WO2005031823A1

WO2005031823A1 - 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

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Publication number: WO2005031823A1
Application number: PCT/JP2004/014260
Authority: WO
Inventors: Noriaki Okada
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2005-04-07
Also published as: US20060164616A1; EP1670042A1; CN1860585A; IL174566A0; EP1670042A4; JP4492539B2; TW200513809A; SG144907A1; CN1860585B; JPWO2005031823A1

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

明細書

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

技術分野

[0001] 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イエ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。背景技術

[0002] 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ェ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。

[0003] 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—17672 7号公報、国際公開第 99Z49504号公報等参照)。これは、投影光学系の下面とゥェ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 lZn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 Z又は焦点深度を向上させるというものである。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 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ぐ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、高工ネルギ一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。

[0005] また液体と接触して!/ヽ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。

[0006] 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つてフレアー等に起因する像劣化が生じる。

[0007] 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。

課題を解決するための手段

[0008] 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。

[0009] 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)等の対象力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、光透過部材を新しヽ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。

[0010] また、上記液浸型レンズ系では、第 1の浸液を第 2の浸液力も分離する。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。

[0011] 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の浸液力より確実に分離される。

[0012] 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の浸液の量力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。

[0013] また、上記液浸型レンズ系にお、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、光透過部材のァライメント精度が問題となりにくぐ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。

[0014] また、上記液浸型レンズ系にお、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、は連続的な交換を行うことができる。

[0015] また、上記液浸型レンズ系にお、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。

[0016] 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。

[0017] また、上記液浸型レンズ系にお!/、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、光透過部材ゃ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。

[0018] また、上記液浸型レンズ系にお、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、光透過部材ゃ光学系本体に与えるダメージが少なぐ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、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。 [0019] また、上記液浸型レンズ系におヽては、光透過部材が、蛍石で形成されて、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ょヽ。

[0020] また、上記液浸型レンズ系にお、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。

[0021] また、上記液浸型レンズ系にお!/、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。

[0022] 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ァ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。

[0023] 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。

[0024] 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 Z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。

[0025] 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。 [0026] 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、光学素子にすることができる。

[0027] 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。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]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 2]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。

[図 3]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。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 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。

[0030] 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ノ、 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 ( |8は例えば 1Z4, 1Z5等)でフォトレジストが塗布されたウェハ 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。

[0031] 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）によつてリアルタイムに計測され、この計測値に基づ、て主制御系 14がレチクル Rの位置決めを行う。

[0032] 一方、ウェハ Wは、ウェハホルダ（不図示）を介してウェハ 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、ゥェハ 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ェハ W上の表面をオートフォーカス方式、及びオートレべ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、ウェハ Wの X方向、及び Y方向の位置決めを行う。 Zステージ 9 (ウェハ 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、る。この計測結果に基づ!/、て主制御系 1 4からウェハステージ駆動系 15に制御情報が送られ、これに基づ!/、てウェハステージ駆動系 15は、 Zステージ 9及び XYステージ 10の動作を制御する。露光時にはゥェハ 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。

[0033] 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。

[0034] 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つている。逆に、ホルダ 41をねじ回して緩めることにより鏡筒 31の下端力も外すことができ、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つている。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。

[0035] 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 3 1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ェハ 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。

[0036] 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 3 3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 I L1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 I L1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。

[0037] なお、ホルダ 41の周囲には、先端部が細くなつた吐出ノズル 53と、先端部が広くなつ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とウエノ、 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とウェハ 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、力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つている。

[0038] 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とウェハ Wとの間隔、ウェハ 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。

[0039] 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のバルク材ゃ反射防止膜を旧来の材料である CaF結晶等とせず、

2 CaF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

2

には、例えば合成石英力も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力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ゃ反射防止膜が侵食されに《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。

[0040] 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のバルタ等は、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結晶等力もなるノレク材を用いて平行平

2

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 )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 I

