KR101171809B1 - 광학소자 및 노광장치 - Google Patents
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Abstract
노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 노광장치에 사용되는 광학소자에 있어서, 상기 투영광학계의 상기 기판측의 투과광학소자의 표면에 제 1 용해 방지부재를 구비하고 있는 광학소자.
Description
본 발명은 예를 들면, 반도체소자, 촬상소자(CCD 등), 액정표시소자, 또는 박막자기헤드 등의 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피공정에서 마스크 패턴을 감광성의 기판상에 전사하기 위해서 사용되는 액침법을 이용한 투영 노광장치에 사용되는 광학소자, 및 상기 광학소자를 사용한 노광장치에 관한 것이다.
반도체소자 등을 제조할 때에, 마스크로서의 레티클의 패턴 이미지를 투영 광학계를 통해서, 감광성의 기판으로서의 레지스트가 도포된 웨이퍼(또는 유리플레이트 등)상의 각 쇼트영역에 전사하는 투영 노광장치가 사용되고 있다. 종래에는 투영 노광장치로서, 스텝 앤드 리피트(step and repeat)방식의 축소 투영형의 노광장치(스테퍼)가 다용되었지만, 최근에는 레티클과 웨이퍼를 동기 주사하여 노광을 하는 스텝 앤드 스캔방식의 투영 노광장치도 주목받고 있다.
투영 노광장치에 구비되어 있는 투영 광학계의 해상도는 사용하는 노광파장이 짧아질수록, 또한 투영 광학계의 개구수가 클수록 높아진다. 그 때문에, 집적회로의 미세화에 따라 투영 노광장치에서 사용되는 노광파장은 해마다 단파장화되고 있고, 투영 광학계의 개구수도 증대되었다. 그리고, 현재 주류의 노광파장은 KrF 엑시머 레이저의 248nm이지만, 보다 단파장인 ArF 엑시머 레이저의 193nm도 실용화되고 있다.
그런데 노광광의 단파장화에 따라 원하는 결상 성능을 확보하면서 노광에 충분한 광량을 확보할 수 있는 투과율을 갖는 초재(硝材)는 한정되어 있기 때문에, 투영 광학계의 하측면과 웨이퍼 표면의 사이를 물, 또는 유기용매 등의 액체로 채우고, 액체 중에서의 노광광의 파장이, 공기 중의 1/n배(n은 액체의 굴절률로 통상1.2 내지 1.6정도)가 되는 것을 이용하여 해상도를 향상시키는 액침형의 투영 노광장치가 제안되어 있다(일본 공개특허공보 제(평)10-303114호).
이 액침형의 투영 노광장치를, 스텝 앤드 리피트방식의 투영 노광장치로서 구성하는 경우에는 투영 광학계와 액체가 접하기 때문에, 액체와 접한 투영 광학계의 선단부가 액체에 의해서 침식될 가능성이 있고, 원하는 광학 성능을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또한, 액침형의 투영 노광장치를, 스텝 앤드 스캔방식의 투영 노광장치로서 구성하는 경우에는 웨이퍼를 이동시키면서 노광을 하기 때문에, 웨이퍼를 이동시키고 있는 동안에도 투영 광학계와 웨이퍼의 사이에는 액체가 채워져 있을 필요가 있고, 투영 광학계와 액체가 접하기 때문에, 액체와 접한 투영 광학계의 선단부가 액체에 의해서 침식되어, 원하는 광학 성능을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 액침법을 적용한 경우에, 투영 광학계의 선단부가 액체에 의해서 침식되지 않는 광학소자 및 상기 광학소자를 구비한 노광장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 이하의 광학소자, 및 그것을 사용한 노광장치를 제공한다.
<1> 노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영 광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영 광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 노광장치에 사용되는 광학소자에 있어서,
상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 표면에 제 1 용해 방지부재를 구비하고 있는 광학소자.
상기 <1>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자의 표면(선단면)에 제 1 용해 방지부재가 형성되어 있기 때문에, 광학소자의 용해를 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다.
<2> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능을 갖는 단층막에 의해 구성되어 있는 <1>에 기재된 광학소자.
<3> 상기 단층막은 순수에 대한 용해도가 1.O×10-7g/물100g 이하인 <2>에 기재된 광학소자.
상기 <2> 또는 <3>에 기재된 광학소자에 의하면, 다층막과 비교한 경우에 있어서 계면을 적게 할 수 있기 때문에, 용해 방지막으로서의 보호층의 계면으로부터 액체가 침입한 경우에 일어날 수 있는 화학반응에 의한 악영향을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 다층막에 의해 구성되는 용해 방지막을 성막하는 경우와 비교하여, 간이하게 성막할 수 있다.
<4> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 갖는 다층막에 의해 구성되어 있는 <1>에 기재된 광학소자.
<5> 상기 다층막은 적어도 최표층으로서 순수에 대한 용해도가 1.O×10-7g/물100g 이하인 층을 갖고 있고, 또한, 상기 노광빔의 출사각도가 50도일 때에 평균 반사율이 2% 이하인 <4>에 기재된 광학소자.
<6> 상기 다층막은 n층(n은 정수)으로 구성되고,
상기 광학소자측으로부터 순차 1층째, 2층째, ···, 최표층을 n층째로 하고, 홀수번째의 층은 인접하는 상기 광학소자 또는 인접하는 짝수번째의 층의 굴절률에 비하여 고굴절률을 갖는 막이고, 상기 1층째 내지 상기 n층째는 전체적으로 상기 반사 방지 기능을 구비하고 있는 <4>에 기재된 광학소자.
<7> 상기 다층막은 n층(n은 정수)으로 구성되고,
상기 광학소자측으로부터 순차 1층째, 2층째, ···, 최표층을 n층째로 하고, 홀수번째의 층은 인접하는 상기 광학소자 또는 인접하는 짝수번째의 층의 굴절률에 비하여 저굴절률을 갖는 막이고, 상기 1층째 내지 상기 n층째는 전체적으로 상기 반사 방지 기능을 구비하고 있는 <4>에 기재된 광학소자.
상기 <4> 내지 <7> 중 어느 한 항에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 광학소자의 표면에 다층막이 성막되고, 상기 다층막은 상기 광학 소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔(노광광원으로부터의 입사광)이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 구비하고 있기 때문에, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학소자를 제공할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학소자를 제공할 수 있다.
<8> 상기 제 1 용해 방지부재는 MgF2, LaF3, SrF2, YF3, LuF3, HfF4, NdF3, GdF3, YbF3, DyF3, AlF3, Na3AlF6, 5NaF·3AlF3, Al2O3, SiO2, TiO2, MgO, HfO2, Cr2O3, ZrO2, Ta2O5 및 Nb2O5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <8>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자에 형성되는 용해 방지부재를 선택할 수 있기 때문에, 광학소자의 기재(基材), 광학소자가 설치되는 환경, 광학소자를 액체에 담그는 경우에 있어서의 액체의 종류 등에 기초하여, 최적의 용해 방지부재를 선택할 수 있다.
<9> 상기 다층막은 n층(n은 정수)으로 구성되고, 하기 층 구성(1층째/2층째/···/n층째):
(i) LaF3/MgF2,
(ii) MgF2/Si02,
(iii) MgF2/SiO2/Si02,
(iv) LaF3/MgF2/SiO2,
(v) LaF3/MgF2/Al2O3,
(vi) LaF3/MgF2/Al2O3/SiO2,
(vii) LaF3/MgF2/LaF3/MgF2,
(viii) LaF3/MgF2/LaF3/SiO2,
(ix) LaF3/MgF2/LaF3/MgF2/SiO2, 및
(x) LaF3/MgF2/LaF3/Al2O3/SiO2
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 층 구성을 갖고 있는 <4>에 기재된 광학소자.
상기 <9>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 다층막은 소정의 기간 상기 보호 기능을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 10년간 액침인 물로부터 보호할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학소자를 제공하는 동시에, 소정의 기간, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학소자를 제공할 수 있다.
<10> 상기 제 1 용해 방지부재는 진공 증착법, 이온빔 어시스트 증착법, 가스 클러스터(cluster) 이온빔 어시스트 증착법, 이온 플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법, 마그네트론(magnetron) 스퍼터링법, 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, RF 스퍼터링법, 열 CVD법, 플라스마 CVD법 및 광 CVD법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성막방법에 의해서 성막된 것인 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <10>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자에 용해 방지부재를 성막하는 경우에 있어서 성막방법을 선택할 수 있기 때문에, 용해 방지부재의 재료에 최적의 성막방법을 선택하는 것으로 광학소자에 용해 방지부재를 최적 상태로 성막하여 형성할 수 있다.
<11> 상기 제 1 용해 방지부재는 습식 성막방법에 의해서 성막된 산화물로 이루어지는 막을 구비하고 있는 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <11>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 표면에 액체로의 용해를 방지하기 위한 산화물 용해 방지막이 높은 균질성과 공공(空孔)에 대한 매립성을 특징으로 하는 습식 성막방법에 의해 성막되어 있기 때문에, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
또, 투과 광학소자가 매끄럽게 연마된 표면을 갖는 형석에 의해 형성되어 있는 경우에는 투과 광학소자와 산화물 용해 방지막의 밀착력을 향상시키기 위해서, 투영 광학계의 광학 성능을 열화시키지 않을 정도로 투과 광학소자의 표면을 거칠게 하여 투과 광학소자의 표면적을 증대시키는 표면처리를 투과 광학소자에 실시하는 것이 바람직하다.
<12> 상기 다층막은 건식 성막방법에 의해서 성막된 제 1 막과, 습식 성막방법에 의해서 성막된 산화물로 이루어지는 제 2 막을 구비하고 있는 <4>에 기재된 광학소자.
상기 <12>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 표면에 건식 성막방법에 의해서 제 1 막이 성막되고, 성막된 제 1 막의 표면에 습식 성막방법에 의해서 제 2 막인 산화물막이 성막되어 있다. 따라서, 투과 광학소자가 매끄럽게 연마된 표면을 갖는 형석에 의해 형성되어 있는 경우에 있어서도, 제 1 막이 건식 성막방법에 의해서 성막되기 때문에, 제 1 막을 투과 광학소자에 밀착시킬 수 있다. 또한, 제 1 막을 투과 광학소자와 제 2 막을 밀착시키는 밀착력 강화층으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 제 2 막이 높은 균질성과 공공에 대한 매립성을 특징으로 하는 습식 성막방법에 의해 성막되어 있기 때문에, 제 1 막의 공공으로 제 2 막이 들어가 공공이 없어지기 때문에, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 제 1 막 및 제 2 막이 투과 광학소자로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<13> 상기 다층막은 적어도 최표층으로서 습식 성막방법에 의해서 성막된 SiO2막을 구비하고 있는 <4>에 기재된 광학소자.
상기 <13>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 최표층의 막은 소정의 기간 상기 보호 기능을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 10년간 액침인 물로부터 보호할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학소자를 제공하는 동시에, 소정의 기간, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학소자를 제공할 수 있다.
<14> 상기 습식 성막방법에 의해서 성막된 SiO2막의 상기 광학소자측에, 건식 성막방법에 의해서 성막된 SiO2막을 더욱 구비하고 있는 <13>에 기재된 광학소자.
상기 <14>에 기재된 광학소자에 의하면, 건식 성막방법에 의해 성막된 이산화규소막과 습식 성막방법에 의해 성막된 이산화규소막의 결합력이 강화되어, 쌍방의 막을 더욱 강고하게 밀착시킬 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 쌍방의 막이 박리되지 않고, 액체가 투과 광학소자를 용해하지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<15> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 갖는 박판에 의해 구성되어 있고, 상기 박판이 상기 광학소자의 표면에 탈리 가능하게 접합되어 있는 <1>에 기재된 광학소자.
<16> 상기 박판은 상기 광학소자의 표면에 옵티컬(optical) 콘택트로 접합되어 있고, 상기 노광빔의 출사각도가 50도일 때에 평균 반사율이 2% 이하인 <15>에 기재된 광학소자.
<17> 상기 박판은 플루오르화물, 산화물 및 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <15>에 기재된 광학소자.
<18> 상기 박판은 석영유리 박판, 플루오르화마그네슘 박판, 형석 박판 및 폴리테트라플루오로에틸렌 박판으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 <15>에 기재된 광학소자.
상기 <15> 내지 <18> 중 어느 한 항에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 광학소자의 표면을 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔이 반사되는 것을 방지하는 기능을 갖는 박판이 상기 광학소자의 표면에 접합되어 있고, 상기 광학소자의 표면상태를 손상시키지 않고 탈리가 가능한 광학부재를 사용하기 때문에, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학부재를 제공할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학부재를 제공할 수 있다. 또한, 상기 박판과 상기 광학소자가 옵티컬 콘택트로 접합되어 있으면, 상기 액체로부터의 보호 기능을 더욱 높일 수 있다.
