(57)【要約】【課題】  マスク基板を通過する際の露光ビームの偏光状態の変化を抑制する。【解決手段】  直線偏光の照明光でマスクＭを照明し、マスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する。マスクＭ用の基板として、パターン領域内における複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ、２ｎｍ／ｃｍ、又は４ｎｍ／ｃｍ以下に規定された基板を使用する。複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ以下の場合には、孤立線を含むパターンを露光し、複屈折量が２ｎｍ／ｃｍ以下の場合には、密集線を含むパターンを高い線幅制御精度で露光し、複屈折量が４ｎｍ／ｃｍ以下の場合には、密集線を含むパターンを通常の線幅制御精度で露光する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにほぼ平行な２つの平面の一方にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記一方の平面の所定領域内で複屈折量が４ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とするマスク基板。
【請求項２】
前記所定領域内での複屈折量が２ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマスク基板。
【請求項３】
前記一方の平面に少なくとも密集パターンが形成されることを特徴とする請求項２に記載のマスク基板。
【請求項４】
前記所定領域内での複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項５】
前記一方の平面に少なくとも孤立パターンが形成されることを特徴とする請求項４に記載のマスク基板。
【請求項６】
前記基板の一辺に対して、少なくとも４５°で交差する進相軸に平行な方向に関する複屈折量が前記条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項７】
互いにほぼ平行な２つの平面の一方にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記一方の平面の所定領域内で、前記基板の一辺と互いに異なる角度で交差する複数の進相軸にそれぞれ平行な方向に関する複屈折量が、少なくとも４５°で交差する進相軸に平行な方向で最小となることを特徴とするマスク基板。
【請求項８】
前記所定領域は、前記パターンの形成領域を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項９】
一方の平面にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記基板の任意の一辺の方向と進相軸方向との成す角をθ、
前記基板の透過に際し、偏光方向が前記進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向が前記進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、前記光路差γが
γ ≦ α×ｃｏｓ2（２θ）＋β
の条件を満たすことを特徴とするマスク基板。
【請求項１０】
一方の平面にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記基板の任意の一辺の方向と進相軸方向との成す角をθ、
前記基板の透過に際し、偏光方向が前記進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向が前記進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、前記光路差γが
γ ≦ α×｛ｃｏｓ（４θ）＋１｝／２ ＋β
の条件を満たすことを特徴とするマスク基板。
【請求項１１】
一方の平面にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記基板の任意の一辺の方向と進相軸方向との成す角をθ、前記基板の透過に際し、偏
光方向が前記進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向が前記進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、前記光路差γが
γ ≦ α×ｃｏｓ4（２θ）＋β
の条件を満たすことを特徴とするマスク基板。
【請求項１２】
一方の平面にパターンが形成されるフォトマスク用の基板であって、
前記基板の任意の一辺の方向と進相軸方向との成す角をθ、
前記基板の透過に際し、偏光方向が前記進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向が前記進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、前記光路差γが
γ ≦ α×ｃｏｔａｎ2（２θ）＋β
の条件を満たすことを特徴とするマスク基板。
【請求項１３】
前記基板の厚さは６．３５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項１４】
前記基板は材料が合成石英又は蛍石であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項１５】
前記一方の平面が研磨により平坦化されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項１６】
前記一方の平面にパターン形成用の薄膜が被着されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のマスク基板。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマスク基板を備えたフォトマスクであって、
前記マスク基板の所定領域の少なくとも一部にパターンが形成されたことを特徴とするフォトマスク。
【請求項１８】
前記パターンは位相シフト部を含むことを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク。
【請求項１９】
前記パターンは、露光装置によって感光体上に転写される回路パターンを含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のフォトマスク。
【請求項２０】
前記回路パターンはその転写時に露光ビームが実質的に直線偏光状態で照射される偏光照明が適用されることを特徴とする請求項１９に記載のフォトマスク。
【請求項２１】
露光装置で用いられるフォトマスクの製造方法であって、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマスク基板に対して前記一方の平面に感光層を形成してパターニングを行うことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項２２】
前記所定領域内に位相シフト部を形成することを特徴とする請求項２１に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項２３】
露光ビームでマスクを照明し、前記露光ビームで前記マスク及び投影光学系を介して感光体を露光する露光方法において、
前記マスクとして請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のフォトマスクを使用することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
前記露光ビームは実質的に直線偏光状態で前記マスクに照射されることを特徴とする請求項２３に記載の露光方法。
【請求項２５】
前記露光ビームを前記マスクに照射する照明光学系の瞳面上で光軸との距離がほぼ等しい２つの領域で他の領域よりも光量が高められ、前記２つの領域の中心を結ぶ直線と直交する方向を前記露光ビームの偏光方向とすることを特徴とする請求項２４に記載の露光方法。
【請求項２６】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のフォトマスクのパターンを感光体上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２７】
請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の露光方法を用いて回路パターンを感光体上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２８】
製造対象のデバイスはフラッシュメモリ又はＣＰＵであることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のデバイス製造方法。
【請求項２９】
露光ビームでマスクを照明し、前記露光ビームで前記マスク及び投影光学系を介して感光体を露光する露光装置の管理方法であって、
前記マスクとして請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のフォトマスクをロードする工程と、
前記フォトマスクのパターンの前記投影光学系による像に基づいて前記露光装置の特性を求める工程とを含むことを特徴とする露光装置の管理方法。
【請求項３０】
前記露光装置の特性は前記投影光学系の結像特性を含むことを特徴とする請求項２９に記載の露光装置の管理方法。
【請求項３１】
前記パターンは、前記露光ビームが実質的に直線偏光状態で照射される偏光照明が適用され、前記露光装置の特性は、前記偏光照明に関連する特性を含むことを特徴とする請求項２９又は３０に記載の露光装置の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンが形成されるフォトマスク用の基板、フォトマスク、及びそのフォトマスクを用いる露光技術に関し、特に露光ビームの偏光状態を制御して露光を行う場合に使用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、レチクル等のフォトマスクに形成されているパターンを感光体としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写露光するために、露光装置が使用されている。露光装置としては、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の投影露光装置やスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）などが使用されている。