2

L1と接する平行平板 42の入射面上に弗化マグネシウム (MgF )などの反射防止膜

2

を施してもよい。

[0041] 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。

[0042] 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 3 0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を経てウェハ Wに入射してここに投影像を形成する。 [0043] 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、加圧ポンプ等力もなる液体供給装置 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の結像特性を安定ィ匕することができる。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。

[0044] 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 P L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。

[0045] 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 I C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。

[0046] 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ぐ温度調節装置 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帘 U御することができる。

[0047] また、本実施形態にぉ、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 I L1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に供給してちょい。 [0048] 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。

[0049] 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ぐ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。

[0050] 平行平板 42とウェハ Wとの間に挟まれた第 2浸液 IL2は、その液体のタンク、加圧ポンプ等力もなる液体供給装置 71によって、吐出ノズル 53を介してウェハ 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、吸引ポンプ等力なる液体回収装置 72によって、所定の吸引ノズル等を介してウェハ 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の結像特性を安定ィ匕することができる。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。

[0051] 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つた吐出ノズル 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つた 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とウェハ 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力一対の吸引ノズル 54a, 54 b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力吐出ノズル 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とウェハ 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 ±Χ方向にウェハ 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、て平行平板 42とウェハ 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、露光に際して士 Υ方向にゥエノ、 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 とウェハ 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とウェハ 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 Ζ49504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。

[0052] 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。

[0053] 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ぐ温度調節装置 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帘 U御することができる。

[0054] 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。

[0055] 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。

[0056] 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ぐ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。

[0057] 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。

[0058] 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とウエノ、 Wの間隔を⁵ mm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、半導体製造ェ場等で容易に大量に入手できるとともに、ウェハ 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、ウェ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、ウェハ W上では lZn、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の開口数をより増カロさせることができ、この点でも解像度が向上する。

[0059] 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桁程度少なぐ第 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。

[0060] 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% 一 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。

[0061] 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をゥェハ 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、ウェハ 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 E L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ェハ 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平面内においてウェハ Wをステップ移動させることによって、ウェハ 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がウェハ 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とウェハ 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。

[0062] 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とゥェハ 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とウェハ Wとの間の第 2浸液 IL2の流速とは異なって、てもよ、し、同じであってもよ、。

[0063] なお、第 1浸液 IL1は、投影光学系 PLの像面力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に比べて小さぐ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に比べて小さいば力りでなぐウェハ 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、ウェハ 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。

[0064] 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 ILl, 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ぐ投影光学系 PLゃゥェハ 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；米国スリーェム社製)や過フッ化ポリエーテル (PFP E)等を含むフッ素系の浸液等の使用が好適である。

[0065] 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 (脱ィォン水）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、 T OC [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 I L2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!、。

[0066] 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レーザ光（波長 157nm)や水銀ランプの i線 (波長 365nm)等を

2

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 )等を使用することができる。この際、平行平板 42の

2

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ヨ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レーザ光を

2 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。

[0067] 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、弗化ネオジゥム、弗化イットリウム、 LiSrAlF、 LiCaAlF

6 6 等の弗化物、若しくはサファイア、水晶等の酸ィ匕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。

[0068] 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、るが、例えば屈折率の極めて小さ、レンズにしてもょ、。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力光学面 33aが曲面であるレンズを用いることもできる。

[0069] 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、ウェハ W上の一つのショット領域を、ウェハ 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、し、ウェハ 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。

[0070] また、上述の実施形態においては、投影光学系 PLとウェハ 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ヽるように、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。

[0071] 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ぐ例えば斜めの方向力ゝら第 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！、。

[0072] また、本発明は、ウェ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。

[0073] また、本発明は、特開平 11— 135400号に開示されているように、ウェ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、各種の計測部材ゃ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。

[0074] 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ェハ Wなどのワーク対象カゝ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力平行平板 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力りでなぐ平行平板 4 2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。

[0075] 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。

[0076] 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 (ウエノ、）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ツプ 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、パッケ一ジ工程を含む） 205、検査ステップ 206等を経て製造される。

Claims

請求の範囲

[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、蛍石で形成されてヽ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、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レーザ光及び

2

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、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

[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

[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

[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

[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

[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

[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

[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。