JP2007027439A - 投影光学系、露光装置、およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することのできる液浸型の投影光学系。
【解決手段】 第１面（Ｒ）の像を第２面（Ｗ）に投影する本発明の投影光学系は、最も第２面側に配置された第１光透過部材（Ｌｐ）と、この第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材（Ｌｂ）とを備えている。第１光透過部材と第２面との間の光路は第１液体で満たされ、第１光透過部材と第２光透過部材との間の光路は第１液体と異なる屈折率を有する第２液体で満たされている。第１光透過部材は、光軸方向に沿って移動可能に構成されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、投影光学系、露光装置、およびデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。

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、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。

そこで、投影光学系の解像力に対する要求を満足するために、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。

この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、光学面での反射損失が増大して、大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている（たとえば特許文献１）。

国際公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレット

半導体製造装置では、諸原因による投影光学系の収差悪化を防ぐために、投影光学系自体が収差補正機構を有することが必須になっている。特に液浸型の投影光学系では、浸液としての液体の温度変化に起因して球面収差が発生し易い。また、液浸技術による開口数の増大化に伴い、光学部品の誤差や環境変動などにより球面収差が発生し易い。そこで、液浸型の投影光学系では、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することが求められている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することのできる液浸型の投影光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することのできる高解像な液浸投影光学系を用いて、微細なパターンを高精度に投影露光することのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は第１液体で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は前記第１液体と異なる屈折率を有する第２液体で満たされ、
前記第１光透過部材は、光軸方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする投影光学系を提供する。

本発明の第２形態では、前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記パターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影するための第１形態の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記第１面に設定されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法を提供する。

本発明にしたがう液浸型の投影光学系では、屈折率の互いに異なる２種類の液体に挟まれた第１光透過部材を光軸方向に沿って移動させることにより、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を発生させることができる。すなわち、第１光透過部材の移動向きおよび移動量を制御することにより、収差に関する副作用を抑えつつ、諸原因により投影光学系に発生した球面収差を良好に補正することができる。

こうして、本発明の液浸型の投影光学系では、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することができる。本発明の露光装置および露光方法では、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することのできる高解像な液浸投影光学系を用いているので、微細なパターンを高精度に投影露光することができ、ひいては良好なデバイスを高精度に製造することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷに対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。

本実施形態の露光装置は、図１に示すように、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、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から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光からなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒを照明する。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。

レチクルＲを通過した光は、液浸型の投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域に所定の縮小投影倍率でレチクルパターンを形成する。すなわち、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。

図２は、本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした半径Ｂを有する円形状の領域（イメージサークル）ＩＦ内において、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の静止露光領域ＥＲが設定されている。ここで、静止露光領域ＥＲのＸ方向の長さはＬＸであり、そのＹ方向の長さはＬＹである。

したがって、図示を省略したが、これに対応して、レチクルＲ上では、光軸ＡＸを中心として静止露光領域ＥＲに対応した大きさおよび形状を有する矩形状の照明領域（すなわち静止照明領域）が形成されていることになる。レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上においてＸＹ平面に平行に保持され、レチクルステージＲＳＴにはレチクルＲをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。

ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してＺステージ９上においてＸＹ平面に平行に固定されている。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上に固定されており、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージ９は、Ｚステージ９上に設けられた移動鏡１２を用いるウェハレーザ干渉計１３によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。

また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。一方、本実施形態の露光装置に設けられた主制御系１４は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行う。

また、主制御系１４は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。

更に、主制御系１４は、ウェハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。

露光時には、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でレチクルステージＲＳＴおよびＸＹステージ１０を駆動させつつ、レチクルＲのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に投影露光する。その後、主制御系１４は、ウェハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。

このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりレチクルＲのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、本実施形態では、ウェハステージ駆動系１５およびウェハレーザ干渉計１３などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域および静止照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージＲＳＴとＸＹステージ１０とを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺ＬＸに等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。

図３は、本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。図３を参照すると、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬでは、レチクルＲ側（物体側）の面が第２液体Ｌｍ２に接し且つウェハＷ側（像側）の面が第１液体Ｌｍ１に接する平行平面板Ｌｐが最もウェハ側に配置されている。そして、この平行平面板Ｌｐに隣接して、レチクルＲ側の面が気体に接し且つウェハＷ側の面が第２液体Ｌｍ２に接する境界レンズＬｂが配置されている。

