KR20070017954A - 액침형 렌즈계 및 투영노광장치, 그리고 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

장기간 안정적으로 사용할 수 있는 고성능의 액침형 렌즈계 및 이것을 구비하는 투영노광장치를 제공한다. 이를 위하여, 본 발명의 액침형 렌즈계는 광축을 따른 일단에 광학면 (33a) 을 가짐과 함께, 당해 광학면 (33a) 이 제 1 침액 (IL1) 에 접촉한 상태가 되는 광학계 본체 (30) 와, 광축을 따른 양단에 2 개의 면을 가짐과 함께, 광학계 본체 (30) 의 광학면 (33a) 에 대향하여 배치되고, 2 개의 면의 일방 (42a) 이 제 1 침액 (IL1) 에 접촉한 상태가 되고, 또한 2 개의 면의 타방 (42b) 이 제 2 침액 (IL2) 에 접촉한 상태가 되는 광투과 부재 (42) 와, 광투과 부재 (42) 를 일방의 면 (42a) 이 광학계 본체 (30) 의 광학면 (33a) 에 대향하도록 착탈이 자유롭게 지지하는 유지 부재 (41) 를 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 투영노광장치는 이러한 액침형 렌즈계를 구비하고 있다.

액침형 렌즈계, 투영노광장치, 투영렌즈, 평행평판, 스텝 앤드 리피트

Description

액침형 렌즈계 및 투영노광장치, 그리고 디바이스 제조방법{LIQUID IMMERSION TYPE LENS SYSTEM AND PROJECTION ALIGNER, DEVICE PRODUCTION METHOD}

기술분야

본 발명은 반도체 소자 등의 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정으로 마스크 패턴을 감광성 기판 상에 전사하기 위한 투영노광장치 등에 조립되는 렌즈계에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 액침형 렌즈계 및 이것을 조립해 넣은 투영노광장치, 그리고 이 액침형 투영노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

배경기술

투영노광장치에 의한 노광의 고해상도화를 목적으로, 가시광보다 단파장의 자외 레이저광이 노광광으로서 사용되고 있다. 이 종류의 투영노광장치로서는, 현재 주류를 이루고 있는 KrF 엑시머 레이저의 파장 248㎚ 에서 사용하는 장치 외에, ArF 엑시머 레이저의 파장 193㎚ 에서 사용하는 장치가 실용화되어 있다.

또한, 이 노광광의 단파장화를 실질적으로 행하는 별도의 방법으로서, 액침법이 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 평10-303114호, 일본 공개특허공보 평10-340846호, 일본 공개특허공보 평11-176727호, 국제공개 제99/49504호 등 참조). 이것은, 투영광학계의 하면 (下面) 과 웨이퍼 사이를 액체로 채운 경우, 액체 중에서의 노광광의 파장이 공기 중의 1/n 배 (n 은 액체의 굴절률 1.2∼1.7) 가 되는 것을 이용하여, 해상도 및/또는 초점 심도를 향상시킨다는 것이다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 액침형 노광장치에서는, 침액 (浸液) 에 의해 투영렌즈 선단 (先端) 의 렌즈가 침식되어, 장치의 수명이 극단적으로 짧아질 가능성이 있다. 즉, 투영렌즈의 NA 가 커 노광광으로서 단파장의 자외광을 사용하는 액침형 노광장치에서는, 광 자체의 에너지가 매우 높고, 결상면에 가까운 개소에서는 급격히 광의 밀도도 높아진다. 이 때문에, 고에너지의 노광광이 집중하는 선단렌즈가 비교적 단기간에 침식되어, 투영렌즈, 즉 액침형 노광장치의 수명이 짧아질 가능성이 있었다.

또한 액체와 접촉하고 있는 투영렌즈 선단의 렌즈 표면에 액체 중의 불순물이 부착될 가능성도 있다.

여기서, 투영렌즈 선단에 교환 가능한 평행평판을 형성하여 투영렌즈를 보호하는 것도 고려되지만, NA 가 커지면 평행평판에 적절한 반사방지막을 형성하기 어렵게 되고, 결과적으로 평행평판에서의 표면 반사가 커져 플레어 등에 기인하는 이미지 열화가 생긴다.

그래서, 본 발명은 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 고성능의 액침형 렌즈계 및 이것을 구비하는 투영노광장치, 그리고 이 투영노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위해, 제 1 발명과 관련된 액침형 렌즈계는, (a) 광축을 따른 일단에 광학면을 가짐과 함께, 당해 광학면이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되는 광학계 본체, (b) 광축을 따른 양단에 2 개의 면을 가짐과 함께, 광학계 본체의 광학면에 대향하여 배치되고, 2 개의 면의 일방이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되고, 또한 2 개의 면의 타방이 제 2 침액에 접촉한 상태가 되는 광투과 부재, 및 (c) 광투과 부재를 일방의 면이 광학계 본체의 광학면에 대향하도록 착탈이 자유롭게 지지하는 유지 부재를 구비한다.

