JP2007027632A - 光学装置及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の温度変化を抑えることができる光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置３０は、照射光が照射される光学部材を備えている。光学部材の表面の少なくとも一部は、所定の熱量を吸収するために相変化する媒体３５で覆われている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照射光が照射される光学部材を備えた光学装置、及び基板を露光する露光装置、並びにデバイス製造方法に関するものである。

半導体デバイス等のマイクロデバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程では、マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して感光性の基板上に露光する露光装置が用いられる。露光装置においては、良好な結像特性を維持することが重要であるが、その結像特性に影響を与える要因の一つとして、露光光の照射による投影光学系の光学部材の熱変形がある。そのため、良好な結像特性を維持するために、例えば下記特許文献１に開示されているような、光学部材を駆動することによって投影光学系の光学部材の熱変形に起因する結像特性の変化を補正する技術が案出されている。
特開平１１−１９５６０２号公報

ところで、露光光の照射による光学部材の熱変形に起因する結像特性の変化を抑えるためには、光学部材の温度変化を抑えることが望ましい。そのため、簡易な構成で光学部材の温度変化を抑えることができる技術の案出が望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学部材の温度変化を抑えることができる光学装置を提供することを目的とする。また、その光学装置を備えた露光装置、並びにその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。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明の第１の態様に従えば、照射光（Ｌｕ）が照射される光学部材（３１）を備えた光学装置において、光学部材（３１）の表面の少なくとも一部が、所定の熱量を吸収するために相変化する媒体（３５）で覆われている光学装置（３０）が提供される。

本発明の第１の態様によれば、光学部材の温度変化を抑えることができる。

本発明の第２の態様に従えば、照射光（Ｌｕ）が照射される光学部材（３１）を備えた光学装置において、光学部材（３１）の表面の少なくとも一部が、照射光（Ｌｕ）の照射によりその一部が気化することで生じる気化熱によって、照射光（Ｌｕ）の照射に起因する光学部材（３１）の温度変化を抑える媒体（３５）で覆われている光学装置（３０）が提供される。

本発明の第２の態様によれば、光学部材の温度変化を抑えることができる。

本発明の第３の態様に従えば、上記態様の光学装置を含み、基板（Ｐ）上に露光光（ＥＬ）を照射して基板（Ｐ）を露光する露光装置（ＥＸ）が提供される。

本発明の第３の態様によれば、温度変化が抑えられた光学部材を有する光学装置を用いて基板を良好に露光することができる。

本発明の第４の態様に従えば、上記態様の露光装置（ＥＸ）を用いるデバイス製造方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、基板を良好に露光できる露光装置を用いてデバイスを製造することができる。

本発明によれば、光学部材の温度変化を抑えることができる。また、温度変化が抑えられた光学部材を有する光学装置を用いて、基板を良好に露光することができ、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１（Ａ）は第１実施形態に係る光学装置３０を示す概略構成図、図１（Ｂ）は光学素子（光学部材）３１の拡大図である。図１において、光学装置３０は、光学素子（光学部材）３１と、光学素子３１を保持するハウジング３３とを備えている。本実施形態においては、光学装置３０は、複数の光学素子３１（３１Ａ〜３１Ｅ）を有している。本実施形態においては、光学素子３１Ａ〜３１Ｅのそれぞれはレンズである。ハウジング３３は、複数の光学素子３１Ａ〜３１ＥがＺ軸方向に並ぶように、各光学素子３１Ａ〜３１Ｅのそれぞれを保持する。

