JP2002182372A

JP2002182372A - 投影露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2002182372A
Application number: JP2000382707A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】厚さ等の光学特性の異なる複数種類のペリク
ル（防塵部材）の何れにも対応可能で、かつ高速にその
切り替えを行うことができるようにする。【解決手段】露光光源１からの真空紫外域の露光光Ｉ
ＬによってレチクルＲ１，Ｒ２を照明し、レチクルＲ
１，Ｒ２のパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上に転写する。レチクルＲ１，Ｒ２のパターン面を
保護するために互いに異なる厚さのペリクル１８Ａ，１
８Ｂを装着する。厚いペリクル１８Ａが使用される場合
には、露光光の光路に薄い透過性平板１０Ａを挿入し、
薄いペリクル１８Ｂが使用される場合には、その光路に
厚い透過性平板１０Ｂを挿入することによって、異なる
種類のペリクルが使用される場合の投影光学系ＰＬの結
像特性に与える影響を同じにして、その条件で投影光学
系ＰＬを最適化しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのフォトリソ
グラフィ工程中で、マスクパターンを感光基板上に転写
するために使用される露光方法及び装置に関し、特にマ
スクのパターン面を保護するためにペリクルと呼ばれる
防塵部材を使用する場合に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路、液晶ディスプレイ等の
電子デバイスの微細パターンを形成するためのフォトリ
ソグラフィ工程では、形成すべきパターンを４〜５倍程
度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル（又
はフォトマスク等）のパターンを、一括露光方式又は走
査露光方式の投影露光装置を用いて被露光基板としての
ウエハ（又はガラスプレート等）上に縮小転写する方法
が用いられている。

【０００３】その微細パターンの転写に使用される投影
露光装置においては、半導体集積回路の微細化に対応す
るために、その露光波長がより短波長側にシフトして来
ている。現在、その露光波長はＫｒＦエキシマレーザの
２４８ｎｍが主流となっているが、より短波長の実質的
に真空紫外域（ＶＵＶ：Vacuum Ultraviolet）とみなす
ことができるＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用
化段階に入りつつある。そして、更に短い波長１５７ｎ
ｍのＦ₂レーザや、波長１２６ｎｍのＡｒ₂レーザ等の
真空紫外域の露光光源を使用する投影露光装置の提案も
行なわれている。

【０００４】最近は、集積回路の微細化に伴い、転写さ
れるパターンのサイズもますます微細化しており、誤転
写されるレチクル上の欠陥のサイズの許容値も、次第に
厳しくなっている。欠陥には、レチクルパターン自体の
描画不良もあるが、レチクル上に塵や汚れ等の異物が付
着した場合にも、その部分の透過率が低下して不要パタ
ーンが誤転写されたり、パターンの線幅が大きく変動し
たりすることになる。このような欠陥や異物の付着によ
って、製造される電子デバイスの性能が大きく低下した
り、動作不良が引き起こされたりして、製品の歩留りが
低下することになる。

【０００５】そのため、従来の露光波長が２４８ｎｍ
（ＫｒＦエキシマレーザ）程度までの露光装置用のレチ
クルのパターン面には、塵や汚れの付着を防止するため
のペリクルと呼ばれる薄膜状の防塵膜が設けられてい
た。ペリクルは、ニトロセルロース等の紫外線に対する
透過率が高く、紫外線耐性の良い有機材料より形成さ
れ、その厚さは１μｍ程度である。そして、ペリクル
は、レチクルのパターン面から４〜７ｍｍ離れた位置
に、ペリクルフレームと呼ばれる矩形の枠状のフレーム
を介して配置されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように露光波長
が真空紫外域よりも長い場合には、有機物の薄膜よりな
るペリクルが使用されていた。しかしながら、今後使用
されることになる波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外域
の光束は、通常の光学ガラスでは透過率が大幅に低下
し、高精度なレンズ材料として使用可能なものは、現状
では蛍石、フッ化マグネシウム、及びフッ化リチウム等
のフッ化物結晶や所定の不純物を含む石英に限定されて
いる。また、この波長域では有機物に対する透過率も低
く、従来のような厚さ１μｍ程度の有機物からなるペリ
クル（以下、「薄ペリクル」と称する。）では、露光光
に対して十分な透過率が得られない恐れがある。

【０００７】そこで、従来のような薄ペリクルに代わ
り、厚さ３００〜８００μｍ程度のフッ化物結晶や、フ
ッ素ドープ等により真空紫外域での透過率を改善した特
殊な合成石英からなるペリクル（以下、「厚ペリクル」
と称する。）を使用する方法も提案されている。上記の
ような厚ペリクルを使用する場合には、その厚さが薄ペ
リクルに比べて大幅に厚いために、投影露光装置の投影
光学系の結像特性（収差）に与える影響も薄ペリクルに
比べて極めて大きい。一般に光学系では、像面又は物体
面近傍に配置された平行平板によって、焦点のずれ（デ
フォーカス）や球面収差が発生するため、厚ペリクルを
使用する投影光学系では、予め厚ペリクルが配置される
ことを前提としてその設計・製造・調整を行う必要があ
る。