상기 액침형 렌즈계에 의하면, 광학계 본체의 광학면에 대향하여 광투과 부재가 배치되므로, 광학계 본체가, 광투과 부재를 개재하여 제 2 침액측에 배치되는 워크 (감광성 기판) 등의 대상으로부터 이간되어 배치되게 된다. 따라서, 광학계 본체가 손상을 받는 것을 회피할 수 있다. 또한, 광투과 부재는 집광하는 처리광과 제 2 침액에 의해 손상을 받거나, 제 2 침액 중의 불순물이 부착될 가능성이 있지만, 광투과 부재를 새로운 것과 교환함으로써, 액침형 렌즈계로서의 성능을 장기간 유지할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에서는, 제 1 침액을 제 2 침액으로부터 분리한다. 따라서, 제 2 침액 중의 불순물 등이 제 1 침액 중에 혼입하는 등의 문제를 방지할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 제 1 침액이 주위를 닫은 폐공간내에 수용되어 있으며, 제 2 침액이 주위를 개방한 개방공간내에 존재한다. 이 경우, 제 2 침액은 워크 등의 대상측에 있으며 개방이 작업성을 높이게 된다. 한 편, 제 1 침액은 폐공간에 수납함으로써 제 2 침액으로부터 보다 확실히 분리된다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 폐공간내에 수용되어 있는 제 1 침액의 양 (量) 이 개방공간내에 존재하는 제 2 침액의 양보다 많다. 이 경우, 제 2 침액이 비교적 적으므로, 액침형 렌즈계와 워크 등의 대상 사이에 제 2 침액을 충전하거나 제거하는 시간이 단축되어, 처리의 스루풋 (throughput) 이 더욱 향상된다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 광투과 부재가 평행평판 형상이다. 이 경우, 광투과 부재의 변위가 결상에 미치는 영향이 적으므로, 광투과 부재의 얼라인먼트 정밀도가 문제가 되기 어려워, 결상 성능을 유지하면서도 광투과 부재의 교환 작업성을 높일 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 제 2 침액을 2 개의 면의 타방에 접촉하도록 공급함과 함께, 당해 타방의 면에 접촉하고 있는 제 2 침액을 회수하는 공급회수기구를 추가로 구비한다. 이 경우, 제 2 침액을 적당한 타이밍으로 공급·회수하는 간헐적인, 또는 연속적인 교환을 행할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 광학계 본체 및 광투과 부재간의 제 1 침액과, 광투과 부재의 타방의 면에 접촉하는 제 2 침액의 적어도 일방을 순환시키는 순환기구를 추가로 구비한다. 이 경우, 순환기구에 의해 침액의 조성이나 온도의 균일화를 도모하면서, 침액의 리프레시 (refresh) 를 행할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 순환기구가 제 1 침액을 순환시키는 제 1 순환계와, 제 2 침액을 순환시키는 제 2 순환계를 갖는다. 이 경우, 각 침액을 별개의 순환계에서 분리된 상태에서 독립적으로 순환시킬 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 제 1 및 제 2 침액의 적어도 일방의 온도를 조절하는 온도조절장치를 추가로 구비한다. 이 경우, 광투과 부재나 광학계 본체의 온도 변화에 기인하는 특성 변동이나 가열에 의한 손상의 가속을 방지할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 제 1 및 제 2 침액이 모두 탈이온수이다. 이 경우, 광투과 부재나 광학계 본체에 주는 손상이 적고, 침액으로서의 취급성이 우수하다. 또한, 물에는 세정 효과가 있으므로 액침형 렌즈계의 오염을 방지할 수 있고, 물은 환경 친화적이므로 처리 설비가 간소화되어 처리 후의 폐기 등의 후처리도 간단하다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 광투과 부재가 형석으로 형성되어 있다. 이 경우, 광투과 부재와 제 1 침액 (예를 들어, 물) 의 굴절률 차가 작어지므로, 광투과 부재에서의 반사가 감소한다. 또한, 형석의 보호 부재, 즉 광투과 부재가 손상을 받은 경우에는 교환하면 된다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 광학계 본체의 광학면을 구성하는 광학 소자는 합성 석영으로 형성되어 있다. 이 경우, 광학계 본체의 광학 소자가 합성 석영이므로, 제 1 침액에 의한 본체측의 광학 소자의 손상을 저감할 수 있다.

또한, 상기 액침형 렌즈계에 있어서는, 광투과 부재가 형석으로 형성되어 있으며, 광학계 본체의 광학면을 구성하는 광학 소자가 합성 석영으로 형성되어 있다.

상기 액침형 렌즈계에 의하면, 광투과 부재가 형석이므로, 교환 가능한 광투과 부재에서의 반사를 저감할 수 있고, 미광 (迷光) 에 의한 결상 특성의 열화를 방지할 수 있음과 함께 광투과 부재의 얼라인먼트 작업의 부하를 경감할 수 있다. 또한, 광학계 본체의 광학 소자가 합성 석영이므로, 제 1 침액에 의한 본체측의 광학 소자의 손상을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 투영노광장치는 투영광학계를 사용하여 패턴 이미지를 기판 상에 투영노광하는 장치로서, 패턴 이미지를 기판 상에 형성하는 상기 발명과 관련된 액침형 렌즈계를 구비한다.

상기 투영노광장치에서는, 패턴 이미지를 기판 상에 형성하기 위한 투영렌즈계로서, 전술한 액침형 렌즈계를 사용하므로, 액침형 노광이 가능하게 되어, 해상도 및/또는 초점 심도의 향상을 달성할 수 있다. 이 경우, 광투과 부재에 의해 액침형 렌즈계의 광학계 본체가 손상을 받는 것을 회피할 수 있고, 액침법을 적용한 투영노광장치의 성능을 장기간 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 투영노광장치는 투영광학계를 사용하여 패턴 이미지를 기판 상에 투영노광하는 투영노광장치로서, 그 투영광학계는 광축을 따른 일단에 광학면을 가짐과 함께, 당해 광학면이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되는 광학계 본체와, 광축을 따른 양단에 2 개의 면을 가짐과 함께, 그 광학계 본체의 광학면에 대향하여 배치되고, 2 개의 면의 일방이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되고, 또한 2 개의 면의 타방이 제 2 침액에 접촉한 상태가 되는 광투과 부재를 갖는 것이다.

본 발명의 투영노광장치에 의하면, 투영광학계의 본체와 광투과 부재 사이의 광로가 제 1 침액으로 채워져 있으므로, 그 광투과 부재를 무굴절력의 광학 소자, 또는 굴절력이 매우 작은 광학 소자로 할 수 있다.

또한 본 발명의 디바이스 제조방법은 상기의 투영노광장치를 사용함으로써 고성능인 디바이스를 제조할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[도 1] 본 발명의 일실시형태와 관련된 투영노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

[도 2] 도 1 에 나타내는 투영노광장치에 조립되는 액침형 렌즈계의 하단 부분의 확대도이다.

[도 3] 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명과 관련된 액침형 렌즈계를 조립해 넣은 스텝 앤드 리피트 방식의 투영노광장치에 관해서 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태의 투영노광장치의 개략 구성을 나타내며, 이 도 1 에 있어서, 노광광원으로서의 ArF 엑시머 레이저 광원, 옵티컬·인터그레이터 (호모지나이저; homogenizer), 시야 조리개, 콘덴서 렌즈 등을 포함하는 조명광학계 (1) 로부터 사출 (射出) 된 파장 193㎚ 의 자외 펄스광으로 이루어지는 노광광 (EL) 은 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 조명한다. 레티클 (R) 의 패턴은 양측 (또는 워크인 웨이퍼 (W) 측에 편측) 텔레센트릭 투영광학계 (PL) 를 개재하여 소정의 투영배율 β (β 는 예를 들어 1/4, 1/5 등) 로 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 상 의 노광 영역에 축소투영된다. 이하, 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행하게 Z 축을 취하고, Z 축에 수직인 평면내에서 도 1 의 지면 (紙面) 에 수직으로 Y 축을 취하고, 도 1 의 지면에 평행하게 X 축을 취하여 설명한다.

레티클 (R) 은, 레티클 스테이지 (RST) 상에 유지되고, 레티클 스테이지 (RST) 에는 X 방향, Y 방향, 각 축의 회전방향으로 레티클 (R) 을 미동 (微動) 시키는 기구가 조립되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 의 2 차원적인 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (도시 생략) 에 의해 실시간으로 계측되고, 이 계측치에 근거하여 주제어계 (14) 가 레티클 (R) 의 위치 결정을 행한다.