ハウジング３３は筒状部材であり、複数の光学素子３１Ａ〜３１Ｅのうち、最も＋Ｚ側の第１光学素子３１Ａはハウジング３３の上端で保持され、最も−Ｚ側の第５光学素子３１Ｅはハウジング３３の下端で保持されている。最も＋Ｚ側に設けられている第１光学素子３１Ａの上面と、最も−Ｚ側に設けられている第５光学素子３１Ｅの下面とは、ハウジング３３の外部に露出している。そして、筒状のハウジング３３と、そのハウジング３３の上端で保持された第１光学素子３１Ａと、そのハウジング３３の下端で保持された第５光学素子３１Ｅとによって、ほぼ密閉された内部空間３２が形成されている。第１光学素子３１Ａの下面と、第５光学素子３１Ｅの上面とは、内部空間３２に面している。そして、第１、第５光学素子３１Ａ、３１Ｅ以外の第２、第３、第４光学素子３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄが内部空間３２に収容されている。

内部空間３２はほぼ密閉されており、内部空間３２に収容された第２、第３、第４光学素子３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの上面及び下面、第１光学素子３１Ａの下面、及び第５光学素子３１Ｅの上面のそれぞれは、所定の熱量を吸収するために相変化する媒体３５で覆われている。内部空間３２に収容された第２、第３、第４光学素子３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの上面及び下面、第１光学素子３１Ａの下面、及び第５光学素子３１Ｅの上面のそれぞれを覆う媒体３５は液体（液相）状態である。以下の説明では、媒体３５で覆われる第２、第３、第４光学素子３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの上面及び下面、第１光学素子３１Ａの下面、及び第５光学素子３１Ｅの上面のそれぞれを適宜、光学素子３１の表面、と言う。

また、ハウジング３３の内面３４も、液体（液相）状態の媒体３５で覆われている。

媒体３５としては、例えばフッ素系不活性液体（例えば住友スリーエム社製の「フロリナート」）などを用いることができる。フロリナート等のフッ素系不活性液体は、化学的に安定しており、濡れ性及び揮発性が高く、ＡｒＦエキシマレーザ光やＦ_２レーザ光を含む紫外光を透過可能である。なお、媒体３５としては、アウジモント社製の「フォンブリン」を用いることもできる。

媒体３５は、液相及び気相として内部空間３２に存在している。光学素子３１の表面やハウジング３３の内面３４を覆っている媒体３５は液相状態として存在しており、内部空間３２には気相状態の媒体３５が存在している。液相状態として存在する媒体３５は、光学素子３１の表面に薄膜を形成している。

また、光学装置３０は、ハウジング３３の温度を調整する温度調整装置４０を備えている。温度調整装置４０は、ハウジング３３に形成された内部流路３６に温度調整された流体を流すことによって、このハウジング３３の温度を調整する。本実施形態では、温度調整装置４０は、温度調整された液体を内部流路３６に流す。温度調整装置４０は、内部流路３６に供給する液体の温度を調整する液体温度調整器、及び内部流路３６を流れた液体を回収する回収器等を備えており、温度調整された液体を内部流路３６を含む循環系で循環することによって、ハウジング３３の温度を所望値に調整する。温度調整装置４０は、光学素子３１を保持するとともに、内部空間３２を形成するハウジング３３の温度を、ほぼ一定値となるように調整する。なお、温度調整装置４０は、温度調整された気体を内部流路３６に流すようにしてもよい。

図２は光学素子３１に照射光Ｌｕが照射されている様子を示す図である。図２において、照射光Ｌｕを射出する照射装置１００は、光学装置３０の第１光学素子３１Ａの上面の所定領域に照射光Ｌｕを照射する。第１光学素子３１Ａの上面に照射された照射光Ｌｕは、第１光学素子３１Ａの下面の所定領域を通過した後、内部空間３２に入射され、第２、第３、第４光学素子３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの上面及び下面のそれぞれの所定領域を順次通過した後、第５光学素子３１Ｅを介して内部空間３２より射出される。第５光学素子３１Ｅの下面の所定領域より内部空間３２の外部に射出された照射光Ｌｕは、第５光学素子３１Ｅの下面と対向する位置に配置された所定の物体１０１上に照射される。

