に用いられる成形光学系が複数の回折光学素子を含むものとしたが、この回折光学素子の代わりに、例えば収差が異なる複数のレンズエレメントを交換して用いるようにしてもよい。さらに、周辺が円錐となる第 1及び第 2プリズム 7 1、 7 2を用いる場合、プリズム 7 1、 7 2の間隔、即ち照明光学系 1 2の瞳面上で強度が高められる各領域の光軸 Β Χとの距離を変更すると、その変更に応じて各領域の形状が変化し得る。そこで、その変化量が所定の許容値を超えるときは、例えば前述のズームレンズあるいはシリンドリカルレンズなどを用いてその形状変化を抑える（少なくする）ようにしてもよい。

また、図 1 (Α) の投影露光装置は照明光学系 1 2内で光軸 Β Χに沿って 2つのオプティカルインテグレー夕を配置するダブルインテグレー夕方式を採用してもよいし、その 2つのオプティカルインテグレー夕はその種類が互いに異なっていてもよい。なお、上記各実施形態では照明光学系の瞳面上で照明光の光量分布を複数の領域で高めるものとしているが、例えば各領域で光量が徐々に少なくなるとき、前述した光量が高められる領域とは、光量が所定値以上になる領域を指すものとする。

なお、上述の各実施形態において、照明光 I Lとして、例えば 1 8 0 n m程度 TJP2004/004522

57 以下の波長の真空紫外光を用いる場合には、図 1 (A) の回折光学素子 21、 2 2、 22 A, 22Bの基板、レチクル R、 R Aを構成するガラス基板、及び投影光学系 PLを構成するレンズ等の屈折部材の光学材料としては、蛍石（CaF₂)、フッ化マグネシゥムやフッ化リチウム等のフッ化物結晶、フッ素及び水素がド一プされた石英ガラス、構造決定温度が 1200 K以下で且つ水酸基濃度が 100 0 p pm以上である石英ガラス（例えば本出願人による日本国特許第 27702 24号公報に開示）、構造決定温度が 1200K以下で且つ水素分子濃度が 1 X 10^1Tfflolecules/cin³ 以上である石英ガラス、構造決定温度が 1200 K以下で且つ塩基濃度が 50 ppm以下である石英ガラス、及び構造決定温度が 1200K 以下で且つ水素分子濃度が 1 X 10¹⁷molecules/cm³以上で塩素濃度が 50 p pm 以下ある石英ガラス（例えば本出願人による日本国特許第 29361 38号公報 (対応する米国特許第 5, 908， 482号）に開示）のグループから選択される材料で形成することが好ましい。一方、照明光 I Lとして A r Fエキシマレ一ザ光又は Kr Fエキシマレーザ光などを用いる場合には、その光学材料として上記各物質の他、合成石英を用いることも可能である。

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 24を参照して説明する。

図 24は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図 24において、まずシリコン半導体等からウェハ Wが製造される。その後、ウェハ W上にフオトレジストを塗布し（ステップ S 10) 、次のステップ S 12において、上記の実施の形態（図 1 (A) 又は図 18) の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル R 1をロードし、走查露光方式でレチクル R 1 (例えば図 2のレチクル R) のパターン（符号 Aで表す）をゥェ八 W上の全部のショット領域 SEに転写（露光）する。なお、ウェハ Wは例えば直径 300mmのウェハ（12インチゥェ八）であり、ショット領域 S E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 33 mmの矩形領域である。次に、ステップ S 14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、ウェハ Wの各ショット領域 SEに所定のパターンが形成される。

次に、ステップ S 16において、ウェハ W上にフォトレジストを塗布し、その 1 8において、上記の実施の形態（図 1 (A) 又は図 1 8 ) の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル R 2 (例えば図 1 1 (A) のレチクル R A) をロードし、走査露光方式でレチクル R 2のパターン (符号 Bで表す) をウェハ W上の各ショッ卜領域 S Eに転写 (露光）する。そして、ステップ S 2 0 において、ウェハ 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、ゥェハ Wの各ショット領域に所定のパターンが形成される。

以上の露光工程〜パターン形成工程 (ステップ S 1 6〜ステップ S 2 0 ) 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、ゥェハ W上の各チップ C Pを 1つ 1つ切り離すダイシング工程 (ステップ S 2 2 ) 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 S 2 4 ) を経ることによって、製品としての半導体デバイス S Pが製造される。 '

