JPWO2005031823A1 - 液浸型レンズ系及び投影露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

長期間安定して使用できる高性能の液浸型レンズ系及びこれを備える投影露光装置を提供する。このため、本発明の液浸型レンズ系は、光軸に沿った一端に光学面３３ａを有するとともに、当該光学面３３ａが第１の浸液ＩＬ１に接触した状態とされる光学系本体３０と、光軸に沿った両端に２つの面を有するとともに、光学系本体３０の光学面３３ａに対向して配置され、２つの面の一方４２ａが第１の浸液ＩＬ１に接触した状態とされ、かつ、２つの面の他方４２ｂが第２の浸液ＩＬ２に接触した状態とされる光透過部材４２と、光透過部材４２を一方の面４２ａが光学系本体３０の光学面３３ａに対向するように着脱自在に支持する保持部材４１とを備えている。また本発明の投影露光装置はこのような液浸型レンズ系を備えている。

Description

本発明は、半導体素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを感光性の基板上に転写するための投影露光装置等に組み込まれるレンズ系に関し、より詳しくは、液浸型のレンズ系及びこれを組み込んだ投影露光装置、並びにこの液浸型の投影露光装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。

投影露光装置による露光の高解像度化を目的として、可視光よりも短波長の紫外レーザ光が露光光として用いられている。この種の投影露光装置としては、現在主流となっているＫｒＦエキシマレーザの波長２４８ｎｍで使用する装置のほかに、ＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍで使用する装置が実用化されている。

また、この露光光の短波長化を実質的に行う別の方法として、液浸法が提案されている（特開平１０−３０３１１４号公報、特開平１０−３４０８４６号公報、特開平１１−１７６７２７号公報、国際公開第９９／４９５０４号公報等参照）。これは、投影光学系の下面とウエハとの間を液体で満たした場合、液体中での露光光の波長が空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率１．２〜１．７）になることを利用して、解像度及び／又は焦点深度を向上させるというものである。

しかし、液浸型露光装置では、浸液によって投影レンズ先端のレンズが侵食され、装置の寿命が極端に短くなる可能性がある。すなわち、投影レンズのＮＡが大きく露光光として短波長の紫外光を用いる液浸型露光装置では、光自身のエネルギーが非常に高く、結像面に近い箇所では急激に光の密度も高くなる。このため、高エネルギーの露光光が集中する先端レンズが比較的短期間で侵食され、投影レンズすなわち液浸型露光装置の寿命が短くなる可能性があった。

また液体と接触している投影レンズ先端のレンズ表面に液体中の不純物が付着する可能性もある。

ここで、投影レンズ先端に交換可能な平行平板を設けて投影レンズを保護することも考えられるが、ＮＡが大きくなると平行平板に適切な反射防止膜を形成することが困難になり、結果的に平行平板での表面反射が大きくなってフレアー等に起因する像劣化が生じる。

そこで、本発明は、長期間安定して使用できる高性能の液浸型レンズ系及びこれを備える投影露光装置、並びに該投影露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明に係る液浸型レンズ系は、（ａ）光軸に沿った一端に光学面を有するとともに、当該光学面が第１の浸液に接触した状態とされる光学系本体と、（ｂ）光軸に沿った両端に２つの面を有するとともに、光学系本体の光学面に対向して配置され、２つの面の一方が第１の浸液に接触した状態とされ、かつ、２つの面の他方が第２の浸液に接触した状態とされる光透過部材と、（ｃ）光透過部材を一方の面が光学系本体の光学面に対向するように着脱自在に支持する保持部材とを備える。

上記液浸型レンズ系によれば、光学系本体の光学面に対向して光透過部材が配置されるので、光学系本体が、光透過部材を介して第２の浸液側に配置されるワーク（感光性の基板）等の対象から離れて配置されることになる。よって、光学系本体がダメージを受けることを回避できる。また、光透過部材は、集光する処理光と第２の浸液とによってダメージを受けたり、第２の浸液中の不純物が付着する可能性があるが、光透過部材を新しいものと交換することによって、液浸型レンズ系としての性能を長期間維持することができる。

また、上記液浸型レンズ系では、第１の浸液を第２の浸液から分離する。よって、第２の浸液中の不純物などが第１の浸液中に混入する等の不都合を防止できる。

また、上記液浸型レンズ系においては、第１の浸液が、周囲を閉じた閉空間内に収容されており、第２の浸液が、周囲を開放した開放空間内に存在する。この場合、第２の浸液は、ワーク等の対象側にあり開放が作業性を高めることになる。一方、第１の浸液は、閉空間に収納することによって第２の浸液からより確実に分離される。

また、上記液浸型レンズ系においては、閉空間内に収容されている第１の浸液の量が、開放空間内に存在する第２の浸液の量よりも多い。この場合、第２の浸液が比較的少ないので、液浸型レンズ系とワーク等の対象との間に第２の浸液を充填したり除去する時間が短縮され、処理のスループットがさらに向上する。