光学素子３１の表面の所定領域に照射光Ｌｕが照射されることにより、光学素子３１の表面を覆う媒体３５は、照射光Ｌｕに応じた熱量を吸収するために、液相から気相に相変化する。すなわち、照射光Ｌｕが照射されることによって高温領域となる光学素子３１の表面を覆っている液相状態の媒体３５の一部が気化（蒸発）し、気相に変化する。媒体３５が液相から気相へ相変化する際の潜熱によって、すなわち、媒体３５の一部が気化することで生じる気化熱によって、照射光Ｌｕに応じた熱量が吸収される。したがって、媒体３５は、温度上昇を伴わずに光学素子３１を冷却することができ、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化（温度上昇）を抑えることができる。

このように、媒体３５は、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を抑えるために、所定の熱量を吸収し、液相から気相に相変化する。

光学素子３１の表面から気化して気相状態となった媒体３５や、内部空間３２に気相として存在する媒体３５は、内部空間３２の低温領域で熱量を放出し、気相から液相へと相変化する。ここで、低温領域とは、例えば光学素子３１のうち、照射光Ｌｕが照射されていない領域や、ハウジング３３の内面３４を含む。すなわち、気相として存在する媒体３５は、凝固熱によって低温領域へ熱量を与え、液相へと相変化する。ここで、照射光Ｌｕが照射されている間、ハウジング３３の温度は温度調整装置４０により調整されている。

このように、内部空間３２の内部においては、加熱された高温領域に液相状態として存在する媒体３５が熱量を吸収して蒸発（気化）するとともに、気相状態の媒体３５が、低温領域で熱量を放出して凝固する現象が生じる。すなわち、内部空間３２においてはヒートパイプが構築され、媒体３５の蒸発及び凝固、つまり媒体３５の気相と液相との相変化によって、光学素子３１の温度変化が抑制されるとともに、内部空間３２の各位置や、光学素子３１の各位置における温度分布（温度むら）の発生が抑制される。

また、照射光Ｌｕの照射を停止することにより、光学素子３１の温度は低下し、内部空間３２に気相状態で存在する媒体３５が光学素子３１の表面で凝固し、その光学素子３１の表面は液相状態の媒体３５の薄膜で覆われる。

本実施形態においては、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を抑えるとともに、所望の光学特性を維持するために、内部空間３２での媒体３５の量（濃度）を含む、内部空間３２の状態（環境）が最適化されている。照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を媒体３５を用いて抑えるためには、露光光Ｌｕが照射されている間、液相状態の媒体３５で光学素子３１の表面を常に覆っている必要がある。一方で、光学素子３１の表面を覆う液相状態の媒体３５からなる膜の厚さが厚くなりすぎると、光学特性が劣化する可能性がある。

したがって、ハウジング３３の温度や照射光Ｌｕの照射条件（照射時間、照度、パワーなど）、媒体３５の物性（沸点など）などに応じて、内部空間３２での媒体３５の量、内部空間３２の圧力、及び温度調整装置４０がハウジング３３を温度調整するときの目標温度などが最適化されている。

以上説明したように、光学素子３１の表面の少なくとも一部を、所定の熱量を吸収するために相変化する媒体３５で覆うことにより、照射光Ｌｕが照射された際に媒体３５が液相から気相に相変化する際の潜熱（気化熱）によって、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を抑えることができる。また、密閉された内部空間３２における、媒体３５の液相から気相への相変化、及び気相から液相への相変化によって、光学素子３１を含む内部空間３２の温度分布（温度むら）の発生を抑制することができる。したがって、光学素子３１の熱変形を抑え、光学素子３１の温度変化や温度分布による光学装置３０の光学特性の劣化を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３において、光学装置３０は、光学素子３１と、ハウジング３３と、ハウジング３３の温度を調整する温度調整装置４０とを備えている。また、本実施形態の光学装置３０は、内部空間３２の圧力を調整する圧力調整装置４２と、内部空間３２での媒体３５の量（濃度）を調整する媒体量調整装置４４と、内部空間３２の媒体３５を含む気体を回収可能な回収装置４６とを備えている。