<19> 상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 측면에 제 2 용해 방지부재를 더욱 구비하고 있는 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <19>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면(선단면) 및 광학소자의 측면(테이퍼면), 즉 노광빔이 통과하지 않는 부분에 제 2 용해 방지부재가 형성되어 있기 때문에, 광학소자의 기판측의 표면으로부터의 용해를 방지할 수 있는 동시에, 광학소자의 측면으로부터의 용해를 방지할 수 있기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다.
<20> 상기 제 1 용해 방지부재와 상기 제 2 용해 방지부재가 동일한 재료를 사용하여 성막된 막을 구비하고 있는 <19>에 기재된 광학소자.
상기 <20>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면 및 광학소자의 측면으로의 용해 방지막의 성막을 한번에 할 수 있기 때문에, 간이한 공정에 의해 용해 방지막의 성막을 할 수 있다.
<21> 상기 동일한 재료를 사용하여 성막된 막은 습식 성막방법에 의해서 성막되어 있는 것인 <20>에 기재된 광학소자.
상기 <21>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면 및 광학소자의 측면으로의 용해 방지막의 성막을 한번에 할 수 있기 때문에, 간극없이 기판을 보호할 수 있다.
<22> 상기 동일한 재료는 MgF2 또는 SiO2인 <20>에 기재된 광학소자.
상기 <22>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 동일한 재료는 MgF2 또는 SiO2이기 때문에, 기판을 보호할 수 있다.
<23> 상기 제 1 용해 방지부재는 친수성의 용해 방지막을 구비하고 있고, 상기 제 2 용해 방지부재는 발수성의 용해 방지막을 구비하고 있는 <19>에 기재된 광학소자.
여기에서 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막은 광학소자의 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막과 비교하여, 발수 성능이 우수한 용해 방지막이고, 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막은 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막과 비교하여, 친수 성능이 우수한 용해 방지막이다.
상기 <23>에 기재된 광학소자에 의하면, 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막이 발수성의 용해 방지막이기 때문에, 광학소자의 측면에 부착된 액체를 기판측으로 용이하게 들어가게 할 수 있고, 광학소자의 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막이 친수성의 용해 방지막이기 때문에, 광학소자의 기판측 표면과 기판의 사이를 항상 액체로 채울 수 있다.
<24> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능을 갖는 금속제 용해 방지막을 구비하고 있는 <19>에 기재된 광학소자.
상기 <24>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면)에 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체에 불용(不溶)인 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<25> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 광학소자의 측면과 상기 금속제 용해 방지막의 사이에 성막된 밀착력 강화막을 더욱 구비하고 있는 <24>에 기재된 광학소자.
상기 <25>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 성막되어 있는 밀착력 강화막의 표면에 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 금속제 용해 방지막을 투과 광학소자에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 금속제 용해 방지막이 투과 광학소자로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<26> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 금속제 용해 방지막의 표면에 성막된 금속제 용해 방지막 보호막을 더욱 구비하고 있는 <24>에 기재된 광학소자.
상기 <26>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 성막되어 있는 금속제 용해 방지막의 표면에 금속제 용해 방지막 보호막이 성막되어 있기 때문에, 부드럽고 내찰상성(耐擦傷性)이 낮은 금속제 용해 방지막의 손상을 방지할 수 있고, 금속제 용해 방지막을 보호할 수 있다. 따라서, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 이 투과 광학소자를 노광장치에 사용한 경우, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<27> 상기 금속제 용해 방지막은 순수에 대한 용해도가 2ppt 이하이고, 충전밀도가 95% 이상인 것인 <24>에 기재된 광학소자.
상기 <27>에 기재된 광학소자에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 물에 대한 용해도가 2ppt 이하인 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 투과 광학소자가 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시키는 소정의 액체에 용해되지 않고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 충전밀도가 95% 이상인 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 상기 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 투과 광학소자가 액체에 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<28> 상기 금속제 용해 방지막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <24>에 기재된 광학소자.
상기 <28>에 기재된 광학소자에 의하면, Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속제 용해 방지막이 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면), 즉 노광빔이 통과하지 않는 부분에 성막된다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우에 있어서도, 금속제 용해 방지막이 노광빔을 차광하지 않고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
<29> 상기 밀착력 강화막은 Ta 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <25>에 기재된 광학소자.
상기 <29>에 기재된 광학소자에 의하면, 투과 광학소자와 용해 방지막의 사이에 Ta 및 Cr 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 밀착력 강화막이 성막되어 있기 때문에, 투과 광학소자의 측면과 용해 방지막의 밀착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 투과 광학소자를 액침형의 노광장치에 사용한 경우, 투과 광학소자로부터 용해 방지막이 박리되지 않고, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<30> 상기 금속제 용해 방지막 보호막은 SiO2, Y2O3, Nd2F3, Cr2O3, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, ZrO2, HfO2 및 La2O3으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <26>에 기재된 광학소자.
상기 <30>에 기재된 광학소자에 의하면, 투과 광학소자에 성막된 금속제 용해 방지막의 표면에 성막하는 금속제 용해 방지막 보호막을 선택할 수 있기 때문에, 투과 광학소자의 기재, 투과 광학소자가 설치되는 환경, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시키는 소정의 액체의 종류 등에 기초하여, 최적의 금속제 용해 방지막 보호막을 선택할 수 있다.
<31> 상기 제 2 용해 방지부재는 차광막을 구비하고 있는 <19>에 기재된 광학소자.
<32> 상기 차광막은 금속막 또는 금속 산화물막에 의해 형성되어 있는 <31>에 기재된 광학소자.
<33> 상기 금속막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있고, 상기 금속 산화물막은 ZrO2, HfO2, TiO2, Ta2O5, SiO 및 Cr2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <32>에 기재된 광학소자.
상기 <31> 내지 <33> 중 어느 한 항에 기재된 광학소자에 의하면, 차광막에 의해 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면)의 주변부에 설치된 밀봉부재에, 노광빔 및 웨이퍼로부터의 노광빔 반사광이 조사되는 것을 방지할 수 있고, 밀봉부재의 열화를 방지할 수 있다.
<34> 상기 광학소자의 표면에 상기 제 1 용해 방지부재를 통해서 옵티컬 콘택트로 접합되어 있는 광학부재를 더욱 구비하는 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <34>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 광학부재가 상기 제 1 용해 방지부재를 통해서 상기 광학소자에 옵티컬 콘택트되기 때문에, 적당한 용해 방지부재의 존재에 의해서, 플루오르화물 재료를 기재로 하는 광학소자에 대해서도 상기 광학부재를 강고하게 접합할 수 있다. 이 결과, 상기 광학소자를 상기 광학부재에 의해서 보호할 수 있고, 이러한 광학소자를 내장한 광학계의 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있다.
<35> 상기 제 1 용해 방지부재는 SiO2에 의해 형성되어 있는 막이고, 상기 광학부재는 석영에 의해 형성되어 있는 부재인 <34>에 기재된 광학소자.
상기 <35>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 제 1 용해 방지부재의 옵티컬 콘택트로 제공되는 면이 이산화규소로 형성되기 때문에, 이산화규소 표면의 수산기를 이용하여 상기 광학부재에 대한 접합 강도를 높일 수 있다. 또한, 이산화규소는 높은 제어성으로 성막할 수 있고, 막질을 고품위로 할 수 있다. 또한, 석영에 의해 형성되어 있는 상기 광학부재의 내수성이나 접합 강도가 특히 우수한 것이 되고, 자외광 등의 투과성도 양호하다.
<36> 상기 노광빔은 ArF 레이저광이고, 상기 광학소자는 형석에 의해 형성되어 있는 소자이고, 상기 광학소자의 상기 표면의 결정방위가 (111)면인 <1>에 기재된 광학소자.
상기 <36>에 기재된 광학소자에 의하면, 상기 노광빔으로서 ArF 레이저광을 출사하는 노광장치에 사용되기 때문에 성능이 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 광학소자는 형석이기 때문에, ArF 레이저와 같은 단파장의 레이저이어도 이러한 광학소자의 사용이 가능해진다. 또, 상기 광학소자가 형석으로 형성되어 있는 경우, 자외광 등의 투과성이 양호하고, 자외광 등에 대한 내구성도 양호하다. 또, 성막되는 용해 방지막, 특히 플루오르화란탄은 결정방위가 (111)면인 형석의 성막면에 성막됨으로써 헤테로 에피택셜 성장한다. 따라서, 성막된 용해 방지막은 대단히 치밀해지고, 또한 대단히 결함이 적은 결정 구조가 된다.
<37> 노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영 광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영 광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 노광장치에 사용되는 광학소자에 있어서,
상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 측면에 차광막을 구비하고 있는 광학소자.
<38> 상기 차광막은 금속막 또는 금속 산화물막에 의해 형성되어 있는 <37>에 기재된 광학소자.
<39> 상기 금속막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있고, 상기 금속 산화물막은 ZrO2, HfO2, TiO2, Ta2O5, SiO 및 Cr2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <38>에 기재된 광학소자.
상기 <37> 내지 <39> 중 어느 한 항에 기재된 광학소자에 의하면, 차광막에 의해 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면)의 주변부에 설치된 밀봉부재에, 노광빔 및 웨이퍼로부터의 노광빔 반사광이 조사되는 것을 방지할 수 있고, 밀봉부재의 열화를 방지할 수 있다.
<40> 노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영 광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영 광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 노광장치에 있어서,
상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 표면에 형성되어 있는 제 1 용해 방지부재를 구비하고 있는 노광장치.
상기 <40>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자의 표면(선단면)에 제 1 용해 방지부재가 형성되어 있기 때문에, 투영 광학계의 선단부와 기판의 사이에 채워진 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않아서, 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없고, 노광장치의 높은 스루풋을 유지할 수 있다. 또, 상기 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
<41> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능을 갖는 단층막에 의해 구성되어 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <41>에 기재된 노광장치에 의하면, 다층막으로 한 경우와 비교하여 계면을 적게 할 수 있다. 따라서, 용해 방지막으로서의 보호층의 계면으로부터 액체가 침입한 경우에 일어날 수 있는 화학반응에 의한 악영향을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 다층막에 의해 구성되는 용해 방지막을 성막하는 경우와 비교하여, 간이하게 성막할 수 있다.
<42> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 갖는 다층막에 의해 구성되어 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <42>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자의 선단이 액체에 의해서 침식되지 않기 때문에, 침식된 광학소자를 교환하기 위해서 장치의 가동을 정지시킬 필요가 없어져, 최종제품을 효율 좋게 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학소자는 침식되지 않고, 광학 특성이 안정되어 있기 때문에, 본 발명의 광학소자를 탑재한 노광장치에 의해서 생산되는 최종제품의 품질이 안정된다.
<43> 상기 제 1 용해 방지부재는 MgF2, LaF3, SrF2, YF3, LuF3, HfF4, NdF3, GdF3, YbF3, DyF3, AlF3, Na3AlF6, 5NaF·3AlF3, Al2O3, SiO2, TiO2, MgO, HfO2, Cr2O3, ZrO2, Ta2O5 및 Nb2O5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <43>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자에 형성되는 용해 방지부재를 선택할 수 있기 때문에, 광학소자의 기재, 광학소자가 설치되는 환경, 투영 광학계와 기판의 사이에 채워지는 액체의 종류 등에 기초하여, 최적의 용해 방지부재를 선택할 수 있다.
<44> 상기 다층막은 n층(n은 정수)으로 구성되고, 하기 층 구성(1층째/2층째/···/n층째):
(i) LaF3/MgF2,
(ii) MgF2/SiO2,
(iii) MgF2/SiO2/SiO2,
(iv) LaF3/MgF2/SiO2,
(v) LaF3/MgF2/Al2O3,
(vi) LaF3/MgF2/Al2O3/SiO2,
(vii) LaF3/MgF2/LaF3/MgF2,
(viii) LaF3/MgF2/LaF3/SiO2,
(ix) LaF3/MgF2/LaF3/MgF2/SiO2, 및
(x) LaF3/MgF2/LaF3/Al2O3/SiO2
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 층 구성을 갖고 있는 <42>에 기재된 노광장치.
상기 <44>에 기재된 노광장치에 의하면, 상기 다층막은 소정의 기간 상기 보호 기능을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 10년간 액침인 물로부터 보호할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 노광장치를 제공하는 동시에, 소정의 기간, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학 특성을 갖는 노광장치를 제공할 수 있다.
<45> 상기 제 1 용해 방지부재는 습식 성막방법에 의해서 성막된 산화물로 이루어지는 막을 구비하고 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <45>에 기재된 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 표면에 액체로의 용해를 방지하기 위한 산화물 용해 방지막이 높은 균질성과 공공에 대한 매립성을 특징으로 하는 습식 성막방법에 의해 성막되어 있기 때문에, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
또, 투과 광학소자가 매끄럽게 연마된 표면을 갖는 형석에 의해 형성되어 있는 경우에는 투과 광학소자와 산화물 용해 방지막의 밀착력을 향상시키기 위해서, 투영 광학계의 광학 성능을 열화시키지 않을 정도로 투과 광학소자의 표면을 거칠게 하여 투과 광학소자의 표면적을 증대시키는 표면처리를 투과 광학소자에 실시하는 것이 바람직하다.