また、上記液浸型レンズ系においては、光透過部材が、平行平板状である。この場合、光透過部材の変位が結像に及ぼす影響が少ないので、光透過部材のアライメント精度が問題となりにくく、結像性能を維持しつつも光透過部材の交換の作業性を高めることができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、第２の浸液を２つの面の他方に接触するように供給するとともに、当該他方の面に接触している第２の浸液を回収する供給回収機構をさらに備える。この場合、第２の浸液を適当なタイミングで供給・回収する間欠的な、あるいは連続的な交換を行うことができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、光学系本体及び光透過部材の間の第１の浸液と、光透過部材の他方の面に接触する第２の浸液との少なくとも一方を循環させる循環機構をさらに備える。この場合、循環機構によって浸液の組成や温度の均一化を図りつつ、浸液のリフレッシュを行うことができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、循環機構が、第１の浸液を循環させる第１循環系と、第２の浸液を循環させる第２循環系とを有する。この場合、各浸液を別個の循環系で分離したまま独立に循環させることができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、第１及び第２の浸液の少なくとも一方の温度を調節する温度調節装置をさらに備える。この場合、光透過部材や光学系本体の温度変化に起因する特性変動や加熱によるダメージの加速を防止することができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、第１及び第２の浸液が、ともに脱イオン水である。この場合、光透過部材や光学系本体に与えるダメージが少なく、浸液としての取り扱い性に優れる。さらに、水には洗浄効果があるので液浸型レンズ系の汚染を防止でき、水は環境に優しいので処理設備が簡素化され処理後の廃棄等の後処理も簡単である。

また、上記液浸型レンズ系においては、光透過部材が、蛍石で形成されている。この場合、光透過部材と第１の浸液（例えば水）との屈折率差が少なくなるので、光透過部材での反射が減少する。なお、蛍石の保護部材即ち光透過部材がダメージを受けた場合は交換すればよい。

また、上記液浸型レンズ系においては、光学系本体の光学面を構成する光学素子は、合成石英で形成されている。この場合、光学系本体の光学素子が合成石英であるので、第１の浸液による本体側の光学素子のダメージを低減することができる。

また、上記液浸型レンズ系においては、光透過部材が、蛍石で形成されており、光学系本体の光学面を構成する光学素子が、合成石英で形成されている。

上記液浸型レンズ系によれば、光透過部材が蛍石であるので、交換可能な光透過部材での反射を低減することができ、迷光による結像特性の劣化を防止できるとともに光透過部材のアライメント作業の負荷を軽減できる。また、光学系本体の光学素子が合成石英であるので、第１の浸液による本体側の光学素子のダメージを低減することができる。

また、本発明の投影露光装置は、投影光学系を用いてパターン像を基板上に投影露光する装置であって、パターン像を基板上に形成する上記発明に係る液浸型レンズ系とを備える。

上記投影露光装置では、パターン像を基板上に形成するための投影レンズ系として、上述の液浸型レンズ系を用いるので、液浸型の露光が可能になり、解像度及び／又は焦点深度の向上を達成することができる。この場合、光透過部材によって液浸型レンズ系の光学系本体がダメージを受けることを回避でき、液浸法を適用した投影露光装置の性能を長期間維持することができる。

また、本発明の投影露光装置は、投影光学系を用いてパターン像を基板上に投影露光する投影露光装置であって、その投影光学系は、光軸に沿った一端に光学面を有するとともに、当該光学面が第１の浸液に接触した状態とされる光学系本体と、光軸に沿った両端に２つの面を有するとともに、その光学系本体の光学面に対向して配置され、２つの面の一方が第１の浸液に接触した状態とされ、かつ、２つの面の他方が第２の浸液に接触した状態とされる光透過部材とを有するものである。

本発明の投影露光装置によれば、投影光学系の本体と光透過部材との間の光路が第１の浸液で満たされているので、その光透過部材を無屈折力の光学素子、あるいは屈折力の非常に小さい光学素子にすることができる。

また本発明のデバイス製造方法は、上記の投影露光装置を用いることによって、高性能なデバイスを製造することができる。

本発明の一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示す図である。 図１に示す投影露光装置に組み込まれる液浸型レンズ系の下端部分の拡大図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

以下、本発明に係る液浸型レンズ系を組み込んだステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置について説明する。

図１は、本実施形態の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光光源としてのＡｒＦエキシマレーザ光源、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等を含む照明光学系１から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光よりなる露光光ＥＬは、レチクルＲに設けられたパターンを照明する。レチクルＲのパターンは、両側（又はワークであるウエハＷ側に片側）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）でフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の露光領域に縮小投影される。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の紙面に垂直にＹ軸を取り、図１の紙面に平行にＸ軸を取って説明する。

レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴにはＸ方向、Ｙ方向、各軸の回転方向にレチクルＲを微動する機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置、及び回転角はレーザ干渉計（不図示）によってリアルタイムに計測され、この計測値に基づいて主制御系１４がレチクルＲの位置決めを行う。

