露光装置および露光方法
【課題】被露光物の移動開始位置に依らず、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置１０は、照明光学系１１と、照明光学系１１からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスク２０と、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を制御する制御手段１８と、を備えている。位相変調マスク２０は、位相変調マスク２０により位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう構成されている。制御手段１８は、干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させる。
【解決手段】露光装置１０は、照明光学系１１と、照明光学系１１からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスク２０と、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を制御する制御手段１８と、を備えている。位相変調マスク２０は、位相変調マスク２０により位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう構成されている。制御手段１８は、干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置および露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屈折率が周期的に変化する構造を有するフォトニック結晶が様々な分野で利用されている。フォトニック結晶は、例えば、光の波長程度、すなわち数百ｎｍ程度のピッチで周期的に設けられた複数のピラーやホールなどを有しており、これによって、屈折率の周期的な変化が実現されている。
【０００３】
周期的に複数のピラーやホールなどを形成する方法の１つとして、フォトリソグラフィー法が知られている。フォトリソグラフィー法においては、はじめに基板が準備され、次に基板上にレジストが塗布される。その後、基板およびレジストからなる被露光物が、形成されるべきピラーやホールのピッチに対応する所定のパターンで露光され、現像される。次に、基板上に残っているレジストをマスクとしてエッチングを行うことにより、基板にピラーやホールを形成することができる。
【０００４】
レジストを所定のパターンで露光する方法として、レーザ描画装置や電子線描画装置を用いた走査露光による方法や、フォトマスクを用いた一括露光による方法が知られている。このうち一括露光による方法は、基板上のレジストを全面にわたって一括で露光できるため、量産用途の場合に好ましく用いられる。
【０００５】
フォトマスクを用いた一括露光による方法としては、密着露光、近接露光または投影露光などが知られている。
【０００６】
投影露光においては、数百ｎｍの解像度で露光を実施するためには、高い開口数および低い収差を有する結像光学系を用いることが求められる。しかしながら、一般に、開口数が高くなり収差が低くなるほど、結像光学系の入手が困難になる。また焦点深度が開口数の二乗に反比例して浅くなるため、開口数を高めることによって解像度を向上させる場合、被露光物の位置を高い精度で制御する必要がある。このため、被露光物を所望の位置で保持するための保持具として、高精度の保持具が必要となる。また投影露光においては、露光対象となる被露光物に焦点深度以上の凹凸が形成されている場合、そのような被露光物を露光することが不可能となる。このため、被露光物の製造過程で焦点深度以上のうねりが被露光物に発生してしまう分野の場合、投影露光を用いることができない。
【０００７】
このような課題を解決するため、近接露光に関する研究が進められている。しかしながら、通常の近接露光ではフォトマスクと被露光物との間にギャップが設けられており、このため、回折によって露光光の焦点がぼけることが知られている。従って、従来、近接露光を用いて数百ｎｍの解像度で露光を実施することは困難であった。
【０００８】
このような課題を解決し、近接露光を用いて数百ｎｍの解像度で露光を実施することを可能とするため、タルボット（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用した近接露光方法が提案されている。タルボット効果とは、周期的な構造を有する物体、例えばフォトマスクに光を照射したとき、フォトマスクの出射側に、光の伝搬方向において光強度が周期的に変化するパターンが発生するという現象である。例えば特許文献１においては、０次を含む全ての回折次数の光を用いて被露光物を露光するためのフォトマスクと、フォトマスクから所定の距離に配置された被露光物であって、被露光物上に所望のパターンの光を照射している間、前記所定の距離が光の強度分布の少なくとも一つの周期的な変動の範囲に渡って変化される被露光物と、を備えたシステムが提案されている。特許文献１においては、このようなシステムを用いることにより、被露光物上に所望の平均的な強度分布が得られることが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５１７４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１において示されている光の伝搬方向における強度分布は、フォトマスクからの距離に対して完全に周期的には変化していない。すなわち、光の強度分布の周期性に乱れがみられる。この場合、フォトマスクからの距離が光の強度分布の少なくとも一つの周期的な変動の範囲に渡って変化するよう被露光物が移動させられたとしても、被露光物上に得られる平均的な強度分布が、被露光物の移動開始位置に応じて変化すると考えられる。このため、被露光物の移動開始位置に応じて、被露光物に形成される露光パターンが変化してしまうことが考えられる。
【００１１】
本発明は、このような課題を効果的に解決し得る露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による露光装置は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置であって、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系の出射側に設けられ、前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスクと、前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を制御する制御手段と、を備え、前記位相変調マスクは、位相変調マスクにより位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう構成されており、前記制御手段は、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させることを特徴とする露光装置である。
【００１３】
本発明による露光装置の位相変調マスクは、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう構成されている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。従って、干渉パターンの変動周期のｓ倍に対応する距離にわたって位相変調マスクと被露光物との間の距離を変化させることにより、被露光物に照射される光の積算強度分布を、被露光物の移動開始位置に依らず一定にすることができる。これによって、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【００１４】
本発明による露光装置において、位相変調マスクは、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、第ｋ（ｋ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっており、第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、以下の関係式
【数１】
が成立しており、各位相変調群における近接する２つの位相変調領域の間の距離と光の波長との比率は、前記位相変調マスクから０次の回折光を除く回折光が生成されるよう定められていてもよい。
【００１５】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差は２π／ｎとなっており、第１、…、第ｎの位相変調領域の面積は全て同一となっており、第１、…、第ｎの位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正ｍ角形領域において第１、…、第ｎの位相変調領域のいずれか１つの重心が正ｍ角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。
【００１６】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１、第２および第３の位相変調群（前記ｎ＝３）となっており、第１、第２および第３の位相変調領域の形状は全て同一となっており、第１、第２および第３の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正６角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正６角形領域において第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つの重心が正６角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正６角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数２】
が成立している。
この場合、前記正６角形領域は、前記正６角形領域の中心に位置する第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていてもよい。若しくは、前記正６角形領域は、第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つによって占められていてもよい。
【００１７】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、第１および第２の位相変調領域の形状は全て同一となっており、第１および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正４角形領域において第１または第２の位相変調領域のいずれか１つの重心が正４角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数３】
が成立している。
この場合、前記正４角形領域は、前記正４角形領域の中心に位置する第１または第２の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていてもよい。若しくは、前記正４角形領域は、第１または第２の位相変調領域のいずれか１つによって占められていてもよい。
【００１８】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれており、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されていてもよい。
この場合、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、第１の位相変調群および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、第１の位相変調領域の重心および第２の位相変調領域の重心がいずれも正４角形領域の中心に位置するよう、配置されており、第１の位相変調群の第１の位相変調領域の位相変調量と第２の位相変調群の第２の位相変調領域の位相変調量との差はπとなっており、第１の位相変調領域の面積と第２の位相変調領域の面積とは同一となっていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数４】
が成立している。
【００１９】
本発明による露光方法は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光方法であって、光を出射する照明光学系を準備する工程と、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する位相変調工程と、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させる工程と、を備えたことを特徴とする露光方法である。
【００２０】
本発明による露光方法の位相変調工程は、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する工程となっている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。従って、干渉パターンの変動周期のｓ倍に対応する距離にわたって位相変調マスクと被露光物との間の距離を変化させることにより、被露光物に照射される光の積算強度分布を、被露光物の移動開始位置に依らず一定にすることができる。これによって、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、被露光物の移動開始位置に依らず、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における露光装置を示す図。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図３】図３は、図２の位相変調マスクをIII−III方向から見た縦断面図。
【図４】図４は、位相変調マスクの各位相変調領域の配置パターンを示す図。
【図５】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、一次元の周期的構造体において、光が回折する様子を示す図。
【図６】図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態において、位相変調マスクの出射面から放射される光の伝搬方向における強度分布を示す図。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図９】図９は、図８の位相変調マスクをＸ−Ｘ方向から見た縦断面図。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図１１】図１１は、図１０の位相変調マスクをＸＩ−ＸＩ方向から見た縦断面図。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態の第１の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１４】図１４は、図１３の位相変調マスクをＸIV−ＸIV方向から見た縦断面図。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施の形態の第２の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施の形態の第３の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図１８】図１８は、図１７の位相変調マスクをＸVIII−ＸVIII方向から見た縦断面図。
【図１９】図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図２０】図２０は、本発明の第３の実施の形態の第１の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２１】図２１（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態の第２の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２２】図２２は、本発明の第３の実施の形態の第３の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２３】図２３は、各実施例における光強度分布の算出箇所を示す図。
【図２４】図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例１において、光強度分布の算出結果を示す図。
【図２５】図２５は、実施例１において、被露光物に得られた露光パターンを示す図。
【図２６】図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比較例１において、光強度分布の算出結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。はじめに図１を参照して、本実施の形態における露光装置１０であって、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物１４を所定の露光パターンで露光する露光装置１０について説明する。
【００２４】
露光装置
図１は、露光装置１０を示す図である。図１に示すように、露光装置１０は、光を出射する照明光学系１１と、照明光学系１１の出射側に設けられ、照明光学系１１からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスク２０と、位相変調マスク２０の出射側に設けられ、被露光物１４を保持するとともに位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させるよう移動自在となっている保持具１７と、保持具１７の移動を制御する制御手段１８と、を備えている。
【００２５】
（照明光学系）
このうち照明光学系１１は、好ましくは、相互にコヒーレントな光を位相変調マスク２０に向けて出射するよう構成されている。すなわち照明光学系１１は、好ましくは、図１に示す矢印Ｔの方向に伝搬される平行光であって、含まれる光の振幅および位相に一定の関係がある平行光を出射するよう構成されている。このような照明光学系１１の具体的な構成は特には限定されないが、例えば、図１に示すように、照明光学系１１は、レーザ光を出射するレーザ光源１２と、レーザ光源１２からのレーザ光を平行光として位相変調マスク２０へ導くための折り返しミラー１３ａおよびビームエキスパンダー１３ｂ，１３ｃと、を有している。
【００２６】
（位相変調マスク）
照明光学系１１からの平行光は、位相変調マスク２０において位相変調される。また位相変調マスク２０を透過した光は、様々な方向へ回折し、この結果、被露光物１４上に干渉パターンが形成される。ここで、本実施の形態による位相変調マスク２０は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、この結果、被露光物１４上に形成される干渉パターンが位相変調マスク２０によって位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって生成されるよう、構成されている。すなわち位相変調マスク２０は、０次の回折光を除く回折光によって被露光物１４が露光されるよう構成されている。以下、位相変調マスク２０の構成について説明する。
【００２７】
はじめに、位相変調マスク２０の周期性について説明する。位相変調マスク２０は、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎの位相変調群を有している。ここで、ｎは２以上の整数である。また、第ｋの位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっている。ここでｋは、１〜ｎの範囲内の任意の整数である。このように位相変調マスク２０を構成することにより、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調することが可能となっている。このような位相変調マスク２０の具体的な構造について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００２８】
図２は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図３は、図２の位相変調マスクをIII−III方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが３となっている例について説明する。具体的には、図２に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、光を第３の位相変調量θ３で変調する第３位相変調群２３と、を有している。このうち第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでおり、第３位相変調群２３は、光を第３の位相変調量θ３で変調するよう構成された複数の第３位相変調領域２３ａを含んでいる。また図２に示すように、位相変調マスク２０のうち第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００２９】
図２から明らかなように、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａはいずれも、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００３０】
次に図３を参照して、光の伝搬方向における位相変調マスク２０の構造について説明する。図３に示すように、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａは、その表面に凹凸が設けられ、光透過性を有する基材７１によって形成されている。基材７１は、例えばその屈折率がｎである石英ガラスから構成されている。
【００３１】
〔位相変調量〕