また、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージゃゥェ八ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整 (電気調整、動作確認等）をすることにより上記の実施形態の投影露光装置を製造することができる。なお、投影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。

また、本発明は、走査露光型の投影露光装置で露光を行う場合のみならず、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置で露光を行う場合にも同様に適用できることは言うまでもない。これらの場合の投影光学系の倍率は等倍でもよく、拡大倍率でもよい。更に、本発明は、例えば国際公開（WO) 第 9 9 / 4 9 5 0 4号などに開示される液浸型露光装置で露光を行う場合にも適用できる。液浸型露光装置は、反射屈折型の投影光学系を用いる走査露光方式でもよいし、あるいは投影倍率が 1 / 8の投影光学系を用いる静止露光方式でもよい。後者の液浸型露光装置では、基板上に大きなパターンを形成するために、上記実施形態で説明したステップ'アンド ·スティツチ方式を採用することが好ましい。

なお、上記の実施形態の投影露光装置の用途としては、半導体素子製造用の露' 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）、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド、又は 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、各種デバイスのレチクルパターンが形成されたレチクル（フォトマスク等）をフオトリソグラフイエ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。

なお、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、前述した全ての米国特許などの開示を援用して本文の記載の一部とする。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む 2003年 4月 9日付け提出の日本国特許出願' 2003 - 105920、 2003年 8月 25日付け提出の日本国特許出願 2003 - 29 9628、 2003年 8月 29日付け提出の日本国特許出願 2003— 3078 06、 2003年 9月 19日付け提出の日本国特許出願 2003— 329194、及び 2003年 9月 22日付け提出の日本国特許出願 2003— 329309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。産業上の利用の可能性

また、本発明のデバイス製造方法によれば、種々のパターンを含むデバイスを高精度且つ高スループッ卜で製造することができる。

また、本発明のデバイス製造方法において、照明系に関する所定面における光量分布を、所定の 3個の領域で光量が大きくなるように設定するときには、一方向密集パターンを含むデバイスを高精度に製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 照明系からの光束でマスクを照明し、前記光束で前記マスク及び投影系を介して基板を露光する露光方法において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、外側の輪郭が前記照明系の光軸を含む第 1領域と、該第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 8個の領域とを含む 9個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする露光方法。

2 . 前記第 1領域は、輪帯状の領域であることを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。 '

3 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 9個の領域は、前記第 1領域と、該第 1領域を囲む第 1円周に沿って配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域と、前記第 1円周を囲む第 2円周に沿つて配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 3領域とからなることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の露光方法。

4 . 前記第 1領域、 2個の前記第 2領域、及び 2個の前記第 3領域が前記照明系の光軸を通る第 1直線に沿って配置され、

前記第 1領域、他の 2個の前記第 2領域、及び他の 2個の前記第 3領域が前記照明系の光軸を通り前記第 1直線に直交する第 2直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 3に記載の露光方法。

5 . 前記第 1領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 2倍から 0 . 4倍に相当し、

前記第 2領域及び前記第 3領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 7 5 倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 3又は 4に記載の露光方法。

6 . 照明系からの光束でマスクを照明し、前記光束で前記マスク及び投影系を介して基板を露光する露光方法において、前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、外側の輪郭が前記照明系の光軸を含む輪帯状の第 1領域と、該第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の領域とを含む 5個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする露光方法。

7 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 5個の領域は、前記第 1領域と、該第 1領域を囲む円周に沿って実質的に 9 0 ° 間隔で配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域とからなることを特徴とする請求項 6に記載の露光方法。

8 . 前記第 1領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 2倍から 0 . 4倍に相当し、

前記第 2領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 7 5倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 6又は 7に記載の露光方法。

9 . 前記所定面上で前記照明系の光軸外に配置される前記光量が大きい各領域から発生する光束は直線偏光であることを特徴とする請求項 1〜 8の何れか一項に記載の露光方法。

1 0 . 前記所定面上における前記光束の偏光方向は実質的に円周方向と一致していることを特徴とする請求項 9に記載の露光方法。

1 1 . 照明系からの光束でマスクを照明し、前記光束で前記マスク及び投影系を介して基板を露光する露光方法において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、互いに離れた 3個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする露光方法。