一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺステージ９上に固定されている。Ｚステージ９は投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１０上に固定され、ＸＹステージ１０はベース１１上に載置されている。Ｚステージ９は、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）、及び傾斜角を制御してウエハＷ上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ＰＬの像面に合わせ込み、ＸＹステージ１０は、ウエハＷのＸ方向、及びＹ方向の位置決めを行う。Ｚステージ９（ウエハＷ）の２次元的な位置、及び回転角は、移動鏡１２の位置としてレーザ干渉計１３によってリアルタイムで計測されている。この計測結果に基づいて主制御系１４からウエハステージ駆動系１５に制御情報が送られ、これに基づいてウエハステージ駆動系１５は、Ｚステージ９及びＸＹステージ１０の動作を制御する。露光時にはウエハＷ上の各ショット領域を順次露光位置にステップ移動し、レチクルＲのパターン像を露光する動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。

図２は、投影光学系ＰＬの下端部の構造を説明する側方断面図である。この投影光学系ＰＬは、液浸型レンズ系であり、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くすることができる。なお、投影光学系ＰＬは屈折型、反射型、反射屈折型のいずれであってもよい。

投影光学系ＰＬは、本体部分３０と交換部分４０とを備える。本体部分３０は、鏡筒３１内に複数の光学素子を備える光学系本体であり、そのうちの１つの光学素子３３が鏡筒３１の下端に固定されて露出している。交換部分４０は、保持部材である環状のホルダ４１に対して平行平板４２を固定したものであり、本体部分３０に対して着脱可能になっている。つまり、本体部分３０の鏡筒３１の下部先端には、環状の雌ねじ３１ａが形成されており、ホルダ４１の上部には、環状の雄ねじ４１ａが形成されており、ホルダ４１を鏡筒３１の下端にねじ込んで固定することができるようになっている。逆に、ホルダ４１をねじ回して緩めることにより鏡筒３１の下端から外すことができ、別の同一構造のホルダ（不図示）と交換することがきるようになっている。なお、ホルダ４１は、下部に円形の開口ＡＰを有しており、この開口ＡＰの周囲に設けた環状の係止部４１ｃに平行平板４２の外周部下面が支持され、ホルダ４１に設けた環状の締結部材４１ｄによって平行平板４２の外周部上面が支持される。これにより、ホルダ４１底面に所定量だけ突出するように平行平板４２が固定される。

ホルダ４１を鏡筒３１の下端にねじ込んで固定した状態において、ホルダ４１と鏡筒３１との間には、第１浸液ＩＬ１を収容する浸液溜ＩＣが形成される。この浸液溜ＩＣは、光学素子３３の射出側光学面３３ａと平行平板４２の入射側平面４２ａとの間に挟まれて円板状の輪郭を有する実質的な閉空間となっている。なお、平行平板４２と処理対象であるウエハＷとの間には、第２浸液ＩＬ２がその表面張力によって保持されている。つまり、第２浸液ＩＬ２は、開放空間に保持された状態となっている。

第１浸液ＩＬ１を収容する浸液溜ＩＣには、吐出ノズル５１と吸引ノズル５２とが一対以上互いに対向して形成されており、浸液溜ＩＣに第１浸液ＩＬ１を供給して、光学素子３３の射出側光学面３３ａと平行平板４２の入射側平面４２ａとの間の露光光の光路空間を第１浸液ＩＬ１で満たすとともに、浸液溜ＩＣ中の第１浸液ＩＬ１を徐々に交換できるようになっている。つまり、鏡筒３１の下部側面の適所に第１浸液ＩＬ１を所定流量で吐出させる吐出ノズル５１が１つ以上形成されており、ホルダ４１の側面の適所に第１浸液ＩＬ１を排出させる吸引ノズル５２が１つ以上形成されている。吐出ノズル５１や吸引ノズル５２の個数や配置は、投影光学系ＰＬの使用条件や親液溜ＩＣの大きさ、第１浸液ＩＬ１の流速、第１浸液ＩＬ１の制御温度等に応じて適宜変更することができる。

なお、ホルダ４１の周囲には、先端部が細くなった吐出ノズル５３と、先端部が広くなった一対の吸引ノズル５４ａ，５４ｂとが互いに対向して配置されており、平行平板４２の射出側平面４２ｂとウエハＷの表面とに挟まれた開放空間に第２浸液ＩＬ２を供給して、平行平板４２の射出側平面４２ｂとウエハＷの表面との間の露光光の光路空間を第２浸液ＩＬ２で満たしたり、かかる開放空間から第２浸液ＩＬ２を除去したり、さらに、かかる開放空間に保持された第２浸液ＩＬ２を徐々に置換又は交換できるようになっている。

吐出ノズル５３や吸引ノズル５４ａ，５４ｂの個数や配置は、投影光学系ＰＬの使用条件や平行平板４２とウエハＷとの間隔、ウエハＷの動き、第２浸液ＩＬ２の流速、第２浸液ＩＬ２の制御温度等に応じて適宜変更することができる。