次に、基材７１から形成される各位相変調領域の位相変調量について説明する。各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕの位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。ここでｕは、１〜（ｎ−１）の範囲内の任意の整数である。なお上述のように、本実施の形態においては、整数ｎが３となっている。すなわち、本実施の形態において、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差が２π／３となっており、また、第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２と第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３との差が２π／３となっている。このように各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを設定するための具体的な構成について、図３を参照して説明する。
【００３２】
図３に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域２１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ１とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域２１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ１×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差が２π／３となるよう構成されている。ここでλは、光の波長を表している。
【００３３】
同様に、図３において、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第３位相変調領域２３ａを構成する部分の厚みとの差がΔｈ２で表されている。この場合、空気の屈折率を１とすると、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２と、第３位相変調領域２３ａにおける第３の位相変調量θ３との差はΔｈ２×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第２の位相変調量θ２と第３の位相変調量θ３との差が２π／３となるよう構成されている。
【００３４】
〔光遮蔽領域〕
また図３に示すように、光遮蔽領域２５は、基材７１の表面に遮蔽層７２を設けることにより構成されている。遮蔽層７２は、光の透過率をほぼゼロとすることができる材料から構成されており、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜などの遮光材料から構成されている。
【００３５】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２，２３における配置パターンについて説明する。図２に示すように、第１位相変調群２１の各第１位相変調領域２１ａは、所定の周期的な配置パターンで配置されている。具体的には、各第１位相変調領域２１ａは、各第１位相変調領域２１ａが仮想的な三角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。同様に、各第２位相変調領域２２ａは、各第２位相変調領域２２ａが仮想的な三角格子の頂点を占めるよう配置されており、各第３位相変調領域２３ａは、各第３位相変調領域２３ａが仮想的な三角格子の頂点を占めるよう配置されている。
【００３６】
また、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンと、複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンとは全て同一となっている。ここで「配置パターンは同一」という文言の意味について、図４を参照して説明する。図４は、図２から位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのみを抽出して示す平面図である。
【００３７】
本実施の形態において、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンとが同一であるとは、各第１位相変調領域２１ａを所定のベクトルｔ１に沿って平行移動させた場合、各第１位相変調領域２１ａの重心と各第２位相変調領域２２ａの重心とが一致することを意味している。また、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンとが同一であるとは、各第１位相変調領域２１ａを所定のベクトルｔ２に沿って平行移動させた場合、各第１位相変調領域２１ａの重心と各第３位相変調領域２３ａの重心とが一致することを意味している。すなわち「配置パターンは同一」とは、一の位相変調群の各位相変調領域の重心を、当該位相変調群を回転させたり拡大または縮小させたりすることなく、当該位相変調群を所定のベクトルに沿って平行移動させることのみによって、その他の全ての位相変調群の各位相変調領域の重心に一致させることができることを意味している。
【００３８】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
次に、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの重心の位置について説明する。図２に示すように、隙間無く配置された複数の正６角形領域４１によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合を考える。この場合、各位相変調群２１，２２，２３は、各正６角形領域４１において各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つの重心２７が正６角形領域４１の中心４２に位置するよう、配置されている。この場合、図２に示すように、各正６角形領域４１は、各正６角形領域４１の中心に位置する第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａまたは第３位相変調領域２３ａと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを取り囲むよう位置する光遮蔽領域２５と、によって占められることになる。
【００３９】
〔周期構造の周期〕
次に、位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。図２に示すように、位相変調マスク２０を正６角形領域４１によって仮想的に区画した場合の、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離をＰとする。この場合、中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数５〕の関係が成立するよう定められている。
【数５】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【００４０】
なお図２から明らかなように、近接する２つの位相変調領域間の中心間距離、例えば近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離は、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐの３＾0.5倍、すなわち３＾0.5Ｐとなっている。すなわち、近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離と、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐとの間には比例関係が成立している。従って、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を所定範囲内に定めることは、近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離と光の波長λとの比率を所定範囲内に定めることと同義である。
【００４１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。はじめに、本実施の形態において採用される原理について説明する。
【００４２】
タルボット効果
本実施の形態においては、タルボット効果に着目することにより、被露光物１４を所望の一定のパターンで精度良く露光することが実現される。ここで「タルボット効果」とは、周期的な構造を有する位相変調マスク２０に光を照射したとき、位相変調マスク２０の出射側に、光の伝搬方向において光強度が周期的に変化するパターンが発生するという現象である。
【００４３】
本件発明者が鋭意研究を重ねたところ、後述する実施例における評価結果で支持されているように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができた。なお「干渉パターンの周期性」とは、光の伝搬方向に沿って被露光物１４を移動させるときに、被露光物１４に形成される干渉パターンが位相変調マスク２０からの距離に依存して周期的に変動するという性質を意味している。従って、「干渉パターンの周期性」は、光の伝搬方向における光強度分布の周期性と同義である。
【００４４】
ここで、干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、被露光物１４を保持する保持具１７を移動させ、これによって被露光物１４に対する露光が実現される場合を考える。この場合、被露光物１４に形成される露光パターンは、被露光物１４が通過した各位置における光強度分布を積算することにより得られる強度分布に対応することになる。以下において、被露光物１４が通過した各位置における光強度分布を積算することにより得られる強度分布を「積算強度分布」と称する。
【００４５】
本実施の形態によれば、上述のように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光の成分が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。このため、干渉パターンの変動周期のｓ倍、例えば１倍に対応する距離にわたって保持具１７を移動させた場合、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布は、被露光物１４の移動開始位置や被露光物１４の表面の凹凸状況に依らず常に一定になる。従って、被露光物１４の移動開始位置や被露光物１４の表面の凹凸状況に依らず、所望の一定の露光パターンで被露光物１４のレジスト層１５を露光することができる。
【００４６】
干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐためには、以下の２つの条件が成立していることが必要となる。第１の条件は、位相変調マスクからの回折光のうち、０次光の強度がゼロとなっていることである。第２の条件は、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れることである。以下、２つの条件について説明する。
【００４７】
（第１の条件）
はじめに、第１の条件について説明する。位相変調マスクにおける周期的な構造が、所定の単位領域を繰り返し配置することにより得られていると仮定する。この場合、第１の条件は、位相変調マスクの単位領域内において複素振幅透過率の平均がゼロとなっていることを意味している。
【００４８】
ここで、位相変調マスクが、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、第ｋ（ｋ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は各々、変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっている場合を考える。この場合、位相変調マスクにおける周期的な構造を構成する単位領域は、第１、…、第ｎの位相変調領域をそれぞれ１つずつ含むことになる。従って、第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、第１の条件が成立することは、以下の〔数６〕が満たされることを意味している。
【数６】
【００４９】
（第２の条件）
次に、第２の条件について説明する。簡単のため、まず一次元周期構造を例にとって考える。この場合、ｄ次（ｄは整数）の回折光の回折角度φは以下の〔数７〕で表される。
【数７】
〔数７〕において、λは光の波長を表しており、Ｐ０は一次元周期構造のピッチを表している。
【００５０】
得られる回折光は、波長λとピッチＰとの関係に応じて、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示されるような３つの場合に分類される。このうち図５（ａ）は、Ｐ０／λ＜１の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図５（ｂ）は、１≦Ｐ０／λ＜２の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図５（ｃ）は、２≦Ｐ０／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。すなわち、図５（ａ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０のみが得られる場合を示しており、図５（ｂ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０，±１が得られる場合を示しており、図５（ｃ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０，±１に加えてｄ＝２，３，…も得られる場合を示している。
【００５１】
上述のように、第２の条件は、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れることである。ここで図５（ａ）に示す態様においては、０次の回折光のみが含まれている。一方、図５（ｂ）に示す態様においては、０次の回折光に加えて、１次の回折光が含まれている。また図５（ｃ）に示す態様においては、０次および１次の回折光に加えて、２次の回折光も含まれている。すなわち、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す態様においては、第２の条件が満たされている。このことから、光の波長λと周期構造のピッチＰ０とを適切な範囲内に設定することにより、第２の条件を満たすことができるということがわかる。このことは、後述するように、二次元周期構造を有する位相変調マスク、すなわち本実施の形態による位相変調マスク２０が用いられる場合にもあてはまる。
【００５２】
本実施の形態による位相変調マスクの作用
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【００５３】
（第１の条件）
上述のように、各位相変調群２１，２２，２３における位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの配置パターンは全て同一となっている。この場合、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの面積は全て同一となっている。この場合、第１の条件における上述の〔数６〕は、以下の〔数８〕に置き換えられる。
【数８】
【００５４】
また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差は２π／３となっており、さらに、第２の位相変調量θ２と第３の位相変調量θ３との差は２π／３となっている。従って、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００５５】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図６（ａ）は、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜２／３の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図６（ｂ）は、２／３≦Ｐ／λ＜４／３の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図６（ｃ）は、４／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、白丸は、回折光がゼロとなる位置を示しており、黒丸は、回折光がゼロとならない位置を示している。
【００５６】
本実施の形態においては、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において黒丸で示される回折光のうち、中心に最も近い位置にある回折光を１次の回折光と定義し、１次の回折光よりも中心から遠い位置にある回折光を高次の回折光と定義する。
【００５７】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、符号８５で表されている円は、半径が１の円となっている。従って、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）の各々において、実際に得られる回折光、すなわち被露光物１４における干渉パターンを生成する回折光は、円８５の内側に位置する回折光となっている。
【００５８】
図６（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜２／３の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図６（ｂ）または図６（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、２／３≦Ｐ／λ＜４／３または４／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち２／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【００５９】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００６０】
ところで、波数ベクトルのビーム方向の成分が等しい平面波同士の干渉によるビームの光強度分布はビームの伝搬方向において変化しないという原理、いわゆる非回折ビームの原理が知られている。この非回折ビームの原理によれば、０次光以外の回折光において、各々の方向余弦が等しくなっている場合、伝搬方向において光強度分布が変化しない光が得られる。なお、「非回折ビームの原理」については、先行技術文献、例えば 「シミュレーションで見る光学現象（株式会社新技術コミュニケーションズ発行）」に開示されており、ここでは詳細な説明は省略する。なお以下の記述において、伝搬方向において光強度分布が変化しない光を、「非回折ビーム」と称する。
【００６１】
ここで図６（ｂ）に示す例について考える。図６（ｂ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光を示す黒丸のみが存在しており、また、中心から各回折光までの距離が一定となっている。このため、図６（ｂ）に示す例のように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定める場合、非回折ビームが得られると考えられる。この場合、位相変調マスク２０から出射される光の強度分布が、位相変調マスク２０からの距離に依らず一定となっている。
【００６２】
一方、本実施の形態による露光装置１０は、干渉パターンの変動周期のｓ倍、例えば１倍に対応する距離にわたって保持具１７を移動させることにより、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布を常に一定にすることを特徴としている。従って、本実施の形態により得られる利点は、光の強度分布が位相変調マスク２０からの距離に依らず一定となっている場合よりも、光の強度分布が周期的に変動している場合により顕著になる。すなわち、本実施の形態により得られる利点は、１次の回折光だけでなく高次の回折光が存在している場合、すなわち図６（ｃ）に示す４／３≦Ｐ／λの関係が成立している場合により高められると考えられる。
【００６３】
露光方法
次に、被露光物１４に対する露光を実施する方法について説明する。
【００６４】
（変動周期の特定）
まず、本実施の形態による露光装置１０の照明光学系１１および位相変調マスク２０を用いた場合に得られる干渉パターンの変動周期を特定する。干渉パターンの変動周期を特定するための具体的な方法が特に限られることはなく、様々な方法が用いられ得る。
【００６５】
干渉パターンの変動周期を特定する方法の１つとして、変動周期を計算により求める方法が挙げられる。ここで、ｘｙｚ空間における光の複素振幅分布をα（ｘ，ｙ，ｚ）とする。また、ｚ＝０におけるｘｙ面内の光の複素振幅分布α（ｘ，ｙ，ｚ＝０）のフーリエ変換、すなわち初期分布のフーリエ変換をＡ（σｘ，σｙ）とする。この場合、初期分布のフーリエ変換Ａ（σｘ，σｙ）に位相係数を掛け、その後、得られた関数の逆フーリエ変換を計算することにより、光の伝搬方向における強度分布を算出することができる。算出される強度分布の一例を図７に示す。図７においては、位相変調マスク２０の出射面２０ｂから放出された光が、光の伝搬方向に沿ってＴ０の周期で変動する様子が示されている。このようにフーリエ変換を利用した計算を実施することにより、干渉パターンの変動周期Ｔ０を特定することができる。
【００６６】
干渉パターンの変動周期を特定するその他の方法として、本実施の形態による露光装置１０の照明光学系１１および位相変調マスク２０を用いることにより得られる光を実際に測定することが挙げられる。例えば、まず光強度を測定することができるセンサ（図示せず）を準備し、次に、このセンサを光の伝搬方向に移動させながら各位置における光強度を測定することにより、図７に示すような光の伝搬方向における強度分布図を得ることができる。このように実測に基づいて干渉パターンの変動周期Ｔ０を特定することも可能である。