<46> 상기 다층막은 건식 성막방법에 의해서 성막된 제 1 막과, 습식 성막방법에 의해서 성막된 산화물로 이루어지는 제 2 막을 구비하고 있는 <42>에 기재된 노광장치.
상기 <46>에 기재된 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자에 성막되어 있는 제 1 막 및 제 2 막이 투과 광학소자로부터 박리되지 않고, 투영 광학계의 선단부와 기판의 사이에 채워진 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<47> 상기 제 1 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 갖는 박판에 의해 구성되어 있고, 상기 박판이 상기 광학소자의 표면에 탈리 가능하게 접합되어 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <47>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자의 선단이 액체에 의해서 침식되지 않기 때문에, 침식된 광학소자를 교환하기 위해서, 노광장치의 가동을 멈출 필요가 없어지기 때문에, 최종제품을 효율 좋게 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학소자는 침식되지 않고, 광학 특성이 안정되어 있기 때문에, 본 발명의 광학소자를 탑재한 노광장치에 의해서 생산되는 최종제품의 품질이 안정된다.
<48> 상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 측면에 형성된 제 2 용해 방지부재를 더욱 구비하고 있는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <48>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면(선단면) 및 광학소자의 측면(테이퍼면), 즉 노광빔이 통과하지 않는 부분에 제 2 용해 방지부재가 형성되어 있기 때문에, 투영 광학계의 선단부와 기판의 사이에 채워진 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않는다. 따라서, 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없고, 노광장치의 높은 스루풋을 유지할 수 있다. 또, 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
<49> 상기 제 1 용해 방지부재와 상기 제 2 용해 방지부재가 동일한 재료를 사용하여 성막된 막을 구비하고 있는 <48>에 기재된 노광장치.
상기 <49>에 기재된 노광장치에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면 및 광학소자의 측면으로의 용해 방지막의 성막을 한번에 할 수 있기 때문에, 간이한 공정에 의해 용해 방지막의 성막을 할 수 있다.
<50> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 광학소자를 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능을 갖는 금속제 용해 방지막을 구비하고 있는 <48>에 기재된 노광장치.
상기 <50>에 기재된 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체에 불용인 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<51> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 광학소자의 측면과 상기 금속제 용해 방지막의 사이에 성막된 밀착력 강화막을 더욱 구비하고 있는 <50>에 기재된 노광장치.
상기 <51>에 기재된 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 성막되어 있는 밀착력 강화막의 표면에 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 금속제 용해 방지막을 투과 광학소자에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 금속제 용해 방지막이 투과 광학소자로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<52> 상기 제 2 용해 방지부재는 상기 금속제 용해 방지막의 표면에 성막된 금속제 용해 방지막 보호막을 더욱 구비하고 있는 <50>에 기재된 노광장치.
상기 <52>에 기재된 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면에 성막되어 있는 금속제 용해 방지막의 표면에 금속제 용해 방지막 보호막이 성막되어 있기 때문에, 부드럽고 내찰상성이 낮은 금속제 용해 방지막의 손상을 방지할 수 있고, 금속제 용해 방지막을 보호할 수 있다. 따라서, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시킨 소정의 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
<53> 상기 금속제 용해 방지막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <50>에 기재된 노광장치.
상기 <53>에 기재된 노광장치에 의하면, Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속제 용해 방지막이 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면), 즉 노광빔이 통과하지 않는 부분에 성막된다. 따라서, 금속제 용해 방지막이 노광빔을 차광하지 않고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
<54> 상기 금속제 용해 방지막 보호막은 SiO2, Y2O3, Nd2F3, Cr2O3, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, ZrO2, HfO2 및 La2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <52>에 기재된 노광장치.
상기 <54>에 기재된 노광장치에 의하면, 투과 광학소자에 성막된 금속제 용해 방지막의 표면에 성막하는 금속제 용해 방지막 보호막을 선택할 수 있기 때문에, 투과 광학소자의 기재, 투과 광학소자가 설치되는 환경, 기판의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시키는 소정의 액체의 종류 등에 기초하여, 최적의 금속제 용해 방지막 보호막을 선택할 수 있다.
<55> 상기 제 2 용해 방지부재는 차광막을 구비하고 있는 <48>에 기재된 노광장치.
<56> 상기 차광막은 금속막 또는 금속 산화물막에 의해 형성되어 있는 <55>에 기재된 노광장치.
<57> 상기 금속막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있고, 상기 금속 산화물막은 ZrO2, HfO2, TiO2, Ta2O5, SiO 및 Cr2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <56>에 기재된 노광장치.
상기 <55> 내지 <57> 중 어느 한 항에 기재된 노광장치에 의하면, 차광막에 의해 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면)의 주변부에 설치된 밀봉부재에 노광빔 및 웨이퍼로부터의 노광빔 반사광이 조사되는 것을 방지할 수 있고, 밀봉부재의 열화를 방지할 수 있다.
<58> 상기 광학소자의 표면에 상기 제 1 용해 방지부재를 통해서 옵티컬 콘택트로 접합되어 있는 광학부재를 더욱 구비하는 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <58>에 기재된 노광장치에 의하면, 우수한 옵티컬 콘택트를 달성한 광학부재를 내장한 투영 광학계를 이용하기 때문에, 높은 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 액침형의 노광처리가 가능하게 된다.
<59> 상기 노광빔은 ArF 레이저광이고, 상기 광학소자는 형석에 의해 형성되어 있는 소자이고, 상기 광학소자의 상기 표면의 결정방위가 (111)면인 <40>에 기재된 노광장치.
상기 <59>에 기재된 노광장치에 의하면, 상기 노광빔으로서 ArF 레이저광을 출사하는 노광장치이기 때문에 성능이 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 광학소자는 형석이기 때문에, ArF 레이저와 같은 단파장의 레이저이어도 이러한 광학소자의 사용이 가능해진다. 또한, 상기 광학소자가 형석으로 형성되어 있는 경우, 자외광 등의 투과성이 양호하고, 자외광 등에 대한 내구성도 양호하다. 또, 성막되는 용해 방지막, 특히 플루오르화란탄은 결정방위가 (111)면인 형석의 성막면에 성막됨으로써 헤테로 에피택셜 성장한다. 따라서, 성막된 용해 방지막은 대단히 치밀해지고, 또한 대단히 결함이 적은 결정 구조가 된다.
<60> 노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영 광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영 광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 노광장치에 있어서,
상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 측면에 형성되어 있는 차광막을 구비하고 있는 노광장치.
<61> 상기 차광막은 금속막 또는 금속 산화물막에 의해 형성되어 있는 <60>에 기재된 노광장치.
<62> 상기 금속막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있고, 상기 금속 산화물막은 ZrO2, HfO2, TiO2, Ta2O5, SiO 및 Cr2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는 <61>에 기재된 노광장치.
상기 <60> 내지 <62> 중 어느 한 항에 기재된 노광장치에 의하면, 차광막에 의해 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 측면(테이퍼면)의 주변부에 설치된 밀봉부재에 노광빔 및 웨이퍼로부터의 노광빔 반사광이 조사되는 것을 방지할 수 있고, 밀봉부재의 열화를 방지할 수 있다.
도 1은 실시형태1에 있어서 사용되는 투영 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 실시형태1의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 X방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 4는 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 Y방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 5는 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자와 웨이퍼(W)의 사이로의 액체의 공급 및 회수의 모양을 도시하는 요부의 확대도.
도 6은 실시형태3의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 실시형태6의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 실시형태6의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 실시형태7의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 실시형태7의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 실시형태8의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 12는 실시형태8의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 실시형태8의 광학소자에 있어서, 2층째의 막 두께가 반감(半減)되었을 때의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각(θ)의 관계를 도시하는 도면.
도 14는 실시형태9의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 15는 실시형태9의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 16은 실시형태10의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 실시형태10의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 18은 실시형태11의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 19는 실시형태11의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 20은 실시형태12의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 21은 실시형태12의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 22는 실시형태14에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면.
도 23은 도 22의 옵티컬 콘택트 계면의 각도 반사 특성을 도시하는 도면.
도 24는 실시형태15에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면.
도 25는 실시형태16에서 사용한 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 26은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 1 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 27은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 2 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 28은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 3 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 29는 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 4 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 30은 실시형태17에 있어서 사용되는 투영 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 31은 도 30에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 X방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 32는 도 30에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 Y방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 33은 실시형태33에 관계되는 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 34는 실시예1에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 35는 형석에 광이 입사되었을 때의 반사되는 모양을 도시하는 도면.
도 36은 형석기판에 광이 입사되었을 때의 형석의 잔존 반사율을 도시하는 도면.
도 37은 실시예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 38은 실시예2에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 39는 비교예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 40은 비교예1, 실시예1 및 실시예2에 있어서의 광학소자의 실험 후에 측정된 단차(段差)의 측정결과를 도시하는 도면.
도 41은 실시예3에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 42는 실시예3에 관계되는 시험기의 구성을 도시하는 도면.
도 43은 실시예4에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 44는 실시예5에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 45는 실시예6에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 46은 실시예7에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 47은 실시예6에 관계되는 시료 1의 구성을 도시하는 도면.
도 48은 실시예7에 관계되는 시료 2의 구성을 도시하는 도면.
도 49는 참고예1에 관계되는 시료 3의 구성을 도시하는 도면.
도 50은 실시예6-7 및 참고예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 51은 실시예6-7 및 참고예1에 있어서의 실험결과를 도시하는 도면.
도 52는 실험 후에 있어서의 시료 3의 상태를 도시하는 도면.
도 53은 실시예8에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 54는 실시예10에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 55는 실시예11에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 56은 참고예2에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 57은 매질로부터 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 광이 입사된 경우에 있어서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면.
도 2는 실시형태1의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 X방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 4는 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 Y방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 5는 도 1에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자와 웨이퍼(W)의 사이로의 액체의 공급 및 회수의 모양을 도시하는 요부의 확대도.
도 6은 실시형태3의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 실시형태6의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 실시형태6의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 실시형태7의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 실시형태7의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 실시형태8의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 12는 실시형태8의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 실시형태8의 광학소자에 있어서, 2층째의 막 두께가 반감(半減)되었을 때의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각(θ)의 관계를 도시하는 도면.
도 14는 실시형태9의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 15는 실시형태9의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 16은 실시형태10의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 실시형태10의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 18은 실시형태11의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 19는 실시형태11의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 20은 실시형태12의 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 21은 실시형태12의 광학소자의 ArF 엑시머 레이저에 있어서의 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면.
도 22는 실시형태14에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면.
도 23은 도 22의 옵티컬 콘택트 계면의 각도 반사 특성을 도시하는 도면.
도 24는 실시형태15에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면.
도 25는 실시형태16에서 사용한 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 26은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 1 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 27은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 2 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 28은 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 3 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 29는 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정의 제 4 공정을 개념적으로 도시하는 도면.
도 30은 실시형태17에 있어서 사용되는 투영 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 31은 도 30에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 X방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 32는 도 30에 도시하는 투영 광학계에서의 광학소자의 선단부와 Y방향용 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면.
도 33은 실시형태33에 관계되는 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 34는 실시예1에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 35는 형석에 광이 입사되었을 때의 반사되는 모양을 도시하는 도면.
도 36은 형석기판에 광이 입사되었을 때의 형석의 잔존 반사율을 도시하는 도면.
도 37은 실시예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 38은 실시예2에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 39는 비교예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 40은 비교예1, 실시예1 및 실시예2에 있어서의 광학소자의 실험 후에 측정된 단차(段差)의 측정결과를 도시하는 도면.
도 41은 실시예3에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 42는 실시예3에 관계되는 시험기의 구성을 도시하는 도면.
도 43은 실시예4에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 44는 실시예5에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 45는 실시예6에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 46은 실시예7에 관계되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 47은 실시예6에 관계되는 시료 1의 구성을 도시하는 도면.
도 48은 실시예7에 관계되는 시료 2의 구성을 도시하는 도면.
도 49는 참고예1에 관계되는 시료 3의 구성을 도시하는 도면.
도 50은 실시예6-7 및 참고예1에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면.
도 51은 실시예6-7 및 참고예1에 있어서의 실험결과를 도시하는 도면.
도 52는 실험 후에 있어서의 시료 3의 상태를 도시하는 도면.
도 53은 실시예8에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 54는 실시예10에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 55는 실시예11에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 56은 참고예2에 관계되는 투과 광학소자의 구성을 도시하는 도면.
도 57은 매질로부터 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 광이 입사된 경우에 있어서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 설명한다.
