JP2005123258A - 液浸露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の前記ウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ及び前記ウエハを保持するウエハステージ、又は前記ウエハ表面のみを水又は有機溶媒等の液体で満たす液浸型露光装置において、前記光学素子に余分な応力をかけず、且つ前記投影光学系内部への前記液体の流入を防ぎ、像性能の劣化を防ぐことを目的とする。
【解決手段】 接着によって保持固定された前記光学素子の保持位置及び前記液体の位置、前記光学素子の下面の位置の関係付けを行い、液体の流入を防ぐ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子、液晶表示素子等のデバイスを製造するためのリソグラフィー工程で、原版（レチクル）に描かれた回路パターンを感光剤が塗布された基板上（ウエハ）に焼き付け形成する投影露光装置方法及び装置に関するもので、特に液浸型の露光方法及び装置に関するものである。

半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルパターンの像を投影光学系を介して、感光性の基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。

投影露光装置の性能を示す指標の一つとして、解像度が上げられる。解像度Ｒは以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ_１・λ／ＮＡ （１）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ_１はプロセス係数である。

投影露光装置に備えられている投影光学系の解像度は、（１）式より使用する露光波長が短いほど、また投影光学系の開口数ＮＡが大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数ＮＡも増大してきている。その中で、現在主流の露光波長は、ＫｒＦレーザーの２４８ｎｍ、及びＡｒＦレーザーの１９３ｎｍといったエキシマレーザーであるが、さらにＦ２レーザーの１５７ｎｍも実用化されつつある。

また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。焦点深度σは以下の式で表される。
σ＝ｋ_２・λ／ＮＡ＾２ （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ_２はプロセス係数である。（２）式より、前記解像度Ｒを高めるために、露光波長を短くして、開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度σが狭くなることが分かる。従来から投影露光装置では、オートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合わせ込んで露光を行っているが、そのためには焦点深度σはある程度広いことが望ましい。そこで、従来も位相シフトレチクル法、変形照明法、多層レジスト法など、実質的に焦点深度を広くする提案がなされている。

上記のように従来の投影露光装置では、半導体集積回路の一層の高集積化に対応するために、露光波長の更なる短波長化の研究が進められており、また投影光学系の開口数の増大によって、焦点深度が狭くなってきている。そのため、このままでは焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のマージンが不足する恐れがある。

そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ焦点深度を広くする方法として、液浸法が提案されている。これは、投影光学系の下面とウエハ表面との間を水、又は有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光波長が、空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上させると共に、焦点深度を約ｎ倍に拡大させるというものである。

この方法は、現在の投影露光装置における技術的に確立された製造プロセスを流用することによりコスト的にも有利であり、ＡｒＦエキシマレーザー、及びＦ２エキシマレーザー等の投影露光装置の延命にも効果的であるという利点がある。

上記説明の液浸法を用いた投影露光装置として、投影光学系の下面とウエハ及びウエハを保持するステージを水、又は有機溶媒等の液体で浸すＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌと呼ばれる方法や投影光学系のウエハに最も近接した光学素子とウエハ表面のみを水、又は有機溶媒等の液体で満たすＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌと呼ばれる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

また、ウエハに最も近接した光学素子については、図９のような構成が示されている（例えば、特許文献３参照。）。図９において、（Ｗ）は感光剤を塗布された半導体ウエハで、ウエハチャック（４）を介して精密な位置決め性能を有するウエハステージ（５）上に保持されている。また、投影光学系としての光学性能を達成させるために、少なくとも１つ以上の光学素子（Ｇ）を有し、光学素子（Ｇ）及びウエハに最も近接した光学素子（ＬＧ）は光学素子保持部材（１８）で保持固定し、ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）は水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされている。そして、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ）については『レンズ系ＰＬ（投影光学系）の先端部を液体ＬＱ内に浸けるので、少なくともその先端部は防水加工されて鏡筒内に液体が染み込まないような構造』が提案されている。
特開平０６−１２４８７３号公報 国際公開第９９／４９５０４号パンフレット 特開平１０−３０３１１４号公報