1 2 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸近傍の第 1領域と、前記光軸を通る直線に沿って前記第 1領域を挟むように配置された第 2領域及び第 3領域とを含むことを特徴とする請求項 2 1に記載の露光方法。

1 3 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸近傍の第 1領域と、前記光軸からほぼ等距離に配置される第 2及び第 3領域とを含むことを特徴とする請求項 1 1又は 1 2に記載の露光方法。

1 4. 前記マスクに形成されたパターンは、所定の第 1軸に沿って周期的に配置されると共に前記第 1軸に直交する第 2軸方向には実質的に孤立している一方向密集パターンを含み、

前記光量の大きい 3個の領域は、前記第 1軸に平行な方向に離れて配置されることを特徴とする請求項 1 1〜1 3の何れか一項に記載の露光方法。

1 5 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸を通り前記第 1軸に平行な直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 1 4に記載の露光方法。

1 6 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域は、その中央部における光量が他の部分における光量よりも小さく設定されることを特徴とする請求項 1 2 〜 1 5の何れか一項に記載の露光方法。

1 7 . 前記中央の領域は、ほぼ輪帯状の領域であることを特徴とする請求項 1 6 に記載の露光方法。

1 8 . 前記中央の領域は、互いに離れた複数の領域からなることを特徴とする請求項 1 6に記載の露光方法。

1 9 . 前記中央の領域で互いに離れた複数の領域は、前記所定面上で前記照明系の光軸を通る所定の直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 1 8に記載の露光方法。

2 0 . 前記中央の領域で互いに離れた複数の領域は、前記中央の領域の大きさに応じてその配列方向が決定されることを特徴とする請求項 1 8又は 1 9に記載の露光方法。

2 1 . 前記 3個の領域は、輪郭が互いに実質的に同じ大きさの領域であることを特徴とする請求項 1 1〜2 0の何れか一項に記載の露光方法。

2 2 . 前記光量の大きい 3個の領域の大きさは、それぞれ前記照明系の最大 σ値の 0 . 1倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 1 1〜2 1の何れか一項に記載の露光方法。

2 3 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち前記第 1軸に平行な方向に関して両端に配置される 2個の領域は、それぞれ長手方向が前記第 2軸に平行な方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 1 4又は 1 5に記載の露光方法。

2 4 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域は、長手方向が前記第 1軸に平行な方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 1 4、 1 5、 2 3の何れか一項に記載の露光方法。

2 5 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束は、偏光方向が前記第 2軸に平行な方向とほぼ一致する直線偏光であることを特徴とする請求項 1 4、 1 5、 2 3、 2 4の何れか一項に記載の露光方法。

2 6 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束と他の 2 個の領域から発生する光束とは、互いに偏光状態が異なることを特徴とする請求項 1 2〜 1 5、 2 3〜2 5の何れか一項に記載の露光方法。

2 7 . 前記中央の領域から発生する光束と前記 2個の領域から発生する光束とは、偏光方向がほぼ直交することを特徴とする請求項 2 6に記載の露光方法。

2 8 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域と他の 2個の領域とは、互いに大きさが異なることを特徴とする請求項 1 2〜1 5、 2 3〜 2 7の何れか一項に記載の露光方法。

2 9 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域から発生する光束は、それぞれ直線偏光であることを特徴とする請求項 1 2〜2 8の何れか一項に記載の露光方法。 '

3 0 . 前記所定面上で前記他の 2個の領域に分布する光束はそれぞれ偏光方向が円周方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 2 9に記載の露光方法。

3 1 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であることを特徴とする請求項 1 1〜3 0の何れか一項に記載の露光方法。

3 2 . 光束でマスクを照明する照明系と、前記マスクからの前記光束で基板を露光する投影系とを有する露光装置において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、外側の輪郭が前記照明系の光軸を含む第 1領域と、該第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 8個の領域とを含む 9個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材を有することを特徴とする露光装置。