内部空間３２はほぼ密閉されており、圧力調整装置４２は、内部空間３２に対して、例えば窒素ガス（ドライ窒素）を供給可能である。また、圧力調整装置４２は、内部空間３２の気体を回収可能である。圧力調整装置４２は、内部空間３２に対する気体の供給と内部空間３２の気体の回収とを適宜行うことにより、内部空間３２の圧力を調整可能である。圧力調整装置４２は、内部空間３２の圧力を調整することで、光学素子３１の表面を覆っている液相の媒体３５が気化するときの温度（沸点）を調整することができる。例えば、圧力調整装置４２は、内部空間３２の圧力を低下することで、光学素子３１の表面を覆っている液相状態の媒体３５を容易に気化（蒸発）させることができる。

媒体量調整装置４４は、媒体３５を内部空間３２に供給することによって、内部空間３２での媒体３５の量（濃度）を調整する。媒体量調整装置４４は、例えば液相状態の媒体３５を液滴状、または霧状にして内部空間３２に供給する。液相状態の媒体３５を液滴状に供給する場合、例えばスポイト状の部材をハウジング３３の内部に挿入し、所定の光学素子３１の上面に、液滴状の媒体３５を供給するようにしてもよい。媒体３５として、フロリナートなどの濡れ性の高いものを用いた場合、液滴状に供給された媒体３５は光学素子３１の上面で良好に濡れ拡がり、光学素子３１の上面に媒体３５の薄膜を良好に形成することができる。なお、気相状態の媒体３５を内部空間３２に供給することもできる。

また、回収装置４６は、内部空間３２の媒体３５や気体（窒素ガス）を回収可能であり、回収装置４６によって、内部空間３２の圧力や、媒体３５の量を調整することもできる。

本実施形態においては、照射光Ｌｕが照射されている間、ハウジング３３の温度は、温度調整装置４０により調整されている。また、照射光Ｌｕが照射されている間、内部空間３２の圧力や媒体３５の量は、圧力調整装置４２、媒体量調整装置４４、及び回収装置４６等によって調整される。

したがって、内部空間３２の媒体３５の量を含む、内部空間３２の状態（環境）を常に調整し、最適化することができ、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を抑えるとともに、所望の光学特性を得ることができる。そして、照射光Ｌｕの照射に起因する光学素子３１の温度変化を媒体３５を用いて抑えるために、露光光Ｌｕが照射されている間、所望の厚さを有する液相状態の媒体３５の膜で光学素子３１の表面を覆うことができる。

なお、上述の実施形態において、例えばハウジング３３の内面３４を粗面にしておくことにより、その内面３４で液相状態の媒体３５を良好に保持することができる。また、光学素子３１の表面に、光学性能に影響を与えない程度に、ナノオーダーの凹部又は凸部を設けることにより、光学素子３１の表面で液相状態の媒体３５を良好に保持することができる。

なお、第１、第２実施形態においては、照射光Ｌｕが照射される光学部材として、照射光Ｌｕが通過するレンズ（光学素子）を例にして説明したが、例えばミラーなど、照射光Ｌｕを反射する部材であってもよい。あるいは、照射光Ｌｕの光路上に設けられ、照射光Ｌｕが照射される例えば金属製の所定の部材であってもよい。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態として、上述の第１、第２実施形態で説明したような光学装置を含む露光装置の一例について図４を参照して説明する。

図４において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ３と、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ４と、マスクステージ３に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置７とを備えている。

本実施形態の露光装置ＥＸは、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ために液浸法を適用した液浸露光装置であって、投影光学系ＰＬの像面側の露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす液浸機構１を備えている。露光装置ＥＸは、少なくともマスクＭのパターン像を基板Ｐに投影している間、液浸機構１を用いて、露光光ＥＬの光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす。露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱとを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板Ｐ上に照射することによって、マスクＭのパターン像を基板Ｐに露光する。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、光路空間Ｋに満たされた液体ＬＱが、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを含む基板Ｐ上の一部の領域に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｐよりも小さい液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する局所液浸方式を採用している。