しかしながら、上記従来例では具体的な投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の防水加工法についての記述はなく、シール方法として接着材では完全にシールすることが困難であり、図９のように投影光学系の下部、及びウエハを水又は有機溶媒等の液体で満たすため、ウエハに最も近接した光学素子とそれを保持する光学素子保持部材との隙間（１９）からの水、又は有機溶媒等の液体の流入が懸念される。

ウエハに最も近接した光学素子と光学素子保持部材との隙間から水、又は有機溶媒等の液体が流入すると鏡筒内部で露光波長が変化し、ウエハに所定のパターンを焼き付けることが困難になる。また、鏡筒に流入した水、又は有機溶媒等の液体によって、露光光による熱エネルギーで光学素子が変形したり、光学素子表面、及び鏡筒内部の汚染の原因となる。

また他のシール方法として、Ｏリングによるシールが考えられるが、Ｏリングを用いたシールでは、液体の流入を防止できる代わりに、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷が光学素子にかかり、レンズの変形を引き起こし、像性能の劣化が懸念される。

本出願に係る発明の目的は、液浸法を用いた投影露光装置において、光学素子に負荷をかけずに、水又は有機溶媒等の液体が鏡筒内部に流入しないシール構造及びシステムを提案することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る請求項１及び２記載の発明は、レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ及び前記ウエハを保持するウエハステージを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式の液浸型露光装置において、ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記液体の水平面の高さをＨ_ＬＱ１、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓ、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ
の関係を有することを特徴とする。

上記構成において、前記光学素子及び前記光学素子保持部材は、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を前記光学素子にかけず、前記光学素子の変形を防ぐよう保持、固定され、像性能の劣化を防ぐ。また、前記光学保持部材による前記光学素子の保持位置は、前記液体の水平面よりも上部に配置され、前記光学素子と前記光学保持部材との隙間からの前記液体の流入を防ぎ、同様に、前記鏡筒による前記光学保持部材の保持位置は、前記液体の水平面よりも上部に配置され、前記光学保持部材と前記鏡筒との隙間からの前記液体の流入を防ぎ、像性能の劣化を防ぐ。

また、本出願に係る請求項３及び４記載の発明は、レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ表面のみを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の液浸型露光装置において、ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記投影光学系に接する前記液体の最上部の高さをＨ_ＬＱ２、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓ、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ
の関係を有することを特徴とする。

上記構成において、前記光学素子及び前記光学素子保持部材は、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を前記光学素子にかけず、前記光学素子の変形を防ぐよう保持、固定され、像性能の劣化を防ぐ。また、前記光学保持部材による前記光学素子の保持位置は、前記投影光学系に接する前記液体の最上部よりも上部に配置され、前記光学素子と前記光学保持部材との隙間からの前記液体の流入を防ぎ、同様に、前記鏡筒による前記光学保持部材の保持位置は、前記投影光学系に接する前記液体の最上部よりも上部に配置され、前記光学保持部材と前記鏡筒との隙間からの前記液体の流入を防ぎ、像性能の劣化を防ぐ。

また、請求項４記載の発明は、ウエハステージ上に前記液体の液面の位置を測定する測定器、前記液体の供給口と排出口を有し、供給及び排出制御手段を備えることを特徴とする。

上記構成において、前記測定器を用いて前記液体の水平面又は光学素子に接する前記液体の最上部を測定し、前記液体の供給口と排出口を用いて前記液体を供給、及び排出することにより、前記液体の適量化をすることができる。また、前記液体の供給及び排出制御手段を備え、所定流量に調整された液体を供給、及び排出することにより、前記液体の適量化を容易にすることができる。

