JPH11305419A - フォトマスク、収差補正板、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長２００ｎｍ程度以下の紫外線を用いても
光透過率が高く、耐紫外線性が良好で、かつ加工作業性
が良く、高精度を実現できるフォトマスクを提供するこ
とである。 【解決手段】 このフォトマスクは、ケイ素化合物を火
炎中で加水分解せしめてガラス微粒子を得（Ｓ１）、こ
れを堆積させて多孔質ガラスを形成し（Ｓ２）、該多孔
質ガラスをフッ素含有雰囲気中で加熱処理してフッ素を
ドープし（Ｓ３）、その後透明化（Ｓ４）してなる石英
ガラスを用いて製造されている。ガラス中の不完全な構
造（結合）がフッ素で終端され、より完全な構造とな
り、紫外線の吸収が減少し、紫外線の強いエネルギーを
受けても安定にその構造を保つことができる。従って、
光透過率が高く、紫外線照射による経時的な劣化が少な
いフォトマスクが提供される。

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、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他
のマイクロデバイスを製造するために用いられる露光装
置、該露光装置に使用されるフォトマスク及び収差補正
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造するためのフォトリ
ソグラフィ工程において、フォトマスク（レチクルを含
む）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上に転
写する露光装置が使用されている。このような露光装置
に使用されるフォトマスクは、一般に石英ガラスを用い
て製造される。石英ガラスは、光の透過損失が少なく、
温度変化に対して耐性があり、耐食性や弾性性能が良好
で、線膨張率が小さい（約５．５×１０^-7／Ｋ）等の優
れた性質を有しており、精度の高いパターン形成が可能
であるとともに、その作業性も良いという利点を有して
いる。

【０００３】ここで、半導体集積回路は微細化の方向で
開発が進み、フォトリソグラフィ工程においては、光源
の短波長化が進んでおり、いわゆる真空紫外線、特に２
００ｎｍよりも短い波長の光、例えばＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３ｎｍ）やＦ₂ レーザ（波長１５７ｎ
ｍ）等の光が露光用光として用いられるようになってき
た。

【０００４】ところが、通常の石英ガラスは、波長が２
００ｎｍ程度以下の光に適用すると、吸収や散乱によっ
て透過損失が大きくなるとともに、吸収により生じる発
熱や蛍光により光学性能が低下し、ガラス自体が経時的
に変色するカラーセンターや密度が変化するコンパクシ
ョン等を生じ、このことは波長が短くなるにつれて顕著
となる。従って、通常の石英ガラスを用いる場合には、
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）程度の波長の
光への適用が限界であると考えられ、それ以下の波長の
光に対しては通常の石英ガラスを用いたフォトマスクを
使用することは一般に難しいものと考えられる。このた
め、２００ｎｍ程度以下の波長の光に対しても透過率が
高い材料である蛍石（ＣａＦ₂ ）を用いてフォトマスク
を製造することが検討されている。なお、かかる蛍石の
使用は波長１９０ｎｍ以下の光に適用する場合に特に有
効であると考えられるが、上述のＡｒＦエキシマレーザ
の場合についても透過率の観点からは、蛍石の使用が望
ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蛍石は
温度変化に対して耐性が低く、脆弱で傷つき易く、パタ
ーンの形成過程において破損が生じたり、線膨張率が比
較的に大きいため、高い精度のマスクパターンの形成が
難しいとともに、露光装置に適用されて実際に露光処理
を行う場合に温度を極めて厳密に管理しなければなら
ず、高い精度で感光基板上にパターンを転写するのに支
障がある。

【０００６】また、露光装置には投影光学系のディスト
ーション等の収差による像歪みを補正するため、フォト
マスクと感光基板との間の結像光路中（例えば、フォト
マスクと投影光学系の間）に固定的にあるいは着脱可能
に透明な収差補正板を装着することがあり、かかる場合
の収差補正板についても上述のフォトマスクと同様の問
題がある。

【０００７】そして、このような問題は、露光装置の短
波長化の障害となり、感光基板上に形成するパターンの
微細化への対応を難しくするとともに、経時的に安定し
た露光性能の実現や長寿命の露光装置の提供を難しくし
ていた。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、特に短波長
（波長２００ｎｍ程度以下）の光を用いて露光を行う露
光装置において、光透過率が高く、耐紫外線性が良好
で、かつ加工作業性が良く、高精度を実現できるフォト
マスク及び収差補正板を提供することである。また、本
発明の他の目的は、感光基板上に形成するパターンの微
細化に対応できるとともに、露光性能の経時的な劣化が
少なく、寿命の長い露光装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施
形態の図に示す参照符号を付して説明するが、本発明の
各構成要件は、これら参照符号によって限定されるもの
ではない。

【００１０】１．上述した目的を達成するための本発明
の請求項１記載のフォトマスクは、波長が２００ｎｍ程
度以下の照明光を射出する光源（１）を備えた露光装置
に使用されるフォトマスク（Ｒ）であって、フッ素がド
ープされた石英ガラスを用いて製造されたことを特徴と
する。

【００１１】本発明の請求項２記載のフォトマスクは、
請求項１記載のフォトマスクにおいて、前記石英ガラス
は、ケイ素化合物を火炎中で加水分解せしめて得たガラ
ス微粒子を堆積させて多孔質ガラスを形成し（Ｓ１，Ｓ
２）、該多孔質ガラスをフッ素含有雰囲気中で加熱処理
してフッ素をドープ（Ｓ３）した後に透明化（Ｓ４）し
てなることを特徴とする。

【００１２】フッ素がドープされた石英ガラスは、該ガ
ラス中の不完全な構造（結合）がフッ素により終端さ
れ、より完全な構造となり、紫外線の吸収が少なくなる
とともに、紫外線の強いエネルギーを受けても安定にそ
の構造を保つことができる。従って、波長が２００ｎｍ
程度以下の紫外線を照明光として使用する場合に光透過
率が高く、紫外線照射による経時的な劣化（カラーセン
ターやコンパクションの発生等）が少ないフォトマスク
が提供される。さらに、蛍石を用いて製造されたフォト
マスクと比較して、加熱・冷却に対して耐性があるとと
もに傷つき難いので、パターンの形成を含む製造の作業
性が良いとともに、線膨張率が極めて小さいので、精度
の高いフォトマスクが提供される。

【００１３】本発明の請求項３記載のフォトマスクは、
請求項１記載のフォトマスクにおいて、前記石英ガラス
は、さらに水素がドープ（Ｓ５）されていることを特徴
とする。フッ素に加えて水素をドープすることにより、
紫外線の照射により結合が切れた場合に、ドープされた
水素分子により終端されるため、さらに耐紫外線性を向
上することができる。従って、請求項１又は２記載のも
のよりもさらに紫外線照射による劣化が少ないフォトマ
スクが提供される。

【００１４】２．本発明の請求項４記載のフォトマスク
は、波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を射出する光源
（１）を備えた露光装置に使用されるフォトマスク
（Ｒ）であって、構造決定温度が１２００Ｋ以下で、か
つＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英ガラスを
用いて製造されたことを特徴とする。

【００１５】１０００ｐｐｍ以上のＯＨ基を含有する石
英ガラスは、それ以外の石英ガラスに比較して構造的に
安定しており、構造決定温度がより低下する傾向にあ
る。そして、構造決定温度は低い方がガラス内の歪んだ
結合部分が少なくなると考えられることから、紫外線照
射によるかかる歪んだ結合部分の切断が少なくなり、こ
れにより散乱損失や吸収損失が小さくなり、耐紫外線性
が向上する。従って、波長が２００ｎｍ程度以下の紫外
線を照明光として使用する場合に光透過率が高く、紫外
線照射による経時的な劣化（カラーセンターやコンパク
ションの発生等）が少ないフォトマスクが提供される。
さらに、蛍石を用いて製造されたフォトマスクと比較し
て、加熱・冷却に対して耐性があるとともに傷つき難い
ので、パターンの形成を含む製造の作業性が良いととも
に、線膨張率が極めて小さいので、精度の高いフォトマ
スクが提供される。

【００１６】なお、ここでいう「構造決定温度」とは、
石英ガラスの構造安定性を表すパラメータとして導入さ
れたファクターである。室温での石英ガラスの密度揺ら
ぎ、即ち構造安定性は、高温で融液状態にある石英ガラ
スの密度、構造が冷却過程においてガラス転移点付近で
凍結されたときの密度、構造によって決定される。即
ち、密度、構造が凍結されたときの温度に相当する熱力
学的密度、構造が室温下でも保存されるのである。その
密度、構造が凍結されたときの温度を、「構造決定温
度」と定義する。

