JP2005142599A - 露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持ち、コンタクトホールあるいは孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを、マスクを交換せずに、高解像度（即ち、コンタクトホール列については位相シフトマスクを用いたＬ＆Ｓパターンと同等の解像度）で露光可能な露光方法及び装置を提供する。
【解決手段】 コンタクトホールパターンと当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを、中央が非円形形状に抜けた有効光源を形成する光で照明し、前記コンタクトホールパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、露光に関し、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細コンタクトホールパターンの製造に用いられる露光装置及び方法、デバイス製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバイスに関する。ここで、マイクロメカニクスは半導体集積回路製造技術を微細構造体の製作に応用し、高度な機能を持ったミクロン単位の機械システムやそれを作る技術をいう。

フォトリソグラフィ工程は、マスクパターンをシリコンウェハ、ガラスプレート等（以下、単に「ウェハ」という。）に塗布した感光性物質（レジスト）に露光装置を使用して転写する工程であり、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去の工程を含む。このうち露光では、解像度、重ね合わせ精度、スループットの３つのパラメータが重要である。解像度は正確に転写できる最小寸法、重ね合わせ精度はウェハにパターンを幾つか重ね合わせる際の精度、スループットは単位時間当たり処理される枚数である。

フォトリソグラフィ技術を用いてデバイスを製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画されたパターンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影光学系はパターンからの回折光をウェハ上に干渉及び結像させ、通常の露光ではパターンからの０次及び±１次の回折光（即ち、三光束）を干渉させる。

マスクパターンは、近接した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホールその他の孤立パターン等を含むが、高解像度でパターンを転写するためには、パターンの種類に応じて最適な露光条件（照明条件や露光量など）を選択する必要がある。

投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリーの式で与えられる。

ここで、ｋ_１は現像プロセスなどによって定まる定数であり、通常露光の場合にはｋ_１は約０．５〜０．７である。

近年のデバイスの高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要求されている。高解像力を得るには、上式から開口数ＮＡを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが有効であるが、これらの改善は現段階では限界に達しており、通常露光の場合にウェハに０．１５μｍ以下のパターンを形成することは困難である。そこで、パターンを経た回折光の中で二光束を干渉及び結像させる位相シフトマスク技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。位相シフトマスクは、マスクの隣接する光透過部分の位相を１８０°反転することによって０次回折光を相殺し、２つの±１次回折光を干渉させて結像するものである。かかる技術によれば、上式のｋ_１を実質的に０．２５にすることができるので、解像度Ｒを改善してウェハに０．１５μｍ以下のパターンを形成することができる。
特開平１１−１３５４０２号公報 特開平６−１９６３８８号公報

しかし、このような限界解像に近い微細なコンタクトホールの場合は隣り合う位相を１８０度変えると回折光が瞳面上では４５度の方向で、光軸から大きな角度で回折される為、投影系の瞳から外へ飛び出してしまい、投影レンズの瞳を通ることが出来ず、解像されない。解像できるのは、Ｌ＆Ｓの限界線幅の√２倍の微細パターンまでである。従って、Ｌ＆Ｓパターンの解像度と同等のコンタクトホール列の解像度を得る需要が存在している。

また、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタクトパターンを混在させる必要が生じてきた。しかし、従来の位相シフトマスク技術だけではコンタクトホール列と孤立コンタクトが混在したコンタクトホールパターンを同時に解像度良く露光できなかった。これに対して、２枚のマスクを用いて異なる種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露光）を使用することが考えられるが、従来の二重露光は、２枚のマスクを必要とするのでコストアップを招き、２回の露光のためにスループットが低下し、マスク交換２回の露光の高い重ね合わせ精度を必要とするため実用上解決すべき問題が多い。

そこで、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持ち、コンタクトホールあるいは孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを、マスクを交換せずに、高解像度（即ち、コンタクトホール列については位相シフトマスクを用いたＬ＆Ｓパターンと同等の解像度）で露光可能な露光方法及び装置を提供する。

本発明の一側面としての露光方法は、コンタクトホールパターンと当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを、中央が非円形形状に抜けた有効光源を形成する光で照明し、前記コンタクトホールパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光方法は、コンタクトホールパターンと当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを、中央部に非円形形状の暗い部分を有する有効光源を形成する光で照明し、前記コンタクトホールパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光する露光方法において、前記コンタクトホールパターンと前記補助パターンとは前記マスクに縦横に配列され、前記有効光源は前記縦横の軸に相当する十字に配置された４つの明るい部分を有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明のマスク、露光方法及び装置によれば、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持つコンタクトホールパターンを一度に高解像度で露光することができる。また、かかる露光方法及び装置を使用したデバイス製造方法は高品位なデバイスを製造することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の例示的な露光装置について説明する。
ここで、図１は、本実施形態の露光装置の概略ブロック図である。図１に示すように、露光装置は、照明装置１００と、マスク２００と、投影光学系３００と、プレート４００と、ステージ４５０と、結像位置調節装置５００とを有する。

本実施形態の露光装置は、ステップアンドスキャン方式でマスク２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。ここで、ステップアンドスキャン方式は、マスクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパターンをウェハのあるショットに露光すると共に、このショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光法である。また、ステップアンドリピート方式は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法である。

照明装置１００は転写用の回路パターンが形成されたマスク２００を照明し、光源部１１０と照明光学系１２０とを有する。

光源部１１０は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。

レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザー１１２に限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、レーザー１１２からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１１４は、後述するオプティカルインテグレータ１４０を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。

また、図１には示されていないが、光源部１１０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開特許平成３年第２１５９３０号公報の図１に開示されているような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いることができる。

照明光学系１２０は、マスク２００を照明する光学系であり、本実施形態では、集光光学系１３０と、オプティカルインテグレータ１４０と、開口絞り１５０と、コンデンサーレンズ１６０とを含む。照明光学系１２０は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。なお、本実施形態の照明光学系１２０は、プレート４００上の転写領域の寸法を変更するためのマスキングブレードやスキャンブレードを有してもよい。本実施形態の照明光学系１２０は、複数のレンズ及び必要なミラーを有し、射出側でテレセントリックとなるアフォーカル系を構成している。

集光光学系１３０は、まず、必要な折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。例えば、集光光学系１３０は、ビーム成形系１１４の出射面と後述するハエの目レンズとして構成されたオプティカルインテグレータ１４０の入射面とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある）になるように配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過した光束の主光線をオプティカルインテグレータ１４０の中心及び周辺のどのレンズ素子１４２に対しても平行に維持する。

集光光学系１３０は、マスク２００への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部１３２を更に含む。露光量調整部１３２は、アフォーカル系の角倍率を変えることにより入射光束のビーム断面形状を変化させることができる。代替的に、露光量調整部１３２はズームレンズ等からなり、レンズを光軸方向に移動させ角倍率を変えられるようにしてもよい。必要があれば、露光量調整部１３２は、入射光束をハーフミラーにより分割してセンサにより光量を検出してかかる検出結果に基づいてレーザー１１２の出力及び／又は光学系の一部を調整することができる。露光量調整部１３２は、光学素子（例えば、光量調整（ＮＤ）フィルター）を入れ替えたり、及び／又は、ズームレンズにより結像倍率を変えたりすることにより、後述する開口絞り１５０の中央部と周辺部との光量比を調整することもできる。露光量調節部１３２は、前記所望のコンタクトホールのパターン及び／又は前記プレート４００において求められるコントラストに基づいて、露光量を調節することができる。本実施形態の露光量調整部１３２は、軸外に強度分布を有する照明光（大σ照明）の前記ピーク位置を調節する機能も有する。