【０００３】
これらの露光装置においては、解像度を高めるために露光波長が次第に短波長化して来ており、現在は露光光源として主にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源が用いられている。このエキシマレーザ光源からパルス発振されるレーザビームは、その共振器の構造によって一般に直線偏光特性を有している。最近は、解像度等を高めるために、露光ビームの偏光状態を直線偏光等に制御して露光を行うようにした露光装置が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、この際に偏光状態を効率的に制御するためには、直線偏光特性を持つレーザビームは好都合である。
【特許文献１】国際公開第２００４／０５１７１７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の如く、露光ビームの偏光状態を制御して露光を行う場合、従来はフォトマスクにおいては偏光状態は変わらないものと想定していた。しかしながら、例えばＡｒＦエキシマレーザ用に使用されるフォトマスクの材料である合成石英においては、製造工程においてストレスが作用する等の要因によって、ほぼ全面でランダムな複屈折性を持つことが本発明者によって確かめられた。
【０００５】
このようにフォトマスクが複屈折性を持ち、その複屈折量が大きくなると、例えば直線偏光状態でフォトマスクに入射した露光ビームの偏光状態が、楕円偏光等になって、所望の結像特性が得られない恐れがある。
本発明はかかる点に鑑み、露光ビームの偏光状態を制御して露光を行う場合に、露光ビームの偏光状態のフォトマスクにおける変化を所定の許容範囲内に収めることができるフォトマスク用の基板、及びフォトマスクを提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、本発明は、そのようなフォトマスクを用いて、露光ビームの偏光状態を所望の状態に制御して露光を行うことができる露光技術を提供することを第２の目的とする。
また、本発明は、露光ビームの偏光状態を制御して露光を行う場合に、フォトマスクに起因する要因とその他の要因とを分離して評価できる露光装置の評価技術を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による第１のマスク基板は、互いにほぼ平行な２つの平面の一方にパターンが形成されるフォトマスク用の基板（ＭＰ）であって、その一方の平面の所定領域内で複屈折量が４ｎｍ／ｃｍ以下であるものである。
本発明によれば、そのマスク基板を所定の偏光度の露光ビームで照明した場合に、そのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば密集線で偏光度の変化の影響が比較的少ないパターンの露光に適した程度に抑制できる。従って、そのマスク基板から製造されるフォトマスクを用いることで、通常の密集線のパターンを露光する際の線幅誤差を容易に許容範囲内に収めることができる。
【０００８】
なお、その複屈折量は、一例として、その基板のその所定領域内の各点において、進相軸に平行な方向の直線偏光光と、その進相軸に直交する遅相軸に平行な方向の直線偏光光とがその基板を通過する際に生じる光路長の差である。
本発明において、その所定領域内での複屈折量は２ｎｍ／ｃｍ以下であることが望ましい。このとき、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば密集線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。従って、そのマスク基板から製造されるフォトマスクを用いることで、密集線のパターンを偏光度の要求が厳しい条件で露光する際の線幅誤差を容易に許容範囲内に収めることができる。
【０００９】
この場合、一例としてその一方の平面に少なくとも密集パターンが形成される。
また、さらにその所定領域内での複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ以下であることが望ましい。このとき、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば孤立線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。従って、そのマスク基板から製造されるフォトマスクを用いることで、孤立線のパターンを偏光度の要求が厳しい条件で露光する際の線幅誤差を容易に許容範囲内に収めることができる。
【００１０】
この場合、一例としてその一方の平面に少なくとも孤立パターンが形成される。
また、一例として、その基板の一辺に対して、少なくとも４５°で交差する進相軸に平行な方向に関する複屈折量がその条件を満たす。
例えば直線偏光光でフォトマスクを照明する場合の偏光方向は、通常はその基板の一辺に平行か又は直交しているため、その進相軸がその一辺に０°又は９０°で交差している部分では、その基板を通過する直線偏光光の偏光状態は実質的に変化しない。従って、その一辺に対して４５°で交差する進相軸を持つ部分での複屈折量がその条件を満たすことで、その基板のその所定領域内のほぼ全面を通過する直線偏光光の偏光状態の変化は許容範囲内になる。
【００１１】
本発明による第２のマスク基板は、互いにほぼ平行な２つの平面の一方にパターンが形成されるフォトマスク用の基板（ＭＰ）であって、その一方の平面の所定領域内で、その基板の一辺（ＭＰｘ）と互いに異なる角度で交差する複数の進相軸（Ｐ１）にそれぞれ平行な方向に関する複屈折量が、少なくとも４５°で交差する進相軸（Ｃ１，Ｅ１）に平行な方向で最小となるものである。
【００１２】
上述のように、その進相軸がその一辺に０°又は９０°で交差している部分では、その基板を通過する直線偏光光の偏光状態は実質的に変化しない。従って、その一辺に対して４５°で交差する進相軸を持つ部分での複屈折量がその条件を満たすことで、その基板のその所定領域内のほぼ全面を通過する直線偏光光の偏光状態は許容範囲内になる。
これらの本発明のマスク基板において、一例としてその所定領域は、そのパターンの形成領域を含むものである。
【００１３】
また、本発明による第３のマスク基板は、一方の平面にパターンが形成されるフォトマスク用の基板（ＭＰ）であって、その基板の任意の一辺（ＭＰｘ）の方向と進相軸（Ｐ１）方向との成す角をθ、その基板の透過に際し、偏光方向がその進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向がその進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、その光路差γが次の条件を満たすものである。
【００１４】
γ ≦ α×ｃｏｓ2（２θ）＋β    …（１）
本発明のマスク基板は、直線偏光の露光ビームでフォトマスクを照明する場合の偏光方向は、通常はその基板の一辺に平行か又は直交していることを利用する。このとき、その進相軸がその一辺に０°又は９０°で交差している部分では、その基板を通過する直線偏光光の偏光状態は実質的に変化しない。従って、その一辺に対して４５°で交差する進相軸を持つ部分での光路差γ（複屈折量）を最も厳しく制限することで、その基板のほぼ全面を通過する直線偏光光の偏光状態の変化は許容範囲内になる。即ち、関数ｃｏｓ2（２θ）は、θが４５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【００１５】
これは、以下の第４から第６のマスク基板でも同様である。
即ち、本発明による第４のマスク基板は、その（１）式の代わりに、その光路差γが次の条件を満たすものである。
γ ≦ α×｛ｃｏｓ（４θ）＋１｝／２ ＋β    …（２）
この関数｛ｃｏｓ（４θ）＋１｝も、θが４５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【００１６】
そして、本発明による第５のマスク基板は、その（１）式の代わりに、その光路差γが次の条件を満たすものである。
γ ≦ α×ｃｏｓ4（２θ）＋β    …（３）
この関数ｃｏｓ4（２θ）も、θが４５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【００１７】
また、本発明による第６のマスク基板は、その（１）式の代わりに、その光路差γが次の条件を満たすものである。
γ ≦ α×ｃｏｔａｎ2（２θ）＋β    …（４）
この関数ｃｏｔａｎ2（２θ）も、θが４５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【００１８】
この場合、特に進相軸がその一辺となす角度θが０°又は９０°であるときには、その光路差γは発散し、制限がなくなる。しかしながら、露光ビームの偏光状態を偏光方向がマスク基板の一辺に平行又は直交となる直線偏光にする場合には、進相軸がその一辺となす角度が０°又は９０°である部分についてはマスク基板において偏光状態が変化しない。従って、その部分でγが大きい値になっても特に問題はない。
【００１９】
これらの本発明の第３から第６のマスク基板において、比例係数αは２ｎｍで、かつオフセット量βは０．８ｎｍ以下であることが望ましい。このとき、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば密集線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。
さらに、本発明の第３から第６のマスク基板において、比例係数αは２ｎｍで、かつオフセット量βは０．３ｎｍ以下であることが望ましい。これによって、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば孤立線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。
【００２０】
本発明のマスク基板において、一例としてその基板の厚さは６．３５ｍｍである。このときに、特にそのマスク基板を通過する露光ビームの偏光状態の変化が許容範囲内になる。
また、一例としてその基板の材料は合成石英又は蛍石である。
また、一例として、その一方の平面が研磨により平坦化されている。
【００２１】
また、その一方の平面にパターン形成用の薄膜が被着されていてもよい。これは本発明をいわゆるマスクブランクスに適用したものである。