光学素子３３は、第１浸液ＩＬ１に接しているので、本体部分３０の寿命を延ばすためには、光学素子３３の材料が第１浸液ＩＬ１に対して耐食性を有する必要がある。そこで、光学素子３３のバルク材や反射防止膜を旧来の材料であるＣａＦ_２結晶等とせず、ＣａＦ_２結晶材料よりも比較的水に対する溶解度が小さい光透過材料とする。具体的には、例えば合成石英からなるバルク材によって光学素子３３を作製する。なお、必要であればバルク材上に弗化マグネシウムからなる反射防止膜を堆積することもできる。これにより、第１浸液ＩＬ１に接触する光学素子３３すなわちそのバルク材や反射防止膜が侵食されにくくなり、本体部分３０の耐水性を高めることができるので、本体部分３０の結像性能を維持することができ、その結果、投影光学系ＰＬの結像性能を良好に維持することができる。

一方、平行平板４２は、第１浸液ＩＬ１及び第２浸液ＩＬ２の双方に接しているので耐食性が高い材料で形成するのが望ましいが、ホルダ４１とともに交換可能な光学素子であるので、両浸液ＩＬ１，ＩＬ２に対して高い耐食性を有する必要は必ずしもない。そこで、本実施形態においては、平行平板４２のバルク等は、合成石英等の水に対する溶解度が比較的小さい材料とせず、水に対する溶解度がある程度大きい光透過材料とする。ただし、平行平板４２及びその近傍では露光光が集中して光密度を高めるので、平行平板４２の材料としては、レーザコンパクションに対してある程度の耐性を有することが望ましい。具体的には、ＣａＦ_２結晶等からなるバルク材を用いて平行平板４２を形成する。なお、必要であれば、バルク材の射出面上に弗化マグネシウム（ＭｇＦ_２）からなる反射防止膜を堆積して平行平板４２を完成する。もちろん、第１浸液ＩＬ１と接する平行平板４２の入射面上に弗化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などの反射防止膜を施してもよい。

なお、ホルダ４１や鏡筒３１の下端部は、容器状の浸液溜ＩＣを形成するためのものであり、第１浸液ＩＬ１に接触することになるので、第１浸液ＩＬ１に対する高い耐食性を有するものとする。本実施形態においては、第１浸液ＩＬ１として脱イオン水（純水）を用いているので、具体的には、チタン合金、ステンレススティール等を加工してホルダ４１や鏡筒３１の下端部を形成する。

以上のような投影光学系ＰＬにおいて、レチクルＲ（図１参照）を透過して本体部分３０の上端に入射した像光は、本体部分３０の下端に設けた光学素子３３から収束しつつ出射し、第１浸液ＩＬ１を経て平行平板４２に入射する。この平行平板４２を通過した像光は、第２浸液ＩＬ２を経てウエハＷに入射してここに投影像を形成する。

図１に戻って、浸液溜ＩＣである光学素子３３と平行平板４２との間の空間に挟まれた第１浸液ＩＬ１は、その液体のタンク、加圧ポンプ等からなる液体供給装置７５によって、吐出ノズル５１を介して流量制御された状態で供給される。液体供給装置７５の前段には、温度調節手段である温度調節装置７６が設けられている。すなわち、液体供給装置７５から送り出される第１浸液ＩＬ１は、温度調節装置７６で例えば冷却されて所望の温度とされる。ここで、第１浸液ＩＬ１は、例えば本実施形態の投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定されている。このように、温度調節装置７６を用いて第１浸液ＩＬ１の温度を一定に保つことにより、投影光学系ＰＬの結像特性を安定化することができる。この際、温度調節装置７６によって温度調節された第１浸液ＩＬ１により、露光光ＥＬによって加熱される光学素子３３や平行平板４２の表面が冷却されるので、これらの光学素子の浸食の進行を抑えることができる。

液体供給装置７５からは、供給管２５が延びており、この供給管２５は、投影光学系ＰＬの下端に接続されており、吐出ノズル５１を介して浸液溜ＩＣに連通する。

一方、投影光学系ＰＬの下端近傍には、浸液溜ＩＣに連通する吸引ノズル５２が形成されており、この吸引ノズル５２は、回収管２６を介して温度調節装置７６に延びている。吐出ノズル５１と吸引ノズル５２とは、投影光学系ＰＬの下端部分を例えばＸ方向に関して挟むように配置されており、光学素子３３と平行平板４２との間すなわち浸液溜ＩＣにおいて−Ｘ方向への第１浸液ＩＬ１の流れを形成することができる。これら吐出ノズル５１、吸引ノズル５２、及び液体供給装置７５は、供給回収機構の少なくとも一部を構成し、さらに供給管２５及び回収管２６を含めたものは第１循環系を構成する循環機構の一部を構成している。

なお、第１浸液ＩＬ１の温度は必ずしもチャンバ内の温度と同程度に設定する必要は無く、温度調節装置７６により投影光学系ＰＬの結像性能を維持可能な所望の温度に制御することができる。

また、本実施形態においては、吸引ノズル５２で回収された第１浸液ＩＬ１を温度調節装置７６に戻す循環系が形成されているが、吸引ノズル５２から回収した第１浸液ＩＬ１の少なくとも一部を廃棄して、新しい清浄な第１浸液ＩＬ１を温度調節装置７６に供給してもよい。