[실시형태1]
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치의 설명을 한다. 도 1은 제 1 실시형태에 관계되는 스텝 앤드 리피트방식의 투영 노광장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는 도 1 중에 도시하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치관계에 관해서 설명한다. XYZ 직교 좌표계는 X축 및 Y축이 웨이퍼(W)에 대하여 평행해지도록 설정되고, Z축이 웨이퍼(W)에 대하여 직교하는 방향으로 설정되어 있다. 도면 중의 XYZ 좌표계는 실제로는 XY 평면이 수평면과 평행한 면에 설정되고, Z축이 연직 상방향으로 설정된다.
이 실시형태에 관계되는 투영 노광장치는 도 1에 도시하는 바와 같이, 노광광원인 ArF 엑시머 레이저 광원을 포함하고, 옵티컬 인테그레이터(호모게나이저), 시야 조리개, 콘덴서 렌즈 등으로 구성되는 조명광학계(1)를 구비하고 있다. 광원으로부터 사출된 파장 193nm의 자외 펄스광으로 이루어지는 노광광(IL; 노광빔)은 조명광학계(1)를 통과하여, 레티클(R; 마스크)에 설치된 패턴을 조명한다. 레티클(R)을 통과한 광은 양측(또는 웨이퍼(W)측에 편측) 텔레센트릭(telecentric)한 투영 광학계(PL)를 통해서, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W; 기판)상의 노광영역에 소정의 투영배율(β; 예를 들면, β는 1/4, 1/5 등)로 축소 투영 노광한다.
또, 노광광(IL)으로서는 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm), F2 레이저광(파장 157nm)이나 수은램프의 i선(파장 365nm) 등을 사용하여도 좋다.
또한, 레티클(R)은 레티클 스테이지(RST)상에 유지되고, 레티클 스테이지(RST)에는 X방향, Y방향 및 회전방향으로 레티클(R)을 미동시키는 기구가 내장되어 있다. 레티클 스테이지(RST)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치는 레티클레이저 간섭계(도시하지 않음)에 의해서 리얼타임으로 계측, 또한 제어되어 있다.
또한, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)를 통해서 Z스테이지(9)상에 고정되어 있다. Z스테이지(9)는 투영 광학계(PL)의 이미지면(像面)과 실질적으로 평행한 XY 평면을 따라 이동하는 XY 스테이지(10)상에 고정되어 있고, 웨이퍼(W)의 포커스 위치(Z방향의 위치) 및 경사각을 제어한다. Z스테이지(9)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치는 Z스테이지(9)상에 위치하는 이동경(12)을 사용한 웨이퍼 레이저 간섭계(13)에 의해서 리얼타임으로 계측, 또한 제어되고 있다. 또한, XY 스테이지(10)는 베이스(11)상에 재치되어 있고, 웨이퍼(W)의 X방향, Y방향 및 회전방향을 제어한다.
이 투영 노광장치에 구비되어 있는 주제어계(14)는 레티클 레이저 간섭계에 의해 계측된 계측치에 근거하여 레티클(R)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치를 조정한다. 즉, 주제어계(14)는 레티클 스테이지(RST)에 내장되어 있는 기구에 제어신호를 송신하여, 레티클 스테이지(RST)를 미동시킴으로써 레티클(R)의 위치를 조정한다.
또한, 주제어계(14)는 오토 포커스방식 및 오토 레벨링방식에 의해 웨이퍼(W)상의 표면을 투영 광학계(PL)의 이미지면에 맞춰넣기 위해서, 웨이퍼(W)의 포커스 위치(Z방향의 위치) 및 경사각을 조정한다. 즉, 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 의해 Z스테이지(9)를 구동시킴으로써 웨이퍼(W)의 포커스 위치 및 경사각을 조정한다. 또, 주제어계(14)는 웨이퍼 레이저 간섭계(13)에 의해 계측된 계측치에 근거하여 웨이퍼(W)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치를 조정한다. 즉, 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 의해 XY 스테이지(10)를 구동시킴으로써 웨이퍼(W)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치를 조정한다.
노광시에는 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 의해 XY 스테이지(10)를 구동시킴으로써 웨이퍼(W)상의 각 쇼트영역을 순차 노광위치로 스텝 이동시킨다. 즉, 스텝 앤드 리피트방식에 의해 레티클(R)의 패턴 이미지를 웨이퍼(W)상에 노광하는 동작을 반복한다.
이 투영 노광장치에 있어서는 노광파장을 실질적으로 짧게 하고, 또한 해상도를 향상시키기 위해서 액침법이 적용되어 있다. 여기에서, 액침법을 적용한 액침형의 투영 노광장치에 있어서는 적어도 레티클(R)의 패턴 이미지를 웨이퍼(W)상에 전사하고 있는 동안은 웨이퍼(W)의 표면과 투영 광학계(PL)의 웨이퍼(W)측의 투과 광학소자(4)의 사이에 소정의 액체(7)가 채워져 있다. 투영 광학계(PL)는 투영 광학계(PL)를 구성하는 석영 또는 형석에 의해 형성된 복수의 광학소자를 수납하는 경통(3)을 구비하고 있다. 이 투영 광학계(PL)에서는 가장 웨이퍼(W)측에 가까운 투과 광학소자(4)가 형석에 의해 형성되어 있고, 투과 광학소자(4)의 표면(웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)(도 2 참조))만이 액체(7)와 접촉하도록 구성되어 있다. 이것에 의해서, 금속으로 이루어지는 경통(3)의 부식 등이 방지되어 있다.
여기에서, 도 2에 도시하는 투과 광학소자(4)의 기재는 형석이고, 그 형석의 성막면의 결정방위는 (111)면이다. 또, 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A), 즉 노광광이 투과하는 부분에는 용해 방지막으로서, 플루오르화마그네슘(MgF2)막(F1) 및 이산화규소(SiO2)막(F2)이 진공 증착법에 의해 성막되고, 또 이산화규소(SiO2)막(F3)이 습식 제막법에 의해 성막되어 있다.
또한, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분은 금속제 용해 방지막(밀착력 강화막을 겸함)으로서 탄탈(Ta)막(F5(F4))이 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다. 또한, 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 표면에는 금속제 용해 방지막을 보호하기 위한 금속제 용해 방지막 보호막(용해 방지막 보호막)으로서 이산화규소(SiO2)막(F6)이 이산화규소(SiO2)막(F3)과 동시에 습식 제막법에 의해 성막되어 있다. 여기에서, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 성막되는 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 순수에 대한 용해도는 2ppt 이하이고, 충전밀도는 95% 이상이다. 또한, 투과 광학소자(4)의 선단부(4A)에 성막된 용해 방지막(F1 내지 F3)에 의한, 노광빔의 출사각도가 50도일 때에 있어서의 평균 반사율은 2% 이하이다.
또, 도 2에 도시하는 투과 광학소자(4)는 예를 들면 아래와 같이 하여, 제조된다.
(i) 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A), 즉 노광광이 투과하는 부분에, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분에 성막하는 금속제 용해 방지막(F5)이 붙지 않도록 마스크 밀봉을 붙인다.
(ii) 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 스퍼터링법을 이용하여 탄탈(Ta)막을 200nm 성막하고, 금속제 용해 방지막(F5; 밀착력 강화막을 겸함)을 형성한다.
(iii) 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)에 붙인 마스크 밀봉을 벗긴다.
(iv) 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)에 진공 증착법을 이용하여 플루오르화마그네슘(MgF2)막(F1)을 15nm, 이산화규소(SiO2)막(F2)을 300nm 성막한다.
(v) 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 성막한 금속제 용해 방지막인 탄탈(Ta)막(F5)과, 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)에 성막한 이산화규소(SiO2)막(F2)의 위에, 습식 성막법을 이용하여 이산화규소(SiO2)막(F3, F6)을 동시에 130nm 성막하고, 160℃로 가열 소결시킨다.
(vi) 금속제 용해 방지막인 탄탈(Ta)막(F5)의 위에 습식 성막법에 의해 성막된 이산화규소(SiO2)막(F6)은 금속제 용해 방지막을 보호하기 위한 금속제 용해 방지막 보호막으로서 기능한다.
또한, 액체(7)로서는 반도체 제조공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있는 순수가 사용되고 있다. 또, 순수는 불순물의 함유량이 극히 낮기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면을 세정하는 작용을 기대할 수 있다.
도 3은 투영 광학계(PL)의 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B) 및 웨이퍼(W)와, 그 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)을 X방향으로 사이에 두는 2쌍의 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4는 투영 광학계(PL)의 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과, 그 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)을 Y방향으로 사이에 두는 2쌍의 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면이다. 이 실시형태에 관계되는 투영 노광장치는 액체(7)의 공급을 제어하는 액체공급장치(5) 및 액체(7)의 배출을 제어하는 액체회수장치(6)를 구비하고 있다.
액체공급장치(5)는 액체(7)의 탱크(도시하지 않음), 가압펌프(도시하지 않음), 온도 제어장치(도시하지 않음) 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 액체공급장치(5)에는 도 3에 도시하는 바와 같이, 공급관(21)을 통해서 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)의 +X방향측에 가는 선단부를 갖는 배출 노즐(21a)이, 공급관(22)을 통해서 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)의 -X방향측에 가는 선단부를 갖는 배출 노즐(22a)이 접속되어 있다. 또한, 액체공급장치(5)에는 도 4에 도시하는 바와 같이, 공급관(27)을 통해서 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)의 +Y방향측에 가는 선단부를 갖는 배출 노즐(27a)이, 공급관(28)을 통해서 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)의 -Y방향측에 가는 선단부를 갖는 배출 노즐(28a)이 접속되어 있다. 액체공급장치(5)는 온도 제어장치에 의해 액체(7)의 온도를 조정하여, 배출 노즐(21a, 22a, 27a, 28a) 중 적어도 하나의 배출 노즐로부터, 공급관(21, 22, 27, 28) 중 적어도 하나의 공급관을 통해서 온도 조정된 액체(7)를 웨이퍼(W)상에 공급한다. 또, 액체(7)의 온도는 온도 제어장치에 의해, 예를 들면 이 실시형태에 관계되는 투영 노광장치가 수납되어 있는 챔버 내의 온도와 같은 정도로 설정된다.
액체 회수장치(6)는 액체(7)의 탱크(도시하지 않음), 흡인펌프(도시하지 않음) 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 액체회수장치(6)에는 도 3에 도시하는 바와 같이, 회수관(23)을 통해서 테이퍼면(4B)의 -X방향측에 넓은 선단부를 갖는 유입 노즐(23a, 23b)이, 회수관(24)을 통해서 테이퍼면(4B)의 +X방향측에 넓은 선단부를 갖는 유입 노즐(24a, 24b)이 접속되어 있다. 또, 유입 노즐(23a, 23b, 24a, 24b)은 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)의 중심을 통해 X축에 평행한 축에 대하여 부채형으로 개방된 형태로 배치되어 있다. 또한, 액체회수장치(6)에는 도 4에 도시하는 바와 같이, 회수관(29)을 통해서 테이퍼면(4B)의 -Y방향측에 넓은 선단부를 갖는 유입 노즐(29a, 29b)이, 회수관(30)을 통해서 테이퍼면(4B)의 +Y방향측으로 넓은 선단부를 갖는 유입 노즐(30a, 30b)이 접속되어 있다. 또, 유입 노즐(29a, 29b, 30a, 30b)은 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)의 중심을 통해 Y축에 평행한 축에 대하여 부채형으로 열린 형태로 배치되어 있다.
액체회수장치(6)는 유입 노즐(23a 및 23b, 24a 및 24b, 29a 및 29b, 30a 및 30b) 중 적어도 하나의 유입 노즐로부터, 회수관(23, 24, 29, 30) 중 적어도 하나의 회수관을 통해서 액체(7)를 웨이퍼(W)상에서 회수한다.
다음에, 액체(7)의 공급 및 회수방법에 관해서 설명한다. 도 3에 있어서, 실선으로 도시하는 화살표(25A)의 방향(-X방향)으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시킬 때는 액체공급장치(5)는 공급관(21) 및 배출 노즐(21a)을 통해서 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(23) 및 유입 노즐(23a, 23b)을 통해서 웨이퍼(W)상으로부터 액체공급장치(5)에 의해 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 웨이퍼(W)상을 화살표(25B)의 방향(-X방향)으로 흐르고 있고, 웨이퍼(W)와 투과 광학소자(4)의 사이는 액체(7)에 의해 안정되게 채워져 있다.
한편, 도 3에 있어서, 쇄선으로 도시하는 화살표(26A)의 방향(+X방향)으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시킬 때는 액체공급장치(5)는 공급관(22) 및 배출 노즐(22a)을 통해서 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(24) 및 유입 노즐(24a, 24b)을 통해서, 액체공급장치(5)에 의해 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 웨이퍼(W)상을 화살표(26B)의 방향(+X방향)으로 흐르고 있고, 웨이퍼(W)와 투과 광학소자(4)의 사이는 액체(7)에 의해 안정되게 채워져 있다.