【００６７】
（露光）
次に、本実施の形態による露光装置１０を用いて被露光物１４に対する露光を実施する手順について説明する。はじめに、照明光学系１０および位相変調マスク２０を準備する。次に、位相変調マスク２０の出射面２０ｂ側に、保持具１７によって保持された被露光物１４を準備する。その後、照明光学系１１からの光の出射を開始し、同時に、干渉パターンの変動周期Ｔ０のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離、例えば干渉パターンの変動周期Ｔ０の１倍の距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、保持具１７を移動させる。その後、照明光学系１１からの光の出射を停止する。この際、照明光学系１１および保持具１７の制御は制御手段１８によって実施される。この結果、変動周期Ｔ０の１倍の距離にわたって光強度分布を積算することにより得られる積算強度分布に対応する露光パターンが、被露光物１４上に形成される。
【００６８】
ここで本実施の形態によれば、上述のように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光の成分が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。このため、保持具１７の絶対位置の調整を行うことなく、保持具１７の移動距離の調整を行うことのみによって、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布を常に一定にすることができる。このため、精密な位置合わせ機能が保持具１７に求められることがなく、これによって、露光装置１０の構成を簡易なものにすることができる。また被露光物１４に焦点深度以上の凹凸が形成されている場合であっても、所望の一定の露光パターンで被露光物１４のレジスト層１５を露光することが可能となる。
【００６９】
第１の実施の形態の変形例
なお本実施の形態において、正６角形領域４１が、正６角形領域４１の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図８および図９に示すように、各正６角形領域４１は、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図８および図９に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００７０】
第２の実施の形態
次に図１０乃至図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１０乃至図１２に示す第２の実施の形態は、各位相変調群の位相変調領域が、仮想的な四角格子の頂点を占めるよう配置されている点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と略同一である。図１０乃至図１２に示す第２の実施の形態において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１０は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図１１は、図１０の位相変調マスクを露光装置ＸＩ−ＸＩ方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが２となっている例について説明する。具体的には、図１０に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、を有している。このうち第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでいる。また図１０に示すように、位相変調マスク２０のうち第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００７２】
図１０から明らかなように、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａは、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００７３】
〔位相変調量〕
次に、各位相変調領域の位相変調量について説明する。本実施の形態においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差がπとなっている。
【００７４】
図１１に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域２１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ３とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域２１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ３×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差がπとなるよう構成されている。
【００７５】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２における配置パターンについて説明する。図１０に示すように、各位相変調群２１，２２は、各位相変調領域２１ａ，２２ａが仮想的な四角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。また、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンとは同一となっている。
【００７６】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
次に、各位相変調領域２１ａ，２２ａの重心の位置について説明する。図１０に示すように、隙間無く配置された複数の正４角形領域４３によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合を考える。この場合、各位相変調群２１，２２は、各正４角形領域４３において各位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つの重心２７が正４角形領域４３の中心４４に位置するよう、配置されている。この場合、図１０に示すように、各正４角形領域４３は、各正４角形領域４３の中心に位置する第１位相変調領域２１ａまたは第２位相変調領域２２ａと、各位相変調領域２１ａ，２２ａを取り囲むよう位置する光遮蔽領域２５と、によって占められることになる。
【００７７】
〔周期構造の周期〕
次に、位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。図１０に示すように、位相変調マスク２０を正４角形領域４３によって仮想的に区画した場合の、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離をＰとする。この場合、中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数９〕の関係が成立するよう定められている。
【数９】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【００７８】
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【００７９】
（第１の条件）
上述のように、各位相変調群２１，２２における位相変調領域２１ａ，２２ａの配置パターンは全て同一となっている。この場合、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差はπとなっている。従って、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００８０】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図１２（ａ）は、隣接する２つの正４角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜２＾0.5／２の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図１２（ｂ）は、２＾0.5／２≦Ｐ／λ＜１０＾0.5／２の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図１２（ｃ）は、１０＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。
【００８１】
図１２（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜２＾0.5／２の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図１２（ｂ）または図１２（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、２＾0.5／２≦Ｐ／λ＜１０＾0.5／２または１０＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち２＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【００８２】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００８３】
第２の実施の形態の第１の変形例
なお本実施の形態において、正４角形領域４３が、正４角形領域４３の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１３および図１４に示すように、各正４角形領域４３は、位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図１３および図１４に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００８４】
第２の実施の形態の第２の変形例
また本実施の形態および第１の変形例において、位相変調マスク２０が、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１５に示すように、位相変調マスク２０が、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、光を第３の位相変調量θ３で変調する第３位相変調群２３と、光を第４の位相変調量θ４で変調する第４位相変調群２４と、を有していてもよい。すなわち、上記のｎが４となっていてもよい。
【００８５】
図１５に示すように、第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。また第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでいる。また第３位相変調群２３は、光を第３の位相変調量θ３で変調するよう構成された複数の第３位相変調領域２３ａを含んでいる。また第４位相変調群２４は、光を第４の位相変調量θ４で変調するよう構成された複数の第４位相変調領域２４ａを含んでいる。また図１５に示すように、位相変調マスク２０のうち位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００８６】
図１５から明らかなように、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａはいずれも、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００８７】
〔位相変調量〕
本変形例においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差がπ／２となり、第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２と第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３との差がπ／２となり、第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３と第４位相変調領域２４ａの第４の位相変調量θ４との差がπ／２となっている。
【００８８】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２，２３，２４における配置パターンについて説明する。図１５に示すように、各位相変調群２１，２２，２３，２４は、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが仮想的な四角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。また、上述の各実施の形態の場合と同様に、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンと、複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンと、複数の第４位相変調領域２４ａの配置パターンとは全て同一となっている。
【００８９】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
また図１５に示すように、各位相変調群２１，２２，２３，２４は、各正４角形領域４３において各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つの重心２７が正４角形領域４３の中心４４に位置するよう、配置されている。
【００９０】
本変形によれば、上述のように位相変調マスク２０を構成することにより、位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａ，第３位相変調領域２３ａおよび第４位相変調領域２４ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第ｕ（ｕ＝１〜３の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差がπ／２となっている。このため、上述の各実施の形態の場合と同様に、本変形例による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００９１】
また本変形例において、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率は、上述の第２の条件が満たされるよう定められている。このため、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または高次の回折光が含まれている。このことにより、周期性の乱れの無い干渉パターンを得ることができる。なお、第２の条件を満たすための上記比率の具体的な範囲は、第１の実施の形態における記述から明らかなように、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより算出され得る。
【００９２】
第２の実施の形態の第３の変形例
なお本実施の形態の第２の変形例において、正４角形領域４３が、正４角形領域４３の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１６に示すように、各正４角形領域４３は、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図１６に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００９３】
第３の実施の形態
次に図１７乃至図１９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１７乃至図１９に示す第３の実施の形態は、位相変調マスクにおける周期的な構造を構成する単位領域が、位相変調マスクを仮想的に区画する複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）であって、第１、…、第ｎの位相変調領域をそれぞれ１つずつ含む正ｍ角形領域に一致している点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第１の実施の形態または図１０乃至図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２の実施の形態と略同一である。図１７乃至図１９に示す第３の実施の形態において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態または図１０乃至図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１７は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図１８は、図１７の位相変調マスクを露光装置ＸVIII−ＸVIII方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが２となっている例について説明する。具体的には、図１７に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群３１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群３２と、を有している。このうち第１位相変調群３１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域３１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群３２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域３２ａを含んでいる。
【００９５】
〔位相変調量〕
本実施の形態においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域３１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域３２ａの第２の位相変調量θ２との差がπとなっている。
【００９６】
図１８に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域３１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域３２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ４とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域３１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域３２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ４×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差がπとなるよう構成されている。
【００９７】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群における配置パターンについて説明する。本実施の形態において、各位相変調群は、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれるよう構成されている。すなわち、図１７に示すように、各位相変調群３１，３２は、隙間無く配置された複数の正４角形領域４３によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合、各正４角形領域４３に第１位相変調領域３１ａおよび第２位相変調領域３２ａがそれぞれ１つずつ含まれるよう構成されている。
【００９８】
〔回転対称性〕
また、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されている。ここで「正ｍ角形領域に対応する回転対称性」とは、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域の形状が互いにｍ回対称となっていることを意味している。具体的には、各正ｍ角形領域において正ｍ角形領域の中心を軸として各位相変調領域を２π／ｍだけ回転させる前後において、正ｍ角形領域内における境界線が一致していることを意味している。ここで「正ｍ角形領域内における境界線」とは、正ｍ角形領域において、一の位相変調領域とその他の位相変調領域との間の境界を示す線である。
【００９９】
例えば図１７に示す例においては、正４角形領域４３は、正４角形領域４３の中心４４に位置する円形の第２位相変調領域３２ａと、第２位相変調領域３２ａを取り囲むよう位置する第１位相変調領域３１ａとによって占められている。また各４角形領域４３において、第１位相変調領域３１ａの重心３７および第２位相変調領域３２ａの重心３８は、正４角形領域４３の中心４４に位置している。このため図１７に示す例において、正４角形領域４３の中心４４を軸として各位相変調領域３１ａ，３２ａをπ／２だけ回転させる前後において、正４角形領域４３内における境界線が一致している。すなわち各正４角形領域４３において、各位相変調領域３１ａ，３２ａは４回対称となっている。
【０１００】
また各位相変調領域３１ａ，３２ａは、各正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一となるよう構成されている。
【０１０１】
〔周期構造の周期〕
次に、本実施の位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。本実施の形態において、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数１０〕の関係が成立するよう定められている。