また、温度調整装置７６を液体供給装置７５の下流側に配置することもできる。

また、液体供給装置７５のポンプやタンク、及び温度調節装置７６は必ずしも投影露光装置が備えている必要はなく、それらの少なくとも一部を投影露光装置が設置される工場などの設備で代用することもできる。

平行平板４２とウエハＷとの間に挟まれた第２浸液ＩＬ２は、その液体のタンク、加圧ポンプ等からなる液体供給装置７１によって、吐出ノズル５３を介してウエハＷ上に流量制御された状態で供給され、その液体のタンク、吸引ポンプ等からなる液体回収装置７２によって、所定の吸引ノズル等を介してウエハＷ上から回収される。液体回収装置７２から液体供給装置７１にかけての循環路上には、温度調節手段である温度調節装置７３が設けられている。すなわち、液体回収装置７２で回収された第２浸液ＩＬ２は、温度調節装置７３で例えば冷却されて所望の温度とされた状態で、液体供給装置７１に戻される。ここで、第２浸液ＩＬ２は、例えば本実施形態の投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定されている。このように、温度調節装置７３を用いて第２浸液ＩＬ２の温度を一定に保つことにより、投影光学系ＰＬの結像特性を安定化することができる。この際、温度調節装置７３によって温度調節された第２浸液ＩＬ２により、露光光ＥＬによって加熱される平行平板４２の表面が冷却されるので、平行平板４２の浸食の進行を抑えることができる。

液体供給装置７１からは、供給管２１を介して先端部が細くなった吐出ノズル５３が延びており、液体回収装置７２からは、回収管２２を介して先端部が広くなった２つの吸引ノズル５４ａ，５４ｂが延びている。吐出ノズル５３と一対の吸引ノズル５４ａ，５４ｂとは、投影光学系ＰＬの下端部分をＸ方向に関して挟むように配置されており、交換部分４０に設けた平行平板４２とウエハＷとの間において−Ｘ方向への第２浸液ＩＬ２の流れを形成することができる。なお、図示を省略しているが、一対の吸引ノズル５４ａ，５４ｂの間には、これらに平行に吐出ノズルが形成されており、吐出ノズル５３の両側方には、これに平行に一対の吸引ノズルが形成されており、第２浸液ＩＬ２の流れを＋Ｘ方向に切り換えることもできる。さらに、図示を省略しているが、吐出ノズル５３、吸引ノズル５４ａ，５４ｂ等を一組とする第１の給排ノズルシステムを投影光学系ＰＬの下端部分の回りにほぼ９０°回転した配置の第２の給排ノズルシステムも設けられており、平行平板４２とウエハＷとの間において−Ｙ方向若しくは＋Ｙ方向への第２浸液ＩＬ２の流れを形成することができる。つまり、露光に際して±Ｘ方向にウエハＷをステップ移動させる際には、第１の給排ノズルシステムを用いて平行平板４２とウエハＷとの間に層流状で安定した第２浸液ＩＬ２の流れを形成することができ、露光に際して±Ｙ方向にウエハＷをステップ移動させる際には、第２の給排ノズルシステムを用いて平行平板４２とウエハＷとの間に層流状で安定した第２浸液ＩＬ２の流れを形成することができるので、平行平板４２とウエハＷとの間を常に新鮮な第２浸液ＩＬ２で安定して満たすことができる。なお、吐出ノズルと吸引ノズルの配置及び動作は、例えば、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されており、本国際出願で指定または選択された国の法令で許容される限りにおいて、この公報の開示を援用して本文の記載の一部とする。

以上において、吐出ノズル５３、吸引ノズル５４ａ，５４ｂ、液体供給装置７１、液体回収装置７２及び温度調節装置７３は、供給回収機構の少なくとも一部を構成し、さらに供給管２１及び回収管２２を含めたものは第２循環系の少なくとも一部を構成する循環機構である。

なお、第２浸液ＩＬ２の温度は必ずしもチャンバ内の温度と同程度に設定する必要は無く、温度調節装置７３により投影光学系ＰＬの結像性能を維持可能な所望の温度に制御することができる。

また、本実施形態においては、吸引ノズル５４ａ，５４ｂで回収された第２浸液ＩＬ２を温度調節装置７３に戻す循環系が形成されているが、吸引ノズル５４ａ，５４ｂから回収した第２浸液ＩＬ２の少なくとも一部を廃棄して、新しい清浄な第２浸液ＩＬ２を温度調節装置７３に供給してもよい。

また、温度調整装置７３を液体供給装置７１の下流側に配置することもできる。

また、液体供給装置７１及び液体回収装置７２のポンプやタンク、及び温度調節装置７３は必ずしも投影露光装置が備えている必要はなく、それらの少なくとも一部を投影露光装置が設置される工場などの設備で代用することもできる。