オプティカルインテグレータ１４０はマスク２００に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射面１４０ａと出射面１４０ｂとがフーリエ変換の関係に維持されている。但し、後述するように、本発明が使用可能なオプティカルインテグレータ１４０はハエの目レンズに限定されるものではない。

ハエの目レンズ１４０は互いの焦点位置がそれと異なるもう一方の面にあるレンズ（レンズ素子）１４２を複数個並べたものである。また、ハエの目レンズを構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子のレンズ面が球面である場合、照明装置の照明領域と略相似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの目レンズの光入射面と照明領域が物体と像の関係（共役関係）であるからである。

ハエの目レンズは、本実施形態ではマスク２００の形状に合わせて正方形断面のレンズ素子を多数組み合わせて構成されているが、本発明は、断面円形、長方形、六角形その他の断面形状を有するレンズ素子を排除するものではない。ハエの目レンズの出射面１４０ｂ又はその近傍に形成された複数の点光源（有効光源）からの各光束をコンデンサーレンズ１６０によりマスク２００に重畳している。これにより、多数の点光源（有効光源）によりマスク２００全体が均一に照明される。

ハエの目レンズ１４０は光学ロッドに置換される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であった照度分布を出射面で均一にし、ロッド軸と垂直な断面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩形断面を有する。なお、光学ロッドはロッド軸と垂直な断面形状にパワーがあると出射面での照度が均一にならないので、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで形成される多角形である。その他、ハエの目レンズ１３０は、拡散作用をもった回折素子に置換されてもよい。

オプティカルインテグレータ１４０の出射面１４０ｂの直後には、形状及び径が固定された開口絞り１５０が設けられている。本実施形態の開口絞り１５０は、コンタクトホール２１０を解像するための十字斜入射照明と、十字斜入射照明によって生じる偽解像を抑制する（即ち、偽解像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明とを利用してマスク２００を照明するための開口形状を有する。開口絞り１５０は投影光学系３００の瞳面３２０と共役な位置に設けられており、開口絞りの１５０の開口形状は投影光学系３００の瞳面３２０の有効光源形状に相当する。

本実施形態の例示的な一形態としての開口絞り１５０は、光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光を利用して（即ち、これらを順次投射するか合成した状態で投射することによって）マスク２００を照明するための開口形状を有する。このように、本発明は、光軸付近にピークを有する照明光をもたらす開口絞りと、軸外にピークを有する照明光をもたらす開口絞りを用意して、そのうちの一方を先にマスク２００に投射して、その後、他方をマスク２００に投射する場合も含む。本発明の特徴の一つはマスク２００の交換に伴う諸問題を解決することであり、マスク２００が交換されない限り、開口絞り１５０の交換は問題ではないからである。

光軸近傍にピークを有する照明光はσが０．３以下であり、０次回折光と±１次回折光の干渉をもたらす。また、軸外にピークを有する照明光はσが０．６以上であり、０次回折光と＋１次又は−１次回折光からなる二光束の干渉をもたらす。ここで、σは投影光学系３００のマスク２００側の開口数（ＮＡ）に対する照明光学系１２０のマスク２００側のＮＡである。光軸近傍にピークを有する照明光は小σ照明、通常の照明と呼ばれる場合もある。軸外にピークを有する照明光は大σ照明、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合もある。

図２乃至図７を参照して、開口絞り１５０に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図２乃至図７は、開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図である。図２は、５重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ａの概略平面図である。開口絞り１５０Ａは、中心に１つの円１５１と、σ＝１以下の０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置された４つの円１５２Ａとを有する。開口絞り１５０Ａは、円１５１及び１５２Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ａとを有する。ここで、図中のσ＝１の円は、投影光学系３００の開口絞り１５０を各照明絞り上に逆投影したときの絞り１５０の開口の像の縁（円）に対応する。従って、本願の各図面で示す絞りの開口は、投影光学系の開口絞りの開口（σ＝１）上に投影される有効光源と言える。

円１５１は光軸付近にピークを有する円形照明光をもたらす。一方、円１５２Ａは、軸外にピークを有する四重極照明光をもたらす。好ましくは、各円１５２Ａがもたらす照明光のσは等しい。開口絞り１５０Ａの円１５１及び１５２Ａは同一の大きさを有する。

軸外にピークを有する照明は、σの大きな照明、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合もあり、様々な変形例を有する。例えば、４つの円１５２Ａは他の任意の図形に置換されても良い。

例えば、円１５２Ａは、図３に示す矩形１５２Ｂや図４に示す扇形１５２Ｃに置換されてもよい。ここで、図３及び図４は、開口絞り１５０Ａの変形例としての、５重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｂ及びＣの概略平面図である。開口絞り１５０Ｂは、円１５１と矩形１５２Ｂからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｂとを有する。矩形１５２Ｂは、例示的に、一辺の長さが円１５１の直径と等しい正方形である。開口絞り１５０Ｃは、円１５１と扇形１５２Ｃからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｃとを有する。扇形１５２Ｃの寸法は任意に調節することができる。開口絞り１５０Ｂ及びＣの機能は開口絞り１５０Ａと同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

また、開口絞り１５０は、図５に示す開口絞り１５０Ｄを使用してもよい。開口絞り１５０Ｄは、四重極の代わりに輪帯開口１５４Ａを有している。ここで、図５は、輪帯照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｄの概略平面図である。開口絞り１５０Ｄは、円１５１と輪帯１５４Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｄとを有するが、それらの機能については開口絞り１５０Ａと同一であるので詳しい説明は省略する。

更に、開口絞り１５０は、図６及び図７に示す開口絞り１５０Ｅ及び１５０Ｆを使用してもよい。開口絞り１５０Ｅ及び１５０Ｆはσが１を部分的に超えた光透過部１５４Ｂ及び１５２Ｄを有する。本発明者はσが１を部分的に超えた照明光を利用するとプレート４００に形成されるパターン像が明確になることを発見した。ここで、図６及び図７は、輪帯照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｅ及び四重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｆの平面図である。開口絞り１５０Ｅは、円１５１とσ＝１を部分的に超えた輪帯（又は矩形帯）１５４Ｂからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｅとを有し、開口絞り１５０Ｆは、円１５１とσ＝１を部分的に超えた矩形１５２Ｄとからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｆとを有するが、それらの機能については開口絞り１５０Ａと同一であるので詳しい説明は省略する。

また、本実施形態の別な例示的な一形態としての開口絞り１５０は、マスク２００によって生じる回折光のうち２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光（この照明光を便宜的に第１の照明光とする。）と、投影光学系３００の瞳面３２０であって第１の照明光を邪魔しないような領域（瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表させる領域を除く領域）に少なくとも一つの回折光が入射するような照明光とを利用して（即ち、これらを順次投射するか合成した状態で投射することによって）マスク２００を照明するための開口形状を有する。このように、本発明は、２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光をもたらす開口絞りと、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つかかる照明光を邪魔しないような領域にどれか一つの回折光が入射するような照明光をもたらす開口絞りを用意して、そのうちの一方を先にマスク２００に投射して、その後、他方をマスク２００に投射する場合も含む。本発明の特徴の一つはマスク２００の交換に伴う諸問題を解決することであり、マスク２００が交換されない限り、開口絞り１５０の交換は問題ではないからである。