또한, 웨이퍼(W)를 Y방향으로 스텝 이동시킬 때에는 Y방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행한다. 즉, 도 4에 있어서, 실선으로 도시하는 화살표(31A)의 방향(-Y방향)으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시킬 때는 액체공급장치(5)는 공급관(27) 및 배출 노즐(27a)을 통해서, 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(29) 및 유입 노즐(29a, 29b)을 통해서, 액체공급장치(5)에 의해 웨이퍼(W)측의 선단부(4A) 및 테이퍼면(4B)과 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 노광영역상을 화살표(31B)의 방향(-Y방향)으로 흐르고 있고, 웨이퍼(W)와 투과 광학소자(4)의 사이는 액체(7)에 의해 안정되게 채워져 있다.
또한, 웨이퍼(W)를 +Y방향으로 스텝 이동시킬 때는 액체공급장치(5)는 공급관(28) 및 배출 노즐(28a)을 통해서, 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(30) 및 유입 노즐(30a, 30b)을 통해서, 액체공급장치(5)에 의해 웨이퍼(W)측의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 노광영역상을 +Y방향으로 흐르고 있고, 웨이퍼(W)와 투과 광학소자(4)의 사이는 액체(7)에 의해 안정되게 채워져 있다.
또, X방향 또는 Y방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행하는 노즐뿐만 아니라, 예를 들면 경사의 방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행하기 위한 노즐을 설치하여도 좋다.
다음에, 액체(7)의 공급량 및 회수량의 제어방법에 관해서 설명한다. 도 5는 투영 광학계(PL)를 구성하는 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급 및 회수하고 있는 상태를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)가 화살표(25A)의 방향(-X방향)으로 이동하고 있는 경우에 있어서, 배출 노즐(21a)로부터 공급된 액체(7)는 화살표(25B)의 방향(-X방향)으로 흐르고, 유입 노즐(23a, 23b)에 의해 회수된다. 웨이퍼(W)가 이동 중이어도 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 충전되는 액체(7)의 양을 일정하게 유지하기 위해서, 액체(7)의 공급량(Vi(㎥/s))과 회수량(Vo(㎥/s))을 같게 한다. 또, XY 스테이지(10; 웨이퍼(W))의 이동속도(v)에 기초하여 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)을 조정한다. 즉, 수식1에 기초하여 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)이 산출된다.
(수식 1)
Vi=Vo=D·v·d
여기에서, D는 도 1에 도시하는 바와 같이, 광학소자(4)의 선단부(4A)의 직경(m), v는 XY 스테이지(10)의 이동속도(m/s), d는 투영 광학계(PL)의 작동거리(m; working distance)이다. XY 스테이지(10)를 스텝 이동할 때의 속도(v)는 주제어계(14)에 의해 설정되고, D 및 d는 미리 입력되어 있기 때문에, 수식1에 기초하여 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)을 산출하고, 조정함으로써, 액체(7)는 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 상시 채워진다.
또, 투영 광학계(PL)의 작동거리(d)는 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 안정되게 존재시키기 위해서 가능한 한 좁은 것이 바람직하다. 예를 들면, 투영 광학계(PL)의 작동거리(d)는 2mm 정도로 설정된다.
이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 광학소자의 표면에 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 광학소자의 용해를 방지할 수 있다. 따라서, 투영 광학계의 선단부와 기판의 사이에 채워진 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없고, 노광장치의 높은 스루풋을 유지할 수 있다. 또한, 용해한 광학소자를 교환하기 위해서 노광장치의 가동을 멈출 필요가 없어져, 최종제품을 효율 좋게 생산할 수 있다. 또, 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있어서, 생산되는 최종제품의 품질을 안정시킬 수 있고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
또, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 투영 광학계(PL)의 웨이퍼(W)측의 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 밀착력 강화막을 겸하는 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 금속제 용해 방지막을 투과 광학소자(4)에 밀착시킬 수 있다. 또한, 금속제 용해 방지막의 표면에 이산화규소(SiO2)막이 성막되어 있기 때문에, 부드럽고 내찰상성이 낮은 금속제 용해 방지막의 손상을 방지할 수 있고, 금속제 용해 방지막을 보호할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 액체(7)의 투과 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 액체(7)에 의해 투과 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
또한, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광(IL)이 통과하지 않는 부분에 금속제 용해 방지막이 성막되기 때문에, 투과 광학소자(4)의 표면에 성막되는 금속제 용해 방지막이 노광광(IL)을 차광하지 않고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
또한, 파장이 200nm 정도의 노광광에 대한 순수의 굴절률(n)은 약 1.44이고, 파장 193nm인 ArF 엑시머 레이저광은 웨이퍼(W)상에 있어서 1/n, 즉 134nm로 단파장화되기 때문에, 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또, 초점 심도는 공기 중과 비교하여 약 n배, 즉 약 1.44배로 확대되기 때문에, 공기 중에서 사용하는 경우와 같은 정도의 초점 심도를 확보할 수 있으면 되는 경우에는 투영 광학계(PL)의 개구수를 더욱 증가시킬 수 있고, 이 점에서도 해상도가 향상된다.
또, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, X방향 및 Y방향으로 서로 반전된 2쌍의 배출 노즐과 유입 노즐을 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼를 +X방향, -X방향, +Y방향 또는 -Y방향으로 이동하는 경우에 있어서도, 웨이퍼와 광학소자의 사이를 액체에 의해 안정되게 계속 채울 수 있다.
또한, 액체가 웨이퍼상을 흐르기 때문에, 웨이퍼상에 이물이 부착되어 있는 경우에도, 그 이물을 액체에 의해 흘려 보낼 수 있다. 또, 액체가 액체공급장치에 의해 소정의 온도로 조정되어 있기 때문에, 웨이퍼 표면의 온도도 일정해지고, 노광시에 생기는 웨이퍼의 열팽창에 의한 중합 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, EGA(Enhanced Global alignment)방식의 얼라인먼트와 같이, 얼라인먼트와 노광에 시간차가 있는 경우에도, 웨이퍼의 열팽창에 의한 중합 정밀도의 저하를 막을 수 있다.
또한, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 웨이퍼를 이동시키는 방향과 동일한 방향으로 액체가 흐르고 있기 때문에, 이물이나 열을 흡수한 액체를 투과 광학소자의 표면의 바로 아래의 노광영역상에 체류시키지 않고 액체회수장치에 의해 회수할 수 있다.
또, 상술한 각 실시형태에 있어서는 용해 방지막으로서, 플루오르화마그네슘(MgF2) 및 이산화규소(SiO2)를 사용하였지만, 이 대신에 플루오르화란탄(LaF3), 플루오르화스트론튬(SrF2), 플루오르화이트륨(YF3), 플루오르화루테늄(LuF3), 플루오르화하프늄(HfF4), 플루오르화네오디뮴(NdF3), 플루오르화가돌리늄(GdF3), 플루오르화이테르븀(YbF3), 플루오르화디스프로슘(DyF3), 플루오르화알루미늄(AlF3), 클리오라이트(Na3AlF6), 티오라이트(5NaF·3AlF3), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화하프늄(HfO2), 산화크롬(Cr2O3), 산화지르콘(ZrO2), 5산화탄탈(Ta2O5) 및 5산화니오브(Nb2O5) 중 적어도 하나를 용해 방지막으로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에 있어서는 진공 증착법에 의해 플루오르화마그네슘(MgF2) 및 이산화규소(SiO2)에 의해 형성되는 용해 방지막을 광학소자에 성막하였지만, 이 대신에 이온빔 어시스트 증착법, 가스 클러스터 이온빔 어시스트 증착법, 이온 플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법, 마그네트론 스퍼터링법, 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, RF 스퍼터링법, 열 CVD법, 플라즈마 CVD법 및 광 CVD법 중 적어도 하나의 성막방법에 의해 성막하여도 좋다.
또, 광학소자의 용해 방지막으로서 플루오르화물을 성막하는 경우에는 최적의 성막방법으로서 진공 증착법, 이온빔 어시스트 증착법, 가스 클러스터 이온빔 어시스트 증착법, 이온 플레이팅법을 들 수 있다. 그렇지만, 플루오르화마그네슘(MgF2) 및 플루오르화이트륨(YF3)에 관해서는 스퍼터링법에 의해 성막하여도 좋다. 또한, 광학소자의 용해 방지막으로서 산화물을 성막하는 경우에는 상술한 모든 성막방법을 이용할 수 있다.
또한, 성막되는 용해 방지막, 특히 플루오르화란탄(LaF3)은 결정방위가 (111)면인 형석을 광학소자의 기재로 한 경우, 그 성막면에 성막됨으로써 헤테로 에피택셜 성장한다. 이 경우에 있어서, 성막된 용해 방지막은 대단히 치밀해지고, 또한 대단히 결함이 적은 결정 구조가 된다.
또, 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 금속제 용해 방지막(용해 방지막)으로서 탄탈(Ta)에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속막을 사용하였지만, 금(Au), 백금(Pt), 은 (Ag), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속막을 사용하여도 좋다.
또한, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 탄탈(Ta)에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 밀착력 강화막을 사용하였지만, 크롬(Cr)에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 밀착력 강화막을 사용하여도 좋다.
또한, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 이산화규소(SiO2)에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속제 용해 방지막 보호막(용해 방지막 보호막)을 사용하였지만, 산화이트륨(Y2O3), 플루오르화네오디뮴(Nd2F3), 산화크롬(Cr2O3), 5산화탄탈(Ta2O5), 5산화니오브(Nb2O5), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 이산화하프늄(HfO2) 및 산화란탄(La2O3) 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성되는 금속제 용해 방지막 보호막을 사용하여도 좋다. 즉, 금속제 용해 방지막 보호막을 선택할 수 있기 때문에, 투과 광학소자의 기재, 투과 광학소자가 설치되어 있는 환경, 기재의 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시키는 액체의 종류 등에 기초하여, 최적의 금속제 용해 방지막 보호막(용해 방지막 보호막)을 선택할 수 있다.
또, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 용해 방지막과 금속제 용해 방지막 보호막을 겸하는 이산화규소(SiO2)막을 습식 성막법에 의해 성막하고 있지만, 스퍼터링법 등의 건식 성막법에 의해 성막하여도 좋다.
또한, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투과 광학소자의 테이퍼면에서는, 금속제 용해 방지막(밀착력 강화막을 겸함)과 금속제 용해 방지막 보호막이 성막되어 있지만, 금속제 용해 방지막(용해 방지막)만을 성막하여도 좋다. 또한, 밀착력 강화막과 금속제 용해 방지막을 나누어, 밀착력 강화막과 금속제 용해 방지막, 또는 밀착력 강화막과 금속제 용해 방지막과 금속제 용해 방지막 보호막을 성막하여도 좋다.
또한, 이 제 1 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 가장 웨이퍼(W)측에 가까운 투과 광학소자(4)가 형석에 의해 형성되어 있고, 그 테이퍼면에 밀착력 강화막, 금속제 용해 방지막(용해 방지막), 금속제 용해 방지막 보호막(용해 방지막 보호막)이 성막되어 있지만, 가장 웨이퍼(W)측에 가까운 투과 광학소자(4)를 석영유리에 의해 형성하고, 그 테이퍼면에 이들의 막을 성막하여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 웨이퍼의 표면과 투영 광학계의 웨이퍼측의 형석에 의해 형성된 광학소자의 사이를 액체에 의해 채우고 있지만, 웨이퍼의 표면과 투영 광학계의 웨이퍼측의 형석에 의해 형성된 광학소자의 사이의 일부에 액체를 개재시키도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 액체(7)로서 순수를 사용하였지만, 액체로서는 순수에 한하지 않고, 노광광에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영 광학계나 웨이퍼 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정된 것(예를 들면 시더유 등)을 사용할 수도 있다.
[실시형태2]
광학소자(4)의 선단부(4A), 즉, 액체(7)와 접촉하는 부분에, 단층막에 의해 구성되는 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 진공 증착법에 의해 성막하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
이 제 2 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 광학소자의 표면에 단층막에 의해 구성되는 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 광학소자의 용해를 방지할 수 있다. 또한, 다층막과 비교한 경우에 있어서 계면을 적게 할 수 있기 때문에, 용해 방지막으로서의 보호층의 계면으로부터 액체가 침입한 경우에 일어날 수 있는 화학반응에 의한 악영향을 최대한 억제할 수 있다. 또한, 다층막에 의해 구성되는 용해 방지막을 성막하는 경우와 비교하여, 간이하게 성막할 수 있다.
또한, 광학소자의 표면을 액체에 담근 경우에, 광학소자의 굴절률이 그 액체의 굴절률과 동일 또는 낮은 굴절률이 되도록 단층 용해 방지막을 성막함으로써, 다층에 의해 성막되어 있는 광학소자와 동일한 광학 성능을 얻을 수 있다.
[실시형태3]
투과 광학소자(4)를 도 6 및 아래와 같이 변경한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
(i) 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A), 즉 노광광이 투과하는 부분에, 단층막에 의해 구성되는 플루오르화마그네슘(MgF2)막(F1)이 진공 증착법에 의해 성막되어 있다.