また、第１の浸液ＩＬ１と第２の浸液ＩＬ２とを同じ温度に制御する場合には、１つの温度調整装置で兼用してもよい。

以下、具体的な実施例について説明する。光学素子３３の平凸レンズを合成石英で形成し、平行平板４２を蛍石で形成した。そして、平行平板４２の厚みを１０ｍｍとし、光学素子３３と平行平板４２との間隔を２ｍｍとし、平行平板４２とウエハＷの間隔を５ｍｍとした。また、投影光学系ＰＬについては、結像側のＮＡを１．２５とした。また、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２は脱イオン水（純水）とした。脱イオン水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、ウエハＷ上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。また、脱イオン水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、ウエハの表面を洗浄する作用も期待できる。そして、波長が２００ｎｍ程度の露光光ＥＬに対する脱イオン水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４であるため、ＡｒＦエキシマレーザ光の波長１９３ｎｍは、ウエハＷ上では１／ｎ、即ち約１３４ｎｍに短波長化されたと同等の効果が生じて高い解像度が得られる。さらに、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、即ち約１．４４倍に拡大されるため、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できればよい場合には、投影光学系ＰＬの開口数をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。

光学素子３３の射出側光学面３３ａにおけるエネルギー密度は、平行平板４２の射出側平面４２ｂにおけるエネルギー密度の１．５％になっており、平行平板４２の入射側平面４２ａにおけるエネルギー密度の３％になっている。つまり、光学素子３３の射出側光学面３３ａにおけるエネルギー密度は、平行平板４２の位置におけるエネルギー密度に比較して２桁程度少なく、第２浸液ＩＬ２による光学素子３３の浸食や露光光ＥＬによるレーザコンパクションはほとんど無視できるレベルとなる。

また、光学素子３３の射出側光学面３３ａや平行平板４２の射出側平面４２ｂにおける光軸上の反射は、それぞれ０．１４％及び０．０３％であり、これらの最大ＮＡに対応する入射角（６０°）における光軸上の反射は、それぞれ０．８７％及び０．３２％（ｓ偏光とｐ偏光の平均）である。つまり、露光光ＥＬの光線の入射角が０°〜６０°までの場合、中間の射出側光学面３３ａや最終の射出側平面４２ｂでの反射率が極めて低い０．１４％〜０．８７％或いは０．０３％〜０．３２％となり、反射防止膜では不可能な値を簡単に達成することができる。

以下、図１等に示す投影露光装置の動作について説明する。予め、液体供給装置７５等を動作させて、投影光学系ＰＬの浸液溜ＩＣ中に一定温度の第１浸液ＩＬ１を循環させる。次に、Ｚステージ９及びＸＹステージ１０を適宜駆動して、投影光学系ＰＬをウエハＷに対して適所に移動させる。この際、液体供給装置７１、液体回収装置７２等を動作させて、ウエハＷと平行平板４２との間に一定温度の第２浸液ＩＬ２を循環させる。一方、パターンが形成されたレチクルＲは、照明光学系１から射出された露光光ＥＬによって重畳的に均一に照明される。レチクルＲのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。そして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交するＸＹ平面内においてウエハＷをステップ移動させることによって、ウエハＷの全面に所望のパターンが逐次露光される。この際、投影光学系ＰＬの本体部分３０の下端に設けた光学素子３３がウエハＷから離れて配置されるので、本体部分３０が露光光ＥＬと第１浸液ＩＬ１とによってダメージを受けることを回避できる。なお、露光光ＥＬと第２浸液ＩＬ２等とによってダメージを受ける可能性がある平行平板４２については、交換部分４０ごと新しいものと交換することができるので、投影光学系ＰＬの性能を長期間維持することができる。また、光学素子３３と平行平板４２との間にこれらに近い屈折率を有する第１浸液ＩＬ１が満たされているので、光学素子３３の射出側光学面３３ａや平行平板４２の入射側平面４２ａにおける反射を防止して、フレアー等の結像特性の劣化を防止することができる。さらに、露光時に、平行平板４２とウエハＷとの間に比較的少量（浸液溜ＩＣに収容される第１浸液ＩＬ１に比較して少量）の第２浸液ＩＬ２を満たすだけであるので、第２浸液ＩＬ２の使用量を低減して効率的で迅速な供給動作を行わせることができ、延いては露光処理の迅速性を高めることができる。

なお、光学素子３３と平行平板４２との間の第１浸液ＩＬ１の量と、平行平板４２とウエハＷとの間の第２浸液ＩＬ２の量は異なっていてもよいし、同じであってもよい。また、光学素子３３と平行平板４２との間の第１浸液ＩＬ１の流速と、平行平板４２とウエハＷとの間の第２浸液ＩＬ２の流速とは異なっていてもよいし、同じであってもよい。