한편, 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 를 개재하여 웨이퍼 (W) 의 포커스 위치 (Z 방향의 위치) 및 경사각을 제어하는 Z 스테이지 (9) 상에 고정되어 있다. Z 스테이지 (9) 는 투영광학계 (PL) 의 이미지면과 실질적으로 평행한 XY 평면을 따라 이동하는 XY 스테이지 (10) 상에 고정되고, XY 스테이지 (10) 는 베이스 (11) 상에 탑재되어 있다. Z 스테이지 (9) 는 웨이퍼 (W) 의 포커스 위치 (Z 방향의 위치), 및 경사각을 제어하여 웨이퍼 (W) 상의 표면을 오토 포커스 방식, 및 오토 레벨링 방식으로 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 맞춰 넣고, XY 스테이지 (10) 는 웨이퍼 (W) 의 X 방향 및 Y 방향의 위치 결정을 행한다. Z 스테이지 (9) (웨이퍼 (W)) 의 2 차원적인 위치 및 회전각은 이동거울 (12) 의 위치로서 레이저 간섭계 (13) 에 의해 실시간으로 계측되고 있다. 이 계측 결과에 근거하여 주제어계 (14) 로부터 웨이퍼 스테이지 구동계 (15) 로 제어정보가 전송되고, 이에 근거하여 웨이퍼 스테이지 구동계 (15) 는 Z 스테이지 (9) 및 XY 스테 이지 (10) 의 동작을 제어한다. 노광시에는 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역을 순차적으로 노광 위치로 단계 이동시키고, 레티클 (R) 의 패턴 이미지를 노광하는 동작이 스텝 앤드 리피트 방식으로 반복된다.

도 2 는, 투영광학계 (PL) 의 하단부의 구조를 설명하는 측방단면도이다. 이 투영광학계 (PL) 는 액침형 렌즈계로서, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하고 해상도를 향상시킴과 함께 초점 심도를 실질적으로 넓게 할 수 있다. 또한, 투영광학계 (PL) 는 굴절형, 반사형, 반사굴절형 중 어느 것이어도 된다.

투영광학계 (PL) 는 본체 부분 (30) 과 교환 부분 (40) 을 구비한다. 본체 부분 (30) 은 경통 (31) 내에 복수의 광학 소자를 구비하는 광학계 본체로서, 그 중 1 개의 광학 소자 (33) 가 경통 (31) 의 하단에 고정되어 노출되어 있다. 교환 부분 (40) 은 유지 부재인 고리형 홀더 (41) 에 대하여 평행평판 (42) 을 고정시킨 것으로서, 본체 부분 (30) 에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다. 요컨대, 본체 부분 (30) 의 경통 (31) 의 하부 선단에는 고리 형상의 암나사 (31a) 가 형성되어 있고, 홀더 (41) 의 상부에는 고리 형상의 숫나사 (41a) 가 형성되어 있고, 홀더 (41) 를 경통 (31) 의 하단에 조여넣어 고정할 수 있도록 되어 있다. 반대로, 홀더 (41) 를 돌려 느슨하게 함으로써 경통 (31) 의 하단으로부터 떼어낼 수 있어, 별도의 동일 구조의 홀더 (도시 생략) 와 교환할 수 있도록 되어 있다. 또한, 홀더 (41) 는 하부에 원형의 개구 (AP) 를 갖고 있고, 이 개구 (AP) 의 주위에 형성한 고리 형상의 걸림부 (41c) 에 평행평판 (42) 의 외주부 하면이 지지되고, 홀더 (41) 에 형성한 고리 형상의 체결 부재 (41d) 에 의해 평행평판 (42) 의 외주부 상면이 지지된다. 이로써, 홀더 (41) 바닥면에 소정량만큼 돌출하도록 평행평판 (42) 이 고정된다.

홀더 (41) 를 경통 (31) 의 하단에 조여넣어 고정시킨 상태에 있어서, 홀더 (41) 와 경통 (31) 사이에는, 제 1 침액 (IL1) 을 수용하는 침액 존 (IC) 이 형성된다. 이 침액 존 (IC) 은 광학 소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 과 평행평판 (42) 의 입사측 평면 (42a) 사이에 끼워져 원판 형상의 윤곽을 갖는 실질적인 폐공간으로 되어 있다. 또한, 평행평판 (42) 과 처리 대상인 웨이퍼 (W) 사이에는, 제 2 침액 (IL2) 이 그 표면 장력에 의해 유지되어 있다. 요컨대, 제 2 침액 (IL2) 은 개방공간에 유지된 상태가 되어 있다.

제 1 침액 (IL1) 을 수용하는 침액 존 (IC) 에는, 토출 노즐 (51) 과 흡인 노즐 (52) 이 한 쌍 이상 서로 대향하여 형성되어 있고, 침액 존 (IC) 에 제 1 침액 (IL1) 을 공급하고, 광학 소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 과 평행평판 (42) 의 입사측 평면 (42a) 사이의 노광광의 광로 공간을 제 1 침액 (IL1) 으로 채움과 함께, 침액 존 (IC) 중의 제 1 침액 (IL1) 을 서서히 교환할 수 있도록 되어 있다. 요컨대, 경통 (31) 의 하부 측면의 적소 (適所) 에 제 1 침액 (IL1) 을 소정 유량으로 토출시키는 토출 노즐 (51) 이 1 개 이상 형성되어 있고, 홀더 (41) 측면의 적소에 제 1 침액 (IL1) 을 배출시키는 흡인 노즐 (52) 이 1 개 이상 형성되어 있다. 토출 노즐 (51) 이나 흡인 노즐 (52) 의 개수나 배치는, 투영광학계 (PL) 의 사용조건이나 친액 존 (IC) 의 크기, 제 1 침액 (IL1) 의 유속, 제 1 침액 (IL1) 의 제어온도 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.

또한, 홀더 (41) 의 주위에는, 선단부가 가늘어진 토출 노즐 (53) 과, 선단부가 넓어진 한 쌍의 흡인 노즐 (54a, 54b) 이 서로 대향하여 배치되어 있고, 평행평판 (42) 의 사출측 평면 (42b) 과 웨이퍼 (W) 의 표면에 끼워진 개방공간에 제 2 침액 (IL2) 을 공급하고, 평행평판 (42) 의 사출측 평면 (42b) 과 웨이퍼 (W) 의 표면 사이의 노광광의 광로 공간을 제 2 침액 (IL2) 으로 채우거나, 이러한 개방공간으로부터 제 2 침액 (IL2) 을 제거하거나, 또한 이러한 개방공간에 유지된 제 2 침액 (IL2) 을 서서히 치환 또는 교환할 수 있도록 되어 있다.