3 3 . 前記第 1領域は、輪帯状の領域であることを特徴とする請求項 3 2に記載

3 4 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 9個の領域は、前記第 1領域と、該第 1領域を囲む第 1円周に沿って配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域と、前記第 1円周を囲む第 2円周に沿つて配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 3領域とからなることを特徴とする請求項 3 2又は 3 3に記載の露光装置。

3 5 . 前記第 1領域、 2個の前記第 2領域、及び 2個の前記第 3領域が前記照明系の光軸を通る第 1直線に沿って配置され、 '

前記第 1領域、他の 2個の前記第 2領域、及び他の 2個の前記第 3領域が前記照明系の光軸を通り前記第 1直線に直交する第 2直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 3 4に記載の露光装置。

3 6 . 前記第 1領域の大きさは、前記照明系の最大び値の 0 . 2倍から 0 . 4倍に相当し、

前記第 2領域及び前記第 3領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 7 5 倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 3 4又は 3 5に記載の露光装

3 7 . 光束でマスクを照明する照明系と、前記マスクからの前記光束で基板を露光する投影系とを有する露光装置において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、外側の輪郭が前記照明系の光軸を含む輪帯状の第 1領域と、該第 1領域を囲むように配置されると共にそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の領域とを含む 5個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材を有することを特徴とする露光装置。

3 8 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記所定面における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きい 5個の領域は、前記第 1領域と、該第 1領域を囲む円周に沿って実質的に 9 0 ° 間隔で配置されてそれぞれ前記第 1領域よりも小さい 4個の第 2領域とからなることを特徴とする請求項 3 7に記載の露光装置。

3 9 . 前記第 1領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 2倍から 0 . 4倍に相当し、

前記第 2領域の大きさは、前記照明系の最大 σ値の 0 . 7 5倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 3 7又は 3 8に記載の露光装置。

4 0 . 前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレ一夕を含み、

前記光学部材は、前記照明系内で前記ォプティカル ·ィンテグレー夕の入射面側に配置されると共に、前記光束を複数方向に回折する回折光学素子'を含むことを特徴とする請求項 3 2〜3 9の何れか一項に記載の露光装置。

4 1 . 前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕を含み、

前記光学部材は、前記所定面又はその共役面に配置されると共に、前記所定面上で光量が高められる領域を規定する開口絞りを含むことを特徴とする請求項 3 2〜 4 0の何れか一項に記載の露光装置。

4 2 . 前記光学部材は、前記複数の領域で光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることを特徴とする請求項 3 2〜4 1の何れか一項に記載の露光装置。

4 3 . 前記所定面上で前記照明系の光軸外に配置される前記光量が大きい各領域から発生する光束は直線偏光であることを特徴とする請求項 3 2〜3 9の何れか一項に記載の露光装置。

4 4. 前記所定面上における前記光束の偏光方向は実質的に円周方向と一致していることを特徴とする請求項 4 3に記載の露光装置。

4 5 . 前記光学部材は、前記所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材を含み、

前記照明系内で前記偏向部材から発生される光束の偏光状態を設定する偏光設定部材を更に備えることを特徴とする請求項 4 3又は 4 4に記載の露光装置。

4 6 . 前記偏向部材は、前記照明系の光路上で複数方向に回折光を発生する回折光学素子であることを特徴とする請求項 4 5に記載の露光装置。

4 7 . 前記光学部材は、前記偏向部材の射出側に配置され、前記所定面上における前記光軸外の各領域と前記照明系の光軸との位置関係を可変とする可動部材を含み、

前記偏光設定部材は、前記偏向部材と前記可動部材との間に配置されることを特徴とする請求項 4 5又は 4 6に記載の露光装置。

4 8 . 前記可動部材は、前記所定面上で前記第 1領域を除く前記光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面を有し、前記照明系の光軸に沿つて移動する少なくとも 1つの可動プリズムを含むことを特徴とする請求項 4 7に

4 9 . 前記光学部材は、前記第 1領域を囲みその光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなる複数の領域の位置を可変とする少なくとも 1つの可動プリズムを含むことを特徴とする請求項 3 2〜4 6の何れか一項に記載の露光装置。

5 0 . 前記可動プリズムは、前記所定面上で前記第 1領域を除く前記光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面を有すると共に、前記照明系の光軸に沿って移動することを特徴とする請求項 4 9に記載の露光装置。