次に、本発明によるフォトマスクは、本発明のマスク基板を備えたフォトマスクであって、そのマスク基板の所定領域の少なくとも一部にパターンが形成されたものである。
本発明のマスク基板を用いているため、露光ビームの偏光状態のフォトマスクにおける変化を所定の許容範囲内に収めることができる。
【００２２】
この場合、そのパターンは位相シフト部を含むことができる。
また、そのパターンは、露光装置によって感光体上に転写される回路パターンを含むことができる。
また、一例として、その回路パターンはその転写時に露光ビームが実質的に直線偏光状態で照射される偏光照明が適用される。
【００２３】
次に、本発明のフォトマスクの製造方法は、露光装置で用いられるフォトマスクの製造方法であって、本発明のマスク基板に対してその一方の平面に感光層を形成してパターニングを行うものである。
この場合、その所定領域内に位相シフト部を形成してもよい。
また、本発明の露光方法は、露光ビームでマスクを照明し、その露光ビームでそのマスク及び投影光学系を介して感光体を露光する露光方法において、そのマスクとして本発明のフォトマスクを使用するものである。
【００２４】
これによってフォトマスクにおける露光ビームの偏光状態の変化が少なくなるため、所望の偏光状態の露光ビームで正確に露光を行うことができる。
この場合、一例として、その露光ビームは実質的に直線偏光状態でそのマスクに照射される。
また、その露光ビームをそのマスクに照射する照明光学系の瞳面上で光軸との距離がほぼ等しい２つの領域で他の領域よりも光量が高められ、その２つの領域の中心を結ぶ直線と直交する方向をその露光ビームの偏光方向としてもよい。このような２極照明によって所定のパターンの解像度を向上できるとともに、偏光状態の制御を併用できるため、さらに解像度を向上できる。
【００２５】
また、本発明による第１のデバイス製造方法は、本発明のフォトマスクのパターンを感光体上に転写する工程を含むものである。
また、本発明の第２のデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いて回路パターンを感光体上に転写する工程を含むものである。
この場合、一例として製造対象のデバイスはフラッシュメモリ又はＣＰＵである。
【００２６】
また、本発明による露光装置の管理方法は、露光ビームでマスクを照明し、その露光ビームでそのマスク及び投影光学系を介して感光体を露光する露光装置の管理方法であって、そのマスクとして本発明のフォトマスクをロードする工程と、そのフォトマスクのパターンのその投影光学系による像に基づいてその露光装置の特性を求める工程とを含むものである。
【００２７】
本発明によれば、フォトマスクにおける露光ビームの偏光状態の変化を少なくできる。従って、フォトマスクに起因する特性とその他の要因による特定とを分離して露光装置を正確に評価できる。
この場合、その露光装置の特性はその投影光学系の結像特性を含むことができる。
また、一例として、そのパターンは、その露光ビームが実質的に直線偏光状態で照射される偏光照明が適用され、その露光装置の特性は、その偏光照明に関連する特性を含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、マスク基板を通過する際の露光ビームの偏光状態の変化を抑制することができるため、露光ビームの偏光状態を正確に所望の状態に設定して露光を行うことができる。
また、本発明の露光装置の管理方法によれば、露光ビームの偏光状態を制御して露光を行う場合に、フォトマスクに起因する誤差要因とその他の誤差要因とを分離して正確に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は、本例のフォトマスクを用いて露光を行う露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板（感光体）であるウエハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハの表面（ウエハ面）に平行な面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面に平行な面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００３０】
本実施形態の露光装置は、露光ビームとしての照明光（露光光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１（露光光源）として、本例では１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、その他にたとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置なども使用できる。
【００３１】
レーザ光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａ及び２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａ及び２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。従って、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、光軸ＡＸに沿って位相部材１０、デポラライザ（非偏光化素子）２０、及び回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。位相部材１０及びデポラライザ２０の構成及び作用については後述する。一般に、回折光学素子は、基板に照明光の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（又はフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００３２】
従って、回折光学素子４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ５の瞳位置に円形状の光強度分布、即ち円形状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子４は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ５を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子６に入射する。アフォーカルズームレンズ５は、回折光学素子４の発散原点と回折光学素子６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子６の回折面又はその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ５の倍率に依存して変化する。
【００３３】
輪帯照明用の回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、旦つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１やＸ方向２極照明用の回折光学素子６２やＹ方向２極照明用の回折光学素子６３と切り換え可能に構成されている。４極照明用の回折光学素子６０、円形照明用の回折光学素子６１、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２、及びＹ方向２極照明用の回折光学素子６３の構成及び作用については後述する。
【００３４】
回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７に入射する。ズームレンズ７の後側焦点面の近傍には、マイクロレンズアレイ（又はフライアイレンズ）８の入射面が位置決めされている。マイクロレンズアレイ８は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロレンズアレイは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。マイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００３５】
上述したように、回折光学素子４を介してアフォーカルズームレンズ５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子６に入射する。即ち、回折光学素子４は、角度光束形成機能を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。従って、回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７の後側焦点面に（ひいてはマイクロレンズアレイ８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輸帯状の照野を形成する。
【００３６】
マイクロレンズアレイ８の入射面に形成される輸帯状の照野の外径は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ７は、回折光学素子６とマイクロレンズアレイ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロレンズアレイ８に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面（照明光学系の瞳面）には、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数の光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００３７】
マイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたフォトマスクとしてのマスクＭを重畳的に照明する。マスクＭは、Ｘ方向及びＹ方向に平行な辺を持つ矩形又は正方形の所定の厚さのガラス基板（互いにほぼ平行な２つの平面（ＸＹ平面）を入射面又は射出面とする基板）よりなるマスク基板の一面に、クロム等の遮光膜や必要に応じて位相シフタ（位相シフト部材）を用いてデバイス用のパターンを形成したものである。本例の照明光は波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザであるため、そのマスク基板の材料はその照明光を透過する材料である合成石英である。その材料としては、蛍石（ＣａＦ2 ）なども使用できる。また、そのマスクＭは、そのガラス基板の一面（パターン面）に遮光膜が被着されたマスクブランクスにパターニングして製造することができる。そのガラス基板のパターン面を研磨によって平坦化しておいてもよい。