２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような有効光源に対応する（第１の）照明光は、図９に示し後述される位相シフトマスク２００Ａにおいては±１次回折光の二光束の干渉、図８に示し後述する（バイナリー）マスク２００においては０次回折光と＋１次回折光又は−１次回折光との二光束の干渉をもたらす。一方、第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が瞳面３２０上に入射するような有効光源に対応する照明光は、第１の照明光によって生じるプレート４００面上でコンタクトホール２１０に相当するコンタクトホールパターンの露光量を強調する。

図２１乃至図２４を参照して、開口絞り１５０に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図２１乃至図２４は、開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図である。図２１は、図９に示し後述される位相シフトマスク２００Ａに適用されて、十字型の照明で中心部が矩形の有効光源を有する変形照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｇの概略平面図である。開口絞り１５０Ｇは、０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置されて半径方向に長手に形成された４つの矩形１５５と、中心に１つの矩形１５６とを有する。開口絞り１５０Ｇは、矩形１５５及び１５６からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｇとを有する。ここで、図中のσ＝１の円は、投影光学系３００の開口絞り１５０を各照明絞り上に逆投影したときの絞り１５０の開口の像の縁（円）に対応する。従って、本願の各図面で示す絞りの開口は、投影光学系の開口絞りの開口（σ＝１）上に投影される有効光源と言える。

矩形１５５は、４つの矩形１５５のそれぞれにより斜入射照明が行われるように位置を設定することで、２つの回折光（±１次回折光）が投影光学系３００の瞳面３２０に入射する照明光をもたらし、プレート４００面上で干渉縞を形成する。一方、矩形１５６は、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する照明光をもたらし、偽解像パターンを抑制しコンタクトホールパターンを強調する。

投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する照明は、様々な変形例を有する。例えば、矩形１５６は他の任意の図形に置換されても良い。

例えば、矩形１５６は、図２２に示す中央に遮光部１５３Ｈ_２を有する矩形１５６Ａや図２３に示す円形１５７に置換されてもよい。ここで、図２２及び図２３は、開口絞り１５０Ｇの変形例としての、開口絞り１５０Ｈ及びＩを示す概略平面図である。開口絞り１５０Ｈは、上述した４つの矩形１５５と中央に遮光部１５３Ｈ_２を有する矩形１５６Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｈ_１及び１５３Ｈ_２とを有する。矩形１５６Ａは、一つの回折光のみが瞳面３２０に入射する領域を厳密に画定するために、矩形１５６の中心部に略菱形の遮光部１５３Ｈ_２を有する。開口絞り１５０Ｉは、上述した４つの矩形１５５と円形１５７からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｉとを有する。開口絞り１５０Ｉは、一つの回折光のみが瞳面３２０に入射する領域を簡単な有効光源とするため、矩形１５６に内接するような円形１５７形状を有している。開口絞り１５０Ｈ及び１５０Ｉの機能は開口絞り１５０Ｇと同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

また、図２４は、図８に示し後述されるバイナリーマスク２００に適用されて、中心が非円形状であるところの十字形状に遮光された有効光源分布を与える変形照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｊの概略平面図である。図２４Ａにおいて開口絞り１５０Ｊは、０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置されて半径方向と直交する方向に長手に形成された４つの矩形１５８と、当該矩形１５８から４５度傾いて０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置された扇型１５９とを有する。開口絞り１５０Ｇは、矩形１５８及び扇型１５９からなる透過率１の光透過部と、透過率０の外周に位置する遮光部１５３Ｊ_１及び中心に十字形状を有する遮光部１５３Ｊ_２とを有する。なお、ここでは光透過部を矩形１５８と扇形１５９とを独立して記載したが、通常これらは連続する一つの光透過部として構成される。その一例としての本発明に係る絞りの好ましい形態の一例が図２４Ｂに示してある。

矩形１５８は、４つの矩形１５８のそれぞれが斜入射照明を行うように位置を設定することで、２つの回折光（０次回折光と＋１次回折光又は−１次回折光）が投影光学系３００の瞳面３２０に入射する有効光源分布を有する照明光をもたらし、プレート４００面上で干渉縞を形成する。一方、扇形１５９は、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する有効光源分布を有する照明光をもたらし、偽解像パターンを抑制しコンタクトホールパターンを強調する。

以上説明した照明用開口絞り１５０Ａ〜１５０Ｊは、σ＝１に達する有効光源を作り出していることに特徴があり、我々の検討によればσ＞０．９の位置に有効光源の最も外側（軸外）の部分があるのが好ましい。例えば図２４Ｂの絞りにおける有効光源は外側の円の直径がσ＝０．９２の担当する大きさをもつ。この外側の円の直径は０．９＜σ＜１が好ましい。

複数種類の開口絞り１５０の中から所望の開口絞り１５０を選択するためには、開口絞り１５０Ａ乃至１５０Ｆ及び１５０Ｇ乃至１５０Ｊを、例えば、図示しない円盤状ターレットに配置して切り替えの際にターレットを回転させればよい。なお、かかるターレットには光軸にピークを有する照明光のみを与える円形開口を有する開口絞りや軸外にピークを有する照明光のみを与える（図１８に示すような）開口絞りを搭載することができる。これにより、照明装置１２０は、まず、光軸にピークを有する照明光及び軸外にピークを有する照明光のうちの一方によりマスク２００を照明し、その後、他方によりマスク２００を照明することができる。光軸にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光において、上述の露光量調整部１３２は、それぞれの露光量比を変化させることができる。

また、同様に、かかるターレットには２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光のみを与える十字に配された４つの矩形１５５又は矩形１５８が形成された開口を有する開口絞りや、一つの回折光が入射するような照明光のみを与える矩形１５６（又は、矩形１５６Ａ、円形１５７）又は４つの扇型１５９が形成された開口を有する開口絞りを搭載することができる。これにより、照明装置１２０は、まず、２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光及び一つの回折光が入射するような照明光のうちの一方によりマスク２００を照明し、その後、他方によりマスク２００を照明することができる。両者の照明光とが合成された照明光において、上述の露光量調整部１３２は、それぞれの露光量比を変化させることができる。

コンデンサーレンズ１６０はハエの目レンズ１４０から出た光をできるだけ多く集めて主光線が平行、すなわちテレセントリックになるようにマスク２００をケーラー照明する。マスク２００とハエの目レンズ１４０の出射面１４０ｂとはフーリエ変換の関係に配置されている。

露光装置は、必要があれば、照度ムラ制御用の幅可変スリットや走査中の露光領域制限用のマスキングブレード（絞り又はスリット）等を有する。マスキングブレードが設けられる場合にはマスキングブレードとハエの目レンズ１４０の出射面１４０ｂとはフーリエ変換の関係に配置され、マスク２００面と光学的に略共役な位置に設けられる。マスキングブレードの開口部を透過した光束をマスク２００の照明光として使用する。マスキングブレードは開口幅を自動可変できる絞りであり、後述するプレート４００の（開口スリットの）転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置は、プレート４００の（１ショットのスキャン露光領域としての）転写領域の横方向を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク２００面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。これにより露光装置は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。

マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２００から発せられた回折光は投影光学系３００を通りプレート４００上に投影される。プレート４００は、被処理体でありレジストが塗布されている。マスク２００とプレート４００とは光学的に共役の関係に配置される。本実施形態の露光装置はステップアンドスキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク２００とプレート４００を走査することによりマスク２００のパターンをプレート４００上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置（即ち、「ステッパー」）であれば、マスク２００とプレート４００とを静止させた状態で露光を行う。

マスクステージは、マスク２００を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステージを駆動することでマスク２００を移動することができる。露光装置は、マスク２００とプレート４００を図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。

本発明の一側面としてのマスク２００は、その上に２次元に配列されたコンタクトホールパターンが形成され、所望の位置のコンタクトホール径を他のコンタクトホール径よりも大きくされている。

マスク２００のパターン構成を説明するために、まず、所望のコンタクトホールのパターンを説明する。ここで、所望のコンタクトホールのパターンを、例えば、図１４に示すようなパターンとする。ここで、図１４は、所望のコンタクトホールのパターンを形成したバイナリーマスク２０Ａの概略平面図である。バイナリーマスク２０Ａは、透過率１の光透過部２２と透過率０の遮光部２４Ａとから構成されて、各光透過部２２の位相は等しい。コンタクトホール２２は、ホール径をＰとすると横方向（Ｘ方向）にピッチＰｘ＝２Ｐで整列し、縦方向（Ｙ方向）にピッチＰｙ＝４Ｐで整列して、コンタクトホール列を２次元的に形成する。ここで、コンタクトホール２２のホール径は約０．１５μｍ以下、例えば、０．１２μｍとする。後述する投影光学系３００はＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）でＮＡを０．６０とする。この場合、数式１に示すｋ_１ファクターは０．２９である。

図１５は、開口絞り１５０が円形開口１５１のみを有する絞りを使用して（即ち、垂直入射する小σ照明を使用して）マスク２０Ａを照明した場合に後述する投影光学系３００の瞳面３２０上に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。バイナリーマスク２０Ａを小σ照明で垂直に照明すると、上述したように、０次回折光と±１次回折光とが生じる。コンタクトホール２２のホール径が微小であり、Ｘ方向にホール径Ｐの２倍のピッチＰｘで整列しているため、図１５のＸ方向には０次回折光だけが瞳３２０上に入射して±１次回折光は瞳３２０からはずれてしまい、被露光面（プレート４００）上にはパターンができない。一方、コンタクトホール２２はＹ方向にホール径Ｐの４倍のピッチＰｙで整列しているため、このピッチＰｙに相当する±１次回折光は瞳３２０に入射するが、ホール径Ｐに相当する回折光は瞳３２０の外側にはみ出し、所望のパターンにはならない。照明光を軸外にピークを有する照明光として、回折光を投影光学系の瞳の内側に入れることによりある程度は解像することは可能であるが、それだけでは、ホール像の形状が悪く、焦点深度内での結像特性も悪い。

そこで、所望のコンタクトホール２２と同一のホール径のダミーのコンタクトホール２６を図１４に示す所望のコンタクトホール２２に加えることによって、所望のコンタクトホール２２のパターンとダミーのコンタクトホール２６のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトホールパターンを有するバイナリーマスク２０Ｂを、図１６に示すように、作成した。ここで、図１６はマスク２０Ｂの概略平面図である。バイナリーマスク２０Ｂはコンタクトホール２２及び２６からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部２４Ｂとを有する。また、各光透過部の位相は全て等しく０度に設定されている。

図１７（ａ）は、開口絞り１５０に４つの円形開口３２を有する図１８に示す十字（四重極）照明絞り１５を使用して（即ち、斜めに入射する軸外にピークを有する照明光を使用して）マスク２０Ｂを照明した場合に後述する投影光学系３００の瞳面３２０上に現れる回折光の分布を説明するための概略平面図である。ここで、図１８は、十字（四重極）照明絞り３０の概略平面図である。絞り３０は、絞り１５０Ａから中心円１５１が除去された絞りに相当し、４つの円１５２と同一の４つの円３２からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部３４とを有する。

図１７（ａ）及び（ｂ）は、垂直照明光を十字照明光に変更すると図１５に示す状態から図３５に示す状態に変化することを示している。これは、図１５において、例えば、右側（Ｘ方向）の＋１次回折光は斜入射照明により左側に移動して０次回折光が瞳面３２０の左側に＋１次回折光が瞳面３２０の右側に入射することから理解されるであろう（図１７（ａ）に示す３２０ｃに相当）。

バイナリーマスク２０Ｂを小さなσの照明光で垂直に照明すると、上述したように、０次回折光と＋１次又は−１次回折光とが生じる。４つの開口１５２を介して４方向から各々斜入射することにより、瞳面３２０ａ乃至ｄには０次回折光と＋１次又は−１次回折光とが入射し、図１７（ｂ）は、これが構成されて瞳面３２０の光強度分布が形成されることを示している。これより、図１６に示す微細なコンタクトホールパターンは、軸外にピークを有する照明光によって露光できるが、このままでは所望のコンタクトホール２２のパターンだけでなくダミーのコンタクトホール２６のパターンもプレート４００に転写してしまうことが理解される。

以下、図８を参照して本実施形態のマスク２００を説明する。ここで、図８はマスク２００の概略平面図である。マスク２００は、マスク２０Ｂにおいて所望のコンタクトホール２２のみのホール径を拡大することによって構成されている。マスク２００には、図８に示すように、所望のコンタクトホール２１０のパターンと、ダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトパターンが形成されている。マスク２００は、コンタクトホール２１０及び２２０からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部２３０とを有するバイナリーマスクである。また、各光透過部の位相は全て等しく０度に設定されている。所望のコンタクトホール２１０は、ダミーのコンタクトホール２２０よりもホール径が約２５％大きいので露光量が増加する。

また、本発明の一の形態は、上述した開口絞り１５０（１５０Ａ乃至１５０Ｆ）を利用してマスク２００を光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光によって露光を行う。軸外にピークを有する照明光によりマスク２００を照明するとコントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。光軸付近にピークを有する照明光によりマスク２００を照明すると所望のコンタクトホール２２のパターンが強調された、周期性のないパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。また、本発明の別の形態は、上述した開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｊを利用してマスク２００を、当該マスク２００によって生じる回折光のうち２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光（この照明光を便宜的に第１の照明光とする。）と投影光学系３００の瞳面３２０であって第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射するような照明光とが合成された照明光によって露光を行う。２つの回折光を瞳面３２０に入れることにより二光束の干渉縞をもたらし、コントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。一つの回折光を瞳面３２０上で第１の照明光を邪魔しないような領域に入れることにより、第１の照明光によって生じる偽解像パターンが抑制されコンタクトホールパターンが強調される強度分布をプレート４００上で得ることができる。

この結果、これら２つの照明光を合成すると共に、後述するプレート４００レジストの閾値を適当に選択することによって、１回の露光で所望のコンタクトホール２１０のパターンをプレート４００のレジストに、高品質に（即ち、所望のコンタクトホール２１０の形状をそろえて、かつ、焦点深度内で変動しても結像性能良く）転写することができる。