本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、Ｘ軸方向をマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）、Ｙ軸方向を非走査方向とする。

照明光学系ＩＬは、マスクＭ上の所定の照明領域を均一な照度分布の露光光ＥＬで照明するものである。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。

本実施形態においては、光路空間Ｋを満たすための液体ＬＱとして純水が用いられている。純水は、ＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、例えば、水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）も透過可能である。なお、液体ＬＱとして、水以外のものを用いてもよい。

マスクステージ３は、マスクステージ駆動装置３Ｄの駆動により、マスクＭを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に移動可能である。マスクステージ３（ひいてはマスクＭ）の位置情報はレーザ干渉計３Ｌによって計測される。レーザ干渉計３Ｌはマスクステージ３上に設けられた移動鏡３Ｋを用いてマスクステージ３の位置情報を計測する。制御装置７は、レーザ干渉計３Ｌの計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置３Ｄを駆動し、マスクステージ３に保持されているマスクＭの位置制御を行う。

投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターン像を所定の投影倍率で基板Ｐに投影するものであって、複数の光学素子を有しており、それら光学素子は鏡筒（ハウジング）ＰＫで保持されている。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、１／８等の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また本実施形態においては、投影光学系ＰＬの複数の光学素子のうち、投影光学系ＰＬの像面に最も近い最終光学素子ＦＬのみが光路空間Ｋの液体ＬＱと接触する。

基板ステージ４は、基板Ｐを保持する基板ホルダ４Ｈを有しており、ベース部材５上で、基板ホルダ４Ｈに基板Ｐを保持して移動可能である。基板ホルダ４Ｈは、基板ステージ４上に設けられた凹部４Ｒに配置されており、基板ステージ４のうち凹部４Ｒ以外の上面４Ｆは、基板ホルダ４Ｈに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さ（面一）になるような平坦面となっている。基板ステージ４は、基板ステージ駆動装置４Ｄの駆動により、基板Ｐを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６自由度の方向に移動可能である。基板ステージ４（ひいては基板Ｐ）の位置情報はレーザ干渉計４Ｌによって計測される。レーザ干渉計４Ｌは基板ステージ４に設けられた移動鏡４Ｋを用いて基板ステージ４のＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に関する位置情報を計測する。また、基板ステージ４に保持されている基板Ｐの表面の面位置情報（Ｚ軸、θＸ、及びθＹ方向に関する位置情報）は、不図示のフォーカス・レベリング検出系によって検出される。制御装置７は、レーザ干渉計４Ｌの計測結果及びフォーカス・レベリング検出系の検出結果に基づいて基板ステージ駆動装置４Ｄを駆動し、基板ステージ４に保持されている基板Ｐの位置制御を行う。

液浸機構１は、基板ステージ４に保持された基板Ｐと、その基板Ｐと対向する位置に設けられ、露光光ＥＬが通過する投影光学系ＰＬの最終光学素子ＦＬとの間の光路空間Ｋを液体ＬＱで満たす。液浸機構１は、光路空間Ｋの近傍に設けられ、光路空間Ｋに対して液体ＬＱを供給する供給口１２及び液体ＬＱを回収する回収口２２を有するノズル部材７０と、供給管１３、及びノズル部材７０の供給口１２を介して液体ＬＱを供給する液体供給装置１１と、ノズル部材７０の回収口２２、及び回収管２３を介して液体ＬＱを回収する液体回収装置２１とを備えている。本実施形態においては、液体ＬＱを供給する供給口１２及び液体ＬＱを回収する回収口２２はノズル部材７０の下面７０Ａに形成されている。また、ノズル部材７０の内部には、供給口１２と供給管１３とを接続する流路、及び回収口２２と回収管２３とを接続する流路が形成されている。液体供給装置１１及び液体回収装置２１の動作は制御装置７に制御される。液体供給装置１１は清浄で温度調整された液体ＬＱを送出可能であり、真空系等を含む液体回収装置２１は液体ＬＱを回収可能である。制御装置７は、液浸機構１を制御して、液体供給装置１１による液体供給動作と液体回収装置２１による液体回収動作とを並行して行うことで、光路空間Ｋを液体ＬＱで満たし、基板Ｐ上の一部の領域に液体ＬＱの液浸領域ＬＲを局所的に形成する。