【数１０】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【０１０２】
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【０１０３】
（第１の条件）
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域、すなわち正４角形領域４３は、第１位相変調領域３１ａおよび第２位相変調領域３２ａを１つずつ含んでいる。また上述のように、各位相変調領域３１ａ，３２ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差はπとなっている。従って、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【０１０４】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図１９（ａ）は、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜１の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図１９（ｂ）は、１≦Ｐ／λ＜２＾0.5の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図１９（ｃ）は、２＾0.5≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。
【０１０５】
図１９（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜１の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図１９（ｂ）または図１９（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、１≦Ｐ／λ＜２＾0.5または２＾0.5≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち１≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【０１０６】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【０１０７】
第３の実施の形態の第１の変形例
なお本実施の形態において、正４角形領域４３の中心４４に位置する第２位相変調領域３２ａが円形の形状を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図２０に示すように、各正４角形領域４３の中心４４に位置する第２位相変調領域３２ａが正４角形の形状を有していてもよい。ここで、各位相変調領域３１ａ，３２ａは、各正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一となるよう構成されている。このため、図２０に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【０１０８】
第３の実施の形態の第２の変形例
また本実施の形態において、各位相変調領域の重心が正ｍ角形領域の中心に位置する例を示した。しかしながら、各正ｍ角形領域において各位相変調領域が正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有する限りにおいて、各位相変調領域の具体的な構造は限定されない。例えば位相変調マスク２０を正４角形領域４３によって仮想的に区画する場合、図２１（ａ）に示すように、各位相変調領域が、正４角形領域４３を４等分するよう設けられた第１〜第４の位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａからなっていてもよい。また、位相変調マスク２０を正６角形領域４１によって仮想的に区画する場合、図２１（ｂ）に示すように、各位相変調領域が、正６角形領域４１を６等分するよう設けられた第１〜第６の位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａからなっていてもよい。図２１（ａ）（ｂ）に示される例の各々において、位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。ここでｎは、図２１（ａ）に示す例では４となっており、図２１（ｂ）に示す例では６となっている。また各位相変調領域の面積は全て同一になっている。このため、本変形例による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【０１０９】
また本変形例において、隣接する２つの正ｍ角形領域の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率は、上述の第２の条件が満たされるよう定められている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。なお、第２の条件を満たすための上記比率の具体的な範囲は、第１の実施の形態における説明から明らかなように、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより算出され得る。
【０１１０】
第３の実施の形態の第３の変形例
なお本実施の形態において、位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されており、また、各位相変調領域の面積は全て同一になっている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、上述の〔数６〕が満たされる限りにおいて、各位相変調領域の具体的な構成は限定されない。例えば図２２に示すように、正４角形領域４３を構成する第１位相変調領域３１ａ、第２位相変調領域３２ａおよび第３位相変調領域３３ａの面積が全て同一となっていなくてもよい。この場合、各位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａの面積および位相変調量は、上述の〔数６〕が満たされるよう適宜設定される。
【０１１１】
なお、上記各実施の形態において、移動自在な保持具１７によって被露光物１４が保持されており、そして、保持具１７を移動させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させる例を示した。しかしながら、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させることができる限りにおいて、露光装置１０の具体的な構成が特に限られることはない。
例えば、図示はしないが、移動自在な保持具によって位相変調マスク２０が保持されており、この保持具を移動させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させてもよい。
若しくは、位相変調マスク２０および被露光物１４を静止させたままで、位相変調マスク２０と被露光物１４との間に所定の光学部品を介在させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させてもよい。この光学部品は、位相変調マスク２０から出射されて被露光物１４に到達する光の行路長を任意に変化させることができるよう構成されている。この場合、「位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離」とは、「位相変調マスク２０から出射されて被露光物１４に到達する光の行路長」を意味している。
【実施例】
【０１１２】
上述の各実施の形態による位相変調マスク２０を備えた露光装置１０を用いて、被露光物１４に対する露光を実施した例について説明する。
【０１１３】
図２３は、後述する各実施例において用いられた位相変調マスク２０および被露光物１４を示す図である。なお後述する各実施例において、「鉛直方向における光強度分布」とは、図２３に示す線Ｄ１−Ｄ１に沿って光強度分布を見た場合を意味しており、「水平方向における光強度分布」とは、図２３に示す線Ｄ２−Ｄ２に沿って光強度分布を見た場合を意味している。
【０１１４】
（実施例１）
図２０に示す上述の第３の実施の形態の第１の変形例による位相変調マスク２０を作製した。正４角形からなる第２位相変調領域３２ａの一辺の長さＬは３５３．６ｎｍとした。また隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐ、すなわち正４角形領域４３の一辺の長さＰは５００ｎｍとした。この場合、各正４角形領域４３において、第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一になっており、このため、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光は含まれない。また、照明光学系１１のレーザ光源１２としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波を放射することができる光源を用いた。この場合、光の波長λは３５５ｎｍとなっていた。従って、Ｐ／λは１．５４となっており、上述の〔数１０〕が満たされていた。
【０１１５】
波長３５５ｎｍの平行光を位相変調マスク２０に照射した場合に得られる光強度分布を算出した。結果を図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。このうち図２４（ａ）は、鉛直方向における光強度分布を示す図であり、図２４（ｂ）は、水平方向における光強度分布を示す図であり、図２４（ｃ）は、図２４（ａ）（ｂ）に示される光強度分布のスケールを示す図である。また図２４（ａ）のうち、〔Ａ〕で示される側の図は、図２０に示す正４角形領域４３のうちＸＸIVＡ−ＸＸIVＡ方向から見た部分に対応する光強度分布であり、〔Ｂ〕で示される側の図は、図２０に示す正４角形領域４３のうちＸＸIVＢ−ＸＸIVＢ方向から見た部分に対応する光強度分布である。また図２４（ｂ）のうち、〔Ｃ〕で示される側の図は、図２４（ａ）の光強度分布をＣ−Ｃ方向から見た場合を示す光強度分布であり、〔Ｄ〕で示される側の図は、図２４（ａ）の光強度分布をＤ−Ｄ方向から見た場合を示す光強度分布である。
【０１１６】
図２４（ａ）に示すように、光の伝搬方向において光強度分布の周期性に乱れのない光を得ることができた。光強度の変動周期は８５０ｎｍとなっていた。
【０１１７】
なお光強度分布は、初期分布のフーリエ変換Ａ（σｘ，σｙ）に位相係数を掛け、その後、得られた関数の逆フーリエ変換を計算することにより得られる。なお本実施例においては、このような計算手順を実行することができる光学シミュレーションソフトが用いられている。例えば、ＰＲＯＬＩＴＨ （ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社）が用いられ得る。
【０１１８】
被露光物１４に位相変調マスク２０からの光を照射した状態で、干渉パターンの変動周期８５０ｎｍの１０倍の距離、すなわち８．５μｍにわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、保持具１７を光の伝搬方向において移動させた。これによって得られる積算強度分布を利用して、被露光物１４に対する露光を実施した。ここで、被露光物１４のレジスト層１５としては、ポジ型のレジスト層を用いた。次に、被露光物１４のレジスト層１５に現像処理を施した。これによって得られた露光パターンを図２５に示す。
【０１１９】
図２５に示すように、本実施例によれば、積算強度分布に対応するパターンで、被露光物１４のレジスト層１５に開口部１５ａを形成することができた。なお図２５において点線で囲まれる範囲は、図２０において１つの正４角形領域４３により占められる範囲に対応している。
【０１２０】
（比較例１）
正４角形からなる第２位相変調領域３２ａの一辺の長さＬを３３０ｎｍとしたこと以外は、上述の実施例１の場合と同様にして、位相変調マスクを作製した。この場合、正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一になっておらず、このため、上述の〔数６〕が満たされていない。従って、本比較例においては、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれることになる。
【０１２１】
波長３５５ｎｍの平行光を位相変調マスクに照射した場合に得られる光強度分布を算出した。結果を図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。このうち図２６（ａ）は、鉛直方向における光強度分布を示す図であり、図２６（ｂ）は、水平方向における光強度分布を示す図であり、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）（ｂ）に示される光強度分布のスケールを示す図である。また図２６（ａ）のうち、〔Ａ〕で示される側の図は、実施例１の場合と同様に、正４角形領域４３の端部分に対応する光強度分布であり、〔Ｂ〕で示される側の図は、正４角形領域４３の中心部分に対応する光強度分布である。また図２６（ｂ）のうち、〔Ｃ〕で示される側の図は、図２６（ａ）の光強度分布をＣ−Ｃ方向から見た場合を示す光強度分布であり、〔Ｄ〕で示される側の図は、図２６（ａ）の光強度分布をＤ−Ｄ方向から見た場合を示す光強度分布である。
【０１２２】
図２６（ａ）に示すように、光の伝搬方向において光強度分布の周期性の乱れが観察された。本比較例においては、被露光物１４に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれていたため、周期性のこのような乱れが生じたと考えられる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ 露光装置
１１ 照明光学系
１２ レーザ光源
１３ａ 折り返しミラー
１３ｂ，１３ｃ ビームエキスパンダー
１４ 被露光物
１５ レジスト層
１５ａ 開口部
１６ ガラス基板
１７ 保持具
１８ 制御手段
２０ 位相変調マスク
２１ 第１位相変調群
２１ａ 第１位相変調領域
２２ 第２位相変調群
２２ａ 第２位相変調領域
２３ 第３位相変調群
２３ａ 第３位相変調領域
２５ 光遮蔽領域
２７ 位相変調領域の重心
３１ 第１位相変調群
３１ａ 第１位相変調領域
３２ 第２位相変調群
３２ａ 第２位相変調領域
３３ 第３位相変調群
３３ａ 第３位相変調領域
３４ 第４位相変調群
３４ａ 第４位相変調領域
３５ 第５位相変調群
３５ａ 第５位相変調領域
３６ 第６位相変調群
３６ａ 第６位相変調領域
３７ 第１位相変調領域の重心
３８ 第２位相変調領域の重心
４１ 正６角形領域
４２ 正６角形領域の中心
４３ 正４角形領域
４４ 正４角形領域の中心
７１ 基材
７２ 遮蔽層
８１ 等強度線
８２ リング
８５ 半径１の円
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置および露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屈折率が周期的に変化する構造を有するフォトニック結晶が様々な分野で利用されている。フォトニック結晶は、例えば、光の波長程度、すなわち数百ｎｍ程度のピッチで周期的に設けられた複数のピラーやホールなどを有しており、これによって、屈折率の周期的な変化が実現されている。
【０００３】
周期的に複数のピラーやホールなどを形成する方法の１つとして、フォトリソグラフィー法が知られている。フォトリソグラフィー法においては、はじめに基板が準備され、次に基板上にレジストが塗布される。その後、基板およびレジストからなる被露光物が、形成されるべきピラーやホールのピッチに対応する所定のパターンで露光され、現像される。次に、基板上に残っているレジストをマスクとしてエッチングを行うことにより、基板にピラーやホールを形成することができる。
【０００４】
レジストを所定のパターンで露光する方法として、レーザ描画装置や電子線描画装置を用いた走査露光による方法や、フォトマスクを用いた一括露光による方法が知られている。このうち一括露光による方法は、基板上のレジストを全面にわたって一括で露光できるため、量産用途の場合に好ましく用いられる。
【０００５】
フォトマスクを用いた一括露光による方法としては、密着露光、近接露光または投影露光などが知られている。
【０００６】
投影露光においては、数百ｎｍの解像度で露光を実施するためには、高い開口数および低い収差を有する結像光学系を用いることが求められる。しかしながら、一般に、開口数が高くなり収差が低くなるほど、結像光学系の入手が困難になる。また焦点深度が開口数の二乗に反比例して浅くなるため、開口数を高めることによって解像度を向上させる場合、被露光物の位置を高い精度で制御する必要がある。このため、被露光物を所望の位置で保持するための保持具として、高精度の保持具が必要となる。また投影露光においては、露光対象となる被露光物に焦点深度以上の凹凸が形成されている場合、そのような被露光物を露光することが不可能となる。このため、被露光物の製造過程で焦点深度以上のうねりが被露光物に発生してしまう分野の場合、投影露光を用いることができない。
【０００７】
このような課題を解決するため、近接露光に関する研究が進められている。しかしながら、通常の近接露光ではフォトマスクと被露光物との間にギャップが設けられており、このため、回折によって露光光の焦点がぼけることが知られている。従って、従来、近接露光を用いて数百ｎｍの解像度で露光を実施することは困難であった。
【０００８】
このような課題を解決し、近接露光を用いて数百ｎｍの解像度で露光を実施することを可能とするため、タルボット（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用した近接露光方法が提案されている。タルボット効果とは、周期的な構造を有する物体、例えばフォトマスクに光を照射したとき、フォトマスクの出射側に、光の伝搬方向において光強度が周期的に変化するパターンが発生するという現象である。例えば特許文献１においては、０次を含む全ての回折次数の光を用いて被露光物を露光するためのフォトマスクと、フォトマスクから所定の距離に配置された被露光物であって、被露光物上に所望のパターンの光を照射している間、前記所定の距離が光の強度分布の少なくとも一つの周期的な変動の範囲に渡って変化される被露光物と、を備えたシステムが提案されている。特許文献１においては、このようなシステムを用いることにより、被露光物上に所望の平均的な強度分布が得られることが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５１７４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１において示されている光の伝搬方向における強度分布は、フォトマスクからの距離に対して完全に周期的には変化していない。すなわち、光の強度分布の周期性に乱れがみられる。この場合、フォトマスクからの距離が光の強度分布の少なくとも一つの周期的な変動の範囲に渡って変化するよう被露光物が移動させられたとしても、被露光物上に得られる平均的な強度分布が、被露光物の移動開始位置に応じて変化すると考えられる。このため、被露光物の移動開始位置に応じて、被露光物に形成される露光パターンが変化してしまうことが考えられる。
【００１１】
本発明は、このような課題を効果的に解決し得る露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による露光装置は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置であって、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系の出射側に設けられ、前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスクと、前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を制御する制御手段と、を備え、前記位相変調マスクは、位相変調マスクにより位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう構成されており、前記制御手段は、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させることを特徴とする露光装置である。
【００１３】
本発明による露光装置の位相変調マスクは、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう構成されている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。従って、干渉パターンの変動周期のｓ倍に対応する距離にわたって位相変調マスクと被露光物との間の距離を変化させることにより、被露光物に照射される光の積算強度分布を、被露光物の移動開始位置に依らず一定にすることができる。これによって、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【００１４】
本発明による露光装置において、位相変調マスクは、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、第ｋ（ｋ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっており、第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、以下の関係式
【数１】
が成立しており、各位相変調群における近接する２つの位相変調領域の間の距離と光の波長との比率は、前記位相変調マスクから０次の回折光を除く回折光が生成されるよう定められていてもよい。