【０００８】これに関して、厚ペリクルの製造コスト
は、材料費、加工費の何れもが、従来の薄ペリクルに比
べて高価であるため、例えば真空紫外域での透過率を向
上させた薄膜材料を用いる等の方法によって製造コスト
の低い薄ペリクルが開発される可能性がある。このよう
な薄ペリクルの耐久性や透過率が良好である場合には、
コスト低減のために、厚ペリクルは薄ペリクルに置き換
わっていくことが予想される。

【０００９】しかし、露光装置に搭載された投影光学系
の収差補正状態を、これに合わせて厚ペリクル対応の状
態から薄ペリクル対応の状態へと変換することは容易で
はない。また、厚ペリクルと薄ペリクルとの切り替え期
には、１つの生産ラインに両ペリクルが混在することも
予想され、露光装置が、迅速に両ペリクルに対応するこ
とが求められる可能性がある。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、厚さ等の光学特
性の異なる複数種類のペリクル（防塵部材）の何れにも
対応可能で、かつ高速にその切り替えを行うことができ
る露光技術を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光方
法は、露光ビームでマスク（Ｒ１，Ｒ２）及び投影光学
系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する投影露光方法
において、そのマスクのパターン面を保護するために、
互いに光学特性が異なる薄膜又は平板状の複数の透過性
の防塵部材（１８Ａ，１８Ｂ）の何れかを設け、その防
塵部材によるその投影光学系の結像特性の変動量を実質
的に一定とするために、そのマスクとその基板との間
に、そのマスクに設置されるその防塵部材の光学特性に
応じた光学特性を有する透過性平板（１０Ａ，１０Ｂ）
を設置するものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、例えばその防塵部
材及びその透過性平板の両方を使用する場合の結像特性
の変動量がほぼ一定となるように、その防塵部材に応じ
てその透過性平板が選択される。この際に、予めその結
像特性の変動量（ほぼ一定量）を補正するように、その
投影光学系の設計、製造、及び調整をしておくことによ
って、光学特性（厚さ、屈折率等）の異なる防塵部材を
交互に使用する場合にも、常に所望の結像特性が得られ
ると共に、その切り替えも高速に行うことができる。

【００１３】この場合、その防塵部材の厚さをｐ、露光
波長での屈折率をｎｐとし、その透過性平板の厚さを
ｓ、露光波長での屈折率をｎｓとするとき、一例として
次の値ΔＡＢが実質的に一定値となるように、その透過
性平板の厚さ及び屈折率が設定される。 ΔＡＢ＝（１−１／ｎｐ）・ｐ＋（１−１／ｎｓ）・ｓ …（１）本発明において、その防塵部材が、投影光学系の物体面
近傍、即ちマスクの近傍に配置された透過性の平行平
板、又は均一な厚さの薄膜であるとすると、その防塵部
材による収差の変動量は、その厚さと屈折率のみによっ
て定まるものであり、物体面（パターン面）からの距離
には依存しない。そして、例えば厚い第１の防塵部材と
薄い第２の防塵部材とが併用されるものとすると、それ
に対応して薄い第１の透過性平板と厚い第２の透過性平
板とが交換可能な状態で用意される。先ず第１の防塵部
材が使用されるときの収差変動量ΔＡは、マスク側での
デフォーカス量として、その厚さをｐ、露光波長での屈
折率をｎｐとして次のようになる。

【００１４】 ΔＡ＝（１−１／ｎｐ）・ｐ …（２）一方、本発明で使用するその交換可能な透過性平板につ
いても、これをマスクと投影光学系との間に配置するも
のとして、その第１の防塵部材に対応する第１の透過性
平板による収差変動量ΔＢは、マスク側でのデフォーカ
ス量として、その厚さをｓ、露光波長での屈折率をｎｓ
とすると次のようになる。

【００１５】 ΔＢ＝（１−１／ｎｓ）・ｓ …（３）このとき、それらの第１の防塵部材及び第１の透過性平
板による収差変動量ΔＡＢは、マスク側でのデフォーカ
ス量として、それらの和である（１）式となる。なお、
像面（基板）側でのデフォーカス量は、以上のマスク側
でのデフォーカス量に対して結像倍率の自乗分の１とな
る。また、発生する球面収差の量も上記デフォーカス量
にほぼ比例する。本発明の投影光学系は、（１）式のデ
フォーカス量、及びそれにほぼ比例する球面収差を補正
するように設計、製造、調整が行われている。

【００１６】次に、その第１の防塵部材の代わりにその
第２の防塵部材（薄い防塵部材）が使用される場合、そ
れに対応して使用される第２の透過性平板の厚さを、第
１の透過性平板の厚さに対して、第１の防塵部材（厚い
防塵部材）の厚さに対応して厚く設定しておくことによ
って、その第２の防塵部材付きのマスクを使用するとき
の収差変動量を、その第１の防塵部材付きのマスクを使
用する場合の収差変動量と等しくすることができる。