本実施形態において、例えば１．１よりも大きい屈折率を有する第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２として、半導体製造工場等で容易に大量に入手できる純水（脱イオン水）、たとえばＨ⁺，Ｃｓ⁺，Ｋ⁺、Ｃｌ^-，ＳＯ₄ ^2-，ＰＯ₄ ^2-を入れた水、イソプロパノール，グリセロール、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどを用いることができる。また、境界レンズＬｂは、レチクルＲ側に凸面を向け且つウェハＷ側に平面を向けた正レンズである。さらに、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐはともに、石英により形成されている。これは、境界レンズＬｂや平行平面板Ｌｐを蛍石により形成すると、蛍石は水に溶ける性質（可溶性）があるため、投影光学系の結像性能を安定的に維持することが困難になるからである。

また、蛍石では内部の屈折率分布が高周波成分を有することが知られており、この高周波成分を含む屈折率のばらつきがフレアの発生を招く恐れがあり、投影光学系の結像性能を低下させ易い。さらに、蛍石は固有複屈折性を有することが知られており、投影光学系の結像性能を良好に維持するためには、この固有複屈折性の影響を補正する必要がある。したがって、蛍石の可溶性、屈折率分布の高周波成分および固有複屈折性の観点から、境界レンズＬｂや平行平面板Ｌｐを石英により形成することが好ましい。

なお、投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。

国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。

本実施形態では、図１に示すように、第１給排水機構２１を用いて、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路中において第１液体Ｌｍ１を循環させている。また、第２給排水機構２２を用いて、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路中において第２液体Ｌｍ２を循環させている。このように、浸液としての液体を微小流量で循環させることにより、防腐、防カビ等の効果により液体の変質を防ぐことができる。

図４は、本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図４を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）と、平行平面板Ｌｐとにより構成されている。本実施形態の投影光学系ＰＬは、ウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている。

次の表（１）に、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの主要諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率の大きさを、ＮＡは像側（ウェハ側）開口数を、ＢはウェハＷ上でのイメージサークルＩＦの半径（最大像高Ｙｍ）を、ＬＸは静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った寸法（長辺の寸法）を、ＬＹは静止露光領域ＥＲのＹ方向に沿った寸法（短辺の寸法）をそれぞれ表している。

表（１）
λ＝１９３．３０６ｎｍ
β＝１／４
ＮＡ＝１．０７
Ｂ＝Ｙｍ＝１３．４ｍｍ
ＬＸ＝２６ｍｍ
ＬＹ＝５．５ｍｍ

このように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に大きな屈折率を有する液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を介在させることにより、大きな実効的な像側開口数を確保しつつ、比較的大きな有効結像領域を確保することができる。すなわち、中心波長が１９３．３０６ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光に対して、１．０７の高い像側開口数を確保するとともに、２６ｍｍ×５．５ｍｍの矩形形状の実効露光領域（静止露光領域）ＥＲを確保することができ、たとえば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に回路パターンを高解像度で走査露光することができる。

また、上述の実施形態では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に平行平面板（一般にはほぼ無屈折力の光学部材）Ｌｐが配置されているので、浸液としての液体がウェハＷに塗布されたフォトレジストからのアウトガス等による汚染を受けても、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に介在する平行平面板Ｌｐの作用により、汚染された液体による境界レンズＬｂの像側光学面の汚染を有効に防ぐことができる。さらに、液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）と平行平面板Ｌｐとの屈折率差が小さいため、平行平面板Ｌｐに要求される姿勢や位置精度が大幅に緩和されるので、平行平面板Ｌｐが汚染されても部材交換を随時行うことにより光学性能を容易に復元することができる。また、平行平面板Ｌｐの作用により、境界レンズＬｂに接する液体Ｌｍ２のスキャン露光時の圧力変動やステップ移動時の圧力変動が小さく抑えられるので、比較的小さなスペースで液体を保持することが可能になる。

ところで、本実施形態のような液浸型の投影光学系ＰＬでは、光の照射を受けた液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の温度変化（一般には温度上昇）に起因して球面収差が発生し易い。また、像側開口数が大きいため、光学部品の誤差や環境変動などにより球面収差が発生し易い。ここで、投影光学系ＰＬ中の複数のレンズ成分を光軸方向に沿って移動させることにより低次の球面収差を補正することは可能であるが、他の収差の発生を抑えつつ高次の球面収差を良好に補正することはできない。