【００３８】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板（感光体）であるフォトレジストが塗布されたウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。ウエハＷ上の一つのショット領域の大きさを３３ｍｍ角として、投影光学系ＰＬの倍率を１／４とすると、マスクＭの所定領域としてのパターン形成領域の大きさは１３２（＝３３・４）ｍｍ角となる。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウエハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光又はスキャン露光を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域（区画領域）にはマスクＭのパターンの像が逐次露光される。
【００３９】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ（円形状の中心線の光軸ＡＸからの距離）が変化することなく、その幅（外径（直径）と内径（直径）との差の１／２）だけが変化する。即ち、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）及びその形状（輪帯比：内径／外径）をともに変更することができる。
【００４０】
また、ズームレンズ７の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さ及びその幅がともに変化する。即ち、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、輸帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４１】
なお、回折光学素子６に代えて回折光学素子６０を照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子６０は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４点状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子６０を介した光束は、マイクロレンズアレイ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。
【００４２】
４極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、４極状の二次光源の外径（４つの円形状の面光源に外接する円の直径）及び輪帯比（４つの円形状の面光源に内接する円の直経／４つの円形状の面光源に外接する円の直径）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、４極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、４極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４３】
また、回折光学素子４を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子６又は６０に代えて円形照明用の回折光学素子６１を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。この場合、アフォーカルズームレンズ５には光輪ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ５に入射した光束は、その倍率に応じて拡大又は縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、回折光学素子６１に入射する。
【００４４】
ここで、円形照明用の回折光学素子６１は、回折光学素子４と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子６１により形成された円形光束は、ズームレンズ７を介して、マイクロレンズアレイ８の入射面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面（照明光学系の瞳面ＰＩＬ）にも、図２（Ｃ）に示すように、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源１７が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ５の倍率又はズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【００４５】
また、本例では、その図２（Ｃ）の二次光源１７の外径を小さくしてコヒーレンスファクタ（いわゆるσ値）を例えば０．２〜０．４程度とした照明（以下、「小σ照明」と呼ぶ）も使用できるように構成されている。
さらに、回折光学素子６，６０又は６１に代えて回折光学素子６２を照明光路中に設定することによってＸ方向２極照明を行うことができる。Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、Ｘ方向に沿って間隔を隔てた２点状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子６２を介した光束は、マイクロレンズアレイ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って間隔を隔てた２つの円形状の照野からなる２極状の照野を形成する。その結果、図２（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面（照明光学系の瞳面）に、その入射面に形成された照野と同じＸ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
【００４６】
なお、この２極照明では、その２つの円形状の光軸ＡＸに関してほぼ対称な光量の大きい領域２１Ａ及び２１Ｂの間で、光軸ＡＸに関してほぼ対称な一対の小領域２１Ｃ及び２１Ｄでも光量を高めることが好ましい。この際に、その４つの領域２１Ａ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１ＢはＸ軸に平行な同一直線上に並ぶ。
また、回折光学素子６，６０，６１又は６２に代えて回折光学素子６３を照明光路中に設定することによってＹ方向２極照明を行うことができる。Ｙ方向２極照明用の回折光学素子６３は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、Ｚ方向（マスク上及びウエハ上においてＹ方向に対応する）に沿って間隔を隔てた２点状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子６３を介した光束は、マイクロレンズアレイ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に沿って間隔を隔てた２つの円形状の照野からなる２極状の照野を形成する。その結果、図２（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じＺ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
【００４７】
なお、この２極照明でも、その２つの円形状の光軸ＡＸに関してほぼ対称な光量の大きい領域２２Ａ及び２２Ｂの間で、光軸ＡＸに関してほぼ対称な一対の小領域２２Ｃ及び２２Ｄでも光量を高めることが好ましい。この際に、４つの領域２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２ＢはＺ軸に平行な同一直線上に並ぶ。
２極照明においても４極照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、２極状の二次光源の外径（２つの円形状の面光源に外接する円の直径）Ｄｏ及び輪帯比（２つの円形状の面光源に内接する円の直径Ｄｉ／２つの円形状の面光源に外接する円の直径Ｄｏ）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、２極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、２極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４８】
図３は、図１の位相部材及びデポラライザの構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、位相部材１０は、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された１／２波長板により構成されている。一方、デポラライザ２０は、楔形状の水晶プリズム２０ａと、この水晶プリズム２０ａと相補的な形状を有する楔形状の石英プリズム２０ｂとにより構成されている。水晶プリズム２０ａと石英プリズム２０ｂとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。レーザ光源１としてＡｒＦエキシマレーザ光源又はＫｒＦエキシマレーザ光源を用いている場合、これらの光源から射出される光の偏光度は典型的には９５％以上の偏光度を有するため、１／２波長板１０にはほぼ直線偏光の光が入射する。
【００４９】
１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０°又は９０°の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５°の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が９０°だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５°の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００５０】
本実施形態では、通常の露光時にはデポラライザ２０が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５°の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０°又は９０°の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５°の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０°だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００５１】