토출 노즐 (53) 이나 흡인 노즐 (54a, 54b) 의 개수나 배치는, 투영광학계 (PL) 의 사용조건이나 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 의 간격, 웨이퍼 (W) 의 움직임, 제 2 침액 (IL2) 의 유속, 제 2 침액 (IL2) 의 제어온도 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.

광학 소자 (33) 는 제 1 침액 (IL1) 에 접하고 있으므로, 본체 부분 (30) 의 수명을 연장시키기 위해서는, 광학 소자 (33) 의 재료가 제 1 침액 (IL1) 에 대하여 내식성을 가질 필요가 있다. 그래서, 광학 소자 (33) 의 벌크재나 반사방지막을 기존의 재료인 CaF₂ 결정 등으로 하지 않고, CaF₂ 결정 재료보다 비교적 물에 대한 용해도가 작은 광투과 재료로 한다. 구체적으로는, 예를 들어 합성 석영으로 이루어지는 벌크재에 의해 광학 소자 (33) 를 제작한다. 또한, 필요하다면 벌크재 상에 플루오르화 마그네슘으로 이루어지는 반사방지막을 퇴적할 수도 있다. 이로써, 제 1 침액 (IL1) 에 접촉하는 광학 소자 (33), 즉 그 벌크재나 반사방지막이 침식되기 어려워져, 본체 부분 (30) 의 내수성을 높일 수 있으므로, 본체 부분 (30) 의 결상 성능을 유지할 수 있고, 그 결과, 투영광학계 (PL) 의 결상 성능을 양호하게 유지할 수 있다.

한편, 평행평판 (42) 은 제 1 침액 (IL1) 및 제 2 침액 (IL2) 의 쌍방에 접하고 있으므로 내식성이 높은 재료로 형성하는 것이 바람직하지만, 홀더 (41) 와 함께 교환 가능한 광학 소자이므로, 양 침액 (IL1, IL2) 에 대하여 반드시 높은 내식성을 가질 필요는 없다. 그래서, 본 실시형태에 있어서는, 평행평판 (42) 의 벌크 등은 합성 석영 등의 물에 대한 용해도가 비교적 작은 재료로 하지 않고, 물에 대한 용해도가 어느 정도 큰 광투과 재료로 한다. 다만, 평행평판 (42) 및 그 근방에서는 노광광이 집중하여 광밀도를 높이므로, 평행평판 (42) 의 재료로서는, 레이저 컴팩션에 대하여 어느 정도의 내성을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, CaF₂ 결정 등으로 이루어지는 벌크재를 사용하여 평행평판 (42) 을 형성한다. 또한, 필요하면, 벌크재의 사출면 상에 플루오르화 마그네슘 (MgF₂) 으로 이루어지는 반사방지막을 퇴적하여 평행평판 (42) 을 완성한다. 물론, 제 1 침액 (IL1) 과 접하는 평행평판 (42) 의 입사면 상에 플루오르화 마그네슘 (MgF₂) 등의 반사방지막을 실시해도 된다.

또한, 홀더 (41) 나 경통 (31) 의 하단부는 용기 형상의 침액 존 (IC) 을 형성하기 위한 것으로서, 제 1 침액 (IL1) 에 접촉하게 되므로, 제 1 침액 (IL1) 에 대한 높은 내식성을 갖는 것으로 한다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 침액 (IL1) 으로서 탈이온수 (순수 (純水)) 를 사용하고 있으므로, 구체적으로는 티탄 합금, 스텐레스 스틸 등을 가공하여 홀더 (41) 나 경통 (31) 의 하단부를 형성한다.

이상과 같은 투영광학계 (PL) 에 있어서, 레티클 (R) (도 1 참조) 을 투과하여 본체 부분 (30) 의 상단에 입사한 이미지 광은 본체 부분 (30) 의 하단에 형성된 광학 소자 (33) 로부터 수렴되면서 출사하고, 제 1 침액 (IL1) 을 거쳐 평행평판 (42) 에 입사한다. 이 평행평판 (42) 을 통과한 이미지 광은 제 2 침액 (IL2) 을 거쳐 웨이퍼 (W) 에 입사하여 여기에 투영 이미지를 형성한다.

도 1 로 되돌아가, 침액 존 (IC) 인 광학 소자 (33) 와 평행평판 (42) 사이의 공간에 끼워진 제 1 침액 (IL1) 은, 그 액체의 탱크, 가압펌프 등으로 이루어지는 액체공급장치 (75) 에 의해, 토출 노즐 (51) 을 개재하여 유량 제어된 상태로 공급된다. 액체공급장치 (75) 의 전단에는, 온도조절수단인 온도조절장치 (76) 가 형성되어 있다. 즉, 액체공급장치 (75) 로부터 보내지는 제 1 침액 (IL1) 은 온도조절장치 (76) 에서 예를 들어 냉각되어 원하는 온도가 된다. 여기서, 제 1 침액 (IL1) 은, 예를 들어 본 실시형태의 투영노광장치가 수납되어 있는 챔버내의 온도와 동일한 정도로 설정되어 있다. 이와 같이, 온도조절장치 (76) 를 사용하여 제 1 침액 (IL1) 의 온도를 일정하게 유지함으로써, 투영광학계 (PL) 의 결상 특성을 안정화할 수 있다. 이 때, 온도조절장치 (76) 에 의해 온도 조절된 제 1 침액 (IL1) 에 의해, 노광광 (EL) 에 의해 가열되는 광학 소자 (33) 나 평행평판 (42) 의 표면이 냉각되므로, 이들 광학 소자의 침식의 진행을 억제할 수 있 다.

액체공급장치 (75) 로부터는 공급관 (25) 이 연장되어 있고, 이 공급관 (25) 은 투영광학계 (PL) 의 하단에 접속되어 있고, 토출 노즐 (51) 을 개재하여 침액 존 (IC) 에 연통한다.

한편, 투영광학계 (PL) 의 하단 근방에는 침액 존 (IC) 에 연통하는 흡인 노즐 (52) 이 형성되어 있고, 이 흡인 노즐 (52) 은 회수관 (26) 을 개재하여 온도조절장치 (76) 에 연장되어 있다. 토출 노즐 (51) 과 흡인 노즐 (52) 은 투영광학계 (PL) 의 하단 부분을 예를 들어 X 방향에 관하여 끼우도록 배치되어 있고, 광학 소자 (33) 와 평행평판 (42) 의 사이 즉, 침액 존 (IC) 에 있어서 -X 방향으로의 제 1 침액 (IL1) 의 흐름을 형성할 수 있다. 이들 토출 노즐 (51), 흡인 노즐 (52) 및 액체공급장치 (75) 는 공급회수기구의 적어도 일부를 구성하고, 추가로 공급관 (25) 및 회수관 (26) 을 포함시킨 것은 제 1 순환계를 구성하는 순환기구의 일부를 구성하고 있다.