マスク２００は、図９に示すマスク２００Ａに置換されてもよい。ここで、図９（Ａ）はマスク２００Ａの概略平面図であり、図９（Ｂ）はマスク２００Ａの光透過部の位相状態を説明するための概略平面図である。マスク２００Ａは、図９（Ａ）に示すように、かつ、マスク２００と同様に、所望のコンタクトホール２１０のパターンとダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトホールパターンが形成されている。しかし、マスク２００Ａは位相シフトマスクである点でマスク２００と相違する。即ち、マスク２００Ａは、図９（Ｂ）に示すように、コンタクトホールパターンが隣接するコンタクトホール２４０及び２５０が市松状に位相が０度と１８０度に設定されている。位相シフトマスクを使用すると、隣接する光透過部を通過する０次回折光が打ち消されるので、±１次回折光が結像に使用される。±１次回折光は光強度が等しいので、０次回折光と＋１次又は−１次回折光を使用する場合に比べて、干渉縞として得られるパターンのコントラストは大きくなり、プレート４００上に良好なパターンが得られることになる。

位相シフトマスク２００Ａを使用した場合の回折について図１２を参照してより詳しく説明する。ここで、図１２は、位相シフトマスク２００Ａを開口絞り１５０Ａを使用して照明した場合に軸外にピークを有する照明光によって瞳面３２０に現れる回折光の分布である。

一方、十字垂直入射の場合には図１２に示すように全ての回折光が瞳面３２０からはずれて結像しないが、照明光を十字斜入射とすると各回折光の瞳面３２０上の位置は矢印で示す方向にずれ、黒丸で示す位置に移動する。瞳面３２０上の縦方向２つの回折光の干渉縞による横線状の強度分布と、横方向２つの干渉縞による縦線状の強度分布がプレート４００面上では重なり、交点に所望のコンタクトホール２１０のパターンが形成される。所望のコンタクトホール２１０のホール径を大きくしてあるので、所望のコンタクトホールのみ強度が大きく、レジストの閾値をこの部分が像となるように設定してやることにより、所望のパターンを得ることができる。

一方、光軸付近にピークを有する照明光は所望のコンタクトホール形状を他の軸外のピークを持つ照明と合わせて良くする効果を示す。

図１２に示す状態は、当初４５度の位置にあった回折光がσ＝１の位置に移動しているために解像度は（１／√２）となる。換言すれば、位相シフトマスク２００Ａと軸外にピークを有する照明光を組み合わせることにより、従来はＬ＆Ｓパターンの解像線幅の√２倍までがコンタクトホールパターンの限界解像に近い解像度であったものが、Ｌ＆Ｓパターンの解像線幅と同様の解像度を得られるようになっている。

また、コンタクトホールのピッチが小さいと位相シフトマスク２００Ａを用いて少σ照明をした場合には、投影光学系３００の瞳面３２０上における回折光は瞳から外れてしまう。このように、コンタクトホールのピッチが小さいと回折光は、図２５に示すように黒丸で示す１乃至４の位置に回折され、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図２５は、図９に示す位相シフトマスク２００Ａに小σ照明したときの瞳面３２０上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。

そこで、これらの回折光が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光２及び４が図２５に実線の矩形で示されるような瞳面３２０上の領域に入射するようにするには、図２６（ａ）で示される有効光源面において暗い矩形として示される領域ａに斜入射照明を設定すればよい。これにより、２’、４’で示される回折光は明るい矩形として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２５に実線で示す矩形領域に回折光２及び４が入射して瞳に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート４００面上に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。このような矩形の有効光源領域ａを図２６（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、プレート４００面上には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源分布は図２６（ｃ）に示すような半径方向に長手を有する十字の矩形となる分布を有する。ここで、図２６は有効光源分布を説明するための模式図である。

位相シフトマスク２００Ａのように、マスク上のパターンとして所望の部分のみコンタクトホールのホール径の大きさを大きくしておけば、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールが形成されることになる。しかしながら、十字斜入射照明（即ち、２つの回折光が瞳に入射するような照明）のままではプレート４００面上での露光量は図２７に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ_１の間に偽解像パターンＰ_２が生じてしまう。ここで、図２７は十字斜入射照明及び本実施形態の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン４００上での像を示した図である。

そこで、偽解像を抑制するための方法を本発明者が鋭意検討した結果、図２８に示すように、瞳面上で２つの回折光位置を直線的に結んで表される領域ｃを除き、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するような有効光源分布を加えることでパターン４００上の偽解像をなくすことができることを発見した。ここで、図２８は、瞳面３２０上の回折光の入射位置を示した模式図である。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に黒色の扇型で示されるような瞳面３２０に入射するようにすればよく、図２９（ａ）で示される有効光源面において暗い円形の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は明るい矩形として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型を含む実線で示す矩形領域に回折光２又は４が入射するので、回折光が瞳面３２０に入射することになる。このような円形の有効光源領域ａを図２９（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図２９（ｃ）に示すような円形の有効光源となる。ここで、図２９は有効光源分布を説明するための模式図である。

このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２９（ｃ）参照）を足し合わせた図３０に示されるような十字型の照明で中心部が矩形の有効光源を持つ変形照明となる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート４００面上での露光量は図２７に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）において、マスク２００Ａの所望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、偽解像パターンが消失した所望パターンＰ_３のみを得ることができる。ここで、図３０は有効光源形状を示した図である。

なお、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するようにするためには、上述したように、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に黒色の扇型で示されるような瞳面３２０に入射するように照明すればよく、図３１（ａ）で示される有効光源面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定してもよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型領域に回折光２又は４が入射して瞳面３２０に入射することになる。このような扇型の有効光源領域ａを図３１（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図３１（ｃ）に示すような中心に略菱形の中抜けを有する矩形の有効光源となる。ここで、図３１は有効光源分布を説明するための模式図である。

このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図３１（ｃ）参照）を足し合わせた図３２に示されるような十字型の照明で中心部が矩形で、かつ矩形の中心部が略菱形の中抜けの有効光源を持つ変形照明となる。かかる有効光源によれば、１つの回折光のみが瞳に入射する領域が厳密に画定されており、無駄な領域に光を入れないのでその分効率的である。ここで、図３２は有効光源形状を示した図である。

また、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するようにするためには、上述したように、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に示される黒色の扇型に内接する円内に入射するように照明するに足りるものであり、図３３（ａ）で示される有効光源面において暗い円形の領域ａとして示されるように照明を設定してもよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は領域ａと重なる円形の領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型に内接する領域に回折光２又は４が入射して瞳面３２０に入射することになる。このような円形の有効光源領域ａを図３３（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図３３（ｃ）に示すような円形の有効光源となる。ここで、図３３は有効光源分布を説明するための模式図である。

このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図３３（ｃ）参照）を足し合わせた図３４に示されるような十字型の照明で中心部が円形の有効光源を持つ変形照明となる。かかる有効光源によれば、一つの回折光のみが瞳に入射する領域を簡単な有効光源形状として設定することができる。ここで、図３４は、有効光源形状を示した図である。

図２５乃至図３４を参照して位相シフトマスク２００の回折光について説明したように、かかる変形照明は上述した開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｉを用いることで可能となることが理解されるが、かかる開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｉの形状や寸法などはこれらの回折光の特性を考慮した上で決定されなければならないことは言うまでもない。