【００１７】３．本発明の請求項５記載のフォトマスク
は、波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を射出する光源
（１）を備えた露光装置に使用されるフォトマスク
（Ｒ）であって、薄板状の石英ガラス（４１）にパター
ンを形成するとともに、前記石英ガラスの変形を防止す
るように、少なくとも前記照明光が通過する領域が蛍石
からなる補強部材（４２）で前記石英ガラスを保持して
なることを特徴とする。

【００１８】本発明の請求項６記載のフォトマスクは、
請求項５記載のフォトマスクにおいて、前記石英ガラス
（４１）は、前記パターンの形成面が前記補強部材（４
２）にほぼ密着するように固定されていることを特徴と
する。

【００１９】石英ガラスを透過する光の損失は該ガラス
の板厚に比例して大きくなるから、該ガラスを薄板状と
してこれにパターンを形成して、この部分における透過
損失を減少させた。そして、この薄板状の石英ガラスを
少なくとも照明光が通過する領域が蛍石からなる補強部
材で保持することにより、薄板状であることによる強度
的な弱さを改善し、撓みの発生等を防止した。パターン
は薄板状の石英ガラスに形成するから、波長が２００ｎ
ｍ程度以下の紫外線を照明光として使用する場合にも損
失が少なく、また、加熱・冷却による劣化も少なく、線
膨張率も小さいので、精度の高いパターンを容易に製造
できる。また、紫外線に対して優れた特性を呈する蛍石
を有する補強部材による補強によって撓みの発生も少な
く、高精度で優れた特性を有するフォトマスクが提供さ
れる。

【００２０】本発明の請求項７記載のフォトマスクは、
請求項５又は６記載のフォトマスクにおいて、前記石英
ガラス（４１）は、フッ素がドープされていることを特
徴とする。薄板状の石英ガラスにフッ素をドープするこ
とにより、さらに透過損失を低減できるとともに、耐紫
外線性を向上することができる。

【００２１】４．本発明の請求項８記載の露光装置は、
波長が２００ｎｍ程度以下の照明光をフォトマスク
（Ｒ）に照射する照明光学系と、前記フォトマスクから
出射する照明光を感光基板（Ｗ）上に投射する投影光学
系（ＰＬ）とを備えた露光装置において、前記投影光学
系の物体面側に配置され、前記フォトマスクを前記物体
面にほぼ沿って移動するステージ（２０Ａ，２０Ｂ）
と、前記ステージに設けられ、前記フォトマスクを保持
してその変形を防止するために、少なくとも前記照明光
が通過する領域が蛍石からなる補強部材（４２）とを備
えたことを特徴とする。

【００２２】この露光装置によると、フォトマスクは紫
外線に優れた特性を呈する蛍石を有する補強部材に保持
されているから、該フォトマスクの撓み等の変形が防止
され、従って、高精度のパターン転写を実現できる。ま
た、該フォトマスクを薄くしてもその撓み等の変形が防
止されるから、精度低下を招くことなく、透過損失を小
さくすることが可能である。

【００２３】５．本発明の請求項９記載の収差補正板
は、波長が２００ｎｍ程度以下の照明光で照射されるパ
ターンの像を所定面上に投影する投影光学系（ＰＬ）の
収差補正板（３８）であって、フッ素がドープされた石
英ガラス、又は構造決定温度が１２００Ｋ以下で、かつ
ＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英ガラスを用
いて製造されたことを特徴とする。

【００２４】フッ素がドープされた石英ガラスは、該ガ
ラス中の不完全な構造（結合）がフッ素により終端さ
れ、より完全な構造となり、紫外線の吸収が少なくなる
とともに、紫外線の強いエネルギーを受けても安定にそ
の構造を保つことができる。

【００２５】また、１０００ｐｐｍ以上のＯＨ基を含有
する石英ガラスは、それ以外の石英ガラスに比較して構
造的に安定しており、構造決定温度がより低下する傾向
にある。そして、構造決定温度は低い方がガラス内の歪
んだ結合部分が少なくなると考えられることから、紫外
線照射によるかかる歪んだ結合部分の切断が少なくな
り、これにより散乱損失や吸収損失が小さくなり、耐紫
外線性が向上する。

【００２６】従って、波長が２００ｎｍ程度以下の紫外
線を照明光として使用する場合に光透過率が高く、紫外
線照射による経時的な劣化（カラーセンターやコンパク
ションの発生等）が少ない収差補正板が提供される。さ
らに、傷つき難いので、ディストーションの分布等に対
応した形状への研磨加工を含む製造の作業性が良いとと
もに、線膨張率が極めて小さいので、精度の高い収差補
正を行うことができる収差補正板が提供される。

【００２７】６．本発明の請求項１０記載の露光装置
は、波長が２００ｎｍ程度以下の照明光をフォトマスク
（Ｒ）に照射する照明光学系と、前記フォトマスクから
出射する照明光を感光基板（Ｗ）上に投射する投影光学
系（ＰＬ）とを備えた露光装置において、フッ素がドー
プされた石英ガラス、又は構造決定温度が１２００Ｋ以
下で、かつＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英
ガラスからなり、前記投影光学系の非回転対称な収差を
補正する収差補正板（３８）を、前記フォトマスクと前
記感光基板との間の結像光路中に配置したことを特徴と
する。

【００２８】この露光装置によると、前記所定の石英ガ
ラスを用いた収差補正板を備えており、この収差補正板
は、波長が２００ｎｍ程度以下の紫外線の照射に対して
透過率が高く、経時的な劣化が少ないという優れた特性
を有しているから、経時的に安定した収差補正を行うこ
とができる。従って、長期に渡って高い露光精度を実現
でき、装置の信頼性を向上できるとともに、長寿命化を
図ることもできる。本発明の請求項１１のフォトマスク
は請求項１又は２に記載のフォトマスクにおいて、前記
石英ガラス中のＯＨ基の濃度が、１００ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする。本発明のフォトマスクを、波長１
７０ｎｍ程度以下の照明光を照射する光源を備えた露光
装置において使用する場合には、石英ガラス中のＯＨ基
の濃度を１００ｐｐｍ以下に抑えることで、そのような
極短波長の光束に対する透過率を向上させることができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００３０】第１実施形態 １．全体構成 本実施形態は、フォトマスクとしてのレチクル上に形成
されたパターンの像を投影光学系を介してウエハ（感光
基板）上の各ショット領域に逐次転写するステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。

【００３１】図１は本発明の実施形態の投影露光装置の
概略構成図である。同図において、１はＦ₂ エキシマレ
ーザ光源であり、この光源１からの波長１５７ｎｍで狭
帯化された露光光としての紫外パルス光ＩＬは、露光装
置本体との間で光路を位置的にマッチングさせるための
可動ミラー等を含むビームマッチングユニット（ＢＭ
Ｕ）３を通り、遮光性のパイプ５を介して光アッテネー
タとしての可変減光器６に入射する。

【００３２】ウエハ上のレジストに対する露光量を制御
するための露光コントローラ３０が、光源１の発光の開
始及び停止、発振周波数、及びパルスエネルギーで定ま
る出力を制御するとともに、可変減光器６における紫外
パルス光ＩＬに対する減光率を段階的又は連続的に調整
する。なお、光源１として、波長１９３ｎｍのＡｒｆエ
キシマレーザ光やその他の波長２００ｎｍ程度以下の紫
外線を射出するものを使用する場合にも本発明を適用す
ることができる。

【００３３】可変減光器６を通った光ＩＬは、所定の光
軸に沿って配置されるレンズ系７Ａ，７Ｂよりなるビー
ム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ（ロ
ットインテグレータ、又はフライアイレンズなどであっ
て、図１ではフライアイレンズ）１１に入射する。な
お、フライアイレンズ１１は、照度分布均一性を高める
ために、直列に２段配置してもよい。フライアイレンズ
１１の射出面には開口絞り系１２が配置されている。開
口絞り系１２には、通常照明用の円形の開口絞り、複数
の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、輪帯
照明用の開口絞り等が切り換え自在に配置されている。
フライアイレンズ１１から出射されて開口絞り系１２の
所定の開口絞りを通過した光ＩＬは、透過率が高く反射
率が低いビームスプリッタ８に入射する。ビームスプリ
ッタ８で反射された光は光電検出器よりなるインテグレ
ータセンサ９に入射し、インテグレータセンサ９の検出
信号は露光コントローラ３０に供給されている。

【００３４】ビームスプリッタ８の透過率及び反射率は
予め高精度に計測されて、露光コントローラ３０内のメ
モリに記憶されており、露光コントローラ３０は、イン
テグレータセンサ９の検出信号より間接的に投影光学系
ＰＬに対する光ＩＬの入射光量をモニタできるように構
成されている。なお、投影光学系ＰＬに対する入射光量
をモニタするためには、同図中に示すように、例えばレ
ンズ系７Ａの前にビームスプリッタ８Ａを配置し、この
ビームスプリッタ８Ａからの反射光を光電検出器９Ａで
受光し、光電検出器９Ａの検出信号を露光コントローラ
３０に供給するようにしてもよい。