또한, 제 1 침액 (IL1) 의 온도는 반드시 챔버내의 온도와 동일한 정도로 설정할 필요는 없고, 온도조절장치 (76) 에 의해 투영광학계 (PL) 의 결상 성능을 유지할 수 있는 원하는 온도로 제어할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 흡인 노즐 (52) 에서 회수된 제 1 침액 (IL1) 을 온도조절장치 (76) 로 되돌리는 순환계가 형성되어 있지만, 흡인 노즐 (52) 로부터 회수한 제 1 침액 (IL1) 의 적어도 일부를 폐기하고, 새로운 청정한 제 1 침액 (IL1) 을 온도조절장치 (76) 에 공급해도 된다.

또한, 온도조정장치 (76) 를 액체공급장치 (75) 의 하류측에 배치할 수도 있다.

또한, 투영노광장치가 액체공급장치 (75) 의 펌프나 탱크, 및 온도조절장치 (76) 를 반드시 구비하고 있을 필요는 없고, 이들의 적어도 일부를 투영노광장치가 설치되는 공장 등의 설비로 대용할 수도 있다.

평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 끼워진 제 2 침액 (IL2) 은 그 액체의 탱크, 가압펌프 등으로 이루어지는 액체공급장치 (71) 에 의해, 토출 노즐 (53) 을 개재하여 웨이퍼 (W) 상에 유량 제어된 상태에서 공급되고, 그 액체의 탱크, 흡인펌프 등으로 이루어지는 액체회수장치 (72) 에 의해, 소정의 흡인 노즐 등을 개재하여 웨이퍼 (W) 상에서 회수된다. 액체회수장치 (72) 로부터 액체공급장치 (71) 에 걸친 순환로 상에는, 온도조절수단인 온도조절장치 (73) 가 형성되어 있다. 즉, 액체회수장치 (72) 에서 회수된 제 2 침액 (IL2) 은 온도조절장치 (73) 에서 예를 들어 냉각되어 원하는 온도가 된 상태에서, 액체공급장치 (71) 로 되돌려진다. 여기서, 제 2 침액 (IL2) 은 예를 들어, 본 실시형태의 투영노광장치가 수납되어 있는 챔버내의 온도와 동일한 정도로 설정되어 있다. 이와 같이, 온도조절장치 (73) 를 사용하여 제 2 침액 (IL2) 의 온도를 일정하게 유지함으로써, 투영광학계 (PL) 의 결상 특성을 안정화할 수 있다. 이 때, 온도조절장치 (73) 에 의해 온도조절된 제 2 침액 (IL2) 에 의해, 노광광 (EL) 에 의해 가열되는 평행평판 (42) 의 표면이 냉각되므로, 평행평판 (42) 의 침식의 진행을 억제할 수 있다.

액체공급장치 (71) 로부터는, 공급관 (21) 을 개재하여 선단부가 가늘어진 토출 노즐 (53) 이 연장되고 있고, 액체회수장치 (72) 로부터는, 회수관 (22) 을 개재하여 선단부가 넓어진 2 개의 흡인 노즐 (54a, 54b) 이 연장되어 있다. 토출 노즐 (53) 과 한 쌍의 흡인 노즐 (54a, 54b) 은 투영광학계 (PL) 의 하단 부분을 X 방향에 관해 끼우도록 배치되어 있고, 교환 부분 (40) 에 형성한 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 있어서 -X 방향으로의 제 2 침액 (IL2) 의 흐름을 형성할 수 있다. 또한, 도시를 생략하고 있지만, 한 쌍의 흡인 노즐 (54a, 54b) 간에는, 이들에 평행하게 토출 노즐이 형성되어 있고, 토출 노즐 (53) 의 양 측방에는, 이것에 평행하게 한 쌍의 흡인노즐이 형성되어 있고, 제 2 침액 (IL2) 의 흐름을 +X 방향으로 전환할 수도 있다. 또한, 도시를 생략하고 있지만, 토출 노즐 (53), 흡인 노즐 (54a, 54b) 등을 1 조로 하는 제 1 급배 (給排) 노즐 시스템을 투영광학계 (PL) 의 하단 부분의 주위에 대략 90°회전한 배치의 제 2 급배 노즐 시스템도 형성되어 있어, 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 있어서 -Y 방향 또는 +Y 방향으로의 제 2 침액 (IL2) 의 흐름을 형성할 수 있다. 요컨대, 노광시에 ±X 방향으로 웨이퍼 (W) 를 단계이동시킬 때에는, 제 1 급배 노즐 시스템을 이용하여 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 층류 형상으로 안정된 제 2 침액 (IL2) 의 흐름을 형성할 수 있고, 노광시에 ± Y 방향으로 웨이퍼 (W) 를 단계이동시킬 때에는, 제 2 급배 노즐 시스템을 이용하여 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 층류 형상으로 안정된 제 2 침액 (IL2) 의 흐름을 형성할 수 있으므로, 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이를 항상 신선한 제 2 침액 (IL2) 으로 안정적으로 채울 수 있다. 또한, 토출 노즐과 흡인 노즐의 배치 및 동작은 예를 들어, 국제공개 제99/49504호에 개시되어 있고, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한, 이 공보의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.

이상에 있어서, 토출 노즐 (53), 흡인 노즐 (54a, 54b), 액체공급장치 (71), 액체회수장치 (72) 및 온도조절장치 (73) 는 공급회수기구의 적어도 일부를 구성하고, 또한 공급관 (21) 및 회수관 (22) 을 포함시킨 것은 제 2 순환계의 적어도 일부를 구성하는 순환기구이다.

또한, 제 2 침액 (IL2) 의 온도는 반드시 챔버내의 온도와 동일한 정도로 설정할 필요는 없고, 온도조절장치 (73) 에 의해 투영광학계 (PL) 의 결상 성능을 유지할 수 있는 원하는 온도로 제어할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 흡인 노즐 (54a, 54b) 에서 회수된 제 2 침액 (IL2) 을 온도조절장치 (73) 로 되돌리는 순환계가 형성되어 있지만, 흡인 노즐 (54a, 54b) 로부터 회수한 제 2 침액 (IL2) 의 적어도 일부를 폐기하고, 새로운 청정한 제 2 침액 (IL2) 을 온도조절장치 (73) 에 공급해도 된다.

또한, 온도조정장치 (73) 를 액체공급장치 (71) 의 하류측에 배치할 수도 있다.