そして、本実施形態においては、光学素子及びその光学素子を保持する鏡筒ＰＫを含む投影光学系ＰＬが、上述の第１、第２実施形態で説明した光学装置（３０）を含んでいる。すなわち、鏡筒ＰＫによって形成された内部空間に、上述の第１、第２実施形態で説明したような、露光光ＥＬの照射に起因する光学素子の温度変化を抑えるための媒体３５が存在している。そして、露光光ＥＬの照射により媒体３５の一部が相変化することによって、投影光学系ＰＬの光学素子の温度変化が抑えられている。

露光光ＥＬの照射により、光学素子には、１ｃｍ当たり０．１％程度のエネルギーが吸収される。また、光学素子の表面に例えば反射防止膜等の膜が形成されている場合、その膜によっても０．１％程度のエネルギーが吸収される。すると、光学素子の温度が変化（上昇）し、露光光ＥＬに対する屈折率が変化したり、光学素子が熱変形し、投影光学系ＰＬの結像特性、ひいては露光装置ＥＸの性能が劣化する可能性がある。また、例えばスループットの向上等を目的として、露光光ＥＬのエネルギー（照度）を高くした場合、光学素子の温度変化は顕著となる。

また、本実施形態の投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系であるが、屈折光学素子を含まない反射系や、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系の場合、光軸に対して各光学素子が互いにずれた位置に配置される、所謂オフアクシス光学系となる可能性がある。特に、液浸露光装置の場合、開口数ＮＡが１を越えるような投影光学系ＰＬを用いることが考えられ、そのような投影光学系ＰＬはオフアクシス光学系となる可能性が高い。その場合、各光学素子の位置や姿勢を調整することによって、光学素子の熱変形に起因する収差を補正することは困難である。

本実施形態では、媒体３５の相変化によって、露光光ＥＬの照射に起因する光学素子の温度変化や温度分布の発生を抑えることができるので、光学素子の屈折率変化や熱変形を抑え、所望の結像特性を有する投影光学系ＰＬにより、基板Ｐを精度良く良好に露光することができる。

また、媒体３５は、ＡｒＦエキシマレーザ光やＦ_２レーザ光を透過可能であるため、光学素子の表面を覆う媒体３５によって基板Ｐの露光は妨げられない。

上述したように、光路空間Ｋを満たす液体ＬＱは純水により構成されている。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板Ｐ上のフォトレジストや光学素子（レンズ）等に対する悪影響がない利点がある。また、純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、基板Ｐの表面、及び投影光学系ＰＬの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。

そして、波長が１９３ｎｍ程度の露光光ＥＬに対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４程度と言われており、露光光ＥＬの光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、基板Ｐ上では１／ｎ、すなわち約１３４ｎｍに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、すなわち約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。

本実施形態では、投影光学系ＰＬの先端に光学素子ＦＬが取り付けられており、この光学素子により投影光学系ＰＬの光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができる。なお、投影光学系ＰＬの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系ＰＬの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ＥＬを透過可能な平行平面板であってもよい。

なお、液体ＬＱの流れによって生じる投影光学系ＰＬの先端の光学素子と基板Ｐとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。

なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面との間は液体ＬＱで満たされている構成であるが、例えば基板Ｐの表面に平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体ＬＱを満たす構成であってもよい。

また、上述の実施形態の投影光学系は、先端の光学素子の像面側の光路空間を液体で満たしているが、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットに開示されているように、先端の光学素子の物体面側の光路空間も液体で満たす投影光学系を採用することもできる。