本実施形態では、上述したように、レーザ光源１からの直線偏光の光が１／２波長板１０に入射するが、以下の説明を簡単にするために、Ｐ偏光（図１中で１／２波長板の位置においてＺ方向に偏光方向を持つ直線偏光、以下「Ｚ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板１０に入射するものとする。デポラライザ２０を照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して０°又は９０°の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が変化することなくＰ偏光（Ｚ方向偏光）のまま通過して水晶プリズム２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａの結晶光学軸は入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して４５°の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム２０ａに入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換される。
【００５２】
水晶プリズム２０ａを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズム２０ｂを介して、非偏光状態でマスクＭ（ひいてはウエハＷ）を照明する。一方、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して４５°の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が９０°だけ変化し、Ｓ偏光（図１中で１／２波長板１０の位置においてＸ方向に偏光面を持つ直線偏光、以下「Ｘ方向偏光」と称する）の光になって水晶プリズム２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａの結晶光学軸は入射するＳ偏光（Ｘ方向偏光）の偏光面に対しても４５°の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム２０ａに入射したＳ偏光（Ｘ方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム２０ｂを介して、非偏光状態でマスクＭを照明する。
【００５３】
これに対し、デポラライザ２０を照明光路から退避させた場合、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して０°又は９０°の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が変化することなくＰ偏光（Ｚ方向偏光）のまま通過し、Ｐ偏光（Ｚ方向偏光）状態の光でマスクＭを照明する。一方、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して４５°の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０°だけ変化してＳ偏光の光になり、Ｓ偏光（Ｘ方向偏光）状態の光でマスクＭを照明する。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、デポラライザ２０を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態でマスクＭを照明することができる。また、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して０°又は９０°の角度をなすように設定することにより、Ｐ偏光（Ｙ方向偏光）状態でマスクＭを照明することができる。さらに、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ偏光（Ｚ方向偏光）の偏光面に対して４５°をなすように設定することにより、Ｓ偏光（Ｘ方向偏光）状態でマスクＭを照明することができる。
【００５５】
そこで、一例として本例では、図２（Ａ）の２極照明を用いるときには、照明光の偏光状態を、その光量の大きい２つの領域２１Ａ及び２１Ｂの中心を結ぶ直線に直交するＤ２方向（Ｚ方向）に偏光した直線偏光に設定する。この場合には、露光対象のパターンは、例えばＺ方向に対応するマスクＭ上でＹ方向に細長い複数のラインパターンをＸ方向に所定ピッチで配列したライン・アンド・スペースパターンか、又はマスクＭ上でＹ方向に細長い孤立パターンである。
【００５６】
また、図２（Ｂ）の２極照明を用いるときには、照明光の偏光状態を、その光量の大きい２つの領域２２Ａ及び２２Ｂの中心を結ぶ直線に直交するＤ１方向（Ｘ方向）に偏光した直線偏光に設定する。この場合には、露光対象のパターンは、例えばマスクＭ上でＸ方向に細長い複数のラインパターンをＹ方向（図２（Ｂ）のＺ方向に対応する方向）に所定ピッチで配列したライン・アンド・スペースパターンか、又はマスクＭ上でＸ方向に細長い孤立パターンである。
【００５７】
さらに、図２（Ｃ）の小σ照明を用いるときには、照明光の偏光状態を、転写対象のパターンがＺ方向に対応するＹ方向に細長いパターンが主であるときにはＤ２方向に偏光した直線偏光に設定する。一方、転写対象のパターンがＸ方向に細長いパターンが主であるときにはＤ１方向に偏光した直線偏光に設定する。
さて、このように照明光の偏光状態を制御して露光を行う際に、マスクＭが複屈折性を持ち、その複屈折量が大きくなると、その照明光の偏光状態がマスクＭを通過する際に変化して所望の結像性能が得られなくなる恐れがある。そこで、以下ではマスクＭに要求される複屈折量の許容範囲について説明する。
【００５８】
先ず、図１のマスクＭに照射される照明光の偏光状態の表現としては、図４に示すように、マスクＭの外形の辺に平行な方向（Ｘ軸又はＹ軸に平行な方向）に偏光している状態Ｓ１、Ｘ軸又はＹ軸に４５°で交差する方向に偏光している状態Ｓ２、及び右円偏光又は左円偏光の状態Ｓ３がある。状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれ上段の状態（図１のＸ軸に平行な方向に偏光した状態、Ｘ軸に対して反時計周りに４５°で傾斜した方向に偏光した状態、及び右円偏光状態）が＋１、下段の状態（図１のＹ軸に平行な方向に偏光した状態、Ｘ軸に対して反時計周りに１３５°で傾斜した方向に偏光した状態、及び左円偏光状態）が−１で表される。この際に、例えば状態Ｓ１で＋１の状態を状態Ｓ１（＋１）と呼ぶ。他の状態も同様である。また、Ｘ軸を基準として、状態Ｓ１（＋１）、Ｓ１（−１）、Ｓ２（＋１）、及びＳ２（−１）をそれぞれ０°、９０°、４５°、及び１３５°の直線偏光とも呼ぶ。
【００５９】
この場合、照明光の偏光度の定義として、本例では以下の特定偏光度(Degree of specific polarization )（以下、「ＤＳＰ」と言う。）を用いる。即ち、照明光を図４の状態Ｓ１（＋１）と、状態Ｓ１（−１）とに分解して考えたときに、そのＳ１（＋１）の光量をＩｘ、Ｓ１（−１）の光量をＩｙとする。このとき、ＤＳＰ（特定偏光度）は一例として以下のように光量の差分（Ｉｘ−Ｉｙ）の絶対値を全部の光量（Ｉｘ＋Ｉｙ）で割った値となる。
【００６０】
ＤＳＰ＝｜Ｉｘ−Ｉｙ｜／（Ｉｘ＋Ｉｙ）    …（１０）
このとき、ＤＳＰの範囲は以下のように０（偏光解消状態）から１（理想直線偏光状態）までとなる。
０≦ＤＳＰ≦１  …（１１）
照明光が全部図４の状態Ｓ１（＋１）（理想横偏光）、又は状態Ｓ１（−１）（理想縦偏光）であれば、ＤＳＰは１となる。そして、照明光が全部図４の状態Ｓ２又はＳ３であれば、ＤＳＰは偏光解消時（理想非偏光照明時）の値である０となる。
【００６１】
なお、ＤＳＰの定義としては、ＤＳＰ＝（Ｉｘ−Ｉｙ）／（Ｉｘ＋Ｉｙ）のように、理想横偏光時に＋１となり、理想縦偏光時に−１となるような定義も可能である。さらに、偏光度としてはその他にも種々の定義が提案されているが、以下では、偏光度とは（１０）式のＤＳＰを意味するものとする。
次に、図１のマスクＭの基板の材料である合成石英には、製造時のストレス等の影響からランダムな複屈折性があることが分かっている。
【００６２】
複屈折材料では、常光線の屈折率をｎｏ、異常光線の屈折率をｎｅとして、材料の厚さをｄ、照明光の波長をλとすると、その材料を透過する際の常光線と異常光線との光路差（光路長差）Ｍλは、次のようになる。ただし、Ｍは実数である。
Ｍλ＝｜ｎｅ−ｎｏ｜ｄ  …（１２）
その光路差と、入射時の照明光の偏光方向とその複屈折材料の結晶軸（例えば位相が速く進む進相軸）の方向とがなす角度とによって、その複屈折材料を通過した後の照明光の偏光状態が変化する。
【００６３】
図５に示すように、直線偏光の入射光ＩＬ１の偏光方向がその複屈折材料の結晶軸（例えば位相が速く進む進相軸）の方向２３に対して４５°で傾斜しているものとする。このときには、複屈折材料２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄの光路差Ｍλがλ／８からλ／２まで変化するのに応じて、射出される照明光ＩＬ２の偏光状態は、楕円偏光から偏光方向が入射時の方向と直交する直線偏光まで変化する。
【００６４】
図６は、図５の原理説明図であり、図６において横方向の偏光成分（横波）２６Ａに対して縦方向の偏光成分（縦波）２６Ｂの位相が遅れているものとして、入射光ＩＬ１の偏光方向２５が斜め方向であるとする。このとき、入射光ＩＬ１の進行方向２７に光路差が０から（７／８）λまで変化するのに応じて、射出される照明光ＩＬ２の偏光状態が変化するのが分かる。
【００６５】
次に、照明光が複屈折材料を通過する際の偏光状態の変化について場合分けすると、入射する直線偏光の照明光の偏光面と複屈折軸（例えば進相軸、又は進相軸に対して位相が遅れる遅相軸）とが一致していると、射出される際の偏光状態は保たれる。一方、入射する照明光の偏光面と複屈折軸とが４５°で傾斜しているときには、射出される際には楕円偏光となり、偏光状態は解消される。
【００６６】
偏光状態の変化は、以下の場合を考慮すればよい。
１）図４の状態Ｓ１（０°、９０°の直線偏光）と状態Ｓ３（円偏光）との間（図７の右側）
２）図４の状態Ｓ２（４５°、１３５°の直線偏光）と状態Ｓ３との間