【００３５】ビームスプリッタ８を透過した光ＩＬは、
コンデンサレンズ系１４を経てレチクルブラインド機構
１６内の固定照明視野絞り（固定ブラインド）１５Ａに
入射する。固定ブラインド１５Ａは、投影光学系ＰＬの
円形視野内の中央で走査露光方向と直交した方向に伸び
るように配置された直線スリット状又は矩形状の開口部
を有する。さらに、レチクルブラインド機構１６内に
は、固定ブラインド１５Ａとは別に照明視野領域の走査
露光方向の幅を可変とするための可動ブラインド１５Ｂ
が設けられている。可動ブラインド１５Ｂの開口率の情
報は露光コントローラ３０にも供給され、インテグレー
タセンサ９の検出信号から求められる入射光量にその開
口率を乗じた値が、投影光学系ＰＬに対する実際の入射
光量となる。

【００３６】レチクルブラインド機構１６の固定ブライ
ンド１５Ａでスリット状に整形された紫外パルス光ＩＬ
は、結像用レンズ系１７、反射ミラー１８、及び主コン
デンサレンズ系１９を介して、レチクルＲの回路パター
ン領域上で固定ブラインド１５Ａのスリット状の開口部
と相似な照明領域を一様な強度分布で照射する。即ち、
固定ブラインド１５Ａの開口部又は可動ブラインド１５
Ｂの開口部の配置面は、結像用レンズ系１７と主コンデ
ンサレンズ系１９との合成系によってレチクルＲのパタ
ーン面とほぼ共役となっている。

【００３７】紫外パルス光ＩＬのもとで、レチクルＲの
照明領域内の回路パターンの像が両側テレセントリック
な投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例え
ば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬの結像面に配
置されたウエハＷ上のレジスト層のスリット状の露光領
域に転写される。その露光領域は、ウエハＷ上の複数の
ショット領域のうちの１つのショット領域上に位置して
いる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を
とり、Ｚ軸に垂直な平面内で走査方向（図１の紙面に平
行な方向）にＸ軸をとり、走査方向に直交する非走査方
向（図１の紙面に対して垂直な方向）にＹ軸をとって説
明する。

【００３８】このとき、レチクルＲは、その両側部近傍
の領域がレチクルホルダ２０Ｂ上に真空吸着されてお
り、このレチクルホルダ２０Ｂは伸縮可能な複数の駆動
素子２０Ｃを介してレチクルステージ２０Ａ上に載置さ
れている。レチクルステージ２０Ａは、不図示のレチク
ルベース上にＸ方向に等速移動できるとともに、Ｘ方
向、Ｙ方向、回転方向に微動できるように載置されてい
る。レチクルステージ２０Ａ（レチクルＲ）の２次元的
な位置、及び回転角は駆動制御ユニット２２内のレーザ
干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計
測結果及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータ
よりなる主制御系２７からの制御情報に基づいて、駆動
制御ユニット２２内の駆動モータ（リニアモータやボイ
スコイルモータ等）は、レチクルステージ２０Ａの走査
速度及び位置の制御を行う。

【００３９】そして、レチクルＲのアライメントを行う
際には、レチクルＲに形成されている一対のレチクルア
ライメントマーク（不図示）の中心を投影光学系ＰＬの
露光フィールドのほぼ中心に設定した状態で、レチクル
アライメントマークが露光光ＩＬと同じ波長域の照明光
で照明される。レチクルアライメントマークの像はウエ
ハステージ２４上のアライメントマーク（不図示）の近
傍に形成され、レチクルアライメント顕微鏡（不図示）
でレチクルアライメントマークの像に対するウエハステ
ージ２４上のアライメントマークの位置ずれ量を検出
し、これらの位置ずれ量を補正するようにレチクルステ
ージ２０Ａを位置決めすることで、レチクルＲのウエハ
Ｗに対する位置合わせが行われる。この際に、アライメ
ントセンサ（不図示）で対応する基準マークを観察する
ことで、アライメントセンサの検出中心からレチクルＲ
のパターン像の中心までの間隔（ベースライン量）が算
出される。ウエハＷ上に重ね合わせ露光を行う場合に
は、アライメントセンサの検出結果をそのベースライン
量で補正した位置に基づいてウエハステージ２４を駆動
することで、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲ
のパターン像を高い重ね合わせ精度で転写できる。

【００４０】一方、ウエハＷは、ウエハホルダＷＨを介
してＺチルトステージ２４Ｚ上に吸着保持され、Ｚチル
トステージ２４Ｚは、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸ
Ｙ平面に沿って２次元移動するＸＹステージ２４ＸＹ上
に固定され、Ｚチルトステージ２４Ｚ及びＸＹステージ
２４ＸＹによりウエハステージ２４が構成されている。
Ｚチルトステージ２４Ｚは、ウエハＷの表面をオートフ
ォーカス方式及びオートレベリング方式で投影光学系Ｐ
Ｌの像面に合わせ込み、ＸＹステージ２４ＸＹはウエハ
ＷのＸ方向への等速走査、Ｘ方向及びＹ方向へのステッ
ピングを行う。Ｚチルトステージ２４Ｚ（ウエハＷ）の
２次元的な位置、及び回転角は駆動制御ユニット２５内
のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されてい
る。この計測結果及び主制御系２７からの制御情報に基
づいて、駆動制御ユニット２５内の駆動モータ（リニア
モータ等）は、ＸＹステージ２４ＸＹの走査速度及び位
置の制御を行う。ウエハＷの回転誤差は、主制御系２７
及び駆動制御ユニット２２を介してレチクルステージ２
０Ａを回転することで補正される。

【００４１】主制御系２７は、レチクルステージ２０Ａ
及びＸＹステージ２４ＸＹのそれぞれの移動位置、移動
速度、移動加速度、位置オフセット等の各種情報を駆動
制御ユニット２２及び２５に送る。そして、走査露光時
には、レチクルステージ２０Ａを介して紫外パルス光Ｉ
Ｌの照明領域に対してレチクルＲが＋Ｘ方向（又は−Ｘ
方向）に速度Ｖｒで走査されるのに同期して、ＸＹステ
ージ２４ＸＹを介してレチクルＲのパターンの像の露光
領域に対してウエハＷが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速
度β・Ｖｒ（βはレチクルＲからウエハＷへの投影倍
率）で走査される。

【００４２】また、主制御系２７は、ウエハＷ上の各シ
ョット領域のレジストを適正露光量で走査露光するため
の各種露光条件を設定して、露光コントローラ３０とも
連携して最適な露光シーケンスを実行する。即ち、ウエ
ハＷ上の１つのショット領域への走査露光開始の指令が
主制御系２７から露光コントローラ３０に発せられる
と、露光コントローラ３０は光源１の発光を開始すると
ともに、インテグレータセンサ９の検出信号等に基づき
投影光学系ＰＬに対する入射光量を求める。そして、露
光コントローラ３０では、その入射光量及び投影光学系
ＰＬの透過率に応じて、走査露光後のウエハＷ上のレジ
ストの各点で適正露光量が得られるように、光源１の出
力（発信周波数及びパルスエネルギー）及び可変減光器
６の減光率を制御する。そして、当該ショット領域への
走査露光の終了時に、光源１の発光が停止される。

【００４３】また、この実施形態のＺチルトステージ２
４Ｚ上のウエハホルダＷＨの近傍には光電検出器よりな
る照射量モニタ３２が設置され、照射量モニタ３２の検
出信号も露光コントローラ３０に供給されている。照射
量モニタ３２は、投影光学系ＰＬによる露光領域の全体
を覆う大きさの受光面を備え、ＸＹステージ２４ＸＹを
駆動してその受光面を投影光学系ＰＬの露光領域を覆う
位置に設定することで、投影光学系ＰＬを通過した紫外
パルス光ＩＬの光量を計測できる。この実施形態では、
インテグレータセンサ９及び照射量モニタ３２の検出信
号を用いて投影光学系ＰＬの透過率を計測する。なお。
照射量モニタ３２の代わりに、その露光領域内での光量
分布を計測するためのピンホール状の受光部を有する照
度むらセンサを使用しても良い。

【００４４】この実施形態では、Ｆ₂ エキシマレーザ光
源１を用いているため、パイプ５内から可変減光器６、
レンズ系７Ａ，７Ｂ、さらにフライアイレンズ１１〜主
コンデンサレンズ系１９までの各照明光路を外気から遮
断するサブチャンバ３５が設けられ、そのサブチャンバ
３５内の全体には配管３６を通して酸素含有率を極めて
低く抑えたヘリウムガス（Ｈｅ）が供給される。同様に
投影光学系ＰＬの鏡筒内部の空間（複数のレンズ素子間
の空間）の全体にも配管３７を介してヘリウムガスが供
給される。