なお、本実施形態の液体ＬＱは水であるが、水以外の液体であってもよい、例えば、露光光ＥＬの光源がＦ_２レーザである場合、このＦ_２レーザ光は水を透過しないので、液体ＬＱとしてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えば、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であってもよい。また、液体ＬＱとしては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬや基板Ｐ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（例えばセダー油）を用いることも可能である。

また、液体ＬＱとしては、屈折率が１．６〜１．８程度のものを使用してもよい。更に、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で光学素子ＦＬを形成してもよい。

なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、露光装置ＥＸとしては、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第１パターンの縮小像を投影光学系（例えば１／８縮小倍率で反射素子を含まない屈折型投影光学系）を用いて基板Ｐ上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この場合、更にその後に、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で第２パターンの縮小像をその投影光学系を用いて、第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光するスティッチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているような複数の基板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。

更に、特開平１１−１３５４００号公報や特開２０００−１６４５０４号公報に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材や各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに開示されているような露光対象の基板の表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。

また、上述の実施形態では、露光光ＥＬの光路空間を液体ＬＱで満たす液浸露光装置の投影光学系に、第１、第２実施形態で説明した光学装置を適用した場合を例にして説明したが、露光光ＥＬの光路空間を液体で満たさない通常のドライ型露光装置の投影光学系に、第１、第２実施形態で説明した光学装置を適用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。

また、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板Ｐ上に形成することによって、基板Ｐ上にライン・アンド・スペースパターンを露光する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。

以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図５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を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ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。

第１実施形態に係る光学装置を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る光学装置の作用を説明するための図である。 第２実施形態に係る光学装置を示す概略構成図である。 露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャート図である。

符号の説明

１…液浸機構、３０…光学装置、３１…光学素子（光学部材）、３２…内部空間、３３…ハウジング、３５…媒体、４０…温度調整装置、４２…圧力調整装置、４４…媒体量調整装置、ＥＬ…露光光、Ｋ…光路空間、ＬＱ…液体、Ｌｕ…照射光、ＰＬ…投影光学系、ＰＫ…鏡筒（ハウジング）

Claims (14)

1. 照射光が照射される光学部材を備えた光学装置において、
   前記光学部材の表面の少なくとも一部が、所定の熱量を吸収するために相変化する媒体で覆われている光学装置。
2. 前記媒体は、前記照射光の照射に起因する前記光学部材の温度変化を抑えるために所定の熱量を吸収する請求項１記載の光学装置。
3. 前記媒体は液体であり、所定の熱量を吸収するために液相から気相に変化する請求項１又は２記載の光学装置。
4. 照射光が照射される光学部材を備えた光学装置において、
   前記光学部材の表面の少なくとも一部が、前記照射光の照射によりその一部が気化することで生じる気化熱によって、前記照射光の照射に起因する前記光学部材の温度変化を抑える媒体で覆われている光学装置。
5. 前記照射光が照射されている間、前記媒体で前記光学部材を常に覆う請求項１〜４のいずれか一項記載の光学装置。
6. 前記光学部材を収容する内部空間を形成するハウジングを備えた請求項１〜５のいずれか一項記載の光学装置。
7. 前記媒体は、液相及び気相として前記内部空間に存在する請求項６記載の光学装置。
8. 前記内部空間の圧力を調整する圧力調整装置を備えた請求項６又は７記載の光学装置。
9. 前記ハウジングの温度を調整する温度調整装置を備えた請求項６〜８のいずれか一項記載の光学装置。
10. 前記内部空間の媒体の量を調整する媒体量調整装置を備えた請求項６〜９のいずれか一項記載の光学装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項記載の光学装置を含み、基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光装置。
12. 投影光学系を備え、
    前記投影光学系は前記光学装置を含む請求項１１記載の露光装置。
13. 前記露光光の光路空間の少なくとも一部を露光用液体で満たす液浸機構を備えた請求項１１又は１２記載の露光装置。
14. 請求項１１〜請求項１３のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
    

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