또한, 액체공급장치 (71) 및 액체회수장치 (72) 의 펌프나 탱크, 및 온도조절장치 (73) 는 반드시 투영노광장치를 구비하고 있을 필요는 없고, 이들의 적어도 일부를 투영노광장치가 설치되는 공장 등의 설비로 대용할 수도 있다.

또한, 제 1 침액 (IL1) 과 제 2 침액 (IL2) 을 동일한 온도로 제어하는 경우 에는 1 개의 온도조정장치로 겸용해도 된다.

이하, 구체적인 실시예에 관하여 설명한다. 광학 소자 (33) 의 평볼록렌즈를 합성 석영으로 형성하고, 평행평판 (42) 을 형석으로 형성하였다. 그리고, 평행평판 (42) 의 두께를 10㎜ 로 하고, 광학 소자 (33) 와 평행평판 (42) 의 간격을 2㎜ 로 하고, 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 의 간격을 5㎜ 로 하였다. 또한, 투영광학계 (PL) 에 대해서는, 결상측의 NA 를 1.25 로 하였다. 또한, 제 1 및 제 2 침액 (IL2, IL2) 은 탈이온수 (순수) 로 하였다. 탈이온수는 반도체 제조공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있음과 함께, 웨이퍼 (W) 상의 포토레지스트나 광학렌즈 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다. 또한, 탈이온수는 환경에 대한 악영향이 없음과 함께, 불순물의 함유량이 매우 낮기 때문에, 웨이퍼의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다. 그리고, 파장이 200㎚ 정도인 노광광 (EL) 에 대한 탈이온수 (물) 의 굴절률 n 은 대략 1.44 이기 때문에, ArF 엑시머 레이저광의 파장 193㎚ 는 웨이퍼 (W) 상에서는 1/n, 즉 약 134㎚ 로 단파장화된 것과 동등한 효과가 생겨 높은 해상도가 얻어진다. 또한, 초점 심도는 공기 중에 비하여 약 n 배, 즉 약 1.44 배로 확대되기 때문에, 공기 중에서 사용하는 경우와 동일한 정도의 초점 심도를 확보할 수 있으면 되는 경우에는, 투영광학계 (PL) 의 개구수를 더욱 증가시킬 수 있어, 이 점에서도 해상도가 향상된다.

광학 소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 에 있어서의 에너지 밀도는 평행평판 (42) 의 사출측 평면 (42b) 에 있어서의 에너지 밀도의 1.5% 로 되어 있고, 평 행평판 (42) 의 입사측 평면 (42a) 에 있어서의 에너지 밀도의 3% 로 되어 있다. 요컨대, 광학소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 에 있어서의 에너지 밀도는 평행평판 (42) 의 위치에 있어서의 에너지 밀도에 비하여 2 자리수 정도 적고, 제 2 침액 (IL2) 에 의한 광학 소자 (33) 의 침식이나 노광광 (EL) 에 의한 레이저 컴팩션은 거의 무시할 수 있는 레벨이 된다.

또한, 광학 소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 이나 평행평판 (42) 의 사출측 평면 (42b) 에 있어서의 광축 상의 반사는 각각 0.14% 및 0.03% 이고, 이들의 최대 NA 에 대응하는 입사각 (60°) 에 있어서의 광축 상의 반사는 각각 0.87% 및 0.32% (s 편광과 p 편광의 평균) 이다. 요컨대, 노광광 (EL) 의 광선의 입사각이 0°∼60°까지인 경우, 중간의 사출측 광학면 (33a) 이나 최종 사출측 평면 (42b) 에서의 반사율이 매우 낮은 0.14%∼0.87% 또는 0.03%∼0.32% 가 되어, 반사방지막에서는 불가능한 값을 간단히 달성할 수 있다.

이하, 도 1 등에 나타내는 투영노광장치의 동작에 관하여 설명한다. 미리, 액체공급장치 (75) 등을 동작시켜, 투영광학계 (PL) 의 침액 존 (IC) 중에 일정 온도의 제 1 침액 (IL1) 을 순환시킨다. 다음으로, Z 스테이지 (9) 및 XY 스테이지 (10) 를 적절히 구동하여, 투영광학계 (PL) 를 웨이퍼 (W) 에 대하여 적소에 이동시킨다. 이 때, 액체공급장치 (71), 액체회수장치 (72) 등을 동작시켜, 웨이퍼 (W) 와 평행평판 (42) 사이에 일정 온도의 제 2 침액 (IL2) 을 순환시킨다. 한편, 패턴이 형성된 레티클 (R) 은 조명광학계 (1) 로부터 사출된 노광광 (EL) 에 의해 중첩적으로 균일하게 조명된다. 레티클 (R) 의 패턴을 투과한 광속은 투영광학계 (PL) 를 개재하여 감광성 기판인 웨이퍼 (W) 상에 마스크 패턴의 이미지를 형성한다. 그리고, 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 직교하는 XY 평면내에 있어서 웨이퍼 (W) 를 단계이동킴으로써, 웨이퍼 (W) 의 전체면에 원하는 패턴이 차차 노광된다. 이 때, 투영광학계 (PL) 의 본체 부분 (30) 의 하단에 형성한 광학 소자 (33) 가 웨이퍼 (W) 로부터 이간되어 배치되므로, 본체 부분 (30) 이 노광광 (EL) 과 제 1 침액 (IL1) 에 의해 손상을 받는 것을 회피할 수 있다. 또한, 노광광 (EL) 과 제 2 침액 (IL2) 등에 의해 손상을 받을 가능성이 있는 평행평판 (42) 에 관해서는, 교환 부분 (40) 마다 새로운 것과 교환할 수 있으므로, 투영광학계 (PL) 의 성능을 장기간 유지할 수 있다. 또한, 광학소자 (33) 와 평행평판 (42) 사이에 이들에 가까운 굴절률을 갖는 제 1 침액 (IL1) 이 채워져 있으므로, 광학 소자 (33) 의 사출측 광학면 (33a) 이나 평행평판 (42) 의 입사측 평면 (42a) 에 있어서의 반사를 방지하여, 플레어 등의 결상 특성의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 노광시에 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이에 비교적 소량 (침액 존 (IC) 에 수용되는 제 1 침액 (IL1) 에 비하여 소량) 의 제 2 침액 (IL2) 을 채울 뿐이므로, 제 2 침액 (IL2) 의 사용량을 저감하여 효율적이고 신속한 공급 동작을 행하게 할 수 있고, 나아가서는 노광 처리의 신속성을 높일 수 있다.