なお、さらに詳細に説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。

（１）レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の前記ウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ及び前記ウエハを保持するウエハステージを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式の液浸型露光装置において、前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記液体の水平面の高さをＨ_ＬＱ１、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ
の関係を有することを特徴とする液浸型露光装置。

（２）前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記液体の水平面の高さをＨ_ＬＱ１、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ
の関係を有することを特徴とする前記（１）記載の液浸型露光装置。

（３）レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の前記ウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ表面のみを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の液浸型露光装置において、前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記投影光学系に接する前記液体の最上部の高さをＨ_ＬＱ２、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ
の関係を有することを特徴とする液浸型露光装置。

（４）ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光速が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記投影光学系に接する最上部の高さをＨ_ＬＱ２、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ
の関係を有することを特徴とする前記（３）記載の液浸型露光装置。

（５）前記ウエハステージ上に前記液体の液面の位置を測定する測定器、前記液体の供給口と排出口を有し、前記液体の供給及び排出制御手段を有することを特徴とする前記（１）又は（３）記載の液浸露光装置。

本発明に係る請求項１及び２の発明によれば、レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ及び前記ウエハを保持するウエハステージを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式の液浸型露光装置において、上記のような光学素子保持構造、及びセル保持構造、液体の制御を用いることによって、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を光学素子にかけず、前記光学素子の変形を防ぐよう保持、固定され、像性能の劣化を防ぐことができる。さらに、前記液体の鏡筒内部への流入を防ぎ、鏡筒内部への液体の流入による露光波長の変化や鏡筒内部での汚染を防ぐことができ、液浸型投影露光装置の像性能の劣化を防ぐことができる。

また、本発明に係る請求項３及び４の発明によれば、レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ表面のみを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の液浸型露光装置において、上記のような光学素子保持構造、及びセル保持構造、液体の制御を用いることによって、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を光学素子にかけず、光学素子の変形を防ぐよう保持、固定され、像性能の劣化を防ぐことができる。さらに、前記液体の鏡筒内部への流入を防ぎ、鏡筒内部への液体の流入による露光波長の変化や鏡筒内部での汚染を防ぐことができ、液浸型投影露光装置の像性能を防ぐことができる。

また、本発明に係る請求項５の発明によれば、位置センサーを用いて、前記液体の水平面もしくは最上部の位置と、光学素子の保持位置、光学素子保持部材の保持位置の関係を管理し、前記液体の供給及び排出装置を用いて、所定流量に調整された液体を供給、及び排出することにより、液体の適量化を容易にすることができ、液浸型投影露光装置において、像性能の劣化を防ぐことができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明の第１実施例を図１及び図２に基づいて説明する。

図１及び図２は第１の実施例の特徴を表す光学素子保持システムで、投影光学系の下部とウエハ及びウエハを保持するウエハステージを水又は有機溶媒等の液体で浸すＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌと呼ばれる方法で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が平面である場合について示したものを図１に、球面である場合について示したものを図２に示す。

図１において、（Ｗ）は感光剤を塗布された半導体ウエハであり、ウエハチャック（４）を介して、精密な位置決め性能を有するウエハステージ（５）上に保持されている。

露光装置における投影光学系としての光学性能を達成させるため、少なくとも１つ以上の光学素子（Ｇ）を有し、光学素子保持部材（以後セルと呼ぶ）（１）でそれぞれ接着によって保持、固定されている。その中で、ウエハ（Ｗ）に最も近接し、最下面が平面である光学素子（ＬＧ１）も、セル（２）に接着によって保持、固定されている。光学素子保持、固定方法に関しては、板ばね（不図示）や押さえ環（不図示）等を用いても良い。そして、セル（１）及びセル（２）は、鏡筒（３）に保持、固定されている。ここで、光学素子（Ｇ）及びウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を保持するセル（１）、セル（２）を配置する空間がない場合は、鏡筒（３）で保持、固定してもよい。

ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）は水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされていて、水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）を浸すウエハステージ（５）には液体（ＬＱ）の流入口（１１）と流出口（１２）を設け、流入口（１１）の手前に液体供給装置（１０）、流出口（１２）の後に液体排出装置（１３）を配置している。さらに、水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定するための位置センサー（１５）を配置する。位置センサー（１５）は、液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定できるものであればよく、例えば、超音波変位センサーやレーザー変位センサーを用いる。位置センサー（１５）によって得られた液体（ＬＱ）の水平面の位置データをもとに、コンピュータ（不図示）で必要な流量を計算し、流入口（１１）からは、供給管（１７）から液体供給装置（１０）を介して所定の流量で制御された水又は有機溶媒体等の液体（ＬＱ）がウエハステージ（５）に流し込まれる。そして、流出口（１２）からは液体排出装置（１３）を介して所定の流量を排出管（１６）を通って排出される。また、液体の供給管（１７）と排出管（１６）は環状に形成され、排出管（１６）を通って排出された液体（ＬＱ）を再度供給管（１７）を通ってウエハステージ（５）に供給する等の循環系を用いてもよい。

次に、本出願に係る発明の特徴を最も良く表す光学素子保持システムについて図１を用いて説明する。

図１において、ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）は水及び有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされている。そして、水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の露光光の有効光束が透過する領域内を満たす。つまり、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面が平面である場合、水または有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、ウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面を満たす。そのため、ウエハ（Ｗ）表面から水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面までの高さをＨ_ＬＱ１、ウエハ（Ｗ）表面からウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面までの高さをＨ_ＬＧ１としたとき、
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ１・・・（ａ）
が成立するよう、位置センサー（１５）で水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（１０）及び液体排出装置（１３）で流量の制御を行う。

さらに、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）はセル（２）によって保持、固定されていて、ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）を満たしている水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面よりも高い位置で保持を行う。つまり、ウエハ（Ｗ）に最も近接している光学素子（ＬＧ１）の保持位置は、ウエハ（Ｗ）表面からの高さをＨ_Ｓとしたとき、
Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ・・・（ｂ）
が成立する位置で行い、位置センサー（１５）で水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（１０）及び液体排出装置（１３）で流量の制御を行う。

同様に、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を保持、固定しているセル（２）は鏡筒（３）によって保持、固定されていて、ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）を満たしている水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面よりも高い位置で保持を行う。つまり、セル（２）の保持位置は、ウエハ（Ｗ）表面からの高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ・・・（ｃ）
となる位置で行い、位置センサー（１５）で水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（１０）及び液体排出装置（１３）で流量の制御を行う。

ここで、ウエハ（Ｗ）表面からウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面までの高さＨ_ＬＧ１、光学素子（ＬＧ１）の保持位置Ｈ_Ｓ、セル素子（２）の保持位置Ｈ_Ｋ設計時又は組立て時にあらかじめ求めておく。

以上の（ａ）〜（ｃ）の関係式をまとめると、
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ・・・（ｄ）
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ・・・（ｅ）
が両立するように、液体（ＬＱ）の流量の制御を行い、光学素子（ＬＧ１）、セル（２）の保持を行う。

次に、投影光学系の下部とウエハ及びウエハを保持するウエハステージを水、又は有機溶媒等の液体で浸すＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌと呼ばれる方法で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が球面である場合について図２を用いて説明する。

図２において、装置全体の構成は図１と同様で、ウエハ（Ｗ）表面及びウエハステージ（５）は水、及び有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされている。また、ウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ２）の最下面が球面である場合、水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、露光光の有効光束（Ｂ）がウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ２）の最下面と交わる点（Ａ）を満たす必要があるため、ウエハ（Ｗ）表面から水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面までの高さをＨ_ＬＱ１、露光光の有効光束（Ｂ）が光学素子（ＬＧ２）の最下面と交わる点（Ａ）までの高さをＨ_ＬＧ２としたとき、
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ１・・（ｆ）
が成立するよう、位置センサー（１５）で水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（１０）及び液体排出装置（１３）で流量の制御を行う。