【００４５】そのヘリウムガスの供給は、サブチャンバ
３５や投影光学系ＰＬの鏡筒の気密性が高い場合は、一
度大気との完全な置換が行われた後はそれ程頻繁に行う
必要はない。しかしながら、光路内に存在する各所の物
質（硝材、コート材、接着剤、塗料、金属、セラミック
ス等）から生じる水分子や炭化水素分子等が光学素子の
表面に付着して起こる透過率変動を考慮すると、温度制
御されたヘリウムガスを光路内で強制的にフローさせつ
つ、ケミカルフィルタや静電フィルタによってそれらの
不純物分子を除去していくことも必要である。

【００４６】２．結像特性の補正 図１の装置には投影光学系ＰＬの結像特性を補正するた
めの補正機構が設けられている。この補正機構は、主に
対称性の像歪等の結像特性を補正する第１補正機構、及
び主に非対称性の像歪等の結像特性を補正する第２補正
機構から構成されている。まず、第１補正機構について
説明する。投影光学系ＰＬの結像特性としては、焦点位
置（フォーカス位置）、像面湾曲、ディストーション
（倍率調整、像歪等）、非点収差等があり、それらを補
正する機構はそれぞれ考えられるが、ここではディスト
ーションに関する補正機構の説明を行う。この実施形態
では、投影光学系ＰＬの結像特性を実測によりあるいは
計算により求めておき、その結果に基づき結像特性を補
正する。

【００４７】図１において、第１補正機構は、レチクル
Ｒ（レチクルホルダ２０Ｂ）の駆動機構２０Ｃ及び投影
光学系ＰＬの最もレチクル側のレンズエレメント（最上
位のレンズエレメント）の駆動機構（不図示）から構成
されている。即ち、主制御系２７の制御の下、不図示の
結像特性制御系によってレチクルＲを吸着保持するレチ
クルホルダ２０Ｂ又は投影光学系ＰＬ内の最上位のレン
ズエレメントを駆動することにより、結像特性の補正を
行う。

【００４８】まず、最上位のレンズエレメントの駆動に
ついて説明する。投影光学系ＰＬ内において、最上位の
レンズエレメントは支持部材に固定され、最上位のレン
ズエレメントに続く他のレンズエレメント等は投影光学
系ＰＬの鏡筒本体に固定されている。なお、この実施形
態において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸは該他のレンズ
エレメント以下の投影光学系ＰＬの本体の光学系の光軸
を指すものとする。最上位のレンズエレメントの支持部
材は伸縮自在の複数のピエゾ素子等からなる駆動素子を
介して投影光学系ＰＬの鏡筒本体と連結されている。こ
の場合、該駆動素子の伸縮により、該最上位のレンズエ
レメントを光軸ＡＸに平行に移動することができる。ま
た、駆動素子を３個設けて独立に伸縮させることによっ
て、最上位のレンズエレメントを光軸ＡＸに垂直な面に
対して傾けることもでき、これらの動作によって投影光
学系ＰＬの結像特性、例えば投影倍率、ディストーショ
ン、像面湾曲、非点収差等を補正することができるよう
になっている。

【００４９】ここで、最上位のレンズエレメントが光軸
ＡＸの方向に平行移動した場合、その移動量に応じた変
化率で投影光学系ＰＬの投影倍率（レチクルからウエハ
への倍率）が変化する。また、該最上位のレンズエレメ
ントが光軸ＡＸに垂直な平面に対して傾斜した場合は、
その回転軸に対して一方の投影倍率が拡大し、他方の投
影倍率が縮小して、所謂、正方形の像が台形状に歪む変
形を起こすことができる。逆に、台形状の歪みは該最上
位のレンズエレメントの傾斜によって補正できることに
なる。

【００５０】次に、レチクルＲの駆動について説明す
る。前記のように、レチクルホルダ２０Ｂの底面の複数
の駆動素子（例えば、ピエゾ素子）２０Ｃの伸縮により
投影光学系ＰＬとレチクルＲとの間隔を変化させること
ができる。ここで、レチクルＲが光軸ＡＸに平行に移動
した場合、投影像には所謂糸巻型（あるいは○型）ディ
ストーションと呼ばれる収差を発生させることができ
る。なお、投影光学系ＰＬの前記最上位のレンズエレメ
ントを駆動する駆動素子やレチクルＲを駆動する駆動素
子２０Ｃとしては、ピエゾ素子の他、電歪素子や磁歪素
子等が使用できる。

【００５１】上記のように、レチクルＲあるいは投影光
学系ＰＬの最上位のレンズエレメントを駆動することに
より、投影光学系ＰＬの投影倍率あるいは像歪を最適に
補正できる。また、これらを駆動することによって結像
面のフォーカス位置あるいは傾斜角が変化するが、その
量は焦点位置検出系（不図示）のオフセットとしてフィ
ードバックされ、ウエハＷの表面のフォーカス位置が常
に投影光学系ＰＬの結像面の平均的なフォーカス位置と
一致するように制御されている。

【００５２】なお、投影像の歪みを補正するための第１
補正機構は上記の機構の他に、例えば投影光学系とレチ
クルとの間の空間に像歪を補正する部分的に微妙に曲率
を持たせたようなガラスプレートを挿入する機構、ある
いは投影光学系ＰＬとレチクルＲとの間の空間に厚さが
可変のガラスプレート（例えば光学くさび等）を挿入す
る機構等も使用できる。特にこの厚さが可変のガラスプ
レートを挿入する方法は、レチクルＲを上下する方法と
ほとんど等価であるが、レチクルステージ２０Ａの剛性
に悪影響を与えることなく、同一の効果が得られる。ま
た、投影光学系ＰＬの一部のレンズ間の気体室を密封し
て、その圧力又は空気の組成を変化させる方法等種々の
方法が提案されており、これらも同様に使用できる。

【００５３】これらの第１補正機構は、実測によりある
いは計算により求められた結像特性を補正する場合以外
に、大気圧の変化、投影光学系ＰＬの照明光吸収、ある
いは照明条件の変更等に伴う結像特性の変化を補正する
場合にも用いられる。これを以下に簡単に説明する。ま
ず、大気圧の変化等の環境変化に対応する補正について
説明する。主制御系２７には、大気圧センサ、温度セン
サ等からなる環境センサ（不図示）からの情報が供給さ
れており、主制御系２７ではこれらの情報に基づき、予
め計算又は実験等で求めておいた係数、あるいはテーブ
ル等を用いて結像特性の変化量が計算される。さらに、
駆動素子２０Ｃ等の各補正手段の補正量が求められ、そ
の結果が不図示の結像特性制御系に制御信号として送ら
れる。この制御信号に基づき、結像特性制御系は駆動素
子２０Ｃ及び投影光学系ＰＬの最上位のレンズエレメン
トの駆動素子等を駆動して該最上位のレンズエレメント
又はレチクルＲの制御を行う。

【００５４】また、投影光学系ＰＬの照明光吸収に関し
ては、例えばウエハステージ２４上の照射量モニタ３２
により、投影光学系ＰＬを通過する照明光量の測定を実
露光動作の前に行う。主制御系２７には、予め照明光量
に対する結像特性の変化量を算出するための、例えば微
分方程式等の数学モデル等が記憶されており、照明光量
をモニタすることにより、結像特性の刻々の変化量が計
算される。その変化量に基づいて、上述の環境変化の場
合と同様に補正機構により補正することができる。

【００５５】次に、第２補正機構の構成及び動作につい
て詳しく説明する。第２補正機構は前述のように主に非
対称性（非回転対称性）の像歪の補正を行うものであ
り、ウエハＷ上の像歪に合わせてレチクルＲの投影像を
歪ませることにより結像特性の補正が行われる。まず、
構成について説明する。

【００５６】図１に示すように、レチクルＲと投影光学
系ＰＬとの間（ほぼ中間位置）に、透明な光学部材から
なる補正板（収差補正板）３８がＸＹ平面に平行に配置
されている。補正板３８は、手作業により着脱自在に、
あるいは自動交換装置（不図示）により挿脱自在に設け
られている。自動交換装置を設けた場合には、保管庫に
保管されている他の同様の補正板と必要に応じて交換さ
れるようにすることができる。補正板３８は、投影光学
系ＰＬの投影像の形状を変化させることにより、第１補
正機構で補正が難しいランダムなディストーションを補
正することを目的とする。また、この補正板３８は、こ
の投影露光装置の前又は後に配置される他の投影露光装
置のディストーション特性に合わせた像歪を発生させる
目的にも使用できる。なお、補正板３８の形状等につい
ては後述する。