【００１５】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差は２π／ｎとなっており、第１、…、第ｎの位相変調領域の面積は全て同一となっており、第１、…、第ｎの位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正ｍ角形領域において第１、…、第ｎの位相変調領域のいずれか１つの重心が正ｍ角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。
【００１６】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１、第２および第３の位相変調群（前記ｎ＝３）となっており、第１、第２および第３の位相変調領域の形状は全て同一となっており、第１、第２および第３の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正６角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正６角形領域において第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つの重心が正６角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正６角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数２】
が成立している。
この場合、前記正６角形領域は、前記正６角形領域の中心に位置する第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていてもよい。若しくは、前記正６角形領域は、第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つによって占められていてもよい。
【００１７】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、第１および第２の位相変調領域の形状は全て同一となっており、第１および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正４角形領域において第１または第２の位相変調領域のいずれか１つの重心が正４角形領域の中心に位置するよう、配置されていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数３】
が成立している。
この場合、前記正４角形領域は、前記正４角形領域の中心に位置する第１または第２の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていてもよい。若しくは、前記正４角形領域は、第１または第２の位相変調領域のいずれか１つによって占められていてもよい。
【００１８】
本発明による露光装置の位相変調マスクにおいて、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれており、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されていてもよい。
この場合、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、第１の位相変調群および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、第１の位相変調領域の重心および第２の位相変調領域の重心がいずれも正４角形領域の中心に位置するよう、配置されており、第１の位相変調群の第１の位相変調領域の位相変調量と第２の位相変調群の第２の位相変調領域の位相変調量との差はπとなっており、第１の位相変調領域の面積と第２の位相変調領域の面積とは同一となっていてもよい。この場合、好ましくは、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数４】
が成立している。
【００１９】
本発明による露光方法は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光方法であって、光を出射する照明光学系を準備する工程と、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する位相変調工程と、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させる工程と、を備えたことを特徴とする露光方法である。
【００２０】
本発明による露光方法の位相変調工程は、位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する工程となっている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。従って、干渉パターンの変動周期のｓ倍に対応する距離にわたって位相変調マスクと被露光物との間の距離を変化させることにより、被露光物に照射される光の積算強度分布を、被露光物の移動開始位置に依らず一定にすることができる。これによって、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、被露光物の移動開始位置に依らず、被露光物を所望のパターンで精度良く露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における露光装置を示す図。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図３】図３は、図２の位相変調マスクをIII−III方向から見た縦断面図。
【図４】図４は、位相変調マスクの各位相変調領域の配置パターンを示す図。
【図５】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、一次元の周期的構造体において、光が回折する様子を示す図。
【図６】図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態において、位相変調マスクの出射面から放射される光の伝搬方向における強度分布を示す図。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図９】図９は、図８の位相変調マスクをＸ−Ｘ方向から見た縦断面図。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図１１】図１１は、図１０の位相変調マスクをＸＩ−ＸＩ方向から見た縦断面図。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態の第１の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１４】図１４は、図１３の位相変調マスクをＸIV−ＸIV方向から見た縦断面図。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施の形態の第２の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施の形態の第３の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施の形態における位相変調マスクを示す平面図。
【図１８】図１８は、図１７の位相変調マスクをＸVIII−ＸVIII方向から見た縦断面図。
【図１９】図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態における位相変調マスクが生成し得る回折光と、被露光物に実際に照射される回折光の範囲を示す円と、の関係を示す図。
【図２０】図２０は、本発明の第３の実施の形態の第１の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２１】図２１（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態の第２の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２２】図２２は、本発明の第３の実施の形態の第３の変形例における位相変調マスクを示す平面図。
【図２３】図２３は、各実施例における光強度分布の算出箇所を示す図。
【図２４】図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例１において、光強度分布の算出結果を示す図。
【図２５】図２５は、実施例１において、被露光物に得られた露光パターンを示す図。
【図２６】図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比較例１において、光強度分布の算出結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。はじめに図１を参照して、本実施の形態における露光装置１０であって、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物１４を所定の露光パターンで露光する露光装置１０について説明する。
【００２４】
露光装置
図１は、露光装置１０を示す図である。図１に示すように、露光装置１０は、光を出射する照明光学系１１と、照明光学系１１の出射側に設けられ、照明光学系１１からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスク２０と、位相変調マスク２０の出射側に設けられ、被露光物１４を保持するとともに位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させるよう移動自在となっている保持具１７と、保持具１７の移動を制御する制御手段１８と、を備えている。
【００２５】
（照明光学系）
このうち照明光学系１１は、好ましくは、相互にコヒーレントな光を位相変調マスク２０に向けて出射するよう構成されている。すなわち照明光学系１１は、好ましくは、図１に示す矢印Ｔの方向に伝搬される平行光であって、含まれる光の振幅および位相に一定の関係がある平行光を出射するよう構成されている。このような照明光学系１１の具体的な構成は特には限定されないが、例えば、図１に示すように、照明光学系１１は、レーザ光を出射するレーザ光源１２と、レーザ光源１２からのレーザ光を平行光として位相変調マスク２０へ導くための折り返しミラー１３ａおよびビームエキスパンダー１３ｂ，１３ｃと、を有している。
【００２６】
（位相変調マスク）
照明光学系１１からの平行光は、位相変調マスク２０において位相変調される。また位相変調マスク２０を透過した光は、様々な方向へ回折し、この結果、被露光物１４上に干渉パターンが形成される。ここで、本実施の形態による位相変調マスク２０は、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、この結果、被露光物１４上に形成される干渉パターンが位相変調マスク２０によって位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって生成されるよう、構成されている。すなわち位相変調マスク２０は、０次の回折光を除く回折光によって被露光物１４が露光されるよう構成されている。以下、位相変調マスク２０の構成について説明する。
【００２７】
はじめに、位相変調マスク２０の周期性について説明する。位相変調マスク２０は、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎの位相変調群を有している。ここで、ｎは２以上の整数である。また、第ｋの位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっている。ここでｋは、１〜ｎの範囲内の任意の整数である。このように位相変調マスク２０を構成することにより、光を所定の周期的な変調パターンで位相変調することが可能となっている。このような位相変調マスク２０の具体的な構造について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００２８】
図２は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図３は、図２の位相変調マスクをIII−III方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが３となっている例について説明する。具体的には、図２に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、光を第３の位相変調量θ３で変調する第３位相変調群２３と、を有している。このうち第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでおり、第３位相変調群２３は、光を第３の位相変調量θ３で変調するよう構成された複数の第３位相変調領域２３ａを含んでいる。また図２に示すように、位相変調マスク２０のうち第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００２９】
図２から明らかなように、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａはいずれも、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００３０】
次に図３を参照して、光の伝搬方向における位相変調マスク２０の構造について説明する。図３に示すように、第１位相変調領域２１ａ、第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａは、その表面に凹凸が設けられ、光透過性を有する基材７１によって形成されている。基材７１は、例えばその屈折率がｎである石英ガラスから構成されている。
【００３１】
〔位相変調量〕
次に、基材７１から形成される各位相変調領域の位相変調量について説明する。各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕの位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。ここでｕは、１〜（ｎ−１）の範囲内の任意の整数である。なお上述のように、本実施の形態においては、整数ｎが３となっている。すなわち、本実施の形態において、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差が２π／３となっており、また、第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２と第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３との差が２π／３となっている。このように各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを設定するための具体的な構成について、図３を参照して説明する。
【００３２】
図３に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域２１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ１とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域２１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ１×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差が２π／３となるよう構成されている。ここでλは、光の波長を表している。
【００３３】
同様に、図３において、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第３位相変調領域２３ａを構成する部分の厚みとの差がΔｈ２で表されている。この場合、空気の屈折率を１とすると、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２と、第３位相変調領域２３ａにおける第３の位相変調量θ３との差はΔｈ２×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第２の位相変調量θ２と第３の位相変調量θ３との差が２π／３となるよう構成されている。
【００３４】
〔光遮蔽領域〕
また図３に示すように、光遮蔽領域２５は、基材７１の表面に遮蔽層７２を設けることにより構成されている。遮蔽層７２は、光の透過率をほぼゼロとすることができる材料から構成されており、例えば、クロム、アルミニウム、シリコン酸化物または誘電体多層膜などの遮光材料から構成されている。
【００３５】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２，２３における配置パターンについて説明する。図２に示すように、第１位相変調群２１の各第１位相変調領域２１ａは、所定の周期的な配置パターンで配置されている。具体的には、各第１位相変調領域２１ａは、各第１位相変調領域２１ａが仮想的な三角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。同様に、各第２位相変調領域２２ａは、各第２位相変調領域２２ａが仮想的な三角格子の頂点を占めるよう配置されており、各第３位相変調領域２３ａは、各第３位相変調領域２３ａが仮想的な三角格子の頂点を占めるよう配置されている。
【００３６】
また、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンと、複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンとは全て同一となっている。ここで「配置パターンは同一」という文言の意味について、図４を参照して説明する。図４は、図２から位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのみを抽出して示す平面図である。
【００３７】
本実施の形態において、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンとが同一であるとは、各第１位相変調領域２１ａを所定のベクトルｔ１に沿って平行移動させた場合、各第１位相変調領域２１ａの重心と各第２位相変調領域２２ａの重心とが一致することを意味している。また、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンとが同一であるとは、各第１位相変調領域２１ａを所定のベクトルｔ２に沿って平行移動させた場合、各第１位相変調領域２１ａの重心と各第３位相変調領域２３ａの重心とが一致することを意味している。すなわち「配置パターンは同一」とは、一の位相変調群の各位相変調領域の重心を、当該位相変調群を回転させたり拡大または縮小させたりすることなく、当該位相変調群を所定のベクトルに沿って平行移動させることのみによって、その他の全ての位相変調群の各位相変調領域の重心に一致させることができることを意味している。
【００３８】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
次に、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの重心の位置について説明する。図２に示すように、隙間無く配置された複数の正６角形領域４１によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合を考える。この場合、各位相変調群２１，２２，２３は、各正６角形領域４１において各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つの重心２７が正６角形領域４１の中心４２に位置するよう、配置されている。この場合、図２に示すように、各正６角形領域４１は、各正６角形領域４１の中心に位置する第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａまたは第３位相変調領域２３ａと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを取り囲むよう位置する光遮蔽領域２５と、によって占められることになる。
【００３９】
〔周期構造の周期〕
次に、位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。図２に示すように、位相変調マスク２０を正６角形領域４１によって仮想的に区画した場合の、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離をＰとする。この場合、中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数５〕の関係が成立するよう定められている。
【数５】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【００４０】
なお図２から明らかなように、近接する２つの位相変調領域間の中心間距離、例えば近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離は、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐの３＾0.5倍、すなわち３＾0.5Ｐとなっている。すなわち、近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離と、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐとの間には比例関係が成立している。従って、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を所定範囲内に定めることは、近接する２つの第１位相変調領域２１ａ間の中心間距離と光の波長λとの比率を所定範囲内に定めることと同義である。
【００４１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。はじめに、本実施の形態において採用される原理について説明する。