また、図１の光学素子保持システムと同様に、水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置と光学素子（ＬＧ２）、及びセル（２）の保持位置の関係から、
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ・・・（ｇ）
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ・・・（ｈ）
が両立するよう、位置センサー（１５）で水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（１０）及び液体排出装置（１３）で流量の制御を行う。

このように本実施例によれば、Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌと呼ばれる液浸型露光装置において、上記のような光学素子保持構造、及びセル保持構造、液体の制御を用いて、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を光学素子にかけず、光学素子の変形を防ぐよう保持・固定し、像性能の劣化を防ぐことができる。さらに、鏡筒内部に水又は有機溶媒等の液体が流入することを防ぎ、鏡筒内部への液体の流入による露光波長の変化や鏡筒内部での汚染を防ぎ、液浸型投影露光装置の像性能の劣化を防ぐことができる。

本発明の第２実施例を図３〜図５に基づいて説明する。

図３及び図４は、第２の実施例の特徴を表す光学素子保持システムで、投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の最下面とウエハ表面のみを水、又は有機溶媒等の液体で満たすＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌと呼ばれる方法で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が平面である場合について示したものを図３に、球面である場合について示したものを図４に示す。

図３において、（Ｗ）は感光剤を塗布された半導体ウエハであり、ウエハチャック（４）を介して、精密な位置決め性能を有するウエハステージ（５）上に保持されている。

露光装置における投影光学系としての光学性能を達成させるため、少なくとも１つ以上の光学素子（Ｇ）を有し、光学素子保持部材（以後セルと呼ぶ）（１）でそれぞれ接着によって保持、固定されている。その中で、ウエハ（Ｗ）に最も近接し、最下面が平面である光学素子（ＬＧ１）も、セル（２）に接着によって保持、固定されている。光学素子保持、固定方法に関しては、板ばね（不図示）や押さえ環（不図示）等を用いても良い。そして、セル（１）及びセル（２）は、鏡筒（３）に保持、固定されている。ここで、光学素子（Ｇ）及びウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を保持するセル（１）、セル（２）を配置する空間がない場合は、鏡筒（３）で保持、固定してもよい。

また、投影光学系を挟むように少なくとも１対以上の水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の流入ノズル（７）と排出ノズル（８）を設け、流入ノズル（７）の手前に液体供給装置（６）、排出ノズル（８）の後に液体排出装置（９）を設置している。

さらに、投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の高さを測定するセンサー（不図示）を配置する。Ｌｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の液浸露光装置では、ウエハ（Ｗ）表面とウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の間のみに液体（ＬＱ）を浸すので、液体（ＬＱ）が接する光学素子（ＬＧ１）の前周囲の高さを測定する方法として、例えば画像センサーを用いて投影光学系の下部を測定し、コンピュータ（不図示）で二値化等の画像処理を行い液体（ＬＱ）と投影光学系の切り分けを行い、液体（ＬＱ）の最上部の位置を求める方法等が考えられる。センサーによって得られた液体（ＬＱ）の最上部の位置をもとに、コンピュータ（不図示）で必要な流量を計算する。