5 1 . 前記可動プリズムは、前記所定面上で前記第 1領域に分布する光束が通りかつ前記照明系の光軸とほぼ直交する平面を有することを特徴とする請求項 4 8 又は 5 0に記載の露光装置。

5 2 . マスクを光束で照明する照明系と、前記マスクからの前記光束で基板を露光する投影系とを有する露光装置において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、前記照明系の光軸を実質的に含む第 1領域と、前記第 1領域の外側に配置される複数の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材を有し、

前記光学部材は、前記所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材と、前記所定面上における前記光軸外の各領域と前記照明系の光軸との位置関係を可変とするために、前記偏向部材から発生して前記所定面上で前記第 1領域に分布する光束が通り前記照明系の光軸とほぼ直交する平面と、前記第 1領域を除く前記光軸外の複数の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面とを有する少なくとも 1つの可動プリズムとを含むことを特徴とする露光装置。

5 3 . 前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·ィンテグレ一タを含み、 ·

前記可動プリズムは、前記照明系内で前記オプティカル ·インテグレー夕の入射側に配置され前記光軸に沿って移動することを特徴とする請求項 5 2に記載の 5 4 . 前記第 1領域の外側に配置される複数の領域から発生する光束はそれぞれ前記所定面上で偏光方向が実質的に円周方向と一致する直線偏光であることを特徴とする請求項 5 2又は 5 3に記載の露光装置。

5 5 . 前記光学部材は、前記第 1領域を含む複数の領域でそれぞれ光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることを特徴とする請求項 3 2〜 5 4の何れか一項に記載の露光装置。

5 6 . 光束でマスクを照明する照明系と、前記マスクからの前記光束で基板を露光する投影系とを有する露光装置において、

前記照明系に関する所定面における前記光束の光量分布を、互いに離れた 3個の領域における光量がそれ以外の領域における光量よりも大きくなるように設定する光学部材を有することを特徴とする露光装置。

5 7 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸近傍の第 1領域と、前記光軸を通る直線に沿って前記第 1領域を挟むように配置された第 2領域及び第 3領域とを含むことを特徴とする請求項 5 6に記載の露光装置。

5 8 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸近傍の第 1領域と、前記光軸からほぼ等距離に配置される第 2及び第 3領域とを含むことを特徴とする請求項 5 6又は 5 7に記載の露光装置。

5 9 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記マスクに形成される密集パターンが周期的に配置される第 1軸方向と、実質的に孤立的に配置される、前記第 1軸方向に直交する第 2軸方向とのうち、前記第 1軸方向に平行な方向に離れて配置されることを特徴とする請求項 5 6〜5 8の何れか一項に記載の露光装置。

6 0 . 前記光量の大きい 3個の領域は、前記照明系の光軸を通り前記第 1軸に平行な直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 5 9に記載の露光装置。 6 1 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域は、その中央部における光量が他の部分における光量よりも小さく設定されることを特徴とする請求項 5 7 〜 6 0の何れか一項に記載の露光装置。

6 2 . 前記中央の領域はほぼ輪帯状の領域であることを特徴とする請求項 6 1に記載の露光装置。

6 3 . 前記中央の領域は、互いに離れた複数の領域からなることを特徴とする請求項 6 1に記載の露光装置。 '

6 4. 前記中央の領域で互いに離れた複数の領域は、前記所定面上で前記照明系の光軸を通る所定の直線に沿って配置されることを特徴とする請求項 6 3に記載

6 5 . 前記中央の領域で互いに離れた複数の領域は、前記中央の領域の大きさに応じてその配列方向が決定されることを特徴とする請求項 6 3又は 6 4に記載の

6 6 . 前記光量の大きい 3個の領域の大きさは、それぞれ前記照明系の最大 σ値の 0 . 1倍から 0 . 2倍に相当することを特徴とする請求項 5 6〜6 5の何れか一項に記載の露光装置。

6 7 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち前記第 1軸に平行な方向に関して両端に配置される 2個の領域は、それぞれ長手方向が前記第 2軸に平行な方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 5 9又は 6 0に記載の露光装置。

6 8 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域は、長手方向が前記第 1軸に平行な方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 5 9、 6 0、 6 7の何れか一項に記載の露光装置。