そこで、本実施形態では、屈折率の互いに異なる２種類の液体で平行平面板Ｌｐを挟む構成を採用し、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させることにより、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を補正する。特に、本実施形態のように、屈折率の互いに異なる２種類の液体の間に介在する光学部材Ｌｐが平行平面状の形態を有し且つ投影光学系ＰＬがウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている場合、他の収差を実質的に発生させることなく球面収差を良好に補正することができる。以下、具体的な数値実施例に基づいて、本実施形態の特徴的な構成および作用を説明する。

［第１実施例］
第１実施例では、境界レンズ（第２光透過部材）Ｌｂと平行平面板（第１光透過部材）Ｌｐとの間の光路に使用光（露光光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長λ＝１９３．３０６ｎｍ）に対して１．４５の屈折率を有する第２液体Ｌｍ２が満たされ、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路に使用光に対して１．４３５８７６の屈折率を有する第１液体Ｌｍ１が満たされている。また、平行平面板Ｌｐは、使用光に対して１．５６０３２６１の屈折率を有する石英（ＳｉＯ₂）により形成されている。次の表（２）に、第１実施例にかかる投影光学系ＰＬのうち境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光学部材諸元の値を掲げる。表（２）において、面番号はウェハ側からの面の順序を、ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔（ｍｍ）を、ｎは中心波長に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表（２）における表記は、以降の表（３）においても同様である。

表（２）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
1 ∞（ウェハ面） 3.000 1.4358760 （Ｌｍ１）
2 ∞ 20.000 1.5603261 （Ｌｐ）
3 ∞ 3.000 1.4500000 （Ｌｍ２）
4 ∞ （Ｌｂ）

第１実施例では、ウェハＷから離れる向きに光軸方向に沿って平行平面板Ｌｐが１０μｍだけ移動すると、他の収差が実質的に発生することなく１５ｍλrmsの量の球面収差が発生する。球面収差量の単位ｍλrmsにおいて、ｍλは光の波長λ（λ＝１９３．３０６ｎｍ）の１／１０００を、rms（root mean square）は自乗平均平方根（あるいは平方自乗平均）をそれぞれ示している。ちなみに、２つの液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）の屈折率が互いに同じである場合、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させても収差状態はほとんど変化しない。

［第２実施例］
第２実施例では、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路に使用光に対して１．５の屈折率を有する第２液体Ｌｍ２が満たされ、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路に使用光に対して１．４３５８７６の屈折率を有する第１液体Ｌｍ１が満たされている。また、平行平面板Ｌｐは、使用光に対して１．５６０３２６１の屈折率を有する石英により形成されている。次の表（３）に、第２実施例にかかる投影光学系ＰＬのうち境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光学部材諸元の値を掲げる。

表（３）
面番号 ｒ ｄ ｎ 光学部材
1 ∞（ウェハ面） 3.000 1.4358760 （Ｌｍ１）
2 ∞ 20.000 1.5603261 （Ｌｐ）
3 ∞ 3.000 1.5000000 （Ｌｍ２）
4 ∞ （Ｌｂ）

第２実施例では、ウェハＷから離れる向きに光軸方向に沿って平行平面板Ｌｐが１０μｍだけ移動すると、他の収差が実質的に発生することなく６１ｍλrmsの量の球面収差が発生する。

以上のように、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、屈折率の互いに異なる２種類の液体（Ｌｍ１，Ｌｍ２）に挟まれた平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させることにより、他の収差を実質的に発生させることなく主として球面収差だけを発生させることができる。すなわち、平行平面板Ｌｐの移動向きおよび移動量を制御することにより、収差に関する副作用を実質的に伴うことなく、諸原因により投影光学系ＰＬに発生した球面収差を良好に補正することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、他の収差の発生を抑えつつ球面収差を良好に補正することのできる高解像な液浸投影光学系を用いて、微細なパターンを高精度に投影露光することができる。

なお、第１実施例と第２実施例とを比較すると、２つの液体の屈折率差を変化させることにより、平行平面板Ｌｐの単位移動量に対する球面収差の発生量を制御することができることがわかる。また、上述の各実施例において、投影光学系ＰＬのうちレチクルＲと第２液体Ｌｍ２との間の光学部材諸元の表示を省略しているのは、本実施形態のように投影光学系ＰＬがウェハ側にほぼテレセントリックに構成されている場合、第２液体Ｌｍ２よりもレチクルＲ側の光学系が平行平面板Ｌｐの移動による球面収差の発生に実質的に関係しないからである。