３）図４の状態Ｓ１（０°、９０°の直線偏光）と状態Ｓ２（４５°、１３５°の直線偏光）との間（図７の左側）
これに対して、図４の状態Ｓ１を基準に考えた場合、状態Ｓ２と状態Ｓ３との間の変化は特に考慮する必要はない。
【００６７】
偏光状態の変化の量的な検討に際して、複屈折量がλ／４（波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）で約４８ｎｍ）で、直線偏光が円偏光となる。そこで先ず、マスク基板の複屈折量の許容値はこれ以下と考える。即ち、直線偏光と円偏光との間の変化までを考え、偏光状態の符号の逆転（図４で例えば状態Ｓ１（＋１）がＳ１（−１）に変わること）までは考えない。
【００６８】
また、ここではマスク基板の厚さとして、現状で一般に使用されている厚さ６．３５ｍｍを考える。以下では、マスク基板の材料（例えば合成石英）としての厚さ１ｃｍあたりの複屈折量（ｎｍ）から、マスク基板の厚さ６．３５ｍｍでの複屈折量を求め、結晶方位角（例えば進相軸の方向に対する照明光の偏光方向の角度）と複屈折量とに対する偏光状態の変化を求める。
【００６９】
最初は理想的な直線偏光を前提とする。
図８は、結晶方位角と複屈折量とに対する偏光状態の変化の一例を示し、この図８において、横軸はマスク基板の進相軸に対する直線偏光の入射光（状態Ｓ１とする）の偏光方向の角度（ｄｅｇ）、縦軸は単位長さあたりの複屈折量（ｎｍ／ｃｍ）である。図８において、数値（０−０．１）の部分では、入射時の状態Ｓ１の０〜１０％までが射出時に状態Ｓ２，Ｓ３に変化し、数値（０．１−０．２）の部分では、入射時の状態Ｓ１の１０〜２０％までが射出時に状態Ｓ２，Ｓ３に変化し、数値（０．２−０．３）の部分では、入射時の状態Ｓ１の２０〜３０％までが射出時に状態Ｓ２，Ｓ３に変化する。また、結晶方位角が０°、９０°付近であれば、状態Ｓ１は射出時にもほぼ状態Ｓ１のままであり、結晶方位角が４５°、１３５°付近であれば、状態Ｓ１は射出時に状態Ｓ２，Ｓ３に変わり易いことが分かる。
【００７０】
また、入射する照明光が完全な直線偏光（状態Ｓ１）でない場合、残留する円偏光（状態Ｓ３）が複屈折によって状態Ｓ１に戻ることがある。その変化量は、状態Ｓ１から状態Ｓ３への変化の場合と同じであるが、状態Ｓ３は状態Ｓ１（＋１）又はＳ１（−１）に分かれる。
この場合、状態Ｓ１（＋１）から状態Ｓ３への変化と、状態Ｓ３から状態Ｓ１（＋１）への変化との効果が相補する場合と、状態Ｓ１（＋１）から状態Ｓ３への変化と、状態Ｓ３から状態Ｓ１（−１）への変化との効果が相乗する場合とがある。
【００７１】
そこで、以下のような状態Ｓ１〜Ｓ３の光量比を持つ偏光状態の照明光のモデル（モデル照明光）を想定する。また、入射する照明光の偏光面と結晶軸とがなす角度は４５°とした。
状態Ｓ１：０．７
状態Ｓ２：０．２７
状態Ｓ３：０．５３
図９は、この場合に入射するモデル照明光が射出する際の偏光度の劣化の状態を示す。図９において、横軸はマスク基板の複屈折量（ｎｍ／ｃｍ）、縦軸は（１０）式の偏光度であるＤＳＰの劣化量を示し、実線２８Ｂはそのモデル照明光で劣化が少ない場合、実線２８Ｃはそのモデル照明光で劣化が多い場合、実線２８Ａは入射光が状態Ｓ１のみの場合の劣化量を示す。
【００７２】
次に、照明光の偏光度変化の結像への影響を検討する。偏光度変化では孤立線の像の線幅変化が最も敏感である。
ここでは、図１３（Ｂ）に示すように、両側の端部３３Ａ，３３Ｂの位相が０°、１８０°（π）で線幅ｄ（投影像での線幅）が３２ｎｍの孤立線パターン３２を転写するものとする。この場合の、波長は１９３ｎｍ、投影光学系の開口数ＮＡは０．８５、照明条件は図２（Ｃ）の小σ照明で照明σ値は０．２５とした。
【００７３】
図１０（Ａ）は、その場合に照明光の偏光度が目標値ＤＳＰｔａ（右側の０から１まで０．１ステップで変化）に対して異なっているときに転写されるパターンの線幅（クリティカルディメンジョン）ＣＤの変化を示し、図１０（Ａ）の横軸は実際の偏光度ＤＳＰａｃ、縦軸は転写されるパターンの線幅ＣＤ（ｎｍ）である。図１０（Ａ）において、例えば目標値ＤＳＰｔａが１の場合、実際の偏光度ＤＳＰａｃが１のときに線幅ＣＤは本来の線幅３２ｎｍとなり、実際の偏光度ＤＳＰａｃが０のときには線幅ＣＤはほぼ１８ｎｍと最も狭くなっている。このように実際の偏光度ＤＳＰａｃが目標値ＤＳＰｔａと合致しているときに、線幅ＣＤは本来の線幅３２ｎｍとなる。図１０（Ａ）から、実際の偏光度ＤＳＰａｃの目標偏光度ＤＳＰｔａからのずれが大きくなる程、線幅ＣＤが大きく変化することが分かる。
【００７４】
また、図１０（Ａ）から、線幅の変化量ΔＣＤを０．５ｎｍとすると、偏光度の目標値ＤＳＰｔａに関わらず、実際の偏光度の変化量ΔＤＳＰはほぼ０．０７となることが分かる。従って、その変化量ΔＣＤを「線幅の許容誤差」、その変化量ΔＤＳＰを「偏光度の許容誤差」と呼ぶと、線幅の許容誤差ΔＣＤを０．５ｎｍ以下（−０．５ｎｍ≦ΔＣＤ≦０．５ｎｍ）とするためには、偏光度の許容誤差ΔＤＳＰは±０．０７以内（幅でほぼ０．１５以内）であることが分かる。その許容誤差ΔＣＤのうちのマスク分を１０％（０．０５ｎｍ）とすると、マスク基板に許容される偏光度の変化の許容値は幅で０．０１５となる。
【００７５】
図１０（Ｂ）は、偏光度０を基準にした各偏光度（横軸）での最適露光量の相対値（縦軸）を示し、図１０（Ｂ）から偏光度が大きくなる程、像コントラストが向上して、線幅が太くなるのを補正するための露光量増大が必要であることが分かる。このため、偏光度が高くなると、露光量が増大する。
次に、密集線のパターンの像の線幅変化について検討する。ここでは、図１３（Ａ）に示すように、線幅（投影像での線幅）が７５ｎｍのラインパターン３１（例えば透過率６％のハーフトーン）をＸ方向に所定ピッチで配列してなるライン・アンド・スペースパターンを転写するものとする。この場合の、波長は１９３ｎｍ、投影光学系の開口数ＮＡは０．９５、照明σ値は０．９５で、図２（Ａ）の２極照明（必ずしも最適照明ではない）を使用し、線幅ターゲットは６５ｎｍとした。
【００７６】
図１１（Ｂ）は、その場合に照明光の偏光度（ＤＳＰ）が変化したときに転写される各ラインパターンの線幅ＣＤ（ｎｍ）の変化を示し、図１１（Ａ）はそのときの像コントラストの変化を示している。
図１１（Ｂ）より、偏光度（ＤＳＰ）がほぼ０．１２５変化すると（ＤＳＰ＝０．５付近で）、線幅がほぼ０．５ｎｍ変化することが分かる。これを言い換えると、線幅の許容誤差を０．５ｎｍ以下とするためには、偏光度の許容誤差は±０．１２５以内（幅で０．２５以内）である。その線幅の許容誤差のうちのマスク分を１０％（０．０５ｎｍ）とすると、マスク基板に許容される偏光度の変化の許容値は幅で０．０２５となる。
【００７７】
次に、図１１の場合よりも線幅ターゲットを広くして７０ｎｍとした場合を図１２に示す。
図１２は、その場合に照明光の偏光度（ＤＳＰ）が変化したときに転写される各ラインパターンの線幅ＣＤ（ｎｍ）の変化を示している。このように線幅ターゲットを広くすると、偏光度の変化に対する線幅ＣＤの変化が緩やかになる。
【００７８】
図１２より、偏光度（ＤＳＰ）がほぼ０．２５変化すると（ＤＳＰ＝０．５付近で）、線幅がほぼ０．５ｎｍ変化することが分かる。これを言い換えると、線幅の許容誤差を０．５ｎｍ以下とするためには、偏光度の許容誤差は±０．２５以内（幅で０．５以内）である。その線幅の許容誤差のうちのマスク分を１０％とすると、マスク基板に許容される偏光度の変化の許容値は幅で０．０５となる。
【００７９】
マスク基板に求められる複屈折量の許容値は、図１０（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１２の検討から以下のようになる。
先ず、図１０（Ａ）のように孤立線パターンを露光する場合に、完全直線偏光前提では、ＤＳＰの低下量を０．０１５以下とするためには、マスク基板の複屈折量は１．５（ｎｍ／ｃｍ）以下となる。
【００８０】
これは、図９の実線２８Ａ（入射光が状態Ｓ１）において、ＤＳＰの最大劣化量が０．１５となるときの複屈折量が約１５ｎｍ／ｃｍであることから、その複屈折量を１／１０にすることによって求められる。
また、上記の偏光状態の割合が規定されたモデル照明光では、ＤＳＰの低下量を０．０１５以下とするためには、マスク基板の複屈折量は１．２（ｎｍ／ｃｍ）となる。これは、図９の実線２８Ｃ（モデル照明光で劣化量が多い場合）において、ＤＳＰの最大劣化量が０．１５となるときの複屈折量が約１２ｎｍ／ｃｍであることから、その複屈折量を１／１０にすることによって求められる。
【００８１】
この複屈折量は、マスク基板の厚さ（６．３５ｍｍ）全体では０．８ｎｍとなる。
図１７（Ａ）は本例のマスクＭのマスク基板ＭＰを示し、この図１７（Ａ）において、図１７（Ａ）のような孤立線ＰＡ１を露光する場合には、パターン形成領域ＰＡ内の各点Ｐでの進相軸Ｐ１と遅相軸Ｐ２との光路長の差が０．８ｎｍ以下となる。
次に、図１１（Ｂ）のように密集線パターンを露光する場合に、上記の偏光状態が規定されたモデル照明光を用いてＤＳＰの低下量を０．０２５以下とするためには、マスク基板の複屈折量は２（ｎｍ／ｃｍ）となる。これは、図９の実線２８Ｃ（モデル照明光で劣化量が多い場合）において、ＤＳＰの最大劣化量が０．２５となるときの複屈折量が約２０ｎｍ／ｃｍであることから、その複屈折量を１／１０にすることによって求められる。
【００８２】
この複屈折量はマスク基板の厚さ全体では１．３ｎｍとなる。
また、図１７（Ａ）のマスクＭを用いて図１７（Ｂ）の密集線パターンＰＡ２を露光する場合に、図１７（Ａ）のマスク基板ＭＰのパターン形成領域ＰＡ内の各点Ｐでの進相軸Ｐ１と遅相軸Ｐ２との光路長の差は１．３ｎｍ以下となる。
また、図１２のようにより粗い条件で密集線パターンを露光する場合に、上記の偏光状態が規定されたモデル照明光を用いてＤＳＰの低下量を０．０５以下とするためには、マスク基板の複屈折量は４（ｎｍ／ｃｍ）となる。これは、図１１（Ｂ）の場合の複屈折量を２倍にすることによって求められる。
【００８３】
この複屈折量はマスク基板の厚さ全体では２．６ｎｍとなる。
また、複屈折量がその許容値を超えるマスク基板については、より粗いパターン等を露光する場合に使用可能である。
なお、本例ではマスク基板の複屈折量の許容値をｎｍ／ｃｍで規定したが、その複屈折量の許容値をマスク基板の全部の厚さを通過する際の複屈折量（ｎｍ）で表してもよい。
【００８４】
上記のようにマスク基板の厚さが６．３５ｍｍのときの複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ、２ｎｍ／ｃｍ、又は４ｎｍ／ｃｍであるときには、全部の厚さを通過する際の複屈折量はそれぞれ約０．８ｎｍ、１．３ｎｍ、又は２．６ｎｍとなる。