(ii) 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분은 밀착력 강화막(F4)으로서 탄탈(Ta)의 막이 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다. 밀착력 강화막(F4)은 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)과 후술하는 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 밀착력을 향상시킨다.
(iii) 밀착력 강화막(F4)의 표면에는 액체(7)로의 용해를 방지하기 위한 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)으로서 금(Au)에 의해 구성되는 금속막이 스퍼터링법에 의해, 150nm의 두께로 성막되어 있다.
(iv) 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 표면에는 금속제 용해 방지막(용해 방지막)을 보호하기 위한 금속제 용해 방지막 보호막(F6; 용해 방지막 보호막)으로서 이산화규소(SiO2)막이 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다. 여기에서, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 성막되는 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 순수에 대한 용해도는 2ppt 이하이고, 충전밀도는 95% 이상이다.
이 제 3 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 투영 광학계(PL)의 웨이퍼(W)측의 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B)에 성막되어 있는 밀착력 강화막의 표면에 금속막이 성막되어 있기 때문에, 금속막을 투과 광학소자(4)에 밀착시킬 수 있다. 또한, 금속막의 표면에 이산화규소(SiO2)막이 성막되어 있기 때문에, 부드럽고 내찰상성이 낮은 금속막의 손상을 방지할 수 있고, 금속막을 보호할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 액체(7)의 투과 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 액체(7)에 의해 투과 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 투영 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
[실시형태4]
광학소자(4)의 선단부(4A) 및 측면부(4B; 테이퍼부), 즉, 액체(7)와 접촉하는 부분에 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 성막하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
이 제 4 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 광학소자의 기판측의 표면 및 광학소자의 측면에 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 광학소자의 용해를 방지할 수 있다. 또한, 광학소자의 기판측의 표면 및 광학소자의 측면에 동일한 재료를 사용한 용해 방지막을 성막하고 있기 때문에, 용해 방지막의 성막을 한번에 할 수 있고, 간이한 공정에 의해 용해 방지막의 성막을 할 수 있다.
[실시형태5]
투과 광학소자(4)를 아래와 같이, 변경한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
(i) 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A), 즉 노광광이 투과하는 부분에는 제 1 막으로서 이산화규소(SiO2)막이 건식 성막방법인 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다.
(ii) 제 1 막의 표면에는 제 2 막으로서 이산화규소(SiO2)막이 습식 성막방법인 스핀 코트에 의해 성막되어 있다.
(iii) 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분은 그 표면의 거칠기 및 표면적을 증대시키기 위해서 예를 들면 #2000의 지석(砥石)으로 갈려 있고, 지석으로 문질러서 표면처리를 실시한 테이퍼면(4B)에는 산화물 용해 방지막으로서 이산화규소(SiO2)막이 습식 성막방법인 스핀 코트에 의해 성막되어 있다.
이 제 5 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 가장 웨이퍼측에 가까운 투과 광학소자의 웨이퍼(W)측의 선단부에 제 1 막으로서 이산화규소(SiO2)막이 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다. 또한, 제 1 막의 표면에는 제 2 막으로서 이산화규소(SiO2)막이 스핀 코트에 의해 성막되어 있다. 따라서, 형석에 의해 형성되어 있는 투과 광학소자에 제 1 막을 밀착시킬 수 있고, 제 1 막을 투과 광학소자와 제 2 막을 밀착시키는 밀착력 강화층으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 제 2 막이 높은 균질성과 공공에 대한 매립성을 특징으로 하는 습식 성막방법에 의해 성막되어 있기 때문에, 제 1 막의 공공으로 제 2 막이 들어가 공공이 없어지기 때문에, 웨이퍼 표면과 투영 광학계의 사이에 개재시키고 있는 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 제 1 막과 제 2 막이 이산화규소(SiO2)막이기 때문에, 스퍼터링법에 의해 성막된 제 1 막과 스핀 코트에 의해 성막된 제 2 막의 결합력이 강화되어, 제 1 막과 제 2 막을 더욱 강고하게 밀착시킬 수 있다. 따라서, 제 1 막 및 제 2 막이 투과 광학소자로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
또한, 투영 광학계의 가장 웨이퍼측에 가까운 투과 광학소자의 테이퍼면은 그 표면의 거칠기 및 표면적을 증대시키기 위해서 예를 들면 #2000의 지석으로 갈려 있고, 그 테이퍼면에는 산화물 용해 방지막으로서 이산화규소(SiO2)막이 스핀 코트에 의해 성막되어 있다. 산화물 용해 방지막이 높은 균질성과 공공에 대한 매립성을 특징으로 하는 습식 성막방법에 의해 성막되어 있기 때문에, 액체의 투과 광학소자로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 액체에 의해 투과 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 투과 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
또, 이 제 5 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 투과 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부(4A), 즉 노광광이 투과하는 부분에 건식 성막방법에 의해 제 1 막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하고, 제 1 막의 표면에 습식 성막방법에 의해 제 2 막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하고 있지만, 투과 광학소자(4)의 웨이퍼측의 선단부(4A)에 습식 성막방법만에 의해 산화물 용해 방지막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하도록 하여도 좋다. 이 경우에는 투과 광학소자(4)와 산화물 용해 방지막의 밀착력을 향상시키기 위해서, 투과 광학소자(4)의 선단부(4A)에 투영 광학계(PL)의 광학 성능이 열화되지 않을 정도의 표면처리를 실시한다. 즉, 선단부(4A)의 표면을 예를 들면 #2000의 지석으로 문지르는 등을 하여 선단부(4A)의 거칠기 및 표면적을 증대시킨다.
또한, 이 제 5 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 있어서는 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(4B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분에 습식 성막방법만에 의해 산화물 용해 방지막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하고 있지만, 테이퍼면(4B)에 건식 성막방법에 의해 제 1 막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하고, 제 1 막의 표면에 습식 성막방법에 의해 제 2 막으로서 이산화규소(SiO2)막을 성막하여도 좋다.
[실시형태6]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
즉, 도 7은 본 발명의 실시형태6에 있어서 사용되는 광학소자의 구성을 도시하는 도면이다. 여기에서, 광학소자(4)는 광학기판(101)과 다층막(100)의 구성으로 이루어진다. 광학기판(101)에는 형석을 사용하였다. 또한, 다층막(100)은 광학기판(101)으로부터, 차례로 1층째(102)에 플루오르화란탄(이하, LaF3), 2층째(103)에 플루오르화마그네슘(이하, MgF2), 3층째(104)에 산화알루미늄(이하, Al2O3), 4층째(105)에 산화실리콘(이하, SiO2)을 성막한 4층 구조이다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
4층째(105; SiO2)나 3층째(104; Al2O3)의 물에 대한 용해도는 측정기의 하한치 1.0×10-7g/물100g을 나타낸다. 따라서, 4층째(105; SiO2)나 3층째(104; Al2O3)는 물에 대하여 녹지 않는 물질이고, 이들 물질에 의해서 작성한 막은 물에 대한 보호 기능을 갖는다.
여기에서는 성막방법은 진공 증착법으로 행한다. 또, 성막방법은 이 방법에 한정되지 않고, 치밀한 구조를 제작할 수 있는 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법이어도 좋다.
1층째(102; LaF3), 2층째(103; MgF2), 3층째(104; Al2O3), 4층째(105; SiO2)의 굴절률 및 λ를 설계 주파장으로 한 광학적 막 두께를 표 1에 나타낸다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | - |
| 4층째 | SiO2 | 1.55 | 0.12λ |
| 3층째 | Al2O3 | 1.85 | 0.54λ |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.66λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.60λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 | - |
표 1에 나타내는 바와 같이, 홀수번째의 층인 1층째(102) 및 3층째(104)의 굴절률은 인접하는 형석기판(101), 2층째(103) 및 4층째(105)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 표 1에 나타낸 순서로 다층막(100)을 광학기판(101)에 성막함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시형태6에 있어서 사용되는 광학소자의 파장 193nm에서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면이다. 여기에서, ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저를 사용하였다. 도 8로부터 분명한 바와 같이, 입사광(20)에 의한 S편광(Rs)과 P편광(Rp)의 평균 반사율(Ra)은 출사각 θ=40도에 있어서도 약 0.3% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=50도에 있어서도 약 0.5% 이하로 되어 있으며, 대단히 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
[실시형태7]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 9는 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 광학소자(4)는 광학기판(101)과 다층막(100)의 구성으로 이루어진다. 다층막(100)은 광학기판(101)상에, 차례로 1층째(102)에 플루오르화란탄(이하, LaF3), 2층째(103)에 플루오르화마그네슘(이하, MgF2), 3층째(104)에 산화알루미늄(이하, Al2O3)을 성막한 3층 구조로 이루어진다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
1층째(102; LaF3), 2층째(103; MgF2), 3층째(104; Al2O3)의 굴절률 및 λ를 설계 주파장으로 한 광학적 막 두께를 표 2에 나타낸다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | - |
| 3층째 | Al2O3 | 1.85 | 0.54λ |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.66λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.60λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 | - |
표 2에 나타내는 바와 같이, 1층째(102)의 LaF3의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103)의 MgF2의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 이러한 배치의 굴절률로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시형태7에 있어서 사용되는 광학소자의 파장 193nm에서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면이다. 여기서 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저를 사용하였다. 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 입사광(20)에 의한 S편광(Rs)과 P편광(Rp)의 평균 반사율(Ra)은 출사각 θ=40도에 있어서도 약 0.3% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=50도에 있어서도 약 0.8% 이하로 되어 있으며, 대단히 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다
[실시형태8]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 11은 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 광학소자(4)는 광학기판(101)과 다층막(100)의 구성으로 이루어진다. 다층막(100)은 광학기판(101)상에, 차례로 1층째(102)에 플루오르화란탄(이하, LaF3), 2층째(103)에 플루오르화마그네슘(이하, MgF2)을 성막한 2층 구조로 이루어진다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
1층째(102; LaF3), 2층째(103; MgF2)의 굴절률 및 λ를 설계 주파장으로 한 광학적 막 두께를 표 3에 나타낸다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | - |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.60λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.55λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 | - |
표 3에 나타내는 바와 같이, 1층째(102)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103)의 MgF2의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 표 1에 나타낸 순서로 다층막(100)을 광학기판(101)에 성막함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다.
도 12는 본 발명의 실시형태8에 있어서 사용되는 광학소자의 파장 193nm에서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면이다. 여기에서, ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저를 사용하였다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 입사광(20)에 의한 S편광(Rs)과 P편광(Rp)의 평균 반사율(Ra)은 출사각 θ=40도에 있어서 약 0.3% 이하로 되고 있고, 출사각 θ=50도에 있어서도 약 2% 이하로 되어 있고, 충분히 사용 가능하다.
2층째(103; MgF2)는 물에 대하여 어느 정도 용해도를 가지고 있기(문헌치: 2×10-4g/물100g) 때문에, 장기간 사용하는 것으로 용출되어 가지만, 본 발명의 실시형태8에서는 침액은 물(굴절률=1.44)이기 때문에, 2층째(103; MgF2)가 용출하여도 광학 성능의 변화가 비교적 작다고 하는 이점이 있다.
도 13은 2층째(103; MgF2)의 막 두께가 반감(0.3λ)되었을 때의 광학소자의 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각(θ)의 관계를 도시하는 도면이다. 도 13으로부터 분명한 바와 같이, 입사광(20)에 의한 S편광(Rs)과 P편광(Rp)의 평균 반사율(Ra)은 거의 변화하지 않았고, 충분히 사용 가능하다. 따라서, MgF2의 막 두께를 400nm 정도로 성막함으로써, 약 10년 사용 가능해진다.
또, 도 11에 있어서는 1층째(102; LaF3), 2층째(103; MgF2)의 2층의 다층막(100)을 사용하여 기재하였지만, 1층째(102; LaF3), 2층째(103; MgF2)를 교대로 적층시킨 4층 구조의 다층막을 하여도 좋다.
[실시형태9]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
도 14는 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 광학소자(4)는 형석기판(101)상에 다층막(100)이 적층된 구성이다. 이 다층막(100)은 2층 구성으로, 형석기판(101)으로부터, 1층째(102)로서 MgF2가, 2층째(103)로서 SiO2가 차례로 적층된 구성이다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
여기에서 1층째(102; MgF2), 2층째(103; SiO2)의 굴절률 및 각 층(102···)의 광학적 막 두께, 막 두께범위는, λ를 설계 주파장으로 하면, 아래와 같이 된다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | 막 두께 범위 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | ||
| 2층째 | SiO2 | 1.55 | 2.50λ | 1.50~4.00λ |
| 1층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.10λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 |
성막방법은 진공 증착법으로 행하였지만, 이것에 이 방법이 한정되지 않고, 치밀한 구조를 제작할 수 있는 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법이어도 좋다.