【００１７】より具体的には、第２の防塵部材の厚さを
ｑ、屈折率をｎｑとして、第２の透過性平板の厚さを
ｔ、屈折率をｎｔとすると、これらを使用する場合のマ
スク側のデフォーカス量の和である収差変動量ΔＡＢ’
は次式のようになり、この収差変動量ΔＡＢ’が（１）
式の収差変動量ΔＡＢと等しく設定される。 ΔＡＢ’＝（１−１／ｎｑ）・ｑ＋（１−１／ｎｔ）・ｔ …（４）次に、本発明の投影露光装置は、パターン面を保護する
防塵部材（１８Ａ，１８Ｂ）が設置されたマスク（Ｒ
１，Ｒ２）を露光ビームで照明し、そのマスク及び投影
光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する投影露光
装置であって、そのマスクとその基板との間に交換自在
に設置される、互いに光学特性の異なる複数の透過性平
板（１０Ａ，１０Ｂ）と、その防塵部材によるその投影
光学系の結像特性の変動量を実質的に一定とするため
に、その複数の透過性平板のうちから、そのマスクに設
置されるその防塵部材の光学特性に応じた光学特性を有
する透過性平板を選択してそのマスクとその基板との間
に設置する制御系（１６）とを有するものである。斯か
る本発明によって、本発明の投影露光方法を実施するこ
とができる。

【００１８】この場合、その防塵部材の厚さを計測する
厚さ計測機構（３８〜４０）を有し、その制御系はその
厚さ計測機構の計測情報に応じてその透過性平板の選択
を行うことが望ましい。これによって、投影光学系の結
像特性の補正を自動的に行うことができる。また、その
透過性平板は、その投影光学系に対してそのマスク側の
空間に配置されることが望ましい。特にその投影光学系
が縮小系である場合、マスク側の方が作動距離が長くな
るため、その透過性平板を容易に設置できる。

【００１９】次に、本発明のデバイス製造方法は、本発
明の投影露光方法を用いてデバイスパターンをワークピ
ース上に転写する工程を有するものである。本発明によ
れば、種々のマスクを組み合わせて使用する場合でも、
スループットを高く維持した状態で、高い露光精度が得
られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、露光ビームと
して真空紫外光（ＶＵＶ光）を用いる投影露光装置に本
発明を適用したものである。図１は、本例の投影露光装
置を示す概略構成図であり、この図１において、露光光
源１としては、真空紫外域の発振波長１５７ｎｍのＦ₂
レーザ（フッ素レーザ）が使用されている。それ以外に
露光光源として、発振波長１４６ｎｍのＫｒ ₂レーザ
（クリプトンダイマーレーザ）、発振波長１２６ｎｍの
Ａｒ₂レーザ（アルゴンダイマーレーザ）、発振波長１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、ＹＡＧレーザの高調
波発生装置、又は半導体レーザの高調波発生装置等の実
質的に真空紫外域の光源を使用する場合にも本発明は有
効である。

【００２１】露光光源１から射出された露光ビームとし
ての露光光ＩＬは、ビームマッチングユニット（ＢＭ
Ｕ）２及び照明光学系３を介してマスクとしてのレチク
ルＲ１のパターン面（下面）を照明する。照明光学系３
は、オプティカル・インテグレータ、照明系の開口絞り
（σ絞り）、リレーレンズ系、視野絞り、及びコンデン
サレンズ系等を備えている。ビームマッチングユニット
２及び照明光学系３はそれぞれ気密性の高いサブチャン
バ（不図示）内に収納されている。

【００２２】図２は本例のレチクルＲ１を示し、この図
２に示すように、レチクルＲ１のパターン面にはペリク
ルフレーム１７Ａを介して、防塵部材としての均一な厚
さｐで露光波長において（以下同様）屈折率ｎｐを有す
るペリクル１８Ａが張設されている。ペリクル１８Ａと
レチクルＲ１のパターン面との間隔は、ペリクルフレー
ム１７Ａの高さに等しく、本例では４〜７ｍｍ程度であ
る。

【００２３】図１に戻り、レチクルＲ１を透過した露光
光ＩＬは、交換可能な複数の透過性平板１０Ａ及び１０
Ｂ（詳細後述）の何れかを通過した後、投影光学系ＰＬ
を介して被露光基板としてのウエハ（wafer)Ｗ上にその
レチクルＲ１のパターンの像を形成する。ウエハＷは例
えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insu
lator)等の円板状の基板である。また、レンズ１９Ａ，
１９Ｂ，１９Ｃ，…を有する投影光学系ＰＬのレチクル
からウエハへの結像倍率は例えば１／４〜１／５倍程度
の縮小倍率であり、投影光学系ＰＬの内部は気密化され
ている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸
を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸
を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。

【００２４】先ず、レチクルＲ１は、レチクルベース７
上でＸ方向に移動自在に載置されたレチクルステージ６
上に保持され、レチクルステージ６の２次元的な位置
は、レチクルステージ６上の移動鏡８、及び対応して配
置されたレーザ干渉計９によって計測され、この計測
値、及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系１６か
らの制御情報に基づいてレチクルステージ制御系（不図
示）がレチクルステージ６の位置及び速度を制御する。
レチクルベース７、レチクルステージ６、及びこの駆動
機構（不図示）等からレチクルステージ系５が構成さ
れ、レチクルステージ系５は、気密室としてのレチクル
ステージ室４内に収納されている。