なお、第１浸液ＩＬ１は、投影光学系ＰＬの像面から比較的に離れているので、露光光ＥＬの照射による温度変化が第２浸液ＩＬ２に比べて小さく、温度変化が投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響も第２浸液ＩＬ２に比べて小さいばかりでなく、ウエハＷと接触する第２浸液ＩＬと比べて格段に汚れ難いので、その量は第２浸液ＩＬ２よりも少なくてもよく、その流速（浸液の入れ替え速度）も第２浸液よりも小さくてよい。したがって、ウエハＷ上へのパターン像の投影中は、吐出ノズル５１による第１浸液ＩＬ１の供給動作と吸引ノズル５２による第１浸液ＩＬ２の回収動作を停止させてもよい。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２としては、純水以外にも、露光光ＥＬに対する十分な透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬやウエハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることができる。例えば波長２００ｎｍ以下の露光光ＥＬに対しては、これを透過させる液体として例えばフッ素系オイル（フロリナート；米国スリーエム社製）や過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等を含むフッ素系の浸液等の使用が好適である。

また、上述の実施形態においては、第１浸液ＩＬ１と第２浸液ＩＬ２は共に純水（脱イオン水）を用いるが、その水質（制御温度、温度安定性、溶存酸素濃度、比抵抗値、ＴＯＣ［ｔｏｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ］など）は異なっていてもよい。例えば、第２の浸液ＩＬ２の水質を第１浸液ＩＬ１の水質よりも高くすることができる。また第１浸液ＩＬ１と第２浸液ＩＬ２とに異なる種類の液体（水溶液含む）を用いるようにしてもよい。

また、露光光ＥＬとしては、ＡｒＦエキシマレーザ光に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）や水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用してもよい。例えばＫｒＦエキシマレーザ光を用いた場合、光学素子３３の本体材料として例えば合成石英や蛍石を使用することができ、その反射防止膜の材料として例えば弗化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等を使用することができる。この際、平行平板４２の本体材料として例えば蛍石を使用することができるが、比較的低波長でレーザコンパクションが問題となりにくいので合成石英を使用することもできる。また、Ｆ_２レーザ光を用いた場合、光学素子３３の本体材料として例えば蛍石を使用することができ、その反射防止膜の材料として例えば弗化マグネシウム等を使用することができる。この際、平行平板４２の本体材料として例えば蛍石を使用することができる。

また、光学素子３３の反射防止膜の材料としては、弗化マグネシウムに限らず、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化ネオジウム、弗化イットリウム、ＬｉＳｒＡｌＦ_６、ＬｉＣａＡｌＦ_６等の弗化物、若しくはサファイア、水晶等の酸化物とすることができ、さらに、これらの材料の膜を宜組み合わせて多層に積層したものとすることができる。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬの交換部分４０の光学素子として平行平板が用いられているが、例えば屈折率の極めて小さいレンズにしてもよい。また、投影光学系ＰＬの光学素子３３は、光学面３３ａが平面である平凸レンズであるが、光学面３３ａが曲面であるレンズを用いることもできる。

また、上述の実施形態において、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置は、ウエハＷ上の一つのショット領域を、ウエハＷをほぼ静止した状態で露光する静止露光タイプのものであってもよいし、ウエハＷを移動しながら露光する走査露光タイプのものであってもよい。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間を局所的に第２浸液ＩＬ２で満たす露光装置を採用しているが、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているように、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているように、ステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。

また、上記実施形態において、Ｘ方向、又はＹ方向から第２浸液ＩＬ２の供給及び回収を行うノズルだけでなく、例えば斜めの方向から第２浸液ＩＬ２の供給及び回収を行うためのノズルを設けてもよい。

また、本発明は、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号及び特開平１０−２１４７８３号（対応米国特許６，３４１，００７、６，４００，４４１、６，５４９，２６９及び６，５９０，６３４）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１）あるいは米国特許６，２０８，４０７に開示されており、本国際出願で指定または選択された国の法令で許容される限りにおいて、それらの開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、本発明は、特開平１１−１３５４００号に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種の計測部材やセンサを備えた計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。

以上のように、上述の実施形態によれば、光学系本体３０の光学面３３ａに対向して光透過性の平行平板４２が配置されるので、光学系本体３０が、平行平板４２を介して第２の浸液側に配置されるウエハＷなどのワーク対象から離れて配置されることになる。よって、平行平板４２が光学系本体３０を保護するかのように、平行平板４２側において集光することになる露光光と浸液とによって光学系本体３０がダメージを受けることを回避できる。また、平行平板４２は、集光する露光光と第２浸液ＩＬ２とによってダメージを受けたり、第２浸液ＩＬ２中の不純物が付着する可能性があるが、平行平板４２を新しいものと交換することによって、液浸型レンズ系としての性能を長期間維持することができる。また、光学系本体３０（光学素子３３）の光学面３３ａと平行平板４２との間に空気よりも高い屈折率の第１浸液ＩＬ１が配置されるので、平行平板４２を配置しても液浸光学系として高い光学性能を維持することができるばかりでなく、平行平板４２の一方の面等における反射を防止して、フレアー等による結像特性の劣化を防止することができる。

また、第１浸液ＩＬ１と第２浸液ＩＬ２とが分離されているので、第２浸液ＩＬ２中の不純物などが第１浸液ＩＬ１中に混入する等の不都合を防止できる。また、第１浸液ＩＬ１と第２浸液ＩＬ２とが分離されているので、第１浸液ＩＬ１とは別に、第２浸液ＩＬ２を間欠的に供給したり常時リフレッシュして、露光処理などを効率よく実行できるので、スループット向上につながる。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図３に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