【００４２】
タルボット効果
本実施の形態においては、タルボット効果に着目することにより、被露光物１４を所望の一定のパターンで精度良く露光することが実現される。ここで「タルボット効果」とは、周期的な構造を有する位相変調マスク２０に光を照射したとき、位相変調マスク２０の出射側に、光の伝搬方向において光強度が周期的に変化するパターンが発生するという現象である。
【００４３】
本件発明者が鋭意研究を重ねたところ、後述する実施例における評価結果で支持されているように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができた。なお「干渉パターンの周期性」とは、光の伝搬方向に沿って被露光物１４を移動させるときに、被露光物１４に形成される干渉パターンが位相変調マスク２０からの距離に依存して周期的に変動するという性質を意味している。従って、「干渉パターンの周期性」は、光の伝搬方向における光強度分布の周期性と同義である。
【００４４】
ここで、干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、被露光物１４を保持する保持具１７を移動させ、これによって被露光物１４に対する露光が実現される場合を考える。この場合、被露光物１４に形成される露光パターンは、被露光物１４が通過した各位置における光強度分布を積算することにより得られる強度分布に対応することになる。以下において、被露光物１４が通過した各位置における光強度分布を積算することにより得られる強度分布を「積算強度分布」と称する。
【００４５】
本実施の形態によれば、上述のように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光の成分が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。このため、干渉パターンの変動周期のｓ倍、例えば１倍に対応する距離にわたって保持具１７を移動させた場合、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布は、被露光物１４の移動開始位置や被露光物１４の表面の凹凸状況に依らず常に一定になる。従って、被露光物１４の移動開始位置や被露光物１４の表面の凹凸状況に依らず、所望の一定の露光パターンで被露光物１４のレジスト層１５を露光することができる。
【００４６】
干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐためには、以下の２つの条件が成立していることが必要となる。第１の条件は、位相変調マスクからの回折光のうち、０次光の強度がゼロとなっていることである。第２の条件は、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れることである。以下、２つの条件について説明する。
【００４７】
（第１の条件）
はじめに、第１の条件について説明する。位相変調マスクにおける周期的な構造が、所定の単位領域を繰り返し配置することにより得られていると仮定する。この場合、第１の条件は、位相変調マスクの単位領域内において複素振幅透過率の平均がゼロとなっていることを意味している。
【００４８】
ここで、位相変調マスクが、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、第ｋ（ｋ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は各々、変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっている場合を考える。この場合、位相変調マスクにおける周期的な構造を構成する単位領域は、第１、…、第ｎの位相変調領域をそれぞれ１つずつ含むことになる。従って、第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、第１の条件が成立することは、以下の〔数６〕が満たされることを意味している。
【数６】
【００４９】
（第２の条件）
次に、第２の条件について説明する。簡単のため、まず一次元周期構造を例にとって考える。この場合、ｄ次（ｄは整数）の回折光の回折角度φは以下の〔数７〕で表される。
【数７】
〔数７〕において、λは光の波長を表しており、Ｐ０は一次元周期構造のピッチを表している。
【００５０】
得られる回折光は、波長λとピッチＰとの関係に応じて、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示されるような３つの場合に分類される。このうち図５（ａ）は、Ｐ０／λ＜１の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図５（ｂ）は、１≦Ｐ０／λ＜２の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図５（ｃ）は、２≦Ｐ０／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。すなわち、図５（ａ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０のみが得られる場合を示しており、図５（ｂ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０，±１が得られる場合を示しており、図５（ｃ）は、〔数７〕の解としてｄ＝０，±１に加えてｄ＝２，３，…も得られる場合を示している。
【００５１】
上述のように、第２の条件は、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れることである。ここで図５（ａ）に示す態様においては、０次の回折光のみが含まれている。一方、図５（ｂ）に示す態様においては、０次の回折光に加えて、１次の回折光が含まれている。また図５（ｃ）に示す態様においては、０次および１次の回折光に加えて、２次の回折光も含まれている。すなわち、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す態様においては、第２の条件が満たされている。このことから、光の波長λと周期構造のピッチＰ０とを適切な範囲内に設定することにより、第２の条件を満たすことができるということがわかる。このことは、後述するように、二次元周期構造を有する位相変調マスク、すなわち本実施の形態による位相変調マスク２０が用いられる場合にもあてはまる。
【００５２】
本実施の形態による位相変調マスクの作用
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【００５３】
（第１の条件）
上述のように、各位相変調群２１，２２，２３における位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの配置パターンは全て同一となっている。この場合、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａおよび第３位相変調領域２３ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａの面積は全て同一となっている。この場合、第１の条件における上述の〔数６〕は、以下の〔数８〕に置き換えられる。
【数８】
【００５４】
また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差は２π／３となっており、さらに、第２の位相変調量θ２と第３の位相変調量θ３との差は２π／３となっている。従って、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００５５】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図６（ａ）は、隣接する２つの正６角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜２／３の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図６（ｂ）は、２／３≦Ｐ／λ＜４／３の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図６（ｃ）は、４／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、白丸は、回折光がゼロとなる位置を示しており、黒丸は、回折光がゼロとならない位置を示している。
【００５６】
本実施の形態においては、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において黒丸で示される回折光のうち、中心に最も近い位置にある回折光を１次の回折光と定義し、１次の回折光よりも中心から遠い位置にある回折光を高次の回折光と定義する。
【００５７】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、符号８５で表されている円は、半径が１の円となっている。従って、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）の各々において、実際に得られる回折光、すなわち被露光物１４における干渉パターンを生成する回折光は、円８５の内側に位置する回折光となっている。
【００５８】
図６（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜２／３の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図６（ｂ）または図６（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、２／３≦Ｐ／λ＜４／３または４／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち２／３≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【００５９】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００６０】
ところで、波数ベクトルのビーム方向の成分が等しい平面波同士の干渉によるビームの光強度分布はビームの伝搬方向において変化しないという原理、いわゆる非回折ビームの原理が知られている。この非回折ビームの原理によれば、０次光以外の回折光において、各々の方向余弦が等しくなっている場合、伝搬方向において光強度分布が変化しない光が得られる。なお、「非回折ビームの原理」については、先行技術文献、例えば 「シミュレーションで見る光学現象（株式会社新技術コミュニケーションズ発行）」に開示されており、ここでは詳細な説明は省略する。なお以下の記述において、伝搬方向において光強度分布が変化しない光を、「非回折ビーム」と称する。
【００６１】
ここで図６（ｂ）に示す例について考える。図６（ｂ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光を示す黒丸のみが存在しており、また、中心から各回折光までの距離が一定となっている。このため、図６（ｂ）に示す例のように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定める場合、非回折ビームが得られると考えられる。この場合、位相変調マスク２０から出射される光の強度分布が、位相変調マスク２０からの距離に依らず一定となっている。
【００６２】
一方、本実施の形態による露光装置１０は、干渉パターンの変動周期のｓ倍、例えば１倍に対応する距離にわたって保持具１７を移動させることにより、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布を常に一定にすることを特徴としている。従って、本実施の形態により得られる利点は、光の強度分布が位相変調マスク２０からの距離に依らず一定となっている場合よりも、光の強度分布が周期的に変動している場合により顕著になる。すなわち、本実施の形態により得られる利点は、１次の回折光だけでなく高次の回折光が存在している場合、すなわち図６（ｃ）に示す４／３≦Ｐ／λの関係が成立している場合により高められると考えられる。
【００６３】
露光方法
次に、被露光物１４に対する露光を実施する方法について説明する。
【００６４】
（変動周期の特定）
まず、本実施の形態による露光装置１０の照明光学系１１および位相変調マスク２０を用いた場合に得られる干渉パターンの変動周期を特定する。干渉パターンの変動周期を特定するための具体的な方法が特に限られることはなく、様々な方法が用いられ得る。
【００６５】
干渉パターンの変動周期を特定する方法の１つとして、変動周期を計算により求める方法が挙げられる。ここで、ｘｙｚ空間における光の複素振幅分布をα（ｘ，ｙ，ｚ）とする。また、ｚ＝０におけるｘｙ面内の光の複素振幅分布α（ｘ，ｙ，ｚ＝０）のフーリエ変換、すなわち初期分布のフーリエ変換をＡ（σｘ，σｙ）とする。この場合、初期分布のフーリエ変換Ａ（σｘ，σｙ）に位相係数を掛け、その後、得られた関数の逆フーリエ変換を計算することにより、光の伝搬方向における強度分布を算出することができる。算出される強度分布の一例を図７に示す。図７においては、位相変調マスク２０の出射面２０ｂから放出された光が、光の伝搬方向に沿ってＴ０の周期で変動する様子が示されている。このようにフーリエ変換を利用した計算を実施することにより、干渉パターンの変動周期Ｔ０を特定することができる。
【００６６】
干渉パターンの変動周期を特定するその他の方法として、本実施の形態による露光装置１０の照明光学系１１および位相変調マスク２０を用いることにより得られる光を実際に測定することが挙げられる。例えば、まず光強度を測定することができるセンサ（図示せず）を準備し、次に、このセンサを光の伝搬方向に移動させながら各位置における光強度を測定することにより、図７に示すような光の伝搬方向における強度分布図を得ることができる。このように実測に基づいて干渉パターンの変動周期Ｔ０を特定することも可能である。
【００６７】
（露光）
次に、本実施の形態による露光装置１０を用いて被露光物１４に対する露光を実施する手順について説明する。はじめに、照明光学系１０および位相変調マスク２０を準備する。次に、位相変調マスク２０の出射面２０ｂ側に、保持具１７によって保持された被露光物１４を準備する。その後、照明光学系１１からの光の出射を開始し、同時に、干渉パターンの変動周期Ｔ０のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離、例えば干渉パターンの変動周期Ｔ０の１倍の距離にわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、保持具１７を移動させる。その後、照明光学系１１からの光の出射を停止する。この際、照明光学系１１および保持具１７の制御は制御手段１８によって実施される。この結果、変動周期Ｔ０の１倍の距離にわたって光強度分布を積算することにより得られる積算強度分布に対応する露光パターンが、被露光物１４上に形成される。
【００６８】
ここで本実施の形態によれば、上述のように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光の成分が含まれないようにすることにより、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。このため、保持具１７の絶対位置の調整を行うことなく、保持具１７の移動距離の調整を行うことのみによって、被露光物１４上に照射される光の積算強度分布を常に一定にすることができる。このため、精密な位置合わせ機能が保持具１７に求められることがなく、これによって、露光装置１０の構成を簡易なものにすることができる。また被露光物１４に焦点深度以上の凹凸が形成されている場合であっても、所望の一定の露光パターンで被露光物１４のレジスト層１５を露光することが可能となる。
【００６９】
第１の実施の形態の変形例
なお本実施の形態において、正６角形領域４１が、正６角形領域４１の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図８および図９に示すように、各正６角形領域４１は、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図８および図９に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００７０】
第２の実施の形態
次に図１０乃至図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１０乃至図１２に示す第２の実施の形態は、各位相変調群の位相変調領域が、仮想的な四角格子の頂点を占めるよう配置されている点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と略同一である。図１０乃至図１２に示す第２の実施の形態において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１０は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図１１は、図１０の位相変調マスクを露光装置ＸＩ−ＸＩ方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが２となっている例について説明する。具体的には、図１０に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、を有している。このうち第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでいる。また図１０に示すように、位相変調マスク２０のうち第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００７２】
図１０から明らかなように、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａは、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００７３】
〔位相変調量〕
次に、各位相変調領域の位相変調量について説明する。本実施の形態においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差がπとなっている。
【００７４】
図１１に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域２１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域２２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ３とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域２１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域２２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ３×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差がπとなるよう構成されている。
【００７５】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２における配置パターンについて説明する。図１０に示すように、各位相変調群２１，２２は、各位相変調領域２１ａ，２２ａが仮想的な四角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。また、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンとは同一となっている。
【００７６】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
次に、各位相変調領域２１ａ，２２ａの重心の位置について説明する。図１０に示すように、隙間無く配置された複数の正４角形領域４３によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合を考える。この場合、各位相変調群２１，２２は、各正４角形領域４３において各位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つの重心２７が正４角形領域４３の中心４４に位置するよう、配置されている。この場合、図１０に示すように、各正４角形領域４３は、各正４角形領域４３の中心に位置する第１位相変調領域２１ａまたは第２位相変調領域２２ａと、各位相変調領域２１ａ，２２ａを取り囲むよう位置する光遮蔽領域２５と、によって占められることになる。
【００７７】
〔周期構造の周期〕
次に、位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。図１０に示すように、位相変調マスク２０を正４角形領域４３によって仮想的に区画した場合の、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離をＰとする。この場合、中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数９〕の関係が成立するよう定められている。
【数９】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【００７８】
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【００７９】
（第１の条件）