【００２５】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
を介してウエハステージ（Ｚレベリングステージ）２３
上に保持され、ウエハステージ２３はウエハベース２４
上にＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置され、ウエハベー
ス２４は床上に防振機構２７Ａ，２７Ｂを介して支持さ
れている。ウエハステージ２３の２次元的な位置は、ウ
エハステージ２３上の移動鏡２５、及び対応して配置さ
れたレーザ干渉計２６によって計測されており、この計
測値及び主制御系１６からの制御情報に基づいてウエハ
ステージ制御系（不図示）がウエハステージ２３のＸ方
向、Ｙ方向の位置及び速度を制御する。また、ウエハス
テージ２３は、不図示のオートフォーカスセンサ（斜入
射方式で光学式のセンサ）からのウエハＷの表面の複数
の計測点でのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）の
情報に基づいて、露光中にウエハＷの表面が投影光学系
ＰＬの像面に合焦されるように、サーボ方式でウエハＷ
のフォーカス位置及びＸ軸、Ｙ軸の回りの傾斜角を制御
する。ウエハベース２４、ウエハステージ２３、及びこ
の駆動機構（不図示）等からウエハステージ系２２が構
成され、ウエハステージ系２２は、気密室としてのウエ
ハステージ室２１内に収納されている。

【００２６】露光時には、レチクルＲのパターンの像を
投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領
域に投影した状態で、レチクルＲとウエハＷとを投影光
学系ＰＬの倍率を速度比としてＸ方向に同期移動する動
作と、ウエハＷをステップ移動する動作とがステップ・
アンド・スキャン方式で繰り返される。なお、ウエハス
テージ２３の移動により、ウエハベース２４にはその反
力が作用するが、これによって露光本体部が振動すると
露光装置の解像度や位置合わせ精度が低下してしまう。
これを防止するために、防振機構２７Ａ，２７Ｂによっ
て、ウエハステージ２３の移動に伴う振動の他の部分へ
の伝達を防止している。勿論、レチクルステージ６につ
いても、これと同様な防振機構を設けるようにしてもよ
い。このように本例の投影露光装置は走査露光方式であ
るが、本発明はステッパー等の一括露光型の投影露光装
置にも有効であることは言うまでもない。

【００２７】さて、本例の露光光ＩＬは真空紫外光であ
るため、レチクルＲ１が収納されている空間を含む、露
光光源１からウエハＷまでの露光光ＩＬの光路からは、
真空紫外光に対する吸収の強い吸収性ガス（酸素、水蒸
気、二酸化炭素、及び有機ガス等）を排除し、代わりに
露光光ＩＬを透過する気体、即ち露光光ＩＬに対する透
過率の高い気体（以下、「パージガス」と言う。）でそ
の光路を置換する必要がある。そのパージガスとして
は、例えば窒素若しくは希ガス（ヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）、又はこれら
の混合気体が使用できる。希ガスの中で、ヘリウムは熱
伝導率が高く温度安定性に優れ、気圧の変化に対する屈
折率の変動量が小さいため、結像特性の安定性等を重視
する場合にはパージガスとしてはヘリウムが好ましい。
但し、運転コストを低く抑えたいような用途では、パー
ジガスとして窒素を使用してもよい。

【００２８】そこで、本例では、ビームマッチングユニ
ット２と照明光学系３とが収納されているサブチャン
バ、レチクルステージ室４、投影光学系ＰＬ、及びウエ
ハステージ室２１よりなる各気密室の内部の気体はその
パージガスによって置換されている。そのパージガスに
よる置換は、一例として、各気密室の隔壁の一部に排気
管及び給気管を接続し、給気管よりそのパージガスを供
給し、排気管より内部の気体を流出させるようにしたフ
ロー制御で行なうことができる。また、更に積極的に
は、所定の気密室の内部を一度減圧して、そこにパージ
ガスを再充填するこででもガス置換が可能である。

【００２９】また、レチクルステージ室４には、レチク
ルを搬出及び搬入するための開閉自在の扉１４が設けら
れ、その近傍にレチクルローダ１５が配置されており、
レチクルローダ１５には、別のレチクルＲ２が保持され
ている。レチクルＲ２のパターン面を保護するために、
レチクルＲ１のペリクル１８Ａとは光学特性の異なる防
塵部材としてのペリクル１８Ｂ、即ちペリクル１８Ａと
は厚さ及び屈折率の少なくとも一方が異なるペリクル１
８Ｂがペリクルフレームを介して張設されている。この
ペリクル１８Ｂの厚さをｑ、その屈折率をｎｑとする。
そして、レチクルステージ６上のレチクルＲ１をレチク
ルＲ２と交換する際には、扉１４を開いて、レチクルＲ
１を搬出した後、レチクルローダ１５からレチクルステ
ージ６上にレチクルＲ２が受け渡される。