도 15는 이 실시형태9의 광학소자(4)의 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면이다. 도 15로부터 분명한 바와 같이, S편광과 P편광의 평균 반사율은 출사각 θ=40도에 있어서도 약 0.6% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=60도에 있어서도 약 1% 이하로 되어 있으며, 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
상기 표 4에 도시하는 바와 같이, 1층째(102; MgF2)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103; SiO2)의 굴절률보다도 저굴절률인 것을 알 수 있다. 이러한 굴절률의 배치로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다.
[실시형태10]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 16은 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 광학소자(4)는 형석기판(101)상에 다층막(100)이 적층된 구성이다. 이 다층막(100)은 1층째(102)가 MgF2, 2층째(103)가 SiO2이고, 또, 이 2층째(103)는 2분할되어 있고, 건식 성막법에 의해 성형된 분할 1층째(103a)와, 습식 성막법에 의해 성형된 분할 2층째(103b)가 차례로 적층되어 있다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
여기에서 1층째(102)의 MgF2, 분할 1층째(103a)의 건식 성막 SiO2, 분할 2층째(103b)의 습식 성막 SiO2의 굴절률 및 각 층(102···)의 광학적 막 두께, 막 두께범위는 λ를 설계 주파장으로 하면, 아래와 같이 된다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | 막 두께 범위 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | ||
| 2층째 (분할 2층째) |
습식 성막SiO2 | 1.55 | 0.40λ | 0.40(일정)λ |
| 2층째 (분할 1층째) |
건식성막 SiO2 | 1.55 | 2.10λ | 1.15~3.60λ |
| 1층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.10λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 |
여기에서, 1층째(102) 및 분할 1층째(103a)는 진공 증착법으로 행하였지만, 이 방법에 한정되지 않고, 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법 등의 다른 건식 성막법이어도 좋다.
이 건식 성막법은 기판 가열온도나 성막속도 등의 조건에 의해 박막의 구조가 변한다는 것이 알려져 있다. 치밀성이 불충분한 구조의 경우, 막 중에 물이 통과해 형석기판(101)까지 닿을 위험성이 높아진다. 형석은 물에 대하여 용해되기 때문에 물로의 침지에 의해 원하는 광학 성능이 손상될 위험성이 높아진다. 일반적으로 기판 가열온도가 낮은 진공 증착의 SiO2막은 물이나 수증기를 통과시킨다는 것을 알고 있다.
이 경우, 분할 2층째(103b)의 습식 성막 SiO2층을 형성함으로써, 건식 성막 SiO2의 공극(空隙)으로 습식 성막 SiO2가 들어가 공극이 없어지기 때문에, 기판(107)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 소정의 침액(108)의 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 광학소자(4)를 액침형의 투영 노광장치에 사용한 경우, 본 발명의 다층막(100)이 형석기판(101)으로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 투영 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
이 분할 2층째(103b)의 습식 성막 SiO2층은 일반적인 SiO2 용해액으로서의 스핀 코트를 하고 있다. SiO2 용해액에는 졸겔용 실리카액을 사용하여, 형석기판(101)을 회전수 1000 내지 2000회전/분으로 회전시켜 도포를 한다. 도포에 의한 막 두께는 SiO2 용해액의 농도, 스핀 코트에서의 형석 기판(101) 회전수, 온습도 등의 조건에 의존하기 때문에, 사전에 농도를 파라미터로서 막 두께에 대한 검량선(檢量線)을 작성하여 두면, 그 후에 원하는 막 두께를 얻을 수 있다.
여기에서는 분할 2층째(103b)의 습식 성막 SiO2층의 막 두께를 0.40λ(50nm)로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 단지, 예를 들면 1.2λ(150nm) 이상과 같은 막 두께를 도포하는 경우는 막 응력에 의한 균열의 발생에는 주의가 필요하다. 또한, 후처리로서 분할 2층째(103b)의 습식 성막 SiO2층 도포 후에 대기하에서 160℃/2시간의 어닐을 하였다. 이것은 SiO2 용해액의 주용매인 알콜을 증발시키는 것과, 습식 성막된 SiO2층 자체를 소결시키는 것이 목적이다.
도 17은 본 발명의 실시형태10의 광학소자(4)의 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면이다. 도 17로부터 분명한 바와 같이, S편광과 P편광의 평균 반사율은 출사각 θ=40도에 있어서도 약 0.6% 이하로 되어 있고, 출사각 O=60도에 있어서도 약 1% 이하로 되어 있으며, 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
또한, 상기 표5에 나타내는 바와 같이, 1층째(102; MgF2)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103; SiO2)의 굴절률보다도 낮은 것을 알 수 있다. 이러한 굴절률의 배치로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다. 또, 2층째(103; SiO2)는 건식 성막법에 의해 성형된 분할 1층째(103a)와, 습식 성막법에 의해 성형된 분할 2층째(103b)로 구성되어 있지만, 같은 재질이기 때문에, 광학적으로는 1층으로 간주된다.
[실시형태11]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 18은 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 광학소자(4)는 형석기판(101)상에 다층막(100)이 적층된 구성이다. 다층막(100)은 4층 구성으로, 형석기판(101)으로부터, 1층째(102)로서 LaF3, 2층째(103)로서 MgF2, 3층째(104)로서 LaF3, 4층째(105)로서 SiO2가 차례로 적층된 구성이다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
여기에서, 1층째(102)의 LaF3, 2층째(103)의 MgF2, 3층째(104)의 LaF3, 4층째(105)의 SiO2의 굴절률 및 각 층(102···)의 광학적 막 두께, 막 두께범위는 λ를 설계 주파장으로 하면, 아래와 같이 된다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | 막 두께 범위 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | ||
| 4층째 | SiO2 | 1.55 | 0.37λ | 0.15~1.50λ |
| 3층째 | LaF3 | 1.69 | 0.70λ | 0.40~0.90λ |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.15λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.11λ | 0.03~0.20λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 |
여기에서의 성막방법은 진공 증착법으로 행하였지만, 이것에 이 방법이 한정되지 않고, 치밀한 구조를 제작할 수 있는 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법이어도 좋다.
도 19는 본 발명의 실시형태11의 광학소자(4)의 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면이다. 도 19로부터 분명한 바와 같이, S편광과 P편광의 평균 반사율은 출사각 θ=50도에 있어서도 약 0.3% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=60도에 있어서도 약 0.5% 이하로 되어 있으며, 대단히 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
또한, 상기 표6에 나타내는 바와 같이, 1층째(102; LaF3)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103; MgF2)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 또한, 3층째(104; LaF3)의 굴절률은 인접하는 2층째(103; MgF2) 및 4층째(105; SiO2)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 이러한 굴절률의 배치로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다.
본 실시형태11에서는 4층째(105)의 SiO2를 진공 증착법으로 성막하였지만, 실시형태10에 기재된 분할 2층째(103b)와 같이, 습식 성막법으로 성막하는 것도 가능하다. 이 경우, 습식 성막 SiO2층을 형성함으로써, 건식 성막법에 의한 3층째(104; LaF3)의 공극으로 습식 성막 SiO2가 들어가 공극이 없어지기 때문에, 기판(107)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 소정의 침액(108)의 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 광학소자(4)를 액침형의 투영 노광장치에 사용한 경우, 본 발명의 다층막(100)이 형석기판(101)으로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 투영 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
[실시형태12]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
도 20은 본 발명의 광학소자(4)의 구성을 도시하는 도면이다. 이 광학소자(4)는 형석기판(101)상에 다층막(100)이 적층된 구성이다. 이 다층막(100)은 5층 구성으로, 형석기판(101)으로부터, 1층째(102)로서 LaF3가, 2층째(103)로서 MgF2가, 3층째(104)로서 LaF3가, 4층째(105)로서 MgF2가, 5층째(106)로서 SiO2가 차례로 적층된 구성이다. 침액(108)은 물이고, 기판(107)은 레지스트를 도포한 실리콘이다.
여기에서, 1층째(102)의 LaF3, 2층째(103)의 MgF2, 3층째(104)의 LaF3, 4층째(105)로서 MgF2, 5층째(106)의 SiO2의 굴절률 및 각 층(102···)의 광학적 막 두께, 막 두께범위는 λ를 설계 주파장으로 하면, 아래와 같이 된다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | 막 두께 범위 | |
| 침액 | 물 | 1.44 | ||
| 5층째 | SiO2 | 1.55 | 2.0λ | 0.05~0.35λ |
| 4층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.18λ |
| 3층째 | LaF3 | 1.69 | 0.70λ | 0.55~0.82λ |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.18λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.11λ | 0.03~0.20λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 |
여기에서는 성막방법은 진공 증착법으로 행하였지만, 이것에 이 방법이 한정되지 않고, 치밀한 구조를 제작할 수 있는 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법이어도 좋다.
도 21은 실시형태12의 광학소자의 ArF(파장 193nm) 엑시머 레이저에 있어서의, 반사율과 출사각의 관계를 도시하는 도면이다. 도 21로부터 분명한 바와 같이, S편광과 P편광의 평균 반사율은 출사각 θ=50도에 있어서도 약 0.3% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=60도에 있어서도 약 0.5% 이하로 되어 있으며, 대단히 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
또한, 상기 표7에 나타내는 바와 같이, 1층째(102; LaF3)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103; MgF2)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 또한, 3층째(104; LaF3)의 굴절률은 인접하는 2층째(103; MgF2) 및 4층째(105; MgF2)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 이러한 굴절률의 배치로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다.
본 실시형태12에서는 5층째(106)의 SiO2를 진공 증착법으로 성막하였지만, 실시형태10에 기재된 분할 2층째(103b)와 같이, 습식 성막법으로써 성막하는 것도 가능하다. 이 경우, 습식 성막 SiO2층을 형성함으로써, 건식 성막법에 의한 4층째(105; MgF2)의 공극으로 습식 성막 SiO2가 들어가 공극이 없어지기 때문에, 기판(107)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 소정의 침액(108)의 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 광학소자(4)를 액침형의 투영 노광장치에 사용한 경우, 본 발명의 다층막(100)이 형석기판(101)으로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 투영 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
[실시형태13]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
이 실시형태13은 실시형태12와 비교하면, 4층째(105)의 재질이 상위하다. 즉, 이 실시형태13에서는 4층째(105)로서 Al2O3가 성막되어 있다.
여기에서, 1층째(102)의 LaF3, 2층째(103)의 MgF2, 3층째(104)의 LaF3, 4층째(105)의 Al2O3, 5층째(106)의 SiO2의 굴절률 및 각 층(102···)의 광학적 막 두께, 막 두께범위는, λ를 설계 주파장으로 하면, 아래와 같이 된다.
| 물질명 | 굴절률 | 광학적 막 두께 | 막 두께 범위 | |
| 액침 | 물 | 1.44 | ||
| 5층째 | SiO2 | 1.55 | 0.37λ | 0.28~0.55λ |
| 4층째 | Al2O3 | 1.85 | 0.10λ | 0.03~0.18λ |
| 3층째 | LaF3 | 1.69 | 0.51λ | 0.38~0.65λ |
| 2층째 | MgF2 | 1.43 | 0.10λ | 0.03~0.20λ |
| 1층째 | LaF3 | 1.69 | 0.11λ | 0.03~0.25λ |
| 광학기판 | 형석 | 1.50 |
여기에서는 성막방법은 진공 증착법으로 행하였지만, 이것에 이 방법이 한정되지 않고, 치밀한 구조를 제작할 수 있는 각종 스퍼터법, 이온빔 어시스트법, 이온 플레이팅법이어도 좋다.
이 실시형태13도 실시형태12와 같이, S편광과 P편광의 평균 반사율은 출사각 θ=50도에 있어서도 약 0.3% 이하로 되어 있고, 출사각 θ=60도에 있어서도 약 0.5% 이하로 되어 있으며, 대단히 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
또한, 상기 표8에 도시하는 바와 같이, 1층째(102; LaF3)의 굴절률은 인접하는 광학기판(101) 및 2층째(103; MgF2)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 또한, 3층째(104; LaF3)의 굴절률은 인접하는 2층째(103; MgF2) 및 4층째(105; Al2O3)의 굴절률보다도 높은 것을 알 수 있다. 이러한 굴절률의 배치로 함으로써, 전체적으로 다층막(100)은 반사 방지 기능을 갖게 된다.
본 실시형태13에서는 5층째(106)의 SiO2를 진공 증착법으로 성막하였지만, 실시형태10에 기재된 분할 2층째(103b)와 같이, 습식 성막법으로 성막하는 것도 가능하다. 이 경우, 습식 성막 SiO2층을 형성함으로써, 건식 성막법에 의한 4층째(105; Al2O3)의 공극으로 습식 성막 SiO2가 들어가 공극이 없어지기 때문에, 기판(107)의 표면과 투영 광학계(PL)의 사이에 개재시킨 소정의 침액(108)의 광학소자(4)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PL)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 이 광학소자(4)를 액침형의 투영 노광장치에 사용한 경우, 본 발명의 다층막(100)이 형석기판(101)으로부터 박리되지 않고, 액체에 의해 광학소자(4)가 용해되지 않기 때문에, 투영 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또한, 광학소자(4)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
이상 설명한 제6 내지 제13의 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 상기 광학소자의 표면에 다층막이 성막되고, 상기 다층막은 상기 액체로부터 보호하는 보호 기능과, 상기 노광빔(입사광)이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지 기능을 구비하고 있기 때문에, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학소자를 제공할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기 다층막은 소정의 기간 상기 보호 기능을 구비하고 있기 때문에, 예를 들면 10년간 액침인 물로부터 보호할 수 있다. 따라서, 액침법을 이용하여 해상도가 높고 초점 심도가 깊은 고성능의 투영 노광장치를 가능하게 하는 광학소자를 제공하는 동시에, 소정의 기간, 액체에 의한 침식이 없는 안정된 광학소자를 제공할 수 있다.