上述のように、各位相変調群２１，２２における位相変調領域２１ａ，２２ａの配置パターンは全て同一となっている。この場合、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａおよび第２位相変調領域２２ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差はπとなっている。従って、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００８０】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図１２（ａ）は、隣接する２つの正４角形領域４１の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜２＾0.5／２の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図１２（ｂ）は、２＾0.5／２≦Ｐ／λ＜１０＾0.5／２の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図１２（ｃ）は、１０＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。
【００８１】
図１２（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜２＾0.5／２の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図１２（ｂ）または図１２（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、２＾0.5／２≦Ｐ／λ＜１０＾0.5／２または１０＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち２＾0.5／２≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【００８２】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００８３】
第２の実施の形態の第１の変形例
なお本実施の形態において、正４角形領域４３が、正４角形領域４３の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１３および図１４に示すように、各正４角形領域４３は、位相変調領域２１ａ，２２ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図１３および図１４に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００８４】
第２の実施の形態の第２の変形例
また本実施の形態および第１の変形例において、位相変調マスク２０が、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１５に示すように、位相変調マスク２０が、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群２１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群２２と、光を第３の位相変調量θ３で変調する第３位相変調群２３と、光を第４の位相変調量θ４で変調する第４位相変調群２４と、を有していてもよい。すなわち、上記のｎが４となっていてもよい。
【００８５】
図１５に示すように、第１位相変調群２１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域２１ａを含んでいる。また第２位相変調群２２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域２２ａを含んでいる。また第３位相変調群２３は、光を第３の位相変調量θ３で変調するよう構成された複数の第３位相変調領域２３ａを含んでいる。また第４位相変調群２４は、光を第４の位相変調量θ４で変調するよう構成された複数の第４位相変調領域２４ａを含んでいる。また図１５に示すように、位相変調マスク２０のうち位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ以外の領域は、光を遮蔽する光遮蔽領域２５によって占められている。
【００８６】
図１５から明らかなように、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａはいずれも、同一の直径Ｒを有する円形の領域となっている。すなわち、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの形状および面積は全て同一となっている。
【００８７】
〔位相変調量〕
本変形例においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域２１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２との差がπ／２となり、第２位相変調領域２２ａの第２の位相変調量θ２と第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３との差がπ／２となり、第３位相変調領域２３ａの第３の位相変調量θ３と第４位相変調領域２４ａの第４の位相変調量θ４との差がπ／２となっている。
【００８８】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群２１，２２，２３，２４における配置パターンについて説明する。図１５に示すように、各位相変調群２１，２２，２３，２４は、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが仮想的な四角格子（図示せず）の頂点を占めるよう配置されている。また、上述の各実施の形態の場合と同様に、複数の第１位相変調領域２１ａの配置パターンと、複数の第２位相変調領域２２ａの配置パターンと、複数の第３位相変調領域２３ａの配置パターンと、複数の第４位相変調領域２４ａの配置パターンとは全て同一となっている。
【００８９】
〔各位相変調領域の重心の位置〕
また図１５に示すように、各位相変調群２１，２２，２３，２４は、各正４角形領域４３において各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つの重心２７が正４角形領域４３の中心４４に位置するよう、配置されている。
【００９０】
本変形によれば、上述のように位相変調マスク２０を構成することにより、位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域は、第１位相変調領域２１ａ，第２位相変調領域２２ａ，第３位相変調領域２３ａおよび第４位相変調領域２４ａを１つずつ含むことになる。また上述のように、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第ｕ（ｕ＝１〜３の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差がπ／２となっている。このため、上述の各実施の形態の場合と同様に、本変形例による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【００９１】
また本変形例において、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率は、上述の第２の条件が満たされるよう定められている。このため、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または高次の回折光が含まれている。このことにより、周期性の乱れの無い干渉パターンを得ることができる。なお、第２の条件を満たすための上記比率の具体的な範囲は、第１の実施の形態における記述から明らかなように、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより算出され得る。
【００９２】
第２の実施の形態の第３の変形例
なお本実施の形態の第２の変形例において、正４角形領域４３が、正４角形領域４３の中心に位置する位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つと、各位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域２５と、によって占められている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図１６に示すように、各正４角形領域４３は、位相変調領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのいずれか１つによって占められていてもよい。図１６に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【００９３】
第３の実施の形態
次に図１７乃至図１９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１７乃至図１９に示す第３の実施の形態は、位相変調マスクにおける周期的な構造を構成する単位領域が、位相変調マスクを仮想的に区画する複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）であって、第１、…、第ｎの位相変調領域をそれぞれ１つずつ含む正ｍ角形領域に一致している点が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第１の実施の形態または図１０乃至図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２の実施の形態と略同一である。図１７乃至図１９に示す第３の実施の形態において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態または図１０乃至図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１７は、位相変調マスク２０を示す平面図であり、図１８は、図１７の位相変調マスクを露光装置ＸVIII−ＸVIII方向から見た縦断面図である。本実施の形態においては、上述のｎが２となっている例について説明する。具体的には、図１７に示すように、位相変調マスク２０は、光を第１の位相変調量θ１で変調する第１位相変調群３１と、光を第２の位相変調量θ２で変調する第２位相変調群３２と、を有している。このうち第１位相変調群３１は、光を第１の位相変調量θ１で変調するよう構成された複数の第１位相変調領域３１ａを含んでいる。同様に、第２位相変調群３２は、光を第２の位相変調量θ２で変調するよう構成された複数の第２位相変調領域３２ａを含んでいる。
【００９５】
〔位相変調量〕
本実施の形態においても、各位相変調群の位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。すなわち、第１位相変調領域３１ａの第１の位相変調量θ１と第２位相変調領域３２ａの第２の位相変調量θ２との差がπとなっている。
【００９６】
図１８に示すように、基材７１のうち第１位相変調領域３１ａを構成する部分の厚みと、基材７１のうち第２位相変調領域３２ａを構成する部分の厚みとの差をΔｈ４とする。この場合、空気の屈折率を１とすると、第１位相変調領域３１ａにおける第１の位相変調量θ１と、第２位相変調領域３２ａにおける第２の位相変調量θ２との差はΔｈ４×（ｎ−１）×２π／λになる。ここで、位相変調マスク２０の基材７１は、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差がπとなるよう構成されている。
【００９７】
〔配置パターン〕
次に、各位相変調群における配置パターンについて説明する。本実施の形態において、各位相変調群は、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれるよう構成されている。すなわち、図１７に示すように、各位相変調群３１，３２は、隙間無く配置された複数の正４角形領域４３によって位相変調マスク２０を仮想的に区画した場合、各正４角形領域４３に第１位相変調領域３１ａおよび第２位相変調領域３２ａがそれぞれ１つずつ含まれるよう構成されている。
【００９８】
〔回転対称性〕
また、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されている。ここで「正ｍ角形領域に対応する回転対称性」とは、各正ｍ角形領域において、各位相変調領域の形状が互いにｍ回対称となっていることを意味している。具体的には、各正ｍ角形領域において正ｍ角形領域の中心を軸として各位相変調領域を２π／ｍだけ回転させる前後において、正ｍ角形領域内における境界線が一致していることを意味している。ここで「正ｍ角形領域内における境界線」とは、正ｍ角形領域において、一の位相変調領域とその他の位相変調領域との間の境界を示す線である。
【００９９】
例えば図１７に示す例においては、正４角形領域４３は、正４角形領域４３の中心４４に位置する円形の第２位相変調領域３２ａと、第２位相変調領域３２ａを取り囲むよう位置する第１位相変調領域３１ａとによって占められている。また各４角形領域４３において、第１位相変調領域３１ａの重心３７および第２位相変調領域３２ａの重心３８は、正４角形領域４３の中心４４に位置している。このため図１７に示す例において、正４角形領域４３の中心４４を軸として各位相変調領域３１ａ，３２ａをπ／２だけ回転させる前後において、正４角形領域４３内における境界線が一致している。すなわち各正４角形領域４３において、各位相変調領域３１ａ，３２ａは４回対称となっている。
【０１００】
また各位相変調領域３１ａ，３２ａは、各正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一となるよう構成されている。
【０１０１】
〔周期構造の周期〕
次に、本実施の位相変調マスク２０における周期的な構造の周期について説明する。本実施の形態において、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐは、光の波長λと中心間距離Ｐとの間に以下の〔数１０〕の関係が成立するよう定められている。
【数１０】
このように中心間距離Ｐと光の波長λとの比率を定めることにより、後述するように、被露光物１４上に形成される干渉パターンに１次の回折光または１次よりも高次の回折光が現れるようにすることができる。すなわち、位相変調マスク２０から１次の回折光または１次よりも高次の回折光が生成されるようにすることができる。
【０１０２】
次に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐための上述の第１および第２の条件が成立しているかどうかについて考察する。
【０１０３】
（第１の条件）
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０における周期的な構造を構成する単位領域、すなわち正４角形領域４３は、第１位相変調領域３１ａおよび第２位相変調領域３２ａを１つずつ含んでいる。また上述のように、各位相変調領域３１ａ，３２ａの面積は全て同一となっている。また上述のように、第１の位相変調量θ１と第２の位相変調量θ２との差はπとなっている。従って、上述の第１の実施の形態の場合と同様に、本実施の形態による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【０１０４】
（第２の条件）
次に、第２の条件について、図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して考察する。図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、位相変調マスク２０が生成し得る回折光を示す図であり、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより得られる図である。このうち図１９（ａ）は、隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐと光の波長λの間にＰ／λ＜１の関係が成立する場合に得られる回折光を示している。また図１９（ｂ）は、１≦Ｐ／λ＜２＾0.5の関係が成立する場合に得られる回折光を示しており、図１９（ｃ）は、２＾0.5≦Ｐ／λの関係が成立する場合に得られる回折光を示している。
【０１０５】
図１９（ａ）に示す例においては、円８５の内側に黒丸が存在していない。従って、Ｐ／λ＜１の関係が成立する場合、実際に得られる回折光は無い。一方、図１９（ｂ）または図１９（ｃ）に示す例においては、円８５の内側に、１次の回折光または１次よりも高次の回折光を示す黒丸が存在している。従って、１≦Ｐ／λ＜２＾0.5または２＾0.5≦Ｐ／λの関係が成立する場合、すなわち１≦Ｐ／λの関係が成立する場合、上述の第２の条件が成立している。
【０１０６】
上述のように、本実施の形態による位相変調マスク２０においては、上述の第１の条件および第２の条件が満たされている。このため本実施の形態によれば、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【０１０７】
第３の実施の形態の第１の変形例
なお本実施の形態において、正４角形領域４３の中心４４に位置する第２位相変調領域３２ａが円形の形状を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図２０に示すように、各正４角形領域４３の中心４４に位置する第２位相変調領域３２ａが正４角形の形状を有していてもよい。ここで、各位相変調領域３１ａ，３２ａは、各正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一となるよう構成されている。このため、図２０に示す例においても、位相変調マスク２０は、上述の第１の条件および第２の条件を満たしている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。
【０１０８】
第３の実施の形態の第２の変形例
また本実施の形態において、各位相変調領域の重心が正ｍ角形領域の中心に位置する例を示した。しかしながら、各正ｍ角形領域において各位相変調領域が正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有する限りにおいて、各位相変調領域の具体的な構造は限定されない。例えば位相変調マスク２０を正４角形領域４３によって仮想的に区画する場合、図２１（ａ）に示すように、各位相変調領域が、正４角形領域４３を４等分するよう設けられた第１〜第４の位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａからなっていてもよい。また、位相変調マスク２０を正６角形領域４１によって仮想的に区画する場合、図２１（ｂ）に示すように、各位相変調領域が、正６角形領域４１を６等分するよう設けられた第１〜第６の位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａからなっていてもよい。図２１（ａ）（ｂ）に示される例の各々において、位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されている。ここでｎは、図２１（ａ）に示す例では４となっており、図２１（ｂ）に示す例では６となっている。また各位相変調領域の面積は全て同一になっている。このため、本変形例による位相変調マスク２０において、上述の〔数８〕が満たされている。すなわち、上述の第１の条件が成立している。
【０１０９】
また本変形例において、隣接する２つの正ｍ角形領域の中心間距離Ｐと光の波長λとの比率は、上述の第２の条件が満たされるよう定められている。このため、干渉パターンの周期性に乱れが生じることを防ぐことができる。なお、第２の条件を満たすための上記比率の具体的な範囲は、第１の実施の形態における説明から明らかなように、位相変調マスク２０の出射面２０ｂにおける光の複素振幅分布をフーリエ変換することにより算出され得る。
【０１１０】
第３の実施の形態の第３の変形例
なお本実施の形態において、位相変調領域の位相変調量は、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差が２π／ｎとなるよう設定されており、また、各位相変調領域の面積は全て同一になっている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、上述の〔数６〕が満たされる限りにおいて、各位相変調領域の具体的な構成は限定されない。例えば図２２に示すように、正４角形領域４３を構成する第１位相変調領域３１ａ、第２位相変調領域３２ａおよび第３位相変調領域３３ａの面積が全て同一となっていなくてもよい。この場合、各位相変調領域３１ａ，３２ａ，３３ａの面積および位相変調量は、上述の〔数６〕が満たされるよう適宜設定される。
【０１１１】
なお、上記各実施の形態において、移動自在な保持具１７によって被露光物１４が保持されており、そして、保持具１７を移動させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させる例を示した。しかしながら、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させることができる限りにおいて、露光装置１０の具体的な構成が特に限られることはない。
例えば、図示はしないが、移動自在な保持具によって位相変調マスク２０が保持されており、この保持具を移動させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させてもよい。
若しくは、位相変調マスク２０および被露光物１４を静止させたままで、位相変調マスク２０と被露光物１４との間に所定の光学部品を介在させることにより、位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離を変化させてもよい。この光学部品は、位相変調マスク２０から出射されて被露光物１４に到達する光の行路長を任意に変化させることができるよう構成されている。この場合、「位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離」とは、「位相変調マスク２０から出射されて被露光物１４に到達する光の行路長」を意味している。