従って、マスク基板の厚さに関わらず、照明光がマスク基板の全部の厚さを通過する際の複屈折量をそれぞれ０．８ｎｍ以下、１．３ｎｍ以下、又は２．６ｎｍ以下としてもよい。これによって、それぞれ孤立線で偏光度の要求の厳しいパターン、密集線で偏光度の要求の厳しいパターン、又は密集線で偏光度の影響の少ないパターンを良好に転写できる。
【００８５】
なお、図１３（Ｃ）に示すように、ラインパターン３１の間のスペース部に一つおきに位相がπの位相シフター３４を設けた位相シフト型の密集パターンを露光する場合には、図２（Ｃ）のようにコヒーレンスファクタが０．２〜０．４程度の二次光源からの照明光を用いる小σ照明を用いてもよい。この際に、密集パターンの周期方向がＸ方向（ラインパターン３１の長手方向はＹ方向）である場合には、図２（Ｃ）の二次光源１７における照明光はＤ２方向（Ｙ方向に対応するＺ方向）を偏光方向とする直線偏光とすることが好ましい。また、その密集パターンの周期方向がＹ方向である場合には、図２（Ｃ）の二次光源１７における照明光はＤ１方向（Ｘ方向）を偏光方向とする直線偏光とすることが好ましい。これらの場合に、本例のマスク基板は複屈折量が小さく、マスクを通過する際に照明光の偏光状態が殆ど変化しないため、所望の良好な結像特性を得ることができる。
【００８６】
また、図１３（Ｄ）に示すように、孤立線パターン３２を覆うように位相が０及びπの端部３３Ａ，３３Ｂが設けられた孤立線パターンを転写する場合にも、上記のコヒーレンスファクタが０．２〜０．４程度の小σ照明を用いてもよい。この際に、孤立線パターン３２の長手方向がＹ方向（又はＸ方向）であれば、図２（Ｃ）の二次光源１７における照明光はＤ２方向（又はＤ１方向）を偏光方向とする直線偏光とすることが好ましい。この例では、１回の露光では、図１３（Ｄ）の孤立線パターン３２の像の上下に境界部３５Ａ及び３５Ｂの像が転写されることがあるため、それらの境界部３５Ａ及び３５Ｂの像を消すための二重露光を行うことがさらに好ましい。これらの場合にも、本例のマスク基板は複屈折量が小さく、マスクを通過する際に照明光の偏光状態が殆ど変化しないため、所望の良好な結像特性を得ることができる。
【００８７】
なお、図１３（Ｃ）では位相シフト部として、位相シフター３４を設けるものとしたが、その代わりにマスク基板に部分的に他の領域と位相が１８０°異なるような凹部を形成してもよい。同様に、図１３（Ｂ）及び図１３（Ｄ）の位相がπの端部３３Ｂについても、位相が１８０°の位相シフターから形成してもよく、位相が１８０°異なる凹部から形成してもよい。
【００８８】
また、上記の実施形態では照明光の波長λは１９３ｎｍであるため、複屈折量の許容値Δｂｉをその波長λで割った値（例えば０．８／１９３、１．３／１９３、又は２．６／１９３）を、複屈折量の許容値としてもよい。これによれば、照明光の波長λに関わらずその許容値を適用できる。
本例で使用できるマスクの複屈折量の分布は、例えば図１４（Ａ）のマスク基板ＭＰ１の分布となる。これに対して、図１４（Ｂ）のマスク基板ＭＰ２のように、進相軸の方向が様々で、かつ複屈折量が大きいものが混じっている場合には、本例のパターン形成領域の全域で２．６ｎｍ以内の複屈折量を要求する用途には適さない。ただし、マスク基板ＭＰ２も、照明光の偏光状態を制御しないで露光を行うマスク用としては使用することができる。
【００８９】
すなわち、例えばマスクの製造工程において、そのマスク基板の複屈折量に応じて用途が異なるマスクとして使い分けるようにしてもよい。一例として、例えば複屈折量の平均値又は最大値に応じてマスク基板を複数段階にランク分けしておき、図２（Ａ）の偏光状態が所定状態に設定された２極照明又は４極照明等で照明される極めて細い線幅のパターンが形成されるマスク用には最も複屈折量が小さいランクのマスク基板を使用し、通常の円形の二次光源からの非偏光状態の照明光で照明される粗い線幅のパターンが形成されるマスク用には、最も複屈折量が大きいランクのマスク基板を使用し、それらの間では必要なパターン精度に応じたランクのマスク基板を使用すればよい。このように、複屈折量に応じて当該マスク基板を異なる用途のマスクとして使い分けることができるのは、以下の実施形態でも同様である。
【００９０】
なお、図１４（Ａ），（Ｂ）において、様々の方向の線分３６は、その方向がその点における進相軸の方向を示し、その長さはその点における複屈折量を示している。また、線分３７は、マスク基板の厚さを通過したときの複屈折量が２ｎｍである複屈折量を比較のために示している。また、マスク基板ＭＰ１及びＭＰ２のいずれにおいても、複屈折量の計測は、パターン形成領域を含むほぼ２００ｍｍ角の計測領域ＰＢ内で行われている。
【００９１】
なお、上記の実施形態では、マスク基板のパターン形成領域内の全域で複屈折量が所定の許容値以下になるようにしていた。しかしながら、実用的には、マク基板の外形の一辺に対して少なくとも４５°（これは１３５°で交差する場合と等価である）で交差する進相軸（又は遅相軸でもよい）を持つ点のみで、上記の複屈折量の条件（例えば複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ、２ｎｍ／ｃｍ、又は４ｎｍ／ｃｍ以下）を課してもよい。
【００９２】
即ち、図１７（Ａ）のマスクＭにおいて、マスク基板ＭＰはほぼＸ方向に平行な辺ＭＰｘとほぼＹ方向に平行な辺ＭＰｙとを隣接する２辺とする正方形又は長方形の基板であり、マスク基板ＭＰ中で辺ＭＰｘ及びＭＰｙに平行な辺で囲まれた正方形又は長方形のパターン形成領域ＰＡ内にデバイス用のパターンが形成される。一般に、マスクＭのパターン形成領域ＰＡ内に形成されるパターンの大部分は、Ｘ方向若しくはＹ方向に周期性を持つパターン、又はＸ方向若しくはＹ方向に長いパターンである。従って、照明光の偏光状態を制御する場合には、その照明光はＤ１方向、即ち辺ＭＰｘに平行な方向、又はＤ２方向、即ち辺ＭＰｙに平行な方向を偏光方向とする直線偏光に設定されることが多い。
【００９３】
そして、本例では、例えば辺ＭＰｘを基準として、マスク基板ＭＰのパターン形成領域ＰＡ内の任意の点Ｐの進相軸Ｐ１の辺ＭＰｘに対する時計周りの角度をθとする。このとき、点Ｐにおける遅相軸Ｐ２は進相軸Ｐ１に実質的に直交している。なお、他の辺ＭＰｙ等を基準としてもよい。そして、パターン形成領域ＰＡ内で、点Ａではその進相軸Ａ１が辺ＭＰｘに平行（θ＝０）であり、点Ｂではその進相軸Ｂ１が辺ＭＰｘに直交（θ＝９０°）しており、点Ｃではその進相軸Ｃ１が辺ＭＰｘに４５°で交差（θ＝４５°）しており、点Ｅではその進相軸Ｅ１が辺ＭＰｘに１３５°で交差（θ＝１３５°）しているものとする。
【００９４】
この状態で、マスクＭ（マスク基板ＭＰ）に入射する照明光が辺ＭＰｘ又はＭＰｙに平行な方向に偏光した直線偏光である場合には、点Ａ及び点Ｂに入射する照明光は、偏光状態が変化することなくマスクＭを透過する。これに対して、点Ｃ及び点Ｅに入射する照明光は、偏光状態が最も大きく変化してマスクＭを透過する。従って、進相軸の方向が辺ＭＰｘ（又は辺ＭＰｙ）に対して４５°（これは１３５°と等価である）で交差する点Ｃ及び点Ｅのみで、上記の複屈折量の条件を課すことによって、パターン形成領域ＰＡ内のほぼ全面において入射する照明光の偏光状態の変化は許容範囲内に収まると考えられる。
【００９５】
また、予め例えばパターン形成領域ＰＡ内の一部の領域にのみ微細な孤立線パターンが形成され、その他の領域には粗いパターンが形成されることが分かっている場合には、その微細な孤立線パターンが形成される領域（これが所定領域に対応する）のみで上記の複屈折量の条件を課してもよい。
なお、マスク基板の撓みによっても複屈折量が変化する恐れがあるが、これについては例えばマスク基板の吸着による撓みが大きい場合等に、考慮すれば良い。
【００９６】
また、図１の露光装置でマスクＭは不図示のマスクステージに保持されるが、その保持されたマスクの変形量（撓み量などを含む）を予め計算し、その変形量による影響が無視できないときはその変形量を考慮することが好ましい。一例として、現在の露光装置ではその保持によってマスク基板に発生する複屈折量は２．０ｐｍ／ｃｍ程度であるので、無視して構わない。これは以下の実施形態でも同様である。
【００９７】
［第２の実施形態］
図１７（Ａ）を参照して説明したように、マスクＭに対する照明光の偏光状態を制御する場合、通常はマスクＭに入射する照明光がマスク基板ＭＰの一つの辺ＭＰｘ（又はＭＰｙ）に平行な方向又はその辺に直交する方向に偏光した直線偏光となるように制御される。この場合、その辺ＭＰｘに対する角度θが０°又は９０°である進相軸Ａ１，Ｂ１を持つ点Ａ，Ｂから、その角度θが４５°又は１３５°である進相軸Ｃ１，Ｅ１を持つ点Ｃ，Ｅに至るにつれて、入射する照明光のマスクＭを通過した後の偏光状態の変化が大きくなる。そこで、本例では、その進相軸（又は遅相軸でもよい）のマスク基板ＭＰの一つの辺ＭＰｘに対する角度θが０°及び９０°のときに複屈折量の許容範囲を最大にして、その角度θが４５°及び１３５°のときに複屈折量の許容範囲が最小になるように、複屈折量の許容範囲を定めることによって、マスクＭのパターン領域ＰＡの全面で入射する照明光の偏光状態の変化を許容範囲内に収める。
【００９８】
即ち、本例では、図１７（Ａ）の一方の平面にパターンが形成されるマスク基板ＭＰにおいて、そのマスク基板の一つの辺ＭＰｘの方向と進相軸方向との成す角をθ、そのマスク基板の透過に際し、偏光方向がその進相軸の方向と一致する直線偏光と、偏光方向がその進相軸に直交する方向と一致する直線偏光との間に生じる光路差をγとするとき、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、その光路差γを次のように設定してもよい。
【００９９】
γ ≦ α×ｃｏｓ2（２θ）＋β  …（１３）
これによって第１の実施形態と同様に、マスク基板ＭＰを通過する照明光の偏光度（偏光状態）の変化を許容範囲内にできる。このとき、関数ｃｏｓ（２θ）は図１６（Ａ）のように変化し、関数｛ｃｏｓ2（２θ）｝は、図１６（Ｂ）のように角度θが４５°及び１３５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【０１００】
この場合、例えばオフセット量β＝１ｎｍ，比例係数α＝２ｎｍとすると、進相軸が４５°、１３５°方向でγ（複屈折量）は１ｎｍ以下となり、進相軸が０°、９０°方向でγ（複屈折量）は３ｎｍ以下になる。
また、別の例として、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、その光路差γを次のように設定してもよい。
【０１０１】
γ ≦ α×｛ｃｏｓ（４θ）＋１｝／２ ＋β  …（１４）