具体的に、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させるには、ワッシャー交換などにより平行平面板Ｌｐを保持する金物の寸法を変更したり、圧電素子のようなアクチュエータを用いて保持金物を微動させたりする機械的な手法を適用することが可能である。あるいは、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２のうちの少なくとも一方の圧力を変化させて、第１液体Ｌｍ１と第２液体Ｌｍ２との間に圧力差を形成することにより、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させることもできる。このとき、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２のうちの少なくとも一方の圧力を変化させて平行平面板Ｌｐを微小変形させることにより投影光学系ＰＬの歪曲収差を補正することもできる。なお、平行平面板（第１光透過部材）Ｌｐを光軸方向に沿って移動させる手法については、本発明の範囲内において様々な変形例が可能である。

本実施形態の露光装置は、図５に示すように、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２の温度を計測するための温度計測部３１と、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための収差測定部３２と、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させるための駆動部３３と、温度計測部３１から得られた計測結果または収差測定部３２から得られた測定結果に応じて駆動部３３を制御するための主制御系１４とを備えている。なお、駆動部３３を制御するための制御部を主制御系１４とは別に設けることもできる。

温度計測部３１は、従来技術にしたがって、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路中に供給された第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２の温度を計測する。ただし、本実施形態において、平行平面板ＬｐとウェハＷとの間に介在する第１液体Ｌｍ１は比較的大きな速度で流れるが、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間に介在する第２液体Ｌｍ２は比較的小さな速度で流れるのが通常である。これは、第１液体Ｌｍ１の比較的大きな流速に起因して無屈折力の平行平面板Ｌｐが微動しても投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響は小さいが、第２液体Ｌｍ２の流速を大きくすると比較的パワーの大きい境界レンズＬｂが微動して投影光学系ＰＬの結像性能が低下する可能性があるからである。

したがって、光の照射を受けると第２液体Ｌｍ２の温度は変化（一般には上昇）し易いが、光の照射を受けても第１液体Ｌｍ１の温度は変化し難い。そこで、本実施形態では、温度計測部３１が第２液体Ｌｍ２の温度だけを計測するように構成することもできる。また、光路中に供給される直前の液体の温度と光路中に供給されて光の照射を受けた液体の温度との差が予めわかっている場合には、光路中に供給される直前の液体の温度を計測し、予めわかっている温度差をオフセットとして計測結果を補正することもできる。

収差測定部３２の具体的な構成および作用については、たとえば特開２００２−７１５１４号公報に開示された波面収差測定装置を参照することができる。駆動部３３では、主制御系１４からの指令に基づいて、たとえば上述の機械的な手法により平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させたり、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２のうちの少なくとも一方の圧力を変化させて第１液体Ｌｍ１と第２液体Ｌｍ２との間に圧力差を形成することにより平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って移動させたりする。

こうして、本実施形態の露光装置では、収差測定部３２としての波面収差測定装置により投影光学系ＰＬの波面収差を定期的に（たとえば平行平面板Ｌｐの交換時などに）測定し、この測定結果が主制御系１４に供給される。主制御系１４は、収差測定部３２の測定結果に応じて駆動部３３を制御し、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って所望の向きに所望の量だけ移動させることにより、収差に関する副作用を実質的に伴うことなく、収差測定部３２で測定された球面収差成分を良好に補正する。

また、本実施形態の露光装置では、温度計測部３１により第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２の温度をモニター計測し、このモニター計測結果が主制御系１４に供給される。主制御系１４は、温度計測部３１の計測結果に応じて駆動部３３を制御し、平行平面板Ｌｐを光軸方向に沿って所望の向きに所望の量だけ移動させることにより、収差に関する副作用を実質的に伴うことなく、第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２の温度変化に起因して発生すると予測される球面収差成分を良好に補正する。

さらに、本実施形態の露光装置では、駆動部３３を第１液体Ｌｍ１および第２液体Ｌｍ２のうちの少なくとも一方の圧力を変化させるための圧力可変部として構成し、圧力可変部３３の作用により第１液体Ｌｍ１と第２液体Ｌｍ２との間に所要量の圧力差を形成し、平行平面板Ｌｐを微小変形させることにより投影光学系ＰＬの歪曲収差を補正する。

上述の実施形態では、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に充填される液体として純水（Ｌｍ１，Ｌｍ２）を用いたが、その代わりに、それよりも屈折率が高い液体（たとえば屈折率が１．６以上の液体）を用いても良い。このような高屈折率液体としては、たとえばグリセノール（ＣＨ₂［ＯＨ］ＣＨ［ＯＨ］ＣＨ₂［ＯＨ］）やヘプタン（Ｃ₇Ｈ₁₆）等を用いることができる。また、Ｈ⁺、Ｃｓ^-、Ｋ⁺、Ｃｌ^-、ＳＯ₄ ^2-、ＰＯ₄ ^2-を入れた水、アルミニウム酸化物の微粒子を混ぜた水、イソプロパノール、ヘキサン、デカンなどを用いることもできる。