【００３０】次に、本例のレチクルＲ１と投影光学系Ｐ
Ｌとの間に配置される複数（本例では２枚）の透過性平
板１０Ａ，１０Ｂについて図１及び図３を参照して説明
する。図１において、第１の透過性平板１０Ａの厚さを
ｓ、その屈折率をｎｓとして、第２の透過性平板１０Ｂ
の厚さをｔ、その屈折率をｎｔとする。透過性平板１０
Ａ，１０Ｂは、例えば蛍石（ＣａＦ₂）、フッ化マグネ
シウム（ＭｇＦ₂）、若しくはフッ化リチウム（Ｌｉ
Ｆ）等のフッ化物結晶、又はフッ素添加の合成石英等の
真空紫外域でも高透過率の光学材料から形成することが
できる。

【００３１】それらの２枚の透過性平板１０Ａ，１０Ｂ
は、平板ホルダ１１上にＸ方向に所定間隔で保持されて
おり、平板ホルダ１１は、露光光ＩＬを通過させる貫通
孔が形成された平板スライダ１２上に光軸ＡＸを横切る
ようにＸ方向にスライド自在に載置されている。そし
て、主制御系１６からの制御情報に基づいて、平板制御
系１３が不図示のリニアモータ等の駆動機構を介して平
板ホルダ１１をＸ方向に駆動することによって、透過性
平板１０Ａ又は１０Ｂのどちらか一方を選択して、レチ
クルＲ１と投影光学系ＰＬとの間の露光光ＩＬの光路内
に挿入することが可能となっている。

【００３２】そして、図３（Ａ）は、図１中の透過性平
板１０Ａ，１０Ｂが設置された平板ホルダ１１を示す平
面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）から押さえ板３３Ａ，
３３Ｂ（後述）を除いた状態を示す平面図、図３（Ｃ）
は、図３（Ａ）の正面図であり、図３（Ｂ）は、図３
（Ｃ）のＢＢ線に沿う断面図でもある。図３（Ｃ）に示
すように、平板ホルダ１１には、それぞれ露光光を通過
させるための開口部３０ａ，３０ｂが設けられており、
その開口部３０ａ，３０ｂの周囲にそれぞれ３個の微小
突起部３１ａ〜３１ｃ及び３２ａ〜３２ｃが設けられて
いる（図３（Ｂ）参照）。円板状の透過性平板１０Ａ，
１０Ｂは、それぞれ開口部３０ａ，３０ｂを覆うよう
に、その微小突起部３１ａ〜３１ｃ及び３２ａ〜３２ｃ
上に載置されている。

【００３３】更に、透過性平板１０Ａ，１０Ｂを上面側
から押さえるように、押さえ板３３Ａ及び３３Ｂが配置
されている。押さえ板３３Ａ及び３３Ｂの中央部にそれ
ぞれ露光光を通過させるための開口部３４ａ，３４ｂが
設けられており、押さえ板３３Ａ及び３３Ｂの底面の平
板ホルダ１１上の微小突起部３１ａ〜３１ｃ及び３２ａ
〜３２ｃに対向する位置に、それぞれ３個の微小突起部
３５ａ〜３５ｃ及び３６ａ〜３６ｃ（図３（Ａ）参照）
が設けられている。そして、押さえ板３３Ａ及び３３Ｂ
の端部にはそれぞれ固定用のねじ穴が形成され、一方の
押さえ板３３Ａは、止めねじ３８Ａ〜３８Ｄを用いて平
板ホルダ１１に固設された台座３７Ａ，３７Ｂに固定さ
れる。この結果、透過性平板１０Ａは、同一箇所で上下
の３点の微小突起部３１ａ〜３１ｃ及び３５ａ〜３５ｃ
により挟まれて固定される。同様に、他方の押さえ板３
３Ｂも、止めねじ３９Ａ〜３９Ｄを用いて平板ホルダ１
１に固設された台座３７Ｃ，３７Ｄに固定されて、透過
性平板１０Ｂは、同一箇所で上下の３点の微小突起部３
２ａ〜３２ｃ及び３６ａ〜３６ｃにより挟まれて固定さ
れる。２枚の透過性平板１０Ａ，１０Ｂは、このように
常に同じ３点で保持されるので、その変形は常に一定で
あり、安定した保持が実現される。

【００３４】図１に戻り、転写対象のレチクルＲ１に設
けられているペリクル１８Ａは、厚さｐで屈折率はｎｐ
である。そのペリクル１８Ａは、一例として蛍石、フッ
化マグネシウム、若しくはフッ化リチウム等のフッ化物
結晶、又はフッ素添加の合成石英からなる厚さｐが３０
０〜８００μｍ程度の厚ペリクルである。これによっ
て、真空紫外域の露光光ＩＬを吸収することなく、レチ
クルＲ１のパターン面を保護することができる。そのペ
リクル１８Ａに対して、２枚の透過性平板１０Ａ，１０
Ｂの内の第１の透過性平板１０Ａが露光光ＩＬの光路内
に挿入されており、その透過性平板１０Ａは、厚さｓで
屈折率ｎｓである。このようなペリクル１８Ａと透過性
平板１０Ａとによる、投影光学系ＰＬの収差変動量の内
のレチクルＲ１側でのデフォーカス量（焦点位置のずれ
量）ΔＡＢＦは次のようになる。なお、球面収差もこれ
にほぼ比例する。