一方、コンタクトホールのピッチが小さいとマスク２００（又は透過率の異なるハーフトーンマスク）を用いて小σ照明をした場合には、投影光学系３００の瞳面３２０上における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図３５に示すように、瞳中心を通る０次回折光１０が生ずる。また、他の回折次数の回折光は瞳面上において、位相シフトマスクとは異なる位置へ来る。すなわち、回折光１１乃至１８のようになる。よって、０次以外の回折光は図３５のように投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図３５は、図９に示すバイナリーマスク２００に小σ照明したときの瞳面３２０上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。

そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図３５に示す瞳面３２０の斜線領域に来るようにするには、図３６で示される有効光源面において、暗い矩形の領域ａで示されるように斜入射照明を設定する。１０’及び１５’で示される回折光はクロス及び斜線で示す矩形領域ｂ_１及びｂ_２にそれぞれ移動し、投影光学系３００の瞳両端に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート４００面上に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。同様に、２つの回折光１０及び１７においても１０及び１５で説明した斜入射照明を設定することができる。このような矩形の有効光源領域を図３７に示すように４つ組み合わせることにより、プレート４００面上には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源形状を図４０（ａ）に示すように、十字に配置された瞳の半径方向に直行する方向に長手を有する４つの矩形となる。

マスク２００上のコンタクトホール２１０として所望の部分のみ大きさを大きくしてあるので、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンが形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明をしただけではプレート４００面上のパターンには、図３８（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう。ここで、図３８は十字型開口絞り及び本実施形態の開口絞りと、当該開口絞りに対して斜入射照明を行ったときのパターン４００面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。

そこで、図３５に示すように、瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表される領域ｃを除き、少なくとも１つの回折光のみ瞳面３２０に入射する有効光源分布を加える。この場合は一つの回折光としては０次光とするのが斜入射角を小さくできるので都合が良い。図３９に有効光源分布の一例を示す。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光１０’が有効光源面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、１０’で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、回折光が瞳面３２０に入射することになる。このような条件に相当するものは合計４つ存在し、結局図４０（ｂ）に示すような形の有効光源となる。

このように、照明系は、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図４０（ａ）参照）と、１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図４０（ｂ）参照）を足し合わせた、図４０（ｃ）に示されるような中央が十字状に抜けた有効光源を持つ変形照明を行うことができる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート４００面上では、図３８（ｃ）に示すように偽解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理解される。

図３５乃至図４０を参照して説明したように、かかる変形照明は上述した開口絞り１５０Ｊを用いることで可能となることが理解されるが、かかる開口絞り１５０Ｊの形状や寸法などはこれらの回折光の特性を考慮した上で決定されなければならないことは言うまでもない。中抜けとなる十字の最適な長さはパターンのピッチにより異なり、照明系の中央が十字状に抜けた部分の十字の長手方向はパターンから生じた±１次回折光が瞳に入射しない大きさを持つ変形照明系であることが好ましい。

また、マスク２００は、図１０に示すマスク２００Ｂに置換されてもよい。ここで、図１０はマスク２００Ｂの概略平面図である。マスク２００Ｂは、光透過部の全ての位相は等しいバイナリーマスクであるが、所望のコンタクトホール２１０の周りにあるダミーの（×印が付された）コンタクトホール２６０は、それ以外のダミーのコンタクト２２０よりもホール径が小さく設定されている点でマスク２００と相違する。コンタクトホール２６０のホール径を小さくすることによって所望のコンタクトホール２１０のパターンをダミーのコンタクトホール２２０からより強調することができる。なお、マスク２００Ａのようにマスク２００Ｂを位相シフトマスクとして構成してよいことはいうまでもない。

投影光学系３００は、マスク２００に形成されたコンタクトホールパターンを経た回折光をプレート４００上に結像するための開口絞り３２０を有する。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。上述したように、投影光学系３００の瞳面３２０に形成される有効光源の形状は図２乃至図７に示す形状と同様である。

プレート４００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート４００にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

プレート４００はウェハステージ４５０に支持される。ステージ４５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ４５０はリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート４００を移動する。マスク２００とプレート４００は、例えば、同期して走査され、図示しないマスクステージとウェハステージ４５０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

結像位置調節装置５００は、ステージ４５０に接続されてステージ４５０と共にプレート４００を焦点深度の範囲内で図１に示すＺ方向に移動させ、プレート４００の結像位置を調節する。露光装置は、Ｚ方向において異なる位置に配置されたプレート４００に対して露光を複数回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばらつきをなくすことができる。結像位置調節装置５００は、Ｚ方向に伸びる図示しないラックと、ステージ４５０に接続されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。

露光において、レーザー１１２から発せられた光束は、ビーム成形系１１４によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、照明光学系１２０に入射する。集光光学系１３０は、それを通過した光束をオプティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。その際、露光量調節部１３２が照明光の露光量を調節する。オプティカルインテグレータ１４０は照明光を均一化し、開口絞り１５０は、光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光を形成する。かかる照明光はコンデンサーレンズ１６０を介してマスク２００を最適な照明条件で照明する。

マスク２００には、所望のコンタクトホール２１０のパターンと、ダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトパターンが形成されている。所望のコンタクトホール２１０はダミーのコンタクトホール２２０よりもホール径が大きくされているので露光量が増加する。

マスク２００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によって、プレート４００上に所定倍率で縮小投影される。ステップアンドスキャン方式の露光装置であれば、光源部１１０と投影光学系３００は固定して、マスク２００とプレート４００の同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート４００のステージ４５０をステップして、次のショットに移り、プレート４００上に多数のショットを露光転写する。なお、露光装置がステップアンドリピート方式であれば、マスク２００とプレート４００を静止させた状態で露光を行う。

軸外にピークを有する照明光はマスク２００を照明してコントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上に形成する。光軸付近にピークを有する照明光はマスク２００を照明して所望のコンタクトホール２１０のパターンが強調された、周期性のないパターンの強度分布をプレート４００上に形成する。この結果、プレート４００のレジストの閾値を適当に選択することによって所望のコンタクトホール２１０のパターンをプレート４００上に形成することができる。これにより、露光装置はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１９及び図２０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図２０は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

実施例１では図８に示すバイナリーマスク２００と、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置に使用した。マスク２００では、所望のコンタクトホール２１０のホール径を１５０ｎｍとし、ダミーコンタクトホール２２０のホール径１２０ｎｍよりも３０ｎｍだけ大きくした。また、開口絞り１５０には、図２に示す開口絞り１５０Ａを使用した光軸付近にピークを有する（即ち、円１５１によりもたらされる）照明光のσを０．２、軸外にピークを有する（即ち、４つの円１５２Ａによってもたらされる）照明光のσを０．９とした。また、露光量調整部１３２によって小さなσの照明光と大きなσの照明光との強度比は０．９対１に設定した。

この時の露光結果を図１１に示す。同図は、結像位置調節装置５００によってプレート４００をＺ軸方向に焦点深度の範囲内で−０．４μｍ〜＋０．４μｍまで移動させて露光した場合の結像特性を示す。所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。

実施例２では図９に示す位相シフトマスク２００Ａを使用した。その他の点（即ち、露光装置の構成、照明条件及び露光量）については実施例１と同様にした。このときの結果を図１３に示す。バイナリーマスク２００と比較して若干の改善が見られることが理解されるであろう。