【実施例】
【０１１２】
上述の各実施の形態による位相変調マスク２０を備えた露光装置１０を用いて、被露光物１４に対する露光を実施した例について説明する。
【０１１３】
図２３は、後述する各実施例において用いられた位相変調マスク２０および被露光物１４を示す図である。なお後述する各実施例において、「鉛直方向における光強度分布」とは、図２３に示す線Ｄ１−Ｄ１に沿って光強度分布を見た場合を意味しており、「水平方向における光強度分布」とは、図２３に示す線Ｄ２−Ｄ２に沿って光強度分布を見た場合を意味している。
【０１１４】
（実施例１）
図２０に示す上述の第３の実施の形態の第１の変形例による位相変調マスク２０を作製した。正４角形からなる第２位相変調領域３２ａの一辺の長さＬは３５３．６ｎｍとした。また隣接する２つの正４角形領域４３の中心間距離Ｐ、すなわち正４角形領域４３の一辺の長さＰは５００ｎｍとした。この場合、各正４角形領域４３において、第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一になっており、このため、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光は含まれない。また、照明光学系１１のレーザ光源１２としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波を放射することができる光源を用いた。この場合、光の波長λは３５５ｎｍとなっていた。従って、Ｐ／λは１．５４となっており、上述の〔数１０〕が満たされていた。
【０１１５】
波長３５５ｎｍの平行光を位相変調マスク２０に照射した場合に得られる光強度分布を算出した。結果を図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。このうち図２４（ａ）は、鉛直方向における光強度分布を示す図であり、図２４（ｂ）は、水平方向における光強度分布を示す図であり、図２４（ｃ）は、図２４（ａ）（ｂ）に示される光強度分布のスケールを示す図である。また図２４（ａ）のうち、〔Ａ〕で示される側の図は、図２０に示す正４角形領域４３のうちＸＸIVＡ−ＸＸIVＡ方向から見た部分に対応する光強度分布であり、〔Ｂ〕で示される側の図は、図２０に示す正４角形領域４３のうちＸＸIVＢ−ＸＸIVＢ方向から見た部分に対応する光強度分布である。また図２４（ｂ）のうち、〔Ｃ〕で示される側の図は、図２４（ａ）の光強度分布をＣ−Ｃ方向から見た場合を示す光強度分布であり、〔Ｄ〕で示される側の図は、図２４（ａ）の光強度分布をＤ−Ｄ方向から見た場合を示す光強度分布である。
【０１１６】
図２４（ａ）に示すように、光の伝搬方向において光強度分布の周期性に乱れのない光を得ることができた。光強度の変動周期は８５０ｎｍとなっていた。
【０１１７】
なお光強度分布は、初期分布のフーリエ変換Ａ（σｘ，σｙ）に位相係数を掛け、その後、得られた関数の逆フーリエ変換を計算することにより得られる。なお本実施例においては、このような計算手順を実行することができる光学シミュレーションソフトが用いられている。例えば、ＰＲＯＬＩＴＨ （ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社）が用いられ得る。
【０１１８】
被露光物１４に位相変調マスク２０からの光を照射した状態で、干渉パターンの変動周期８５０ｎｍの１０倍の距離、すなわち８．５μｍにわたって位相変調マスク２０と被露光物１４との間の距離が変化するよう、保持具１７を光の伝搬方向において移動させた。これによって得られる積算強度分布を利用して、被露光物１４に対する露光を実施した。ここで、被露光物１４のレジスト層１５としては、ポジ型のレジスト層を用いた。次に、被露光物１４のレジスト層１５に現像処理を施した。これによって得られた露光パターンを図２５に示す。
【０１１９】
図２５に示すように、本実施例によれば、積算強度分布に対応するパターンで、被露光物１４のレジスト層１５に開口部１５ａを形成することができた。なお図２５において点線で囲まれる範囲は、図２０において１つの正４角形領域４３により占められる範囲に対応している。
【０１２０】
（比較例１）
正４角形からなる第２位相変調領域３２ａの一辺の長さＬを３３０ｎｍとしたこと以外は、上述の実施例１の場合と同様にして、位相変調マスクを作製した。この場合、正４角形領域４３における第１位相変調領域３１ａの面積と第２位相変調領域３２ａの面積とが同一になっておらず、このため、上述の〔数６〕が満たされていない。従って、本比較例においては、被露光物１４上に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれることになる。
【０１２１】
波長３５５ｎｍの平行光を位相変調マスクに照射した場合に得られる光強度分布を算出した。結果を図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。このうち図２６（ａ）は、鉛直方向における光強度分布を示す図であり、図２６（ｂ）は、水平方向における光強度分布を示す図であり、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）（ｂ）に示される光強度分布のスケールを示す図である。また図２６（ａ）のうち、〔Ａ〕で示される側の図は、実施例１の場合と同様に、正４角形領域４３の端部分に対応する光強度分布であり、〔Ｂ〕で示される側の図は、正４角形領域４３の中心部分に対応する光強度分布である。また図２６（ｂ）のうち、〔Ｃ〕で示される側の図は、図２６（ａ）の光強度分布をＣ−Ｃ方向から見た場合を示す光強度分布であり、〔Ｄ〕で示される側の図は、図２６（ａ）の光強度分布をＤ−Ｄ方向から見た場合を示す光強度分布である。
【０１２２】
図２６（ａ）に示すように、光の伝搬方向において光強度分布の周期性の乱れが観察された。本比較例においては、被露光物１４に形成される干渉パターンに０次の回折光が含まれていたため、周期性のこのような乱れが生じたと考えられる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ 露光装置
１１ 照明光学系
１２ レーザ光源
１３ａ 折り返しミラー
１３ｂ，１３ｃ ビームエキスパンダー
１４ 被露光物
１５ レジスト層
１５ａ 開口部
１６ ガラス基板
１７ 保持具
１８ 制御手段
２０ 位相変調マスク
２１ 第１位相変調群
２１ａ 第１位相変調領域
２２ 第２位相変調群
２２ａ 第２位相変調領域
２３ 第３位相変調群
２３ａ 第３位相変調領域
２５ 光遮蔽領域
２７ 位相変調領域の重心
３１ 第１位相変調群
３１ａ 第１位相変調領域
３２ 第２位相変調群
３２ａ 第２位相変調領域
３３ 第３位相変調群
３３ａ 第３位相変調領域
３４ 第４位相変調群
３４ａ 第４位相変調領域
３５ 第５位相変調群
３５ａ 第５位相変調領域
３６ 第６位相変調群
３６ａ 第６位相変調領域
３７ 第１位相変調領域の重心
３８ 第２位相変調領域の重心
４１ 正６角形領域
４２ 正６角形領域の中心
４３ 正４角形領域
４４ 正４角形領域の中心
７１ 基材
７２ 遮蔽層
８１ 等強度線
８２ リング
８５ 半径１の円
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置において、
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系の出射側に設けられ、前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスクと、
前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を制御する制御手段と、を備え、
前記位相変調マスクは、位相変調マスクにより位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう構成されており、
前記制御手段は、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記位相変調マスクは、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、
第ｋ（ｕ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっており、
第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、以下の関係式
【数１】
が成立しており、
各位相変調群における近接する２つの位相変調領域の間の距離と光の波長との比率は、前記位相変調マスクから０次の回折光を除く回折光が生成されるよう定められていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記位相変調マスクにおいて、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差は２π／ｎとなっており、
第１、…、第ｎの位相変調領域の面積は全て同一となっており、
第１、…、第ｎの位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正ｍ角形領域において第１、…、第ｎの位相変調領域のいずれか１つの重心が正ｍ角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１、第２および第３の位相変調群（前記ｎ＝３）となっており、
第１、第２および第３の位相変調領域の形状は全て同一となっており、
第１、第２および第３の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正６角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正６角形領域において第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つの重心が正６角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記位相変調マスクにおいて、隣接する２つの前記正６角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数２】
が成立していることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記位相変調マスクにおいて、前記正６角形領域は、前記正６角形領域の中心に位置する第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記位相変調マスクにおいて、前記正６角形領域は、第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つによって占められていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、
第１および第２の位相変調領域の形状は全て同一となっており、
第１および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正４角形領域において第１または第２の位相変調領域のいずれか１つの重心が正４角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項９】
前記位相変調マスクにおいて、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数３】
が成立していることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記位相変調マスクにおいて、前記正４角形領域は、前記正４角形領域の中心に位置する第１または第２の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記位相変調マスクにおいて、前記正４角形領域は、第１または第２の位相変調領域のいずれか１つによって占められていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記位相変調マスクにおいて、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれており、
各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、
第１の位相変調群および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、第１の位相変調領域の重心および第２の位相変調領域の重心がいずれも正４角形領域の中心に位置するよう、配置されており、
第１の位相変調群の第１の位相変調領域の位相変調量と第２の位相変調群の第２の位相変調領域の位相変調量との差はπとなっており、
第１の位相変調領域の面積と第２の位相変調領域の面積とは同一となっており、
隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数４】
が成立していることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光方法において、
光を出射する照明光学系を準備する工程と、
位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する位相変調工程と、
前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させる工程と、を備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の露光装置を用いて前記照明光学系からの光を位相変調することを特徴とする請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１】
光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光装置において、
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系の出射側に設けられ、前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調して出射する位相変調マスクと、
前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を制御する制御手段と、を備え、
前記位相変調マスクは、位相変調マスクにより位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう構成されており、
前記制御手段は、前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記位相変調マスクは、所定の位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群を有し、
第ｋ（ｕ＝１〜ｎの整数）の位相変調群は、前記変調パターンに対応する所定の周期的な配置パターンで配置された複数の第ｋの位相変調領域を含み、各位相変調群における複数の位相変調領域の配置パターンは全て同一となっており、
第ｋの位相変調領域の位相変調量をθｋとし、第ｋの位相変調領域の面積をＳｋとするとき、以下の関係式
【数１】
が成立しており、
各位相変調群における近接する２つの位相変調領域の間の距離と光の波長との比率は、前記位相変調マスクから０次の回折光を除く回折光が生成されるよう定められていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記位相変調マスクにおいて、第ｕ（ｕ＝１〜ｎ−１の整数）の位相変調群の第ｕの位相変調領域の位相変調量と第ｕ＋１の位相変調群の第ｕ＋１の位相変調領域の位相変調量との差は２π／ｎとなっており、
第１、…、第ｎの位相変調領域の面積は全て同一となっており、
第１、…、第ｎの位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正ｍ角形領域において第１、…、第ｎの位相変調領域のいずれか１つの重心が正ｍ角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１、第２および第３の位相変調群（前記ｎ＝３）となっており、
第１、第２および第３の位相変調領域の形状は全て同一となっており、
第１、第２および第３の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正６角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正６角形領域において第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つの重心が正６角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記位相変調マスクにおいて、隣接する２つの前記正６角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数２】
が成立していることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記位相変調マスクにおいて、前記正６角形領域は、前記正６角形領域の中心に位置する第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記位相変調マスクにおいて、前記正６角形領域は、第１、第２または第３の位相変調領域のいずれか１つによって占められていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、
第１および第２の位相変調領域の形状は全て同一となっており、
第１および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、各正４角形領域において第１または第２の位相変調領域のいずれか１つの重心が正４角形領域の中心に位置するよう、配置されていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項９】
前記位相変調マスクにおいて、隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数３】
が成立していることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記位相変調マスクにおいて、前記正４角形領域は、前記正４角形領域の中心に位置する第１または第２の位相変調領域のいずれか１つと、各位相変調領域を取り囲むよう位置するとともに光遮蔽層を有する光遮蔽領域と、によって占められていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記位相変調マスクにおいて、前記正４角形領域は、第１または第２の位相変調領域のいずれか１つによって占められていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記位相変調マスクにおいて、隙間無く配置された複数の正ｍ角形領域（ｍ＝４または６）によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合、各正ｍ角形領域に、第１、…、第ｎの位相変調領域がそれぞれ１つずつ含まれており、
各正ｍ角形領域において、各位相変調領域は、正ｍ角形領域に対応する回転対称性を有するよう配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記位相変調マスクにおいて、互いに異なる位相変調量を有する第１、…、第ｎ（ｎ≧２の整数）の位相変調群は、互いに異なる位相変調量を有する第１および第２の位相変調群（前記ｎ＝２）となっており、
第１の位相変調群および第２の位相変調群は各々、隙間無く配置された複数の正４角形領域によって前記位相変調マスクを仮想的に区画した場合に、第１の位相変調領域の重心および第２の位相変調領域の重心がいずれも正４角形領域の中心に位置するよう、配置されており、
第１の位相変調群の第１の位相変調領域の位相変調量と第２の位相変調群の第２の位相変調領域の位相変調量との差はπとなっており、
第１の位相変調領域の面積と第２の位相変調領域の面積とは同一となっており、
隣接する２つの前記正４角形領域の中心間距離をＰとし、光の波長をλとするとき、以下の関係式
【数４】
が成立していることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
光を所定の周期的な変調パターンで位相変調し、位相変調された光の回折光相互の干渉を利用して被露光物を所定の露光パターンで露光する露光方法において、
光を出射する照明光学系を準備する工程と、
位相変調された光の回折光のうち０次の回折光を除く回折光によって前記被露光物が露光されるよう、位相変調マスクを用いて前記照明光学系からの光を所定の周期的な変調パターンで位相変調する位相変調工程と、
前記位相変調マスクにより位相変調された光の回折光相互の干渉パターンの変動周期のｓ倍（ｓ≧１の整数）に対応する距離にわたって前記位相変調マスクと前記被露光物との間の距離を変化させる工程と、を備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の露光装置を用いて前記照明光学系からの光を位相変調することを特徴とする請求項１４に記載の露光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２５】
【図２４】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２５】
【図２４】
【図２６】
【公開番号】特開２０１３−１６６９６（Ｐ２０１３−１６６９６Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９３３９（Ｐ２０１１−１４９３３９）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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