【００３５】 ΔＡＢＦ＝（１−１／ｎｐ）・ｐ＋（１−１／ｎｓ）・ｓ …（５）そして、本例の投影光学系ＰＬは、このような収差変動
を補正して、良好な結像特性を発揮するように設計、製
造、及び調整が行われている。具体的には、ペリクル１
８Ａと透過性平板１０Ａとにより生じるデフォーカス
量、及び球面収差を打ち消すように設計、製造、及び調
整されている。

【００３６】これに対して、露光工程中に、図１のレチ
クルＲ１に続いてレチクルローダ１５上に保持されてい
るレチクルＲ２のパターンの転写を行うものとして、レ
チクルＲ２に設けられているペリクル１８Ｂは、その厚
さｑが１μｍ程度の薄ペリクルであるとする。なお、ペ
リクル１８Ｂのように、真空紫外域でも使用可能な薄ペ
リクルは、将来的に例えば真空紫外光に対する透過率が
高く、耐久性にも優れた薄膜等から形成される。また、
従来から使用されているニトロセルロース等の有機材料
の薄膜も、例えば製品寿命が短くともよいような用途で
は、ペリクル１８Ｂとして使用される可能性がある。更
に、例えばテストプリント等でペリクルが装着されない
レチクルを露光する場合には、ペリクル１８Ｂは、実質
的に厚さｔが０の薄ペリクルであるとみなすことができ
る。

【００３７】このような薄いペリクル１８Ｂ（厚さｑ、
屈折率ｎｑ）が使用される場合（ペリクルが使用されな
い場合にはｑ＝０とする）には、本例では２枚の透過性
平板１０Ａ，１０Ｂのうちの第２の透過性平板１０Ｂ
（厚さｔ、屈折率ｎｔ）を露光光ＩＬの光路中に挿入す
る。この場合の投影光学系ＰＬの収差変動量の内のレチ
クルＲ１側でのデフォーカス量ΔＡＢＦ’は次のように
なる。なお、球面収差もこれにほぼ比例する。

【００３８】 ΔＡＢＦ’＝（１−１／ｎｑ）・ｑ＋（１−１／ｎｔ）・ｔ …（６）また、ペリクル１８Ｂの厚さｑをほぼ０とみなすと、
（６）式は近似的に次のようになる。 ΔＡＢＦ’≒ （１−１／ｎｔ）・ｔ …（７）本例の投影露光装置の投影光学系ＰＬは、（５）式のデ
フォーカス量ΔＡＢＦ（及び球面収差）に対して最適化
されているため、第２の透過性平板１０Ｂの光学特性
（厚さ及び屈折率）は、（６）式のデフォーカス量ΔＡ
ＢＦ’の値が（５）式の値と実質的に等しくなるように
設定されている。従って、ペリクル１８Ｂの厚さｑがほ
ぼ０である場合には、第２の透過性平板１０Ｂは、ペリ
クル１８Ａ及び第１の透過性平板１０Ａの総合的な光学
特性と実質的に等しい特性を持っている。

【００３９】即ち、（５）式の第１項は或る程度の値に
なるのに対して、（６）式の第１項はほぼ０となる（ｐ
＞ｑ）ため、（５）式と（６）式とを等しくするために
は、第１の透過性平板１０Ａの厚さｓに対して、第２の
透過性平板１０Ｂの厚さｔを厚く（ｓ＜ｔ）して、
（５）式の第２項よりも（６）式の第２項が大きくなる
ように設定されている。言い換えると、厚いペリクル１
８Ａから薄いペリクル１８Ｂに交換することによって減
少した収差変動量を、透過性平板１０Ａより厚い透過性
平板１０Ｂを挿入して補い、ほぼ透過性平板１０Ｂに依
る（７）式のデフォーカス量（１−１／ｎｔ）・ｔを
（５）式の値と同量とすることで、投影光学系ＰＬの結
像特性の変化を防止している。

【００４０】なお、交換して使用する透過性平板１０
Ａ，１０Ｂの光学材料としては、露光光に対する透過率
や、屈折率の均一性等の光学性能が良好である点から、
蛍石を使用することが望ましい。この場合両者の屈折率
ｎｓ，ｎｔは等しくなるため、厚さｓ，ｔの差のみを制
御して両状態での結像特性を共に良好に保つことにな
る。

【００４１】仮に、上記のペリクル１８Ａ（厚ペリク
ル）の材質も、透過性平板１０Ａ，１０Ｂの材質と同じ
であるなら、ペリクル１８Ｂの厚さｑをほぼ０とみなし
て、透過性平板１０Ａ，１０Ｂ間の厚さの差は、ペリク
ル１８Ａの厚さｐにほぼ等しい。但し、ペリクル１８Ａ
の材質が透過性平板１０Ａ，１０Ｂの材質と異なり、そ
の屈折率が異なる場合には、（５）式で求められるデフ
ォーカス量が、（６）式のデフォーカス量と等しくなる
ように設定する必要がある。