【００５７】次に、この第２補正機構の動作について図
２を参照して説明する。投影光学系ＰＬのディストーシ
ョンはテスト露光あるいは光電センサを用いる方法で計
測され、まず第１補正機構により補正が行われる。しか
し、補正しきれないディストーションが残留する。図２
（ａ）は、残留ディストーションの一例を示し、この場
合残留ディストーションをレチクルＲ上でのパターンの
ずれとして表している。即ち、ウエハＷ上での投影像の
残留ディストーションをレチクルＲ上でのパターンの横
ずれ量に換算した状態が図２（ａ）に示されている。

【００５８】この図２（ａ）において、点線で示す理想
格子（歪みのない格子状の投影像に対応するパターン）
３９の各格子点では、矢印のように投影像のずれが生じ
ている。この場合、矢印の方向及び大きさは、投影像の
ずれの方向及び大きさを示す。この図２（ａ）に示すよ
うに、これらの矢印の方向及び大きさには共に一貫性が
なく、ランダムに分布している。例えば、左上部の隣合
う４つの格子点Ｐ（１，１），Ｐ（１，２），Ｐ（２，
１），Ｐ（２，２）は、それぞれ左上方の点Ｑ（１，
１）、左下方の点Ｑ（１，２）、右上方の点Ｑ（２，
１）、及び右下方の点Ｑ（２，２）までずれている。こ
のように近接した位置同士のずれがばらばらな方向性を
有している。また、他の角部の格子点Ｐ（１，５），Ｐ
（５，１），Ｐ（５，５）もそれぞれ左下方の点Ｑ
（１，５）、左上方の点Ｑ（５，１）、及び下方の点Ｑ
（５，５）までずれている。即ち、部分領域及び全体領
域にかかわらず、ずれの方向はランダムである。また、
それらのずれの大きさもランダムである。

【００５９】これらの対称性のないランダムな像歪の成
分は、従来の方法では、通常これ以上の補正はできな
い。しかし、この実施形態では、このランダムな像歪の
成分を補正板３８を使用して補正する。図２（ｂ）は、
補正板３８がレチクルＲと投影光学系ＰＬ（最上位のレ
ンズエレメント）との間に配置された状態の断面図を示
し、この図２（ｂ）に示すように、補正板３８の上表面
３８ＡはレチクルＲにほぼ平行な状態に成形されてい
る。一方、下表面３８Ｂは、局所的に角度を持たせ、レ
チクルＲを通過した主光線がディストーションを打ち消
す方向に曲がるように研磨加工されている。この場合の
補正板３８の断面形状は、図２（ａ）の理想格子３９の
中央の格子点Ｐ（３，１）〜格子点Ｐ（３，５）を結ぶ
直線４０上の投影像のディストーションを補正する場合
の例を示している。従って、格子点Ｐ（３，１）を通る
図２（ｂ）の主光線Ｌ（３，１）は、格子点Ｐ（３，
１）での左上方向へのずれを打ち消す方向、即ち右下方
向に曲げられる。同様に、格子点Ｐ（３，２）〜格子点
Ｐ（３，５）をそれぞれ通過する主光線Ｌ（３，２）〜
Ｌ（３，５）も格子点Ｐ（３，２）〜格子点Ｐ（３，
５）でのそれぞれのディストーションを打ち消す方向に
曲げられる。そして、補正板３８の全体の形状は図２
（ａ）のディストーションの分布に対応した形状に研磨
加工されている。

【００６０】このように補正板３８を所定の形に研磨加
工することで、対応するディストーションの補正が行え
る。しかし、あまり多くの像のずれ量を補正板３８で補
正しようとすると、補正板３８の厚さが場所により大き
く変わり、像面や球面収差に悪影響が出るため、できる
だけ対称成分は第１の補正機構で補正し、残留分のみ補
正板３８で補正するのがよい。

【００６１】なお、本発明の収差補正板は、上述した補
正板３８に限定されることはなく、他の収差（像面湾
曲、非点収差、球面収差、及びコマ収差）を補正するも
のでもよいし、あるいは任意の収差についてその回転対
称成分（投影光学系ＰＬの組立、調整時に補正しきれず
に残存する成分などを含む）を補正するものでもよい。
また、本実施形態の補正板３８はレチクルＲと投影光学
系ＰＬとの間に配置することが好ましいが、本発明が適
用される補正板（光学素子）の設置位置はレチクルＲと
投影光学系ＰＬとの間に限られるものではない。即ち、
補正対象とする収差に応じて、レチクルＲと感光基板Ｗ
との間で結像光路中の所定位置に光学素子を配置すれば
よい。さらに、本発明による補正板の形状も任意でよ
い。前述の補正板として、例えば偏心コマ収差を補正す
るために、投影光学系ＰＬと感光基板Ｗとの間に傾斜可
能に配置される平行平面板を用いてもよい。また、像面
湾曲（ペッツバール像面）を補正する所定の曲率を持つ
ガラスプレートを用いてもよいし、あるいは球面収差を
補正する平行平面板を用いてもよい。なお、像面湾曲、
又は球面収差を補正する光学素子は投影光学系ＰＬと感
光基板Ｗとの間に配置される。また、曲率、又は厚さが
異なる複数の光学素子をそれぞれ交換して結像光路中に
配置するように構成してもよい。さらに前述の補正板と
して、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間に配置される
２つの楔状光学素子を用いてもよい。この場合、少なく
とも１つの光学素子を移動可能に構成し、その厚さを調
整してディストーション、特に回転対称成分を補正す
る。

【００６２】３．レチクルＲ及び収差補正板３８の製造 この実施形態における光源１はＦ₂ エキシマレーザ光源
（波長１５７ｎｍ）であるため、レチクルＲ及び補正板
３８は、以下に示すようなフッ素がドープされた合成石
英ガラス又はＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上の合成石
英ガラスを用いて製造される。

【００６３】（１）フッ素ドープ石英ガラスを用いて製
造する場合 まず、フッ素がドープされた合成石英ガラスの製造方法
について、図３の製造工程図を参照して説明する。ま
ず、ＳｉＣｌ₄ のようなケイ素化合物を酸水素火炎中で
加水分解せしめてガラス微粒子（いわゆるスート）を得
る（Ｓ１）。次に、該ガラス微粒子を堆積させて多孔質
ガラス（いわゆるスート体）を形成する（Ｓ２）。かか
る多孔質ガラスの形成方法及び諸条件は特に限定され
ず、いわゆるＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ ＰｈａｓｅＡｘｉａ
ｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、いわゆるＯＶＤ（Ｏｕ
ｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、
いわゆるゾルゲル法等が適宜採用される。

【００６４】続いて、前記多孔質ガラスをフッ素含有雰
囲気中で加熱処理してフッ素ドープされた多孔質ガラス
を得る（Ｓ３）。このフッ素含有雰囲気としては、Ｓｉ
Ｆ₄のようなフッ素化合物のガスを０．１〜１００容量
％含有する不活性ガス雰囲気が好ましい。また、このフ
ッ素ドープ処理中の圧力は、０．１〜１０ａｔｍ、温度
は１０００〜１７００℃がそれぞれ好ましい。上記の範
囲外では充分量のフッ素がドープされにくい傾向にある
からである。

【００６５】次いで、前記フッ素ドープされた多孔質ガ
ラスを透明化してフッ素ドープされた合成石英ガラスを
得る（Ｓ４）。多孔質ガラスは、通常、Ｈｅのような不
活性ガス雰囲気中で該ガラスの軟化点（好ましくは融
点）近傍以上の温度で透明化されるが、ここでは前記多
孔質ガラスをフッ素含有雰囲気中で透明化することが好
ましい。フッ素含有雰囲気中で透明化を行うと、ドープ
されるフッ素量が増加、維持される傾向にあるからであ
る。このフッ素含有雰囲気としては、ＳｉＦ₄ のような
フッ素化合物のガスを０．１〜１００容量％含有する不
活性ガス雰囲気が好ましい。また、このフッ素ドープ処
理中の圧力は、０．１〜１０ａｔｍが好ましい。なお、
フッ素含有雰囲気中で前記多孔質ガラスを透明化する場
合、前記フッ素ドープ処理工程（Ｓ３）と、この透明化
処理工程（Ｓ４）とを単一の工程で行うことも可能であ
る。

【００６６】そして、前記フッ素ドープされた合成石英
ガラスを水素ガス含有雰囲気中で加熱処理することによ
ってフッ素及び水素がドープされた合成石英ガラスを得
る（Ｓ５）。この水素ガス含有雰囲気としては、水素ガ
スを０．１〜１００容量％含有する不活性ガス雰囲気が
好ましい。また、この水素ドープ処理中の圧力は、０．
１〜１０ａｔｍが好ましい。上記の範囲外では、充分量
の水素分子がドープされにくい傾向にあるからである。
また、上記水素ドープ処理（Ｓ５）の間の温度は、好ま
しくは５００℃以下、より好ましくは０〜５００℃、特
に好ましくは３００〜５００℃である。