そして、ウエハ（Ｗ）が移動する際に、ウエハ（Ｗ）の移動方向に沿って、液体供給装置（６）より流入ノズル（７）を介して水、又は有機溶媒要の液体（ＬＱ）を所定の流量だけ、ウエハに最も近接した光学素子（ＬＧ１）とウエハ（Ｗ）表面との間を満たすように供給し、液体排出装置（９）により、排出ノズル（８）を介してウエハ（Ｗ）から水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）を所定の流量だけ回収する。また、液体（ＬＱ）の供給、排出はウエハ（Ｗ）の移動方向に沿って行うため、ウエハ（Ｗ）の移動方向によって液体（ＬＱ）の供給と排出の両方の機能を持つ液体供給排出装置（不図示）や、投影光学系を挟んで、供給、排出ノズルを交互に配置（不図示）して、ウエハ（Ｗ）の移動方向によって、供給、排出ノズルを使い分けてもよい。また、液体（ＬＱ）は、常にウエハ（Ｗ）表面と光学素子（ＬＧ）の間を満たしていなければならず、そのため、図５のように供給ノズル（７）及び排出ノズル（８）は、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ）の最下面又は有効光束を満たすように、光学素子（ＬＧ）の直径Ｄ以上の領域を流せるようにする。また、ウエハ（Ｗ）の移動中でも、常に液体（ＬＱ）の量は一定である必要があるため、液体（ＬＱ）の供給量Ｑ_ＩＮ（ｍ^３／ｓ）と回収量Ｑ_ＯＵＴ（ｍ^３／ｓ）は、液体供給装置（６）と液体排出装置（９）を用いて等しい量になるよう制御を行う。

次に、本出願に係る発明の特徴を最も良く表す光学素子保持システムについて図３を用いて説明する。

図３において、ウエハ（Ｗ）表面は水、及び有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされている。そして、水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の露光光の有効光束が透過する領域内を満たす。つまり、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面が平面である場合、水または有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、ウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面を満たす。そのため、ウエハ（Ｗ）表面から投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の高さをＨ_ＬＱ２、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面までの高さをＨ_ＬＧ１としたとき、
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ２・・・（ｊ）
が成立するよう、で投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の高さを測定し、得られたデータから液体供給装置（６）及び液体排出装置（９）で流量の制御を行う。

さらに、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）はセル（２）によって保持、固定されていて、投影光学系に接する液体（ＬＱ）の最上部よりも高い位置で保持している。つまり、ウエハ（Ｗ）に最も近接している光学素子（ＬＧ１）の保持位置はウエハ（Ｗ）表面からの高さをＨ_Ｓとしたとき、
Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ・・・（ｋ）
が成立する位置で行い、位置センサー（不図示）で投影光学系に接する液体（ＬＱ）の最上部の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（６）及び液体排出装置（９）で流量の制御を行う。

同様に、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を保持、固定しているセル（２）は、鏡筒（３）によって保持、固定されていて、投影光学系に接する液体（ＬＱ）の最上部よりも高い位置で保持している。つまり、セル（２）の保持位置は、ウエハ（Ｗ）表面からの高さをＨ_Ｋとしたとき、
Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ・・・（ｌ）
となる位置で行い、投影光学系に接する液体（ＬＱ）の最上部の位置を測定し、得られたデータから、液体供給装置（６）及び液体排出装置（９）で流量の制御を行う。

ここで、ウエハ（Ｗ）表面からウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面までの高さＨ_ＬＧ１、光学素子（ＬＧ１）の保持位置Ｈ_Ｓ、セル素子（２）の保持位置Ｈ_Ｋ設計時又は組立て時にあらかじめ求めておく。

以上の（ｊ）〜（ｌ）の関係式をまとめると、
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ・・・（ｍ）
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ・・・（ｎ）
が両立するように、液体（ＬＱ）の流量制御を行い、光学素子（ＬＧ１）、セル（２）の保持を行う。

次に、図４を用いて、投影光学系のウエハに最も近接した光学素子の最下面とウエハ表面のみを水、又は有機溶媒等の液体で満たすＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌと呼ばれる方法で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が球面である場合について説明する。