このような高屈折率液体を用いる場合には、投影光学系ＰＬの大きさ、特に直径方向の大きさを抑えるために、投影光学系ＰＬの一部のレンズ、特に像面（ウェハＷ）に近いレンズを高屈折率の材料で形成することが好ましい。このような高屈折率材料としては、たとえば酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、あるいはこれらを主成分とする混晶を用いることが好ましい。これにより、実現可能なサイズのもとで、高い開口数を実現することができる。たとえばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いた場合にも、１．５程度、あるいはそれ以上の高い開口数を実現することが可能となる。また、露光光ＩＬとして波長１５７ｎｍのＦ₂レーザを用いる場合には、液体として、Ｆ₂レーザ光を透過可能な液体、たとえば過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）やフッ素系オイル等のフッ素系流体を用いることが好ましい。

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図６のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえばＦ₂ レーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。ただし、露光光としてＦ₂レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いることになる。

また、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の適当な液浸型の投影光学系に対して本発明を適用することができる。

なお、上述の実施形態では、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐを石英で形成したが、境界レンズＬｂおよび平行平面板Ｌｐを形成する材料としては石英には限定されず、たとえば酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムなどの結晶材料を用いてもよい。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態においてウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域と投影光学系の光軸との位置関係を示す図である。 本実施形態における境界レンズとウェハとの間の構成を模式的に示す図である。 本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 本実施形態の露光装置の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

Ｒ レチクル
ＲＳＴ レチクルステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｌｂ 境界レンズ
Ｌｐ 平行平面板
Ｌｍ１，Ｌｍ２ （液体）
Ｗ ウェハ
１ 照明光学系
９ Ｚステージ
１０ ＸＹステージ
１２ 移動鏡
１３ ウェハレーザ干渉計
１４ 主制御系
１５ ウェハステージ駆動系
２１ 第１給排水機構
２２ 第２給排水機構
３１ 温度計測部
３２ 収差測定部
３３ 駆動部

Claims (12)

1. 第１面の像を第２面に投影する投影光学系において、
   最も第２面側に配置された第１光透過部材と、該第１光透過部材に隣接して配置された第２光透過部材とを備え、
   前記第１光透過部材と前記第２面との間の光路は第１液体で満たされ、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材との間の光路は前記第１液体と異なる屈折率を有する第２液体で満たされ、
   前記第１光透過部材は、光軸方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする投影光学系。
2. 前記第１光透過部材は、ほぼ平行平面状の形態を有することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記投影光学系は、前記第２面側にほぼテレセントリックであることを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
4. 前記第１液体および前記第２液体のうちの少なくとも一方の圧力が可変であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記第１面に設定された所定のパターンからの光に基づいて、前記パターンの像を前記第２面に設定された感光性基板上に投影するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投影光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
6. 前記投影光学系の収差を測定するための収差測定部と、前記第１光透過部材を光軸方向に沿って移動させるための駆動部と、前記収差測定部の測定結果に応じて前記駆動部を制御するための制御部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１液体および前記第２液体のうちの少なくとも一方の温度を計測するための温度計測部と、前記第１光透過部材を光軸方向に沿って移動させるための駆動部と、前記温度計測部の計測結果に応じて前記駆動部を制御するための制御部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
8. 前記駆動部は、前記第１液体および前記第２液体のうちの少なくとも一方の圧力を変化させるための圧力可変部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記第１面に設定されたパターンを前記第２面に設定された感光性基板に露光する露光工程と、
   前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
10. 前記投影光学系の収差を測定する収差測定工程と、該収差測定工程の測定結果に応じて前記第１光透過部材を光軸方向に沿って移動させて前記投影光学系の球面収差を補正する補正工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載のデバイスの製造方法。
11. 前記第１液体および前記第２液体のうちの少なくとも一方の温度を計測する温度計測工程と、該温度計測工程の計測結果に応じて前記第１光透過部材を光軸方向に沿って移動させて前記投影光学系の球面収差を補正する補正工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載のデバイスの製造方法。
12. 前記第１液体および前記第２液体のうちの少なくとも一方の圧力を変化させて前記第１光透過部材を変形させることにより前記投影光学系の歪曲収差を補正する歪曲収差補正工程をさらに含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のデバイスの製造方法。

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