【００６７】この製造方法においては、まず前記多孔質
ガラス（いわゆるスート体）にフッ素をドープすること
により、多孔質ガラス中の不完全構造（結合）をフッ素
で終端することが可能になる。特にＶＡＤ法等で合成さ
れた多孔質ガラスでは、脱水処理や透明化処理の際に雰
囲気が酸素欠乏雰囲気になり易く、１６３ｎｍに吸収帯
を持つＳｉ−Ｓｉ結合が生成し易くなる。この製造方法
によれば、ここにＦが存在することにより、Ｓｉ−Ｓｉ
結合を開裂させてＳｉ−Ｆ結合で終端させることができ
るため上記吸収帯の生成が解消される。また、Ｓｉ−Ｆ
結合はＳｉ−Ｈ結合やＳｉ−Ｃｌ結合より結合エネルギ
ーが大きく、紫外線の強いエネルギーを受けても安定に
その構造を保つことができる。なお、本発明によるフォ
トマスクを、波長１７０ｎｍ程度以下の照明光を照射す
る光源を備えた露光装置において使用する場合には、上
記の脱水処理等によって、石英ガラス中のＯＨ基の濃度
を低下させることが望ましい。ＯＨ基の濃度を低下させ
ることによって、石英ガラスの波長１５５ｎｍから１７
０ｎｍ程度の光束に対する透過率を向上させることがで
きるためである。透過率向上のために、石英ガラス中の
ＯＨ基の濃度は１００ｐｐｍ以下に抑えることが望まし
い。また、より好ましくは、１０ｐｐｍ程度以下とする
と、波長１５５ｎｍから１７０ｎｍ程度の光束に対する
透過率を一層向上させることができ好都合である。ここ
で、１ｐｐｍ以下にまで脱ＯＨ基処理した場合は、還元
性の欠陥種、例えば前記Ｓｉ−Ｓｉ結合などが生成する
可能性があるが、本発明においては、石英ガラス中に、
フッ素をドープしており、このフッ素の作用によりこの
ような欠陥の発生を抑制することができる。

【００６８】次に、上記多孔質ガラスを透明化した後、
水素ガス雰囲気中、好ましくは５００℃以下の温度域で
加熱処理する。水素分子のドープは熱力学的には常温か
ら２５００Ｋ（２２２７℃）までの温度領域で可能であ
る。水素を好ましくは５００℃以下という比較的低温で
ドープすることにより、紫外線照射により結合が切れて
Ｅ’センターになり易いＳｉ−Ｈ結合を作ることなく、
また、Ｓｉ−Ｆ結合を減少させることなく、水素分子の
状態で水素ドープを行うことができる。従って、上記の
強い構造に加え、紫外線の照射により生成したＥ’セン
ターが、ドープされている水素分子により終端され、さ
らに強い耐紫外線性を得ることができる。なお、５００
℃を越えた温度で水素雰囲気での熱処理を行うと、Ｓｉ
−Ｈ結合が生成するため耐紫外線性は低下してしまう傾
向があり、熱処理温度をさらに上昇させることは好まし
くない。もっとも、熱処理温度が低い程、生産効率が低
下するため、特に好ましくは３００〜５００℃である。

【００６９】このようにして製造された合成石英ガラス
中のフッ素濃度は、１００ｐｐｍ以上が好ましく、より
好ましくは１００〜３００００ｐｐｍ、特に好ましくは
５００〜３００００ｐｐｍである。また、この合成石英
ガラス中の水素分子濃度は、１×１０¹⁷ｍｏｌｅｃｕｌ
ｅｓ／ｃｍ³ 以上が好ましく、特に好ましくは１×１０
¹⁷〜１×１０¹⁰ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ³ である。

【００７０】なお、上述した製造方法においては、フッ
素に加えて水素をもドープしているが、水素のドープは
必ずしも必要ではなく、フッ素のみをドープした合成石
英ガラスを用いてレチクルＲ又は補正板３８を製造する
こともできる。この場合における合成石英ガラスの製造
方法は、上述したフッ素及び水素をドープした合成石英
ガラスの製造方法から水素をドープする工程（図３のＳ
５）を削除することにより容易に実現できるので、その
説明は省略することにする。

【００７１】本実施形態におけるレチクルＲ及び補正板
３８は、上述した方法により製造されたフッ素がドープ
された合成石英ガラスを用いて製造されている。フッ素
がドープされた合成石英ガラスは、該ガラス中の不完全
な構造（結合）がフッ素により終端され、より完全な構
造となり、紫外線の吸収が少なくなるとともに、紫外線
の強いエネルギーを受けても安定にその構造を保つこと
ができる。

【００７２】従って、このようにして製造されたレチク
ルＲ及び補正板３８は、波長が１５７ｎｍのＦ₂ エキシ
マレーザを照明光として使用する場合にも光透過率が高
く、カラーセンターやコンパクションの発生等の紫外線
照射による経時的な劣化が少ない。さらに、合成石英ガ
ラスを用いているから、加熱・冷却に対して耐性があ
り、パターンの形成を含む製造の作業性が良いととも
に、線膨張率が極めて小さいので、製造時及び露光時に
おいて、高い精度を実現することができる。

【００７３】また、フッ素に加えて水素をもドープする
ことにより、フッ素及び水素分子のそれぞれの耐紫外線
性に対する特性の相乗効果によって耐紫外線性を飛躍的
に高めることができる。なお、現在のフォトマスクの基
板サイズは厚さ６ｍｍ程度の１５０ｍｍ角が一般的であ
るが、上記ＶＡＤ法，ＯＶＤ法，ゾルゲル法等の製法
は、円柱状の石英ガラスの製造に適するものであり、こ
のような大面積の平板ガラスの製造に適したものではな
い。そこで、石英ガラス基板の製造に際し、まず、円柱
状のガラスロッドを上記各製法で製造した後、円柱状の
ガラスロッドを加熱プレスして概平板状に変形し、その
後に、研削及び研磨して所望のサイズに仕上げる方法を
採用することもできる。このプレス変形加工に際し、さ
らに、上記加熱処理後に５００℃以下での水素雰囲気処
理を行なっても良い。この水素処理により、石英ガラス
中に水素分子を溶存させることで耐光性を向上させるこ
とができる。この水素処理時の温度は、水素との反応に
よる完全性の欠陥種の生成を抑制するために、５００℃
以下であることが望ましい。この方法により、１５０ｍ
ｍ角のレチクル用基板を、より小さな直径の円柱状の石
英ガラスから形成することが可能となり、より小規模
の、すなわちより安価な生産設備によって本発明のフォ
トマスクを製造することが可能である。もちろん、収差
補正版に関してもこの製造方法を適用することもでき
る。

【００７４】（２）ＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上の
石英ガラスを用いて製造する場合 この場合のレチクルＲ及び補正板３８の製造に用いられ
る合成石英ガラスは、構造決定温度が１２００Ｋ以下
で、かつＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上、好ましくは
１０００〜１３００ｐｐｍとした合成石英ガラスであ
る。

【００７５】このようにＯＨ基濃度を１０００ｐｐｍ以
上としかつ構造決定温度を１２００Ｋ以下にすること
で、波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外線に適用した場
合において、散乱損失及び吸収損失を極めて低くするこ
とができるとともに、経時的な劣化を少なくすることが
できるから、かかる合成石英ガラスを用いてレチクルＲ
や補正板３８を製造することにより、透過率が高くかつ
耐紫外線性に優れたレチクルＲや補正板３８を得ること
ができる。

【００７６】レチクルＲや補正板３８における光散乱と
光吸収のトータル量すなわち透過損失量は、ウエハＷ上
の光量に影響し、照度低下によるスループットの低下な
どに影響を及ぼすから、かかる光散乱や光吸収を少なく
する必要がある。ここで、光吸収とは、光学部材に入射
した光子エネルギーによる電子遷移に起因する現象であ
る。光学部材において光吸収が起こると、そのエネルギ
ーは主に熱エネルギーに変換され、光学部材が膨張した
り、屈折率や面状態が変化し、結果として高解像度が得
られなくなる。さらに、光吸収は、電子状態の変化を伴
い、その緩和過程で入射光より長い波長の光が蛍光とし
て放出される。その蛍光の波長が露光波長と近く、その
強度が高ければ、像のコントラストを著しく低下させ
る。

【００７７】また、一般的に、物質中に入射した光エネ
ルギーは散乱現象を生ずる。散乱現象は、レーリー散
乱、ブリリアン散乱等の弾性散乱やラマン散乱等の非弾
性散乱に大別できる。特に、レチクルＲや補正板３８中
の散乱強度が高いと、その散乱光は像のコントラストを
低下させ、光学性能を低下させる原因となる。もっと
も、光散乱は、光吸収による光学部材の形状や屈折率の
変化に比べて、その影響は小さいが、Ｆ₂ エキシマレー
ザ（波長１５７ｎｍ）のような真空紫外線域では、光散
乱は無視できない。