또한, 광학 소자 (33) 와 평행평판 (42) 사이의 제 1 침액 (IL1) 의 양과, 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이의 제 2 침액 (IL2) 의 양은 상이해도 되고, 동일해도 된다. 또한, 광학 소자 (33) 와 평행평판 (42) 사이의 제 1 침액 (IL1) 의 유속과, 평행평판 (42) 과 웨이퍼 (W) 사이의 제 2 침액 (IL2) 의 유속은 상이해도 되고, 동일해도 된다.

또한, 제 1 침액 (IL1) 은 투영광학계 (PL) 의 이미지면으로부터 비교적 이간되어 있으므로, 노광광 (EL) 의 조사에 의한 온도 변화가 제 2 침액 (IL2) 에 비해 작고, 온도 변화가 투영광학계 (PL) 의 결상 성능에 주는 영향도 제 2 침액 (IL2) 에 비해 작을 뿐 아니라, 웨이퍼 (W) 와 접촉하는 제 2 침액 (IL) 에 비해 훨씬 오염되기 어려우므로, 그 양은 제 2 침액 (IL2) 보다 적어도 되고, 그 유속 (침액의 교체속도) 도 제 2 침액보다 작아도 된다. 따라서, 웨이퍼 (W) 상으로의 패턴 이미지의 투영 중에는, 토출 노즐 (51) 에 의한 제 1 침액 (IL1) 의 공급 동작과 흡인 노즐 (52) 에 의한 제 1 침액 (IL2) 의 회수 동작을 정지시켜도 된다.

이상 실시형태에 의거하여 본 발명을 설명하였는데, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 침액 (IL1, IL2) 으로는, 순수 이외에도, 노광광 (EL) 에 대한 충분한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영광학계 (PL) 나 웨이퍼 (W) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들어 파장 200㎚ 이하의 노광광 (EL) 에 대해서는, 이것을 투과시키는 액체로서 예를 들어 불소계 오일 (플루오리너트; 미국 3M 사 제조) 이나 과플루오르화폴리에테르 (PFPE) 등을 함유하는 불소계의 침액 등의 사용이 적합이다.

또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 제 1 침액 (IL1) 과 제 2 침액 (IL2) 은 모두 순수 (탈이온수) 를 사용하지만, 그 수질 (제어온도, 온도 안정성, 용존산소 농도, 비(比)저항치, TOC [total organic carbon] 등) 은 상이해도 된다. 예를 들어, 제 2 침액 (IL2) 의 수질을 제 1 침액 (IL1) 의 수질보다 높게 할 수 있다. 또한 제 1 침액 (IL1) 과 제 2 침액 (IL2) 에 다른 종류의 액체 (수용액 포함) 를 사용하도록 해도 된다.

또한, 노광광 (EL) 으로는, ArF 엑시머 레이저광에 한정되지 않고, KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚), F₂ 레이저광 (파장 157㎚) 이나 수은램프의 i 선 (파장 365㎚) 등을 사용해도 된다. 예를 들어, KrF 엑시머 레이저광을 사용한 경우, 광학 소자 (33) 의 본체 재료로서 예를 들어 합성 석영이나 형석을 사용할 수 있고, 그 반사방지막의 재료로서 예를 들어 플루오르화 마그네슘 (MgF₂) 등을 사용할 수 있다. 이 때, 평행평판 (42) 의 본체 재료로서 예를 들어 형석을 사용할 수 있는데, 비교적 저파장으로 레이저 컴팩션이 문제가 되기 어려우므로, 합성 석영을 사용할 수도 있다. 또한, F₂ 레이저광을 사용한 경우, 광학 소자 (33) 의 본체 재료로서 예를 들어 형석을 사용할 수 있고, 그 반사방지막의 재료로서 예를 들어 플루오르화 마그네슘 등을 사용할 수 있다. 이 때, 평행평판 (42) 의 본체재료로서 예를 들어 형석을 사용할 수 있다.

또한, 광학 소자 (33) 의 반사방지막의 재료로는, 플루오르화 마그네슘에 한정되지 않고, 플루오르화 랜턴, 플루오르화 가돌리늄, 플루오르화 네오듐, 플루오르화 이트륨, LiSrAlF₆, LiCaAlF₆ 등의 플루오르화물, 또는 사파이어, 수정 등의 산화물로 할 수 있고, 또한 이들 재료의 막을 절히 조합하여 다층으로 적층한 것으로 할 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 투영광학계 (PL) 의 교환 부분 (40) 의 광학 소자로서 평행평판이 사용되고 있는데, 예를 들어 굴절률이 매우 작은 렌즈로 해도 된다. 또한, 투영광학계 (PL) 의 광학 소자 (33) 는 광학면 (33a) 이 평면인 평볼록 렌즈이지만, 광학면 (33a) 이 곡면인 렌즈를 사용할 수도 있다.

또한, 전술한 실시형태에 있어서, 스텝 앤드 리피트 방식의 투영노광장치는 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역을 웨이퍼 (W) 를 대략 정지시킨 상태에서 노광하는 정지 노광 타입의 것이어도 되고, 웨이퍼 (W) 를 이동시키면서 노광하는 주사 노광 타입의 것이어도 된다.

또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이를 국소적으로 제 2 침액 (IL2) 으로 채우는 노광장치를 채용하고 있지만, 일본 공개특허공보 평6-124873호에 개시되어 있는 바와 같이, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 (液槽) 중에서 이동시키는 액침노광장치나, 일본 공개특허공보 평10-303114호에 개시되어 있는 바와 같이, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조를 형성하고, 그 중에 기판을 유지하는 액침노광장치에도 본 발명을 적용 가능하다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, X 방향, 또는 Y 방향으로부터 제 2 침액 (IL2) 의 공급 및 회수를 행하는 노즐뿐만 아니라, 예를 들어 비스듬한 방향으로부터 2 침액 (IL2) 의 공급 및 회수를 행하기 위한 노즐을 형성해도 된다.

또한, 본 발명은 웨이퍼 등의 피처리 기판을 따로따로 탑재하여 XY 방향으로 독립적으로 이동 가능한 2 개의 스테이지를 구비한 트윈 스테이지형 노광장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형 노광장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국특허 6,341,007, 6,400,441, 6,549,269 및 6,590,634), 일본 특허공표 2000-505958호 (대응 미국특허 5,969,441) 또는 미국특허 6,208,407 에 개시되어 있고, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한, 이들의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.

또한, 본 발명은 일본 공개특허공보 평11-135400호에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 등의 피처리 기판을 유지하여 이동 가능한 노광 스테이지와, 각종 계측 부재나 센서를 구비한 계측 스테이지를 구비한 노광장치에도 적용할 수 있다.