実施例３では、図１０に示すマスク２００Ｂを使用した以外は、実施例１又は実施例２と同様であった。本実施例では、所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径は残りのダミーのコンタクトホール２３０よりも約２０ｎｍだけ（従って、約１００ｎｍに）小さくした。所望のコンタクトホール２１０のパターン間のダミーパターン強度を抑えることにより、露光量裕度の改善が認められた。所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径を自動的に小さくすることにより結像性能の向上にかなりの効果があるが、更に、近接するホールの数と距離により最適化しても良い。

実施例４では、結像位置調節装置５００を介して露光時に図１に示すＺ方向に結像位置を変化させながら連続露光した。露光装置の構成、マスク配列等は実施例１乃至３と基本的に同様である。本実施例では、露光中にウェハステージ４５０をＺ方向に移動させ、複数回露光を繰り返すことによって、焦点位置からの異なる距離で多重露光を行った。このような多重露光により、焦点深度の範囲内での異なる位置における結像特性の改善が認められた。

実施例５では図９に示す位相シフトマスク２００Ａと、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置に使用した。マスク２００では、所望のコンタクトホール２１０のホール径を１５０ｎｍとし、ダミーコンタクトホール２２０のホール径１２０ｎｍよりも３０ｎｍだけ大きくした。また、開口絞り１５０には、図２に示す開口絞り１５０Ｇを使用した２つの回折光が投影光学系４００の瞳面上に入射するように設定した（即ち、４つの矩形１５５によりもたらされる）照明光、瞳面３２０であって上記の照明光を邪魔しないような領域（瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表させる領域を除く領域、即ち、矩形１５６によってもたらされる）照明光とした。また、露光量調整部１３２によって前者の照明光と後者の照明光との強度比は０．９対１に設定した。

この時の露光結果を図４１に示す。同図は、結像位置調節装置５００によってプレート４００をＺ軸方向に焦点深度の範囲内で−０．４μｍ〜＋０．４μｍまで移動させて露光した場合の結像特性を示す。所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。

実施例６では図８に示すバイナリーマスク２００と、開口絞り１５０Ｊを使用した。その他の点（即ち、露光装置の構成、照明条件及び露光量）については実施例１と同様にした。このときの結果を図４２に示す。実施例５と同様、所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。

実施例７では、図１０に示すマスク２００Ｂを使用した以外は、実施例５又は実施例６と同様であった。本実施例では、所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径は残りのダミーのコンタクトホール２３０よりも約２０ｎｍだけ（従って、約１００ｎｍに）小さくした。所望のコンタクトホール２１０のパターン間のダミーパターン強度を抑えることにより、露光量裕度の改善が認められた。所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径を自動的に小さくすることにより結像性能の向上にかなりの効果があるが、更に、近接するホールの数と距離により最適化しても良い。

実施例８では、結像位置調節装置５００を介して露光時に図１に示すＺ方向に結像位置を変化させながら連続露光した。露光装置の構成、マスク配列等は実施例５乃至７と基本的に同様である。本実施例では、露光中にウェハステージ４５０をＺ方向に移動させ、複数回露光を繰り返すことによって、焦点位置からの異なる距離で多重露光を行った。このような多重露光により、焦点深度の範囲内での異なる位置における結像特性の改善が認められた。

本実施例によれば、最小線幅が０．０８乃至０．１５μｍ以下の微細なコンタクトホールパターンを、マスク２００を交換せずにプレート４００面上に焦点深度内の異なる位置で結像特性良く転写することができた。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザー、ＮＡ＝０．６の露光装置で最小線幅と最小間隔がともに０．１２μｍのコンタクトホールパターンが解像された。なお、解像線幅をｋ_１で規格化するとｋ_１＝０．２９、ピッチ０．２９×２＝０．５８である。

以下、照明光学系の開口絞りにおける、所望のパターンの解像に寄与する第１の光透過部と、所望のパターンの光強度分布を高める第２の光透過部との間の開口面積比について説明する。

一例として、開口絞り１５０Ｊに着目する。図２４Ｂに示す開口絞り１５０Ｊは、図４３に示すように、機能的に２つのサブ絞り１５０Ｊ１及び１５０Ｊ２に分けられる。図４３Ａはサブ絞り１５０Ｊ１の平面図を示し、図４３Ｂはサブ絞り１５０Ｊ２の平面図を示す。開口１５８Ａは第１の光透過部に相当し、開口１５９Ａは第２の光透過部に相当する。

開口１５８Ａは、効果的に０次回折光と＋１次又は−１次回折光が投影光学系３００の瞳に入射することを許容し、従って微細パターンの解像に寄与する。一方、開口１５９Ａは、０次回折光が瞳に入射することを許容するが、＋１次又は−１次回折光のいずれも瞳に入射することを許容しない。開口１５９Ａは、１つの回折光のみが瞳に入射することを許容するので所望のパターンは形成されない。

図４４は、シミュレーションの結果を示している。特に、図４４Ａは、サブ絞り１５０Ｊ１を図８に示すマスク２００と組み合わせており、所望のコンタクトホールは１１０ｎｍｘ１１０ｎｍでハーフピッチは１１０ｎｍに設定されている。下のパターンは、２つの光束の干渉の結果得られ、所望のコンタクトホールパターン２１０とダミーのコンタクトホールパターン２２０が得られる。一方、図４４Ｂは、サブ絞り１５０Ｊ２を図８に示すマスク２００と組み合わせており、所望のコンタクトホールは１１０ｎｍｘ１１０ｎｍでハーフピッチは１１０ｎｍに設定されている。下のパターンは、１つの回折光から得られた。図４４Ｂは、所望のコンタクトホールパターン２１０の輪郭を強調しているが、所望のコンタクトホールパターン２１０さえも解像していない。

サブ絞り１５０Ｊ_１及び１５０Ｊ_２の組み合わせ、即ち、図２４Ｂに示す絞り１５０Ｊは、所望のコンタクトホールパターン２１０のみを成功裡に解像している。図４５は、サブ絞り１５０Ｊがマスク２００と組み合わされた場合のパターンを示しており、ａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４５は、ダミーのコンタクトホールパターン２２０のない所望のコンタクトホールパターン２１０を明示している。

本発明者らの検討によれば、第１及び第２の光透過部の開口面積が大きすぎる場合は所望のパターンを解像できず、第１及び第２の光透過部の開口面積が小さすぎる場合は所望のパターンに加えて望ましくないパターンの解像をもたらす。

図８を参照して、投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に間隔１２０ｎｍ、縦方向に間隔３６０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１２０ｎｍ×１２０ｎｍの大きさを有する。プレート４００に換算されると、これは横方向に周期２４０ｎｍ、縦方向に周期４８０ｎｍであることを意味する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２４０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、所望のパターン２１０の外側に３個広がっている。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．６、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４６Ａに示すように良好な実験結果が得られた。

別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２２０ｎｍ、縦方向に周期４４０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１１０ｎｍ×１１０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２２０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４６Ｂに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５８Ａと１５９Ａの面積比は、図２４Ｂにおいて０．２０である。

更に別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２１に示す開口絞り１５０Ｇを使用しており、ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σは０．９２である。図４６Ｃに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５５と１５６の面積比は、図２１において約０．０６である。

本実施例では、所望のコンタクトホール２１０の形状と大きさは調節されている。即ち、孤立コンタクトホール２１０の大きさは比較的大きくされている。さもないとその光強度は小さくなる。