【００７８】ここで、構造安定性のパラメータである構
造決定温度が１２００Ｋ以下である石英ガラス、即ち理
想に近い構造を持つ石英ガラスに１０００ｐｐｍ以上の
ＯＨ基が導入された石英ガラスにおいて、真空紫外線に
対する透過損失が著しく抑制される機構は必ずしも明確
でないが、以下のように考えることができる。なお、本
発明の石英ガラスの構造決定温度は、例えば光ファイバ
の構造決定温度である約１４５０Ｋと比較して非常に低
い。

【００７９】構造決定温度が高い石英ガラスは構造的に
は不安定であると考えられる。即ち、石英ガラスネット
ワーク中の≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合角はガラスであるが
ゆえにある分布を持っており、この結合角分布の中には
構造的に不安定なものが含まれている。この結合角分布
は石英ガラス中の酸素原子と珪素原子とで作られる四面
体どうしが架橋しており、従って歪んだ状態の四面体が
存在していることに起因していると考えられる。このよ
うな歪んだ結合部分は、紫外線の照射により容易に切断
され、有害なＥ’センターやＮＢＯＨＣなどの欠陥を発
生させてしまうものと考えられる。これに対して、構造
決定温度が低い石英ガラスにおいては、かかる歪んだ結
合部分が非常に少ないと考えられる。

【００８０】そして、上記範囲内のＯＨ基を含有する石
英ガラスは、それ以外の石英ガラスに比較して構造的に
安定しており、構造決定温度がより低下する傾向にあ
る。その詳細な理由は以下の通りである。前述のよう
に、石英ガラスネットワーク中の≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結
合角はガラスであるがゆえにある分布を持っており、構
造的に不安定な歪んだ結合部分が含まれている。しかし
ながら、上記範囲内のＯＨ基が含有されると不安定な結
合角をとってまで架橋する必要が無くなるため、四面体
が最安定構造に近づくことができる。従って、上記範囲
内のＯＨ基を含有する石英ガラスは、それ以外の石英ガ
ラスに比較して構造的に安定しており、また、構造決定
温度がより低下する傾向にある。

【００８１】従って、ＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上
でかつ構造決定温度が１２００Ｋ以下とした合成石英ガ
ラスにおいては、それらの相乗効果によって、真空紫外
線に対する散乱損失や吸収損失を低くすることができ
る。このような石英ガラスにおいては、フッ素濃度が３
００ｐｐｍ以上であることが好ましい。フッ素濃度が３
００ｐｐｍ以上であると、同一のアニール条件下で構造
決定温度がより低下する傾向にあるからである。

【００８２】また、石英ガラスの耐紫外線性を悪化させ
る要因として、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡、≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ
≡、溶存酸素分子等が知られている。これらの前駆体
は、エキシマレーザなどの紫外線照射によって容易に
Ｅ’センターやＮＢＯＨＣなどの構造欠陥に変換されて
しまい、透過率の低下の原因となる。しかし、この実施
形態の石英ガラスにおいては、そのような化学量論比か
らのずれに起因する不完全構造が少ないから、耐紫外線
性も良好であり、従って、この実施形態におけるレチク
ルＲや補正板３８は、経時的に劣化が少なく、所定の性
能を長期間に渡って実現することができる。

【００８３】なお、この石英ガラスにおいては、塩素濃
度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、１０ｐｐｍ
以下であることが特に好ましい。塩素濃度が５０ｐｐｍ
を超えると、石英ガラス中のＯＨ基濃度を１０００ｐｐ
ｍ以上に維持することが困難となる傾向にあるからであ
る。さらに、含有金属不純物（Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎａ，Ｋ）
濃度がそれぞれ５０ｐｐｂ以下、より好ましくは２０ｐ
ｐｂ以下という高純度の石英ガラスを用いることが好ま
しい。これにより、前述の構造欠陥が減って理想に近い
構造となり、さらに金属不純物による屈折率変化、面変
化、透過率劣化がより少なくなり、耐紫外線性が向上す
る傾向にある。

【００８４】第２実施形態 以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して説
明する。この第２実施形態の投影露光装置は、上述した
第１実施形態の投影露光装置の全体構成とほぼ同じであ
り、レチクルＲの構造及びその保持構造を工夫したもの
である。従って、投影露光装置の詳細についての説明は
省略する。

【００８５】図４はこの第２実施形態のレチクルＲ及び
レチクルホルダ２０Ｂの構成を示す図であり、（ａ）は
正面図、（ｂ）は平面図である。図４において、フォト
マスクとしてのレチクルＲは、薄板状の合成石英ガラス
からなるガラス基板４１及び板状の蛍石（ＣａＦ₂ ）か
らなる補強基板（補強部材）４２を備えて構成される。
ガラス基板４１上には、転写すべきパターン及びレチク
ルアライメントマーク等が形成される。ガラス基板４１
の厚さとしては、例えば０．５〜１．０ｍｍ程度であ
り、この場合における補強基板４２の厚さとしては、例
えば２〜３ｍｍ程度に設定することができる。なお、図
４（ｂ）において、参照番号４３で示すのがガラス基板
４１のパターン形成領域（照明光が通過し得る領域）で
ある。

【００８６】レチクルホルダ２０Ｂは、第１ホルダ４
４，４４及び第２ホルダ４５，４５を備えて構成され
る。第１ホルダ４４は補強基板４２を吸着保持するもの
であり、第１ホルダ４４には真空吸引用の複数の通孔４
４Ａが形成されているとともに、補強基板４２が吸着さ
れる部分にはゴム等からなる薄膜状の弾性シート４６が
それぞれ装着されている。第２ホルダ４５は、第１ホル
ダ４４に略直交するように配置されており、これらの第
２ホルダ４５には真空吸引用の複数の通孔４５Ａが形成
されており、ガラス基板４１の両側部近傍がこの第２ホ
ルダ４５に吸着保持される。これらの第１ホルダ４４及
び第２ホルダ４５は、レチクルステージ２０Ａ上に互い
に独立的に支持固定されている。

【００８７】補強基板４２は第１ホルダ４４上に吸着保
持された状態でその上面が第２ホルダ４５の上面と同一
の平面となり、若しくは極めて僅かに突出しており、ガ
ラス基板４１がそのパターン形成面を下に向けて第２ホ
ルダ４５に吸着保持された状態で、補強基板４２の上面
はガラス基板４１の下面に一様に密着することにより、
ガラス基板４１が薄板状であるがための自重による撓み
等の変形を防止する。

【００８８】この実施形態におけるレチクルＲは、薄板
状のガラス基板４１にパターンを形成し、このガラス基
板４１の撓み等を防止すべく紫外線に優れた特性を有す
る蛍石からなる補強基板４２で保持するようにしてい
る。ガラス基板４１は合成石英ガラスから構成されてい
るので、加熱・冷却による劣化が少なく、硬度も高く傷
等もつき難いからパターン形成等の加工の作業性が良い
とともに、線膨張率が小さいから精度の良いパターンを
形成することができる。

【００８９】このガラス基板４１は薄いので照明光の透
過損失が小さく、照明光として紫外線を用いた場合であ
っても実用が可能である。ここで、ガラス基板４１は透
過損失を小さくすべく薄板としたことから、撓み等によ
る変形により露光時の精度の低下が懸念されるが、蛍石
からなる比較的に厚い補強基板４２によって、ガラス基
板４１の少なくともパターン形成領域（照明光の通過領
域）を一様に保持するようにしたから、この部分の変形
は防止され、高精度の露光を実現することができる。

【００９０】なお、ガラス基板４１は通常の合成石英ガ
ラスであっても良いが、前記第１実施形態で説明したよ
うなフッ素をドープした合成石英ガラス、フッ素及び水
素をドープした合成石英ガラス、又はＯＨ基を１０００
ｐｐｍ以上含有した合成石英ガラスを用いて構成するこ
とができ、このようにすれば、さらに耐紫外線性や透過
率を向上することができる。また、アルミニウムなどの
軽金属をドープした合成石英ガラスを用いてもよい。

【００９１】また、上述した弾性シート４６は、補強部
材４２やホルダ４４，４５等の各部の寸法を厳密に加工
等して、補強基板４２の上面と第２ホルダ４５上面を同
一平面内に設定することができる場合には必ずしも必要
ではなく、若しくはこれに代えて各部の寸法誤差を吸収
するための他の手段を採用することも可能である。

【００９２】さらに、上述した第２実施形態では、ガラ
ス基板４１と補強基板４２をそれぞれ独立的に第１及び
第２ホルダ４４，４５に吸着保持するようにしている
が、両者を密着させた状態で保持する保持部材により一
体化し、これをレチクルホルダ２０Ｂに吸着保持させる
ようにしてもよい。このようにすることで、ガラス基板
４１と補強基板４２の間に埃や異物等が進入することを
防止でき、ガラス基板４１のパターン形成面の保護にも
役立つとともに、補強基板４２をペリクルとして機能さ
せることができる。