이상과 같이, 전술한 실시형태에 의하면, 광학계 본체 (30) 의 광학면 (33a) 에 대향하여 광투과성 평행평판 (42) 이 배치되므로, 광학계 본체 (30) 가 평행평판 (42) 을 개재하여 제 2 침액측에 배치되는 웨이퍼 (W) 등의 워크 대상으로부터 이간되어 배치되게 된다. 따라서, 평행평판 (42) 이 광학계 본체 (30) 를 보호하듯이, 평행평판 (42) 측에 있어서 집광하게 되는 노광광과 침액에 의해 광학계 본체 (30) 가 손상을 받는 것을 회피할 수 있다. 또한, 평행평판 (42) 은 집광하는 노광광과 제 2 침액 (IL2) 에 의해 손상을 받거나, 제 2 침액 (IL2) 중의 불순물이 부착될 가능성이 있지만, 평행평판 (42) 을 새로운 것과 교환함으로써, 액침형 렌즈계로서의 성능을 장기간 유지할 수 있다. 또한, 광학계 본체 (30)(광학 소자 (33)) 의 광학면 (33a) 과 평행평판 (42) 사이에 공기보다 높은 굴절률의 제 1 침액 (IL1) 이 배치되므로, 평행평판 (42) 을 배치하더라도 액침 광학계로서 높은 광학 성능을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 평행평판 (42) 의 일방의 면 등에 있어서의 반사를 방지하여, 플레어 등에 의한 결상 특성의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 제 1 침액 (IL1) 과 제 2 침액 (IL2) 이 분리되어 있으므로, 제 2 침액 (IL2) 중의 불순물 등이 제 1 침액 (IL1) 중에 혼입하는 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 제 1 침액 (IL1) 과 제 2 침액 (IL2) 이 분리되어 있으므로, 제 1 침액 (IL1) 과는 별도로, 제 2 침액 (IL2) 을 간헐적으로 공급하거나 상시 리프레시하여, 노광 처리 등을 효율적으로 실행할 수 있으므로, 스루풋 향상으로 이어진다.

반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계 201, 이 설계 단계에 근거한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 202, 디바이스의 기재인 기판 (웨이퍼) 을 제조하는 단계 203, 전술한 실시형태의 노광장치에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 처리 단계 204, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함) 205, 검사 단계 206 등을 거쳐 제조된다.

Claims (32)

1. 광축을 따른 일단 (一端) 에 광학면을 가짐과 함께, 당해 광학면이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되는 광학계 본체,

   광축을 따른 양단에 2 개의 면을 가짐과 함께, 상기 광학계 본체의 광학면에 대향하여 배치되고, 상기 2 개의 면의 일방이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되고, 또한 상기 2 개의 면의 타방이 제 2 침액에 접촉한 상태가 되는 광투과 부재, 및

   상기 광투과 부재를 상기 일방의 면이 상기 광학계 본체의 상기 광학면에 대향하도록 착탈이 자유롭게 지지하는 유지 부재를 구비하는 액침형 렌즈계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 침액은 각각 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 침액은 상기 제 2 침액과 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 침액은 주위를 닫은 폐공간내에 수용되어 있으며, 상기 제 2 침액 은 주위를 개방한 개방공간내에 존재하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 폐공간내에 수용되어 있는 상기 제 1 침액의 양은 상기 개방공간내에 존재하는 상기 제 2 침액의 양보다 많은 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 광투과 부재는 평행평판 형상인 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 침액을 상기 2 개의 면의 타방에 접촉하도록 공급함과 함께, 당해 타방의 면에 접촉하고 있는 상기 제 2 침액을 회수하는 공급회수기구를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학계 본체 및 상기 광투과 부재 사이의 상기 제 1 침액과, 상기 광투과 부재에 형성한 상기 타방의 면에 접촉하는 상기 제 2 침액의 적어도 일방을 순환시키는 순환기구를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 순환기구는 상기 제 1 침액을 순환시키는 제 1 순환계와, 상기 제 2 침액을 순환시키는 제 2 순환계를 갖는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 침액의 적어도 일방의 온도를 조절하는 온도조절장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 침액은 모두 탈이온수인 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 광투과 부재는 형석으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학계 본체의 광학면을 구성하는 광학 소자는 합성 석영으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학계 본체를 구성하는 광학소자 및 상기 광투과 부재는 투영노광용 자외선을 투과시키는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 자외광은 ArF 엑시머 레이저광, KrF 엑시머 레이저광, F₂ 레이저광 및 수은램프의 i 선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학계 본체를 구성하는 광학 소자 및 상기 광투과 부재의 적어도 일방은 반사방지막을 갖는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 광투과 부재는 형석으로 형성되어 있고,

    상기 광학계 본체의 상기 광학면을 구성하는 광학 소자는 합성 석영으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 침액은 각각 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액침형 렌즈계.
19. 투영광학계를 사용하여 패턴 이미지를 기판 상에 투영노광하는 장치로서,

    상기 패턴 이미지를 기판 상에 형성하는 제 1 항에 기재된 액침형 렌즈계를 구비하는 투영노광장치.
20. 투영광학계를 사용하여 패턴 이미지를 기판 상에 투영노광하는 투영노광장치로서,

    상기 투영광학계는, 광축을 따른 일단에 광학면을 가짐과 함께 당해 광학면이 제 1 침액에 접촉한 상태가 되는 광학계 본체와, 광축을 따른 양단에 2 개의 면을 가짐과 함께 상기 광학계 본체의 광학면에 대향하여 배치되고, 상기 2 개의 면의 일방이 상기 제 1 침액에 접촉한 상태가 되고, 또한 상기 2 개의 면의 타방이 제 2 침액에 접촉한 상태가 되는 광투과 부재를 갖는 투영노광장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 광투과 부재는 착탈 가능한 투영노광장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 광투과 부재는 평행평판 형상인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
23. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 2 침액으로 상기 기판 상에 국소적으로 액침 영역을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 침액을 개재하여 상기 기판을 노광하는 투영노광장치.
24. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 침액은 각각 물을 포함하는 투영노광장치.
25. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 1 침액은 상기 제 2 침액과 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 제 1 침액을 공급함과 함께, 상기 제 1 침액을 회수하는 제 1 공급회수기구를 추가로 구비하는 투영노광장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 제 1 침액의 온도를 조절하는 온도조절장치를 구비한 투영노광장치.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 제 1 공급회수기구는 상기 제 1 침액의 순환계를 포함하는 투영노광장치.
29. 제 26 항에 있어서,

    상기 제 2 침액을 공급함과 함께, 상기 제 2 침액을 회수하는 제 2 공급회수기구를 추가로 구비하는 투영노광장치.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 제 2 침액의 온도를 조절하는 온도조절장치를 구비한 투영노광장치.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 제 2 공급회수기구는 상기 제 2 침액의 순환계를 포함하는 투영노광장치.
32. 제 19 항 또는 제 20 항에 기재된 투영노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법.

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