【００４２】例えば、ペリクル１８Ａ（厚ペリクル）が
フッ素添加の合成石英（屈折率ｎｐ＝１．６５）製であ
り、その厚さｐが８００μｍである場合、（５）式の第
１項の値は、３１５．１５μｍとなる。このときの透過
性平板１０Ａは、蛍石（屈折率ｎｓ＝１．５６）製で厚
さｓが１５ｍｍであれば、（５）式の第２項の値は、５
３８４．６２μｍとなる。その結果、（５）式の値は、
５６９９．７７μｍとなる。

【００４３】そして、この状態で、フォーカス位置や球
面収差が良好に補正されるように投影光学系ＰＬが設
計、製造、調整される。次に、厚さｑが１μｍのペリク
ル１８Ｂ（薄ペリクル）を使用する場合には、屈折率ｎ
ｑを１．５０と想定すると、（６）式の第１項の値は、
０．３３μｍであり、これと（６）式の第２項の値との
合計を、上記の（５）式の５６９９．７７μｍにするに
は、透過性平板１０Ｂ（蛍石：屈折率ｎｔ＝１．５６）
の厚さｔを１５．８７７ｍｍにすれば良い。

【００４４】なお、ペリクル１８Ｂ（薄ペリクル）とペ
リクル１８Ａ（厚ペリクル）との切り替えに際して厚さ
の異なる２枚の透過性平板１０Ａ，１０Ｂを用意する代
わりに、それらの厚さの差分（＝ｓ−ｔ）だけの厚さ
（上記の数値例では、０．８７７ｍｍ）の薄い透過性平
板を１枚用意して、薄ペリクルの使用時には、これをレ
チクルＲ２と投影光学系ＰＬの間の露光光路に挿入し、
厚ペリクル使用時には、ここに何も挿入しないとして
も、本例と同様の効果を得ることは可能である。

【００４５】しかしながら、このような薄い平板はその
加工性が悪く、投影光学系ＰＬのレンズに要求されるの
と同等な加工精度での加工は困難であり、また、平板ホ
ルダ１１に保持する際の自重による撓み等の変形も、結
像性能に悪影響を与えるためにその対策が必要となる。
但し、これらの問題が解決されるのであれば、上記の１
枚の薄い透過性平板を挿脱して対応する方式を採用する
こともできる。

【００４６】これに関して、本発明では露光ビームの光
路中に複数の透過性平板の何れかを設置するものとして
いるが、露光ビームの光路中に透過性平板を設置しない
場合には、厚さが０の透過性平板を設置しているものと
みなすことによって、上記のように１枚の透過性平板の
挿脱を行う場合も本発明に含まれている。同様に、レチ
クル（マスク）のパターンにペリクル（防塵部材）を装
着しない場合は、厚さが０のペリクルを装着するものと
して、本発明に含まれている。

【００４７】また、上記複数の透過性平板１０Ａ，１０
Ｂの厚さの差を適当に設定することで、厚さの異なる２
種類の厚ペリクル、即ち全部で３種類のペリクルに対応
することも可能である。また、投影露光装置に装備され
る透過性平板の枚数は、上記の２枚（又は１枚）に限定
されるものではなく、３枚以上の透過性平板を装備し
て、３種類以上（又は４種類以上）の厚さのペリクルに
対応可能としてもよい。

【００４８】なお、使用するレチクルＲ１，Ｒ２に設け
られたペリクル１８Ａ，１８Ｂの光学特性（本例では厚
さ及び屈折率）の情報は、オペレータが主制御系１６に
入力した露光データの情報、又はホストコンピュータか
ら主制御系１６に伝達される情報に含まれており、この
情報に基づいて主制御系１６が最適な透過性平板１０
Ａ，１０Ｂを選択して、平板制御系１３を介して平板ホ
ルダ１１を駆動することになる。その他に、例えば図１
のレチクルローダ１５の近傍に、図４に示すように、レ
チクルＲ１（又はＲ２）に設けられたペリクル１８Ａ
（又は１８Ｂ）の厚さを計測する厚さ計測機構を設け、
この厚さ計測機構によって計測されるペリクル１８Ａ
（又は１８Ｂ）の厚さの計測情報に基づいて、主制御系
１６がどの透過性平板１０Ａ，１０Ｂを使用するかを選
択するようにしてもよい。

【００４９】図４は本例の厚さ計測機構の要部を示し、
この図４において、投光器３８より射出されるレーザビ
ーム等の光束Ｌｉは、レチクルＲ１のパターン面を覆う
ペリクル１８Ａに入射する。その際の反射光は、ペリク
ル１８Ａの表面からの反射光Ｌ１と裏面からの反射光Ｌ
２となり、これらの反射光Ｌ１，Ｌ２は１次元の撮像素
子であるラインセンサ３９に平行に入射する。ラインセ
ンサ３９の画像信号は信号処理装置４０に供給され、信
号処理装置４０では、その画像信号を処理して２本の反
射光Ｌ１，Ｌ２の間隔ｍを測定し、この測定値、入射す
る光束Ｌｉの入射角、及びペリクル１８Ａ，１８Ｂの屈
折率の情報からペリクル１８Ａの厚さを算出し、得られ
た厚さの情報を主制御系１６に供給する。なお、その際
のペリクル１８Ａ，１８Ｂの屈折率の値は、一例として
計測される間隔ｍが所定値以下のときは予め入力されて
いる薄ペリクル用の屈折率として、その間隔ｍが所定値
を超えるときは予め入力されている厚ペリクル用の屈折
率とすればよい。