図４において、装置全体の構成は図３と同様で、ウエハ（Ｗ）表面は水及び有機溶媒等の液体（ＬＱ）で満たされている。また、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ２）の最下面が球面である場合、水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）は、露光光の有効光線（Ｂ）がウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ２）の最下面と交わる点（Ａ）を満たす必要があるため、ウエハ（Ｗ）表面から投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の高さをＨ_ＬＱ２、露光光の有効光源（Ｂ）が光学素子（ＬＧ２）の最下面と交わる点（Ａ）までの高さをＨ_ＬＧ２としたとき、
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ２・・・（ｏ）
が成立するよう、投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の高さを測定し、得られたデータから液体供給装置（６）及び液体排出装置（９）で流量の制御を行う。

また、図３に説明したのと同様に、投影光学系に接する水又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の最上部の位置と光学素子（ＬＧ２）及びセル（２）の保持位置の関係から、
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ・・・（ｐ）
Ｈ_ＬＧ２≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ・・・（ｑ）
が両立するように、液体の流量制御を行い、光学素子（ＬＧ２）、セル（２）の保持を行う。

このように本実施例によれば、Ｌｏｃａｌ Ｆｉｌｌと呼ばれる液浸型露光装置において、上記のような光学素子保持構造、及びセル保持構造、液体の制御を用いて、シール方法として例えばＯリングのように、シールの締め付けによる不要な応力等の負荷を光学素子にかけず、光学素子の変形を防ぐよう保持・固定し、像性能の劣化を防ぐことができる。さらに、鏡筒内部に水又は有機溶媒等の液体が流入することを防ぎ、鏡筒内部への液体の流入による露光波長の変化や鏡筒内部での汚染を防ぎ、液浸型投影露光装置の像性能劣化を防ぐことができる。

次に、本発明の第３実施例を図６、図７、図８に基づいて説明する。本実施例は、上記第１の実施例のＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方法、及び第２の実施例Ｌｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方法による液浸型投影露光装置のどちらにも適応可能で、且つ、ウエハから最も近接した光学素子の保護方法に関するものである。

図６は、Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方法を用いた図１の構造において、セル（２）を保持する鏡筒（３）の下面位置をウエハ（Ｗ）から最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面以下まで下げたものである。また、この場合においても上記実施例で説明した水、又は有機溶媒等の液体（ＬＱ）の水平面とウエハ（Ｗ）から最も近接する光学素子（ＬＧ１）の保持位置、及びセル（２）の保持位置、液体（ＬＱ）の流量の制御の関係は、
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ・・・（ｓ）
Ｈ_ＬＧ１≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ・・・（ｔ）
を常に両方満足するよう構成する。

また、図７のようにウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を保持するセル（２）の下面位置をウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面以下まで下げる方法や、図８のように鏡筒（３）、又はセル（２）の下部にウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を囲むように、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）の最下面以下になるようなリング状の保護部材（１４）を取付けても良い。ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ１）を囲み、最下面以下になるような保護部材（１４）は、リング状のものに限らず、棒状のものを多数点（不図示）で取付けても良く、また、保護部材（１４）に穴を開け、ウエハ（Ｗ）に最も近接した光学素子（ＬＧ）と保護部材（１４）に挟まれた空間のガスの通気口（不図示）を作ってもよい。

このように本実施例によれば、上記のようにウエハから最も近接した光学素子を囲むように光学素子の最下面以下になるような保護部材を取付けることによって、ウエハチャックを介してウエハがトラブル等で浮き上がった場合や、鏡筒の本体搭載時等に、ウエハが最も近接した光学素子に当り、投影光学系やステージの破損や、変形を防ぐ役割を果たすため、投影光学系から突き出しているウエハに最も近接した光学素子を保護することができ、光学性能の悪化を防ぐことができる。