【００９３】加えて、補強基板４２は、ガラス基板４１
の少なくとも照明光が通過する領域４３の部分を保持で
きれば十分であるから、その領域に対応する部分のみを
蛍石で構成し、これを保持部材で保持して構成すること
ができる。

【００９４】ところで、蛍石は脆弱で傷つき易いという
好ましくない性質を有しているから、補強基板４２を含
むレチクルＲの搬送中等において該補強基板４２に傷が
つき、あるいは損傷により発生した異物により露光処理
に悪影響を及ぼすことが懸念される。この対策として
は、補強基板４２に以下のような保護膜を形成するのが
よい。

【００９５】図５はこの場合の補強基板を示す図であ
り、（ａ）は底面図、（ｂ）は側面図である。補強基板
４２の底面（ガラス基板が密着される面と反対側の面）
の第１ホルダ４１に真空吸着される部分には、それぞれ
保護膜４７が形成されている。この保護膜４７として
は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成長させたダイヤモンドを
使用することができる。また、酸化ケイ素（ＳｉＯ又は
ＳｉＯ₂ ）、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ）、
ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）等を使用することもで
き、その形成方法としては、通常のパターン形成と同様
にフォトリソグラフィプロセスにより形成することがで
きる。

【００９６】補強基板４２の第１ホルダ４４に真空吸着
される部分には保護膜４７が形成されているので、蛍石
のように柔らかい材質で構成した場合であっても、第１
ホルダ４４等との接触時に損傷等が生じることがなく、
補強基板４２自体に欠陥を生じることが少なくなるとと
もに、異物の発生が少なくなるから、該異物がガラス基
板４１のパターン面等に付着して露光精度を悪化させる
等の不具合を防止することができる。

【００９７】なお、補強基板４２の保護膜４７の形成箇
所は、図５に示した位置に限定されず、その側面部分や
他の部材と接触する全ての部分に形成することができ
る。また、補強基板４２とガラス基板４１を一体化させ
る場合には、そのために使用する保持部材に保持される
部分に保護膜４７を形成するとよい。さらに、この保護
膜４７は補強基板４２のみならず、ガラス基板４１の第
２ホルダ４５に対する真空吸着部分やその他の部分に形
成してもよい。この場合には、ガラス基板４１のパター
ンの成膜と同時に成膜するようにすれば、成膜工程が簡
略化され、製造コストを低減することができる。なお、
補強基板４２はレチクルホルダ２０Ｂ（第１ホルダ４
４）に常に保持しておくようにし、ガラス基板４１のみ
を交換するようにしてもよい。また、第１ホルダ４４を
用いなくてもよく、このときは補強基板４２をレチクル
ステージ２０Ａに直接固定してもよい。

【００９８】上述したようにＡｒＦエキシマレーザ（１
９３ｎｍ）を用いる露光装置では、合成石英ガラスから
なるレチクルを用いることも可能であるが、透過率など
を考えると、第１及び第２実施形態で説明したレチクル
や収差補正板を用いることが好ましい。特に波長が１９
０ｎｍ程度以下、具体的には１５０〜１９０ｎｍに発振
スペクトルを有する照明光を用いる露光装置では、通常
の合成石英ガラスの使用は現実的ではないので、本発明
によるフォトマスクや収差補正板を用いる。また、前述
の第１及び第２実施形態では本発明による石英ガラス
を、レチクル、又は収差補正板に適用するものとした
が、投影光学系ＰＬの瞳面（フーリエ変換面）又はその
近傍に配置され、結像光束の光学特性（振幅透過率、可
干渉性など）を部分的に異ならせる光学フィルター、所
謂瞳フィルターに適用してもよい。例えば、コンタクト
ホールパターンなどの孤立パターンを感光基板Ｗに転写
するときは、投影光学系ＰＬの光軸を中心とする円形領
域に分布する結像光束を遮光し、その円形領域の外側に
分布する結像光束を通過させる中心遮光型瞳フィルター
が用いられる。そこで、第１又は第２実施形態の石英ガ
ラスに、クロムなどの遮光材で円形遮光部を形成し、前
述の中心遮光型瞳フィルターとして用いるようにしても
よい。

【００９９】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。

【０１００】上述した第１及び第２実施形態では、いわ
ゆるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を一例
として説明したが、本発明は、この方式の露光装置に限
定されず、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の
露光装置及びその他の方式の露光装置にも適用すること
ができる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特に短波長の光を用いて露光を行う露光装置におい
て、光透過率が高く、耐紫外線性が良好で、かつ加工作
業性が良く、高精度を実現できるフォトマスク及び収差
補正板を提供することができるという効果がある。ま
た、感光基板上に形成するパターンの微細化に対応でき
るとともに、露光性能の経時的な劣化が少なく、寿命の
長い露光装置を提供することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る投影露光装置の
概略構成図である。

【図２】 本発明の第１実施形態の収差補正板を説明す
るための図であり、（ａ）は非対称な残留ディストーシ
ョンの一例を示す図、（ｂ）は補正板の形状及び配置を
示す断面図である。

【図３】 本発明の第１実施形態のフッ素ドープ石英ガ
ラスの製造工程図である。

【図４】 本発明の第２実施形態のレチクルの構成を示
す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。

【図５】 本発明の第２実施形態のレチクルの補強基板
の構成図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【符号の説明】

Ｒ… レチクル（フォトマスク） Ｗ… ウエハ（感光基板） ＰＬ… 投影光学系 １… Ｆ₂ エキシマレーザ光源 ２０Ａ… レチクルステージ ２０Ｂ… レチクルホルダ ３８… 収差補正板 ４１… ガラス基板 ４２… 補強基板（補強部材） ４４… 第１ホルダ ４５… 第２ホルダ ４７… 保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を射
   出する光源を備えた露光装置に使用されるフォトマスク
   であって、 フッ素がドープされた石英ガラスを用いて製造されたこ
   とを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 前記石英ガラスは、ケイ素化合物を火炎
   中で加水分解せしめて得たガラス微粒子を堆積させて多
   孔質ガラスを形成し、該多孔質ガラスをフッ素含有雰囲
   気中で加熱処理してフッ素をドープした後に透明化して
   なることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
3. 【請求項３】 前記石英ガラスは、さらに水素がドープ
   されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマス
   ク。
4. 【請求項４】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を射
   出する光源を備えた露光装置に使用されるフォトマスク
   であって、 構造決定温度が１２００Ｋ以下で、かつＯＨ基濃度が１
   ０００ｐｐｍ以上である石英ガラスを用いて製造された
   ことを特徴とするフォトマスク。
5. 【請求項５】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を射
   出する光源を備えた露光装置に使用されるフォトマスク
   であって、 薄板状の石英ガラスにパターンを形成するとともに、前
   記石英ガラスの変形を防止するように、少なくとも前記
   照明光が通過する領域が蛍石からなる補強部材で前記石
   英ガラスを保持してなることを特徴とするフォトマス
   ク。
6. 【請求項６】 前記石英ガラスは、前記パターンの形成
   面が前記補強部材にほぼ密着するように固定されている
   ことを特徴とする請求項５記載のフォトマスク。
7. 【請求項７】 前記石英ガラスは、フッ素がドープされ
   ていることを特徴とする請求項５又は６記載のフォトマ
   スク。
8. 【請求項８】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光をフ
   ォトマスクに照射する照明光学系と、前記フォトマスク
   から出射する照明光を感光基板上に投射する投影光学系
   とを備えた露光装置において、 前記投影光学系の物体面側に配置され、前記フォトマス
   クを前記物体面にほぼ沿って移動するステージと、 前記ステージに設けられ、前記フォトマスクを保持して
   その変形を防止するために、少なくとも前記照明光が通
   過する領域が蛍石からなる補強部材とを備えたことを特
   徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光で照
   射されるパターンの像を所定面上に投影する投影光学系
   の収差補正板であって、 フッ素がドープされた石英ガラス、又は構造決定温度が
   １２００Ｋ以下で、かつＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以
   上である石英ガラスを用いて製造されたことを特徴とす
   る収差補正板。
10. 【請求項１０】 波長が２００ｎｍ程度以下の照明光を
    フォトマスクに照射する照明光学系と、前記フォトマス
    クから出射する照明光を感光基板上に投射する投影光学
    系とを備えた露光装置において、 フッ素がドープされた石英ガラス、又は構造決定温度が
    １２００Ｋ以下で、かつＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以
    上である石英ガラスからなり、前記投影光学系の非回転
    対称な収差を補正する収差補正板を、前記フォトマスク
    と前記感光基板との間の結像光路中に配置したことを特
    徴とする露光装置。
11. 【請求項１１】前記石英ガラス中のＯＨ基濃度が１００
    ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記
    載のフォトマスク。