このときも、関数｛ｃｏｓ（４θ）＋１｝は、図１５（Ａ）に示すように、角度θが４５°及び１３５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
この場合、例えばオフセット量β＝１ｎｍ，比例係数α＝２ｎｍとすると、進相軸が４５°、１３５°方向でγは１ｎｍ以下、進相軸が０°、９０°方向でγは３ｎｍ以下になる。
【０１０２】
また、別の例として、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、その光路差γを次のように設定してもよい。
γ ≦ α×ｃｏｓ4（２θ）＋β  …（１５）
このときも、関数ｃｏｓ4（２θ）は、図１６（Ｃ）に示すようにθが４５°及び１３５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
【０１０３】
この場合、例えばオフセット量β＝１ｎｍ，比例係数α＝２ｎｍとすると、進相軸が４５°、１３５°方向でγは１ｎｍ以下、進相軸が０°、９０°方向でγは３ｎｍ以下になる。
また、さらに別の例として、０以上で２ｎｍ以下の比例係数αと０より大きく１ｎｍ以下のオフセット量βとを用いて、その光路差γを次のように設定してもよい。
【０１０４】
γ ≦ α×ｃｏｔａｎ2（２θ）＋β  …（１６）
このときも、関数ｃｏｔａｎ2（２θ）は、図１６（Ｃ）に示すようにθが４５°及び１３５°のときに最小値０となり、そのときの光路差γはβとなる。
この場合、例えばオフセット量β＝１ｎｍ，比例係数α＝２ｎｍとすると、進相軸が４５°、１３５°方向でγは１ｎｍ以下、進相軸が１５°、７５°方向でγは７ｎｍ以下になる。
【０１０５】
この例では、特に進相軸が０°、９０°方向に対してはγは発散し、制限がなくなるが、露光ビームの偏光状態を偏光方向がマスク基板の一辺に平行又は直交となる直線偏光にする場合には、進相軸が０°、９０°方向である部分についてはマスク基板において偏光状態が変化しないため、その部分でγが大きい値になっても特に問題はない。
これらのマスク基板において、比例係数αは２ｎｍで、かつオフセット量βは０．８ｎｍ以下であることが望ましい。このとき、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば密集線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。
【０１０６】
さらに、そのマスク基板において、比例係数αは２ｎｍで、かつオフセット量βは０．３ｎｍ以下であることが望ましい。これによって、露光ビームがそのマスク基板を通過する際の偏光度の変化量を、例えば孤立線で偏光度の要求が厳しいパターンの露光に適した程度に抑制できる。
［第３の実施形態］
本例では、上述の図１の投影露光装置の管理方法の一例につき説明する。
【０１０７】
第１ステップ）図１のマスクＭとして上記の第１の実施形態でマスク基板のパターン形成領域内の全域で複屈折量が所定の許容値以下（例えば複屈折量が１．２ｎｍ／ｃｍ以下）とされたマスクをロードする。そのマスクは、例えば図１４（Ａ）のマスク基板ＭＰ１にパターニングされたものである。
第２ステップ）そのマスクのパターンの投影光学系ＰＬによる像に基づいてその露光装置の特性を求める。具体的に、最初は図１の照明光の偏光状態を非偏光状態に設定して、そのマスクのパターンを投影光学系ＰＬを介してフォトレジストの塗布された第１のウエハ上に露光する。次に、図１の照明光の偏光状態をマスク上でＸ方向又はＹ方向を偏光方向とする直線偏光に設定して、そのマスクのパターンを投影光学系ＰＬを介してフォトレジストの塗布された第２のウエハ上に露光する。
【０１０８】
その後、フォトレジストの現像後に、その第１及び第２のウエハ上に露光されたパターン像の線幅等を計測して、解像度を比較することによって、照明光を直線偏光にすることによる解像度の改善率を求めることができる。その解像度は、その投影露光装置の特性の一例としての投影光学系ＰＬの結像特性である。この際に、本例によれば、マスクにおける偏光状態の変化が殆どないため、マスクに影響されることなく、投影光学系ＰＬ（投影露光装置）の結像特性のみを正確に計測できる。
【０１０９】
このように本例では、そのパターンは、その照明光が実質的に直線偏光状態で照射される偏光照明が適用され、その投影露光装置の特性は、その偏光照明に関連する特性を含んでいる。
なお、この例では試し焼きによって投影されたパターン像の線幅等を計測しているが、その他に例えばウエハＷを保持するウエハステージ側に、スリット及びこのスリットを通過した露光光を集光して光電変換する光電変換部を備えた空間像計測装置を設け、そのパターン像の強度分布をその空間像計測装置で計測し、この計測結果に基づいてその線幅等を計測してもよい。この空間像計測方式によれば、短時間に投影光学系ＰＬの結像特性を計測できる。さらに、空間像の他に、所定次数の回折光等の光量を計測して、その結像特性を求めても良い。
【０１１０】
なお、上記実施形態では図１３に示すように、位相部材１０及びデポラライザ２０を用いて偏光状態を制御するものとしたが、これに限定されるものでなく、例えば国際公開２００５／０３６６１９号に開示された構成を採用してもよい。即ち、図３のデポラライザ２０と同様に楔形の水晶プリズム（入射側）と、これと相補的な楔形の石英プリズムとから構成される第１のプリズム組立体と、この構成とは対称に楔型の石英プリズム（入射側）と、これと相補的な楔型の水晶プリズムとにより構成される第２のプリズム組立体とを備え、この２組のプリズム組立体の光軸の周りの相対回転角の制御によって、入射する直線偏光光をＳ偏光成分とＰ偏光成分との混合比が任意の割合に設定された照明光に変換して射出する。そして、射出された照明光からＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離して、例えば照明光学系の瞳面内の光軸上の第１領域と光軸外の第２領域とにそれぞれそのＳ偏光成分及びＰ偏光成分を供給して、その照明光学系からの偏光状態が制御された照明光を用いてマスクを照明するような場合にも、本発明のフォトマスク又はマスク基板を用いることによって、マスク基板での照明光の偏光状態の変化を小さくできるため、例えば高い解像度で露光を行うことができる。
【０１１１】
また、上記の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【０１１２】
なお、特に、ＲＡＭ等のメモリー、システムＬＳＩ（特に、今後、最も微細なデバイスであるフラッシュメモリー）、又はＣＰＵなどのデバイス用のパターンを、上記の実施形態の投影露光装置を用いて高精度に形成することができる。この際に、マスク基板として上記の実施形態のように複屈折量が小さいものを使用して、かつ図２（Ａ）又は図２（Ｂ）を参照して説明した偏光状態を制御した２極照明のような、偏光状態を制御した変形照明を用いてマスクを照明することによって、形成されるパターンの精度を向上することができる。
【０１１３】
なお、本発明は、走査型露光装置のみならず、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の投影露光装置で露光を行う場合にも適用できることは明きらかである。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号で開示されている液浸型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。また、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
【０１１４】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【０１１５】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、マスク基板を通過する際の露光ビームの偏光状態の変化を抑制することができるため、露光ビームの偏光状態を正確に所望の状態に設定して露光を行うことができる。従って、例えば孤立線や密集線等からなるパターンを含むデバイスを高精度に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の投影露光装置を示す図である。
【図２】図１の照明光学系の瞳面の光量分布の例を示す図である。
【図３】図１中の照明光の偏光状態を制御する光学部材を示す図である。
【図４】照明光の３種類の偏光状態を示す図である。
【図５】複屈折材料の厚さによって入射光の偏光状態が変わる様子を示す図である。
【図６】入射光の偏光状態が変わる様子の説明図である。
【図７】照明光の偏光状態の変化の例を示す図である。
【図８】結晶方位角及び複屈折量と偏光状態の変化との関係を示す図である。
【図９】複屈折量と偏光度の劣化との関係を示す図である。
【図１０】偏光度と投影像の線幅の変化との関係の一例を示す図である。
【図１１】（Ａ）は偏光度と像のコントラストとの関係の一例を示す図、（Ｂ）は偏光度と投影像の線幅の変化との関係の別の例を示す図である。
【図１２】偏光度と投影像の線幅の変化との関係の更に別の例を示す図である。
【図１３】投影されるパターンの例を示す要部の拡大図である。
【図１４】（Ａ）は複屈折量が小さいマスク基板の一例を示す平面図、（Ｂ）は複屈折量が大きいマスク基板の一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態で使用される関数の例を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態で使用される関数の別の例を示す図である。
【図１７】（Ａ）は本発明の実施形態で使用されるマスク基板内における進相軸の方向の定義の一例を示す平面図、（Ｂ）は転写対象の孤立線パターンの一例を示す拡大図、（Ｃ）は転写対象のライン・アンド・スペースパターンの一例を示す拡大図である。
【符号の説明】
【０１１８】
Ｍ…マスク、ＭＰ…マスク基板、ＭＰｘ，ＭＰｙ…辺、ＰＡ…パターン形成領域、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｐ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｅ１…進相軸、Ｐ２，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｅ２…遅相軸
【図１】
2006267997.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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