様々なパターンを調査した結果、本発明者等は遮光領域の大きさをパターンによって可変にすることが有効であることを発見した。図２４Ｂにおける開口絞り１５０Ｊは、ａ＝０．８、ｂ＝０．４及び最大σが０．９０であると開口１５８Ａ及び１５９Ａの面積比は約１．３０である。ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σが０．９２であると開口１５８Ａ及び１５９Ａの面積比は約０．０６である。絞り１５０Ａ乃至１５０Ｃに対しては比は約０．２５である。

この面積比の結果は、ハーフトーンマスクや図４７に示す絞り１５０Ｋ、１５０Ｌ及び１５０Ｍにも適用される。これらも絞り１５０Ｋ、１５０Ｌ及び１５０Ｍは異なる縦横方向の周期を有し、１８０°回転対象である。

実施例９ではバイナリーマスクを使用するが、本実施例は図９に示す位相シフトマスク２００Ａを使用する。投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２１の開口絞り１５０Ｇを使用しており、ａ＝０．２、ｂ＝０．１及び最大σは０．９２である。図４６Ａに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５５と１５６の面積比は、図２１において約０．２８である。その他の条件は実施例９におけるそれらと同じである。

一般に、殆どの位相シフトマスクに対してａ≦０．３、ｂ≦０．２である。最大σは０．９乃至１．０の範囲内である時、第１及び第２の光透過部間の開口面積比は０．１３乃至０．７５である。

所望のコンタクトホールパターンを解像するためには、実施例９及び１０からは、約０．０６乃至約０．１３が、照明光学系の開口絞りの所望のパターンの解像に寄与する第１の光透過部と、所望のパターンの光強度分布を高める第２の光透過部との間の適当な開口面積比であることが分かる。上記の様々な開口絞りにおいて、面積比が容易に制御可能になるために遮光領域を可変にすることが好ましい。

以下、所望及びダミーのコンタクトホール間のホール径の関係について説明する。ダミーコンタクトホールのホール径が大きすぎるか、所望のコンタクトホールに近すぎると、ダミーのコンタクトホールパターンが不本意にも解像してしまう。一方、ダミーのコンタクトホールのホール径が小さすぎると、ダミーのパターンが所望のパターンに与える周期性が失われてしまう。ダミーコンタクトホールのホール径がより大きければ大きいほど、光利用効率とそれによるスループットが改善されることは、一般には正しい。従って、所望及びダミーのコンタクトホールのホール径の関係は重要である。

図８を参照して、投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に間隔１２０ｎｍ、縦方向に間隔３６０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１２０ｎｍ×１２０ｎｍの大きさを有する。プレート４００に換算されると、これは横方向に周期２４０ｎｍ、縦方向に周期４８０ｎｍであることを意味する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２４０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの７５％に相当する、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、所望のパターン２１０の外側に３個広がっている。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．６、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４９Ａに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至１００ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの約５８％乃至約８３％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。

別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２２０ｎｍ、縦方向に周期４４０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１１０ｎｍ×１１０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２２０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの約８２％に相当する、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、図２４Ｂにおいてａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４９Ｂに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至９０ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの約６４％乃至約８２％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。

更に別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの８０％に相当する８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２４Ｂに示す開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σは０．９２である。図４９Ｃに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至９０ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの７０％乃至９０％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。

本実施例では、所望のコンタクトホール２１０の形状と大きさは調節されている。即ち、孤立コンタクトホール２１０の大きさは比較的大きくされている。さもないとその光強度は小さくなる。

様々なパターンを調査した結果、本発明者等はダミーコンタクトホールが所望のコンタクトホールのホール径の約５５％乃至約９０％を有することが好ましいことを発見した。この割合の結果は、ハーフトーンマスクや位相シフトマスクにも適用される。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置の開口絞りの例示的形状の概略平面図である。 図１に示す開口絞りの別の例示的形状の概略平面図である。 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。 図１に示す露光装置のマスクの概略平面図である。 図８に示すマスクの変形例の概略図である。 図８に示すマスクの別の変形例の概略平面図である。 実施例１の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 図１１に示すマスクを図２に示す開口絞りで照明した場合に軸外にピークを有する照明光によって投影光学系の瞳面に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。 実施例２の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 所望のコンタクトホールのパターンを形成したバイナリーマスクの平面図である。 図１４に示すマスクを光軸付近にピークを有する照明光で照明した場合に露光装置の投影光学系の瞳面上に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。 図１４に示すパターンとダミーのコントラストパターンとを２次元的に配列したコンタクトホールパターンを有するマスクの概略平面図である。 十字（四重極）照明光で図１４に示すマスクを照明した場合に露光装置の投影光学系の瞳面上に現れる回折光の分布を説明するための概略図である。 図１６に示すマスクを照明するための十字（四重極）照明絞りの概略平面図である。 露光装置を用いたデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１９に示すステップ４の詳細なフローチャートである。 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。 図９に示す位相シフトマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 十字斜入射照明及び本発明の一実施形態としての変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン上での像を示した図である。 瞳面上の回折光の入射位置を示した模式図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 有効光源形状を示した図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 有効光源形状を示した図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 有効光源形状を示した図である。 図８に示すバイナリーマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 十字型（四重極）の開口絞り及び本発明の一実施形態としての開口絞りと、当該開口絞りに対して斜入射照明を行ったときのパターン面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。 有効光源分布の一例を示す図である。 有効光源分布を説明するための模式図である。 実施例５の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 実施例６の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 図２４から得られる一対のサブ絞りである。 図４３のサブ絞りの機能を説明するための図である。 図２４のマスクを利用してプレートに転写されるパターンである。 実施例９の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 ３つの開口絞りの例示的形状を示す概略平面図である。 実施例１０の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。 実施例１１の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。

符号の説明

１０ 露光装置
１００ 照明装置
１２０ 照明光学系
１３２ 露光量調整部
１５０ 開口絞り
２００ マスク
２１０ 所望のコンタクトホール
２２０ ダミーのコンタクトホール
２６０ ダミーのコンタクトホール
３００ 投影光学系
３２０ 瞳
４００ プレート
５００ 解像位置調節装置

Claims (9)

1. コンタクトホールパターンと当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを、中央が非円形形状に抜けた有効光源を形成する光で照明し、前記コンタクトホールパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光することを特徴とする露光方法。
2. 前記非円形形状は、十字状であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 前記有効光源は、十字に配置された４つの扇形の領域を有することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
4. 前記有効光源は、前記４つの扇形の領域の間に、十字に配置された４つの略長方形の領域を有することを特徴とする請求項３記載の露光方法。
5. 前記コンタクトホールパターンと前記補助パターンとは、前記マスクに縦横に配列され、
   前記非円形形状は、前記縦横の軸に相当する十字状であることを特徴とする請求項２記載の露光方法。
6. 前記コンタクトホールパターンと前記補助パターンとは、前記マスクに縦横に配列され、
   前記４つの略長方形の領域は、前記縦横の軸に相当する十字に配置されることを特徴とする請求項４記載の露光方法。
7. コンタクトホールパターンと当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを、中央部に非円形形状の暗い部分を有する有効光源を形成する光で照明し、前記コンタクトホールパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光する露光方法において、
   前記コンタクトホールパターンと前記補助パターンとは前記マスクに縦横に配列され、前記有効光源は前記縦横の軸に相当する十字に配置された４つの明るい部分を有することを特徴とする露光方法。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする露光装置。
9. 請求項８記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
   前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。