【００５０】なお、上記の実施の形態では、透過性平板
１０Ａ，１０Ｂは、レチクルＲ１，Ｒ２と投影光学系Ｐ
Ｌとの間の空間に設置されているが、本例のように投影
光学系ＰＬが縮小系である場合には、レチクル側の作動
距離が長いため、透過性平板１０Ａ，１０Ｂを容易に設
置することができる。しかしながら、ウエハ側の作動距
離に余裕がある場合には、透過性平板１０Ａ，１０Ｂを
ウエハ側に配置してもよい。また、投影光学系ＰＬが一
度中間像を形成するタイプである場合には、その中間像
が形成される領域の近傍に透過性平板１０Ａ，１０Ｂを
配置するようにしてもよい。

【００５１】なお、上記の実施の形態の投影露光装置を
用いてウエハ上に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た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制作するステップ、
上記の実施の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、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）、検査ステップ
等を経て製造される。

【００５２】また、本発明の露光装置の用途としては半
導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、
例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素
子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装
置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマ
シーン、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
ソグラ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。

【００５３】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、例えば厚ペリクル及び
薄ペリクルのように光学特性の異なる複数種類の防塵部
材が混在する条件下において、どの防塵部材が装着され
たマスクが使用される場合でも、常に良好な結像特性で
露光を行うことができる。また、その切り替えも、例え
ば複数の透過性平板を保持するホルダをスライドさせる
だけの極めて短時間に行うことができるため、そのよう
に複数種類の防塵部材が混在するリソグラフィ工程で
も、高い生産性を発揮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を
示す一部を切り欠いた構成図である。

【図２】図１中のペリクル付きのレチクルを示す一部
を切り欠いた拡大図である。

【図３】図１中の透過性平板１０Ａ，１０Ｂの保持機
構を示す図である。

【図４】ペリクルの厚さ計測機構の要部を示す一部を
切り欠いた拡大図である。

【符号の説明】

Ｒ１，Ｒ２…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエ
ハ、６…レチクルステージ、１１…平板ホルダ、１２…
平板スライダ、１３…平板制御系、１５…レチクルロー
ダ、１６…主制御系、１７Ａ…ペリクルフレーム、１８
Ａ，１８Ｂ…ペリクル、３８…投光器、３９…ラインセ
ンサ、４０…信号処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光ビームでマスク及び投影光学系を介
して基板を露光する投影露光方法において、前記マスクのパターン面を保護するために、互いに光学
特性が異なる薄膜又は平板状の複数の透過性の防塵部材
の何れかを設け、前記防塵部材による前記投影光学系の結像特性の変動量
を実質的に一定とするために、前記マスクと前記基板と
の間に、前記マスクに設置される前記防塵部材の光学特
性に応じた光学特性を有する透過性平板を設置すること
を特徴とする投影露光方法。
【請求項２】前記防塵部材の厚さをｐ、露光波長での
屈折率をｎｐとし、前記透過性平板の厚さをｓ、露光波
長での屈折率をｎｓとするとき、（１−１／ｎｐ）・ｐと（１−１／ｎｓ）・ｓと
の和が実質的に一定値となるように、前記透過性平板の
厚さ及び屈折率を設定することを特徴とする請求項１に
記載の投影露光方法。
【請求項３】パターン面を保護する防塵部材が設置さ
れたマスクを露光ビームで照明し、前記マスク及び投影
光学系を介して基板を露光する投影露光装置であって、前記マスクと前記基板との間に交換自在に設置される、
互いに光学特性の異なる複数の透過性平板と、前記防塵部材による前記投影光学系の結像特性の変動量
を実質的に一定とするために、前記複数の透過性平板の
うちから、前記マスクに設置される前記防塵部材の光学
特性に応じた光学特性を有する透過性平板を選択して前
記マスクと前記基板との間に設置する制御系とを有する
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】前記防塵部材の厚さをｐ、露光波長での
屈折率をｎｐとし、前記透過性平板のそれぞれの厚さを
ｓ、露光波長での屈折率をｎｓとするとき、（１−１／ｎｐ）・ｐと（１−１／ｎｓ）・ｓと
の和が実質的に一定値となるように、前記透過性平板を
選択して使用することを特徴とする請求項３に記載の投
影露光装置。
【請求項５】前記防塵部材の厚さを計測する厚さ計測
機構を有し、前記制御系は前記厚さ計測機構の計測情報に応じて前記
透過性平板の選択を行うことを特徴とする請求項３又は
４に記載の投影露光装置。
【請求項６】前記透過性平板は、前記投影光学系に対
して前記マスク側の空間に配置されることを特徴とする
請求項３、４、又は５に記載の投影露光装置。
【請求項７】請求項１に記載の投影露光方法を用いて
デバイスパターンをワークピース上に転写する工程を有
するデバイス製造方法。