本発明の第１の実施例におけるＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が平面である場合の投影光学系付近の詳細断面図 本発明の第１の実施例におけるＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が球面である場合の投影光学系付近の詳細断面図 本発明の第２の実施例におけるＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式で、ウエハに最も近接した光学素子の最下面が平面である場合の投影光学系付近の詳細断面図 本発明の第２の実施例におけるＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式でウエハに最も近接した光学素子の最下面が球面である場合の投影光学系付近の詳細断面図 本発明の第２の実施例における図３のウエハ近傍の上面図の概念図 第１の光学素子保護部材を使用した投影光学系付近の詳細断面図 第２の光学素子保持部材を使用した投影光学系付近の詳細断面図 第３の光学素子保持部材を使用した投影光学系付近の詳細断面図 従来図を説明する図

符号の説明

ＬＧ ウエハに最も近接した光学素子
ＬＧ１ ウエハに最も近接した光学素子の最下面が平面である光学素子
ＬＧ２ ウエハに最も近接した光学素子の最下面が球面である光学素子
Ｇ 光学素子（ＬＧを除く）
Ｗ ウエハ
ＬＱ 水、又は有機溶媒等の液体
１ 光学素子保持部材（Ｇ用）
２ 光学素子保持部材（ＬＧ用）
３ 鏡筒
４ ウエハチャック
５ ウエハステージ
６ 液体供給装置
７ 流入ノズル
８ 排出ノズル
９ 液体排出装置
１０ 液体供給装置
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 液体排出装置
１４ 保護部材
１５ 位置センサー
１６ 排出管
１７ 供給管
１８ 図９の光学保持部材
１９ 液体の流入懸念箇所
Ｈ_ＬＧ１ ＬＧ１を使用したときのウエハ表面から露光光の有効光束が透過する最終光学素子の下面までの高さ
Ｈ_ＬＧ２ ＬＧ２を使用したときのウエハ表面から露光光の有効光束が透過する最終光学素子の下面までの高さ
Ｈ_ＬＱ１ Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式の時のウエハ表面から液体の水平面までの高さ
Ｈ_ＬＱ２ Ｌｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の時のウエハ表面から投影光学系に接する液体の最上部の高さ
Ｈ_Ｓ ウエハ表面から最終光学素子を保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さ
Ｈ_Ｋ ウエハ表面から最終光学素子保持部材を保持、固定する鏡筒の保持部の高さ

Claims (5)

1. レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の前記ウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ及び前記ウエハを保持するウエハステージを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＭｏｖｉｎｇ Ｐｏｏｌ方式の液浸型露光装置において、前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記液体の水平面の高さをＨ_ＬＱ１、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓとしたとき、
   Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｓ
   の関係を有することを特徴とする液浸型露光装置。
2. 前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記液体の水平面の高さをＨ_ＬＱ１、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
   Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ１＜Ｈ_Ｋ
   の関係を有することを特徴とする請求項１記載の液浸型露光装置。
3. レチクル上に描画されたパターンをウエハに焼付転写する投影光学系を有し、前記投影光学系の前記ウエハに最も近接した光学素子の下面と前記ウエハ表面のみを水又は有機溶媒等の液体で満たしたＬｏｃａｌ Ｆｉｌｌ方式の液浸型露光装置において、前記ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光束が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記投影光学系に接する前記液体の最上部の高さをＨ_ＬＱ２、前記光学素子の保持、固定する光学素子保持部材の保持部の高さをＨ_Ｓとしたとき、
   Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｓ
   の関係を有することを特徴とする液浸型露光装置。
4. ウエハ表面から前記光学素子の露光光の有効光速が透過する下面の高さをＨ_ＬＧ、前記投影光学系に接する最上部の高さをＨ_ＬＱ２、前記光学素子保持部材の保持、固定する鏡筒の保持部の高さをＨ_Ｋとしたとき、
   Ｈ_ＬＧ≦Ｈ_ＬＱ２＜Ｈ_Ｋ
   の関係を有することを特徴とする請求項３記載の液浸型露光装置。
5. 前記ウエハステージ上に前記液体の液面の位置を測定する測定器、前記液体の供給口と排出口を有し、前記液体の供給及び排出制御手段を有することを特徴とする請求項１又は３記載の液浸露光装置。

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