Claims (32)

1. 光軸に沿った一端に光学面を有するとともに、当該光学面が第１の浸液に接触した状態とされる光学系本体と、
   光軸に沿った両端に２つの面を有するとともに、前記光学系本体の光学面に対向して配置され、前記２つの面の一方が前記第１の浸液に接触した状態とされ、かつ、前記２つの面の他方が第２の浸液に接触した状態とされる光透過部材と、
   前記光透過部材を前記一方の面が前記光学系本体の前記光学面に対向するように着脱自在に支持する保持部材と
   を備える液浸型レンズ系。
2. 前記第１及び第２の浸液は、それぞれ水を含むことを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ。
3. 前記第１の浸液は、前記第２の浸液と分離されていることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
4. 前記第１の浸液は、周囲を閉じた閉空間内に収容されており、前記第２の浸液は、周囲を開放した開放空間内に存在することを特徴とする請求項３記載の液浸型レンズ系。
5. 前記閉空間内に収容されている前記第１の浸液の量は、前記開放空間内に存在する前記第２の浸液の量よりも多いことを特徴とする請求項４記載の液浸型レンズ系。
6. 前記光透過部材は、平行平板状であることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
7. 前記第２の浸液を前記２つの面の他方に接触するように供給するとともに、当該他方の面に接触している前記第２の浸液を回収する供給回収機構をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
8. 前記光学系本体及び前記光透過部材の間の前記第１の浸液と、前記光透過部材に設けた前記他方の面に接触する前記第２の浸液との少なくとも一方を循環させる循環機構をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
9. 前記循環機構は、前記第１の浸液を循環させる第１循環系と、前記第２の浸液を循環させる第２循環系とを有することを特徴とする請求項８記載の液浸型レンズ系。
10. 前記第１及び第２の浸液の少なくとも一方の温度を調節する温度調節装置をさらに備えることを特徴とする請求項１及び請求項８のいずれか一項記載の液浸型レンズ系。
11. 前記第１及び第２の浸液は、ともに脱イオン水であることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
12. 前記光透過部材は、蛍石で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
13. 前記光学系本体の前記光学面を構成する光学素子は、合成石英で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
14. 前記光学系本体を構成する光学素子及び前記光透過部材は、投影露光用の紫外光を透過させることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
15. 前記紫外光は、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光及び水銀ランプのｉ線のいずれかであることを特徴とする請求項１４記載の液浸型レンズ系。
16. 前記光学系本体を構成する光学素子及び前記光透過部材の少なくとも一方は、反射防止膜を有することを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
17. 前記光透過部材は、蛍石で形成されており、
    前記光学系本体の前記光学面を構成する光学素子は、合成石英で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液浸型レンズ系。
18. 前記第１及び第２の浸液は、それぞれ水を含むことを特徴とする請求項１７記載の液浸型レンズ。
19. 投影光学系を用いてパターン像を基板上に投影露光する装置であって、
    前記パターン像を基板上に形成する請求項１記載の液浸型レンズ系を備える投影露光装置。
20. 投影光学系を用いてパターン像を基板上に投影露光する投影露光装置であって、
    前記投影光学系は、光軸に沿った一端に光学面を有するとともに、当該光学面が第１の浸液に接触した状態とされる光学系本体と、光軸に沿った両端に２つの面を有するとともに前記光学系本体の光学面に対向して配置され、前記２つの面の一方が前記第１の浸液に接触した状態とされ、かつ、前記２つの面の他方が第２の浸液に接触した状態とされる光透過部材とを有する投影露光装置。
21. 前記光透過部材は着脱可能である請求項２０記載の投影露光装置。
22. 前記光透過部材は、平行平板状であることを特徴とする請求項２１記載の投影露光装置。
23. 前記第２の浸液で前記基板上に局所的に液浸領域を形成して、前記第１及び第２の浸液を介して前記基板を露光する請求項２０の投影露光装置。
24. 前記第１及び第２の浸液は、それぞれ水を含む請求項２０記載の投影露光装置。
25. 前記第１の浸液は、前記第２の浸液と分離されていることを特徴とする請求項２０記載の投影露光装置。
26. 前記第１の浸液を供給するとともに、前記第１の浸液を回収する第１供給回収機構をさらに備える請求項２５記載の投影露光装置。
27. 前記第１の浸液の温度を調節する温度調節装置を備えた請求項２６記載の投影露光装置。
28. 前記第１供給回収機構は、前記第１の浸液の循環系を含む請求項２７記載の投影露光装置。
29. 前記第２の浸液を供給するとともに、前記第２の浸液を回収する第２供給回収機構をさらに備える請求項２６記載の投影露光装置。
30. 前記第２の浸液の温度を調節する温度調節装置を備えた請求項２９記載の投影露光装置。
31. 前記第２供給回収機構は、前記第２の浸液の循環系を含む請求項３０記載の投影露光装置。
32. 請求項１９または請求項２０に記載の投影露光装置を用いるデバイス製造方法。

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