6 9 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束は、偏光方向が前記第 2軸に平行な方向とほぼ一致する直線偏光であることを特徴とする請求項 5 9、 6 0、 6 7、 6 8の何れか一項に記載の露光装置。

7 0 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域から発生する光束と他の 2 個の領域から発生する光束とは、互いに偏光状態が異なることを特徵とする請求項 5 7〜 6 0、 6 7〜6 9の何れか一項に記載の露光装置。

7 1 . 前記中央の領域から発生する光束と前記 2個の領域から発生する光束とは、偏光方向がほぼ直交することを特徴とする請求項 7 0に記載の露光装置。

7 2 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域と他の 2個の領域とは、互いに大きさが異なることを特徴とする請求項 5 7 - 6 0 , 6 7 - 7 1の何れか一項に記載の露光装置。

7 3 . 前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域から発生する光束は、それぞれ直線偏光であることを特徴とする請求項 5 7〜7 2の何れか一項に記載の露光装置。 '

7 4 . 前記所定面上で前記他の 2個の領域に分布する光束は、それぞれ偏光方向が円周方向とほぼ一致することを特徴とする請求項 7 3に記載の露光装置。

7 5 . 前記光学部材は、前記所定面上の異なる領域にそれぞれ分布する光束を生成する偏向部材を含み、

前記照明系内で前記偏向部材から発生される光束の偏光状態を設定する偏光設定部材を更に備えることを特徴とする請求項 6 9〜7 1、 7 3、 7 4の何れか一項に記載の露光装置。

7 6 . 前記光学部材は、前記偏向部材の射出側に配置され、前記光量の大きい 3 個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域と前記照明系の光軸との位置関係を可変とする可動部材を含み、

前記偏光設定部材は、前記偏向部材と前記可動部材との間に配置されることを特徵とする請求項 7 5に記載の露光装置。

7 7 . 前記可動部材は、前記所定面上で前記中央の領域を除く前記他の 2個の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面を有し、前記照明系の光軸に沿って移動する少なくとも 1つの可動プリズムを含むことを特徴とする請求項 7 6に記

7 8 . 前記光学部材は、前記光量の大きい 3個の領域のうち中央の領域を除く他の 2個の領域の位置を可変とする少なくとも 1つの可動プリズムを含むことを特徴とする請求項 5 7〜7 4の何れか一項に記載の露光装置。

7 9 . 前記可動プリズムは、前記所定面上で前記中央の領域を除く前記他の 2個の領域を含む所定領域に分布する光束が通る斜面を有すると共に、前記照明系の光軸に沿って移動することを特徴とする請求項 7 8に記載の露光装置。

8 0 . 前記可動プリズムは、前記所定面上で前記中央の領域に分布する光束が通りかつ前記照明系の光軸とほぼ直交する平面を有することを特徴とする請求項 7 7又は 7 9に記載の露光装置。

8 1 . 前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレー夕を含み、

前記可動プリズムは、前記照明系内で前記オプティカル ·インテグレー夕の入射側に配置されることを特徴とする請求項 7 7〜8 0の何れか一項に記載の露光

8 2 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするオプティカル ·インテグレ一タを含み、

前記光学部材は、前記照明系内で前記ォプティカル ·ィンテグレ一夕の入射面側に配置される回折光学素子を含むことを特徴とする請求項 5 6〜7 4、 7 8の何れか一項に記載の露光装置。

8 3 . 前記所定面は、前記照明系の瞳面であり、

前記照明系は、前記光束が照射される前記マスク上の照明領域内での照度をほぼ均一にするォプティカル，ィンテグレー夕を含み、

前記光学部材は、前記所定面又はその共役面に配置されると共に、前記 3個の領域を規定する開口絞りを含むことを特徴とする請求項 5 6〜7 4、 7 8、 8 2 の何れか一項に記載の露光装置。

8 4 . 前記光学部材は、前記 3個の領域で光量が高められる光量分布を含む互いに異なる複数の光量分布を設定可能であることを特徴とする請求項 5 6〜8 3の何れか一項に記載の露光装置。

8 5 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程で請求項 1〜 3 1の何れか一項に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。

8 6 . リソグラフィ工程を含むデバィス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程で請求項 3 2〜 8 4の何れか一項に記載の露光装置を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。