[실시형태14]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 22는 본 발명의 실시형태14에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면이다. 광학부재(1)는 형석을 사용한 광학소자(101)상에 석영유리 박판(102)을 접합한 구성이다. 여기서 침액은 물(103)이고, 기판은 레지스트를 도포한 실리콘(104)이다. 접합방법은 노광파장이 ArF 레이저와 같은 자외광의 경우, 접합면끼리를 평탄면으로 하고, 옵티컬 콘택트를 행하고 있다. 옵티컬 콘택트는 서로 평탄한 면을 밀착시키면, 분자간 힘에 의해 마치 고체끼리가 접합되는 현상이다. 광학적으로는 고체와 고체의 계면밖에 존재하지 않는다.
옵티컬 콘택트의 양 계면의 면 정밀도가 나빠 원하는 밀착력을 얻을 수 없는 경우에는 계면간에 광학소자(101)의 표면을 침식하지 않을 정도의 순수를 얇게 발라 밀착력을 향상시켜도 좋다. 광학소자(101)와 석영유리 박판(102)의 굴절률은 각각 1.50 및 1.55이다.
도 23은 도 22의 옵티컬 콘택트(석영유리/형석) 계면의 각도 반사 특성을 도시하는 도면이다. 도 23으로부터 분명한 바와 같이, 입사광(20)에 의한 S편향(Rs)과 P편향(Rp)의 평균 반사율(Ra)은 출사각(θ)=60도에 있어서도, 0.3% 이하로 되어 있으며, 양호한 특성을 나타내고 있어 충분히 사용 가능하다.
광학기판으로서 광학소자(101) 자체를 석영유리로 하지 않는 이유는 석영유리 박판(102)은 레이저 조사에 의해 컴팩션(compaction)이 발생할 가능성이 있고, 바람직하지 못하기 때문이다. 또한, 석영유리 박판(102)으로 한 것은 가령 상기 컴팩션이 발생하여도 영향을 최소한으로 할 수 있기 때문이다.
이상 설명한 제 14 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 석영유리 박판(102)은 물에 대하여 용해도가 대단히 작기 때문에, 침식에 의한 성능열화가 없이 사용 가능하고, 이 소자를 액침법에 사용하는 것으로 광학열화가 없는 액침 광학계가 가능해진다.
[실시형태15]
이하에 설명하는 투과 광학소자(4)를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 동일하게 하여 투영 노광장치를 구성한다.
도 24는 본 발명의 실시형태15에 있어서 사용되는 광학부재의 구성을 도시하는 도면이다. 광학부재(1)는 형석으로 이루어지는 광학소자(101)상에 결정 플루오르화마그네슘(이하 MgF2) 박판(105)을 접합된 구성이다. 여기서 침액은 물(103)이고, 기판은 레지스트를 도포한 실리콘(104)이다. 광학소자(101)와 MgF2 박판(105)의 사이에는 굴절률차가 작은 액체(106; 보간용액)로 채우고 있다. 이 보간용액(106)은 각각의 기판에 대하여 굴절률차 0.2 이하이면, 잔존 반사도 작고 양호하게 사용할 수 있다.
MgF2는 물에 대하여, 어느 정도 용해도를 가지고 있기(문헌치: 2×10-4g/물100g) 때문에, 장기간 사용하는 것으로 용출되어 간다. 용출이 진행되면 투영 렌즈의 투과파면을 무너뜨릴 우려가 있다. 광학소자(101)에 적절한 막 두께가 아닌 플루오르화마그네슘(MgF2)이 직접 코팅된 경우, 용출에 의해 투과파면을 무너뜨릴 가능성이 있고, 그 때는 광학소자(101) 자체를 교환해야만 하기 때문에, 대규모적이 되기 쉽다. 특히 광학소자(101)가 렌즈형상을 하고 있는 경우는, 교환시에 투영 렌즈의 광축과의 조정이 필수가 되어, 용이하지 않다. 본 발명의 실시형태15의 경우, 박판만을 교환할 수 있기 때문에, 결상 성능에 대한 영향을 최소한으로 억제하여 교환하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시형태15에서는 결정 플루오르화마그네슘(MgF2) 박판으로 하였지만, 플루오르화마그네슘(MgF2)은 소결체이어도 상관없다. 또한, 플루오르화마그네슘(MgF2)으로 코팅된 형석 박판이나 대단히 얇은 PTFE(테프론(등록상표)) 박판을 사용하여도 상관없다. 이 경우의 코팅방법으로서는, 일반적인 진공 증착뿐만 아니라 이온 플레이팅법이나 각종 스퍼터법 등 특히 방법은 선택하지 않는다.
또, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 기재된 박판은 평행평판과 같은 형상이어도 좋다.
이상 설명한 제 15 실시형태에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 투영 광학계의 선단부가 액체에 의해서 침식되지 않는다. 따라서, 물 등으로 침식된 광학부재(1)를 교환하기 위해서, 투영 노광장치의 가동을 멈추지 않기 때문에, 최종제품을 효율 좋게 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학부재(1)는 투영 노광장치를 가동하고 있는 소정의 기간 침식되지 않기 때문에, 광학 특성이 안정되어 있고, 본 발명을 탑재한 투영 노광장치에 의해서, 생산되는 최종제품의 품질이 안정된다.
이상, 실시형태1 내지 15에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태1 내지 15에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 실시형태4 등에 있어서는 용해 방지막으로서, 투영 광학계의 기판측의 광학소자의 기판측의 표면 및 측면에 플루오르화마그네슘(MgF2)을 사용한 용해 방지막을 성막하고 있지만, 투영 광학계의 기판측의 광학소자의 기판측의 표면에 친수성의 산화규소(SiO2)를 사용한 용해 방지막을 성막하고, 투영 광학계의 기판측의 광학소자의 측면에 알킬케텐다이머에 의해 구성되는 발수성의 용해 방지막을 형성하도록 하여도 좋다.
여기에서 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막은 광학소자의 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막과 비교하여, 발수 성능이 우수한 용해 방지막이고, 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막은 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막과 비교하여, 친수 성능이 우수한 용해 방지막이다. 광학소자의 측면에 성막되어 있는 용해 방지막이 발수성의 용해 방지막이기 때문에, 광학소자의 측면에 부착된 액체를 기판측으로 용이하게 들어가게 할 수 있고, 광학소자의 기판측의 표면에 성막되어 있는 용해 방지막이 친수성의 용해 방지막이기 때문에, 광학소자의 기판측 표면과 기판의 사이를 항상 액체로 채울 수 있다.
또한, 상술한 실시형태5 등에 있어서는 스퍼터링법에 의해 이산화규소(SiO2)막에 의해 형성되는 제 1 막을 투과 광학소자에 성막하였지만, 이 대신에 진공 증착법 또는 CVD법의 건식 성막방법에 의해 성막하여도 좋다.
또, 상술한 실시형태5 등에 있어서는 제 1 막으로서 건식 성막방법에 의해 이산화규소(SiO2)막을 성막하고, 제 2 막으로서 습식 성막방법에 의해 이산화규소(SiO2)막을 성막하였지만, 제 1 막으로서 건식 성막방법에 의해 플루오르화마그네슘(MgF2)막을 성막하고, 제 2 막으로서 습식 성막방법에 의해 이산화규소(SiO2)막을 성막하여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 웨이퍼의 표면과 투영 광학계의 웨이퍼측의 형석에 의해 형성된 광학소자의 사이를 액체에 의해 채우고 있지만, 웨이퍼의 표면과 투영 광학계의 웨이퍼측의 형석에 의해 형성된 광학소자의 사이의 일부에 액체를 개재시키도록 하여도 좋다.
또, 상술한 실시형태에 있어서는 액체로서 순수를 사용하였지만, 액체로서는 순수에 한하지 않고, 노광광에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영 광학계나 웨이퍼 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정된 것(예를 들면 시더유 등)을 사용할 수도 있다. 노광광으로서 F2 레이저광을 사용하는 경우는 액체로서는 F2 레이저광이 투과 가능한 예를 들면 불소계오일이나 과불화폴리에테르(PFPE) 등의 불소계의 액체를 사용하면 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 본 발명에 관계되는 광학소자는 렌즈형상으로 하였지만, 이것에 한하지 않고, 종래의 형석 렌즈와 액체의 사이에 커버유리로서, 형석의 판상 기판에 성막하고, 본 발명에 관계되는 광학소자로 하는 것도 가능하다.
또, 상기 실시형태14 내지 15에 있어서는 접합 양(兩)계면에 순수를 얇게 바르는 것을 예로 들어 설명하였지만, 불소계용제인 PFC(퍼플루오로카본), HFE(하이드로플루오로에테르), PFPE(퍼플루오로폴리에테르)를 적용할 수도 있다.
또한, 실시형태에 있어서 사용하는 노즐의 수나 형상은 특히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 선단부(4A)의 장변에 관해서 2쌍의 노즐로 액체의 공급 또는 회수를 행하도록 하여도 좋다. 또, 이 경우에는 +X방향, 또는 -X방향의 어느 쪽의 방향으로부터나 액체의 공급 및 회수를 할 수 있도록 하기 때문에, 배출 노즐과 유입 노즐을 상하에 배열하여 배치하여도 좋다.
[실시형태16]
아래와 같이 하여, 막을 통해서 광학부재가 옵티컬 콘택트하고 있는 광학소자를 사용하도록 한 것 이외에는 제 1 실시형태와 마찬가지로 하여 투영 노광장치를 구성하였다.
이 실시형태16에 관계되는 스텝 앤드 리피트방식의 투영 노광장치는 도 1에 도시하는 바와 같이, 레티클(R; 마스크)을 조명하는 조명광학계(1)와, 레티클(R)을 지지하는 레티클 스테이지장치(RST)와, 웨이퍼(W; 기판)를 지지하는 웨이퍼 스테이지장치와, 웨이퍼 스테이지장치를 구동하여 웨이퍼(W)를 3차원적으로 이동시키는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)와, 레티클(R)에 형성된 패턴 이미지를 웨이퍼(W)상에 투영하는 투영 광학계(PL)와, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급하는 액체순환장치와, 투영 노광장치의 전체적인 동작을 통괄적으로 제어하는 주제어계(14)를 구비한다.
조명광학계(1)는 노광광원인 ArF 엑시머 레이저 광원을 포함하여, 옵티컬 인테그레이터(호모게나이저), 시야 조리개, 콘덴서 렌즈 등으로 구성된다. 광원으로부터 사출된 파장 193nm의 자외 펄스광으로 이루어지는 노광광(IL)은 조명광학계(1)를 사출하여, 레티클(R)에 형성된 패턴 이미지를 조명한다. 레티클(R)을 통과한 상광(像光)은 투영 광학계(PL)를 통해서, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)상의 노광영역에 투영된다. 또, 노광광(IL)으로서는 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm), F2 레이저광(파장 157nm)이나 수은램프의 i선(파장 365nm) 등을 사용하여도 좋다.
레티클 스테이지장치(RST)는 레티클(R)을 유지한 상태로 그 위치나 자세를 조절할 수 있도록 되어 있다. 즉, 레티클 스테이지장치에는 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 대하여 실질적으로 수직의 X방향 및 Y방향이나, 광축(AX) 주위의 회전방향으로 레티클(R)을 미동시키는 기구가 내장되어 있다. 레티클(R)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치는 레티클 레이저 간섭계(도시하지 않음)에 의해서 리얼타임으로 계측되고 있고, 레티클 스테이지 구동계(도시하지 않음)에 의해서 제어되어 있다.
웨이퍼 스테이지장치는 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 그 위치나 자세를 조절할 수 있도록 되어 있다. 구체적인 구조에 관해서 설명하면, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더를 통해서 Z스테이지(9)상에 고정되어 있고, 이 Z스테이지(9)는 웨이퍼(W)의 포커스 위치, 즉 광축(AX)에 대하여 실질적으로 평행한 Z방향의 위치 및 이것에 대한 경사각의 조절을 가능하게 한다. Z스테이지(9)는 XY 스테이지(10)상에 고정되어 있고, 이 XY 스테이지(10)는 베이스(11)상에 지지되어 있다. XY 스테이지(10)는 웨이퍼 홀더를 투영 광학계(PL)의 이미지면에 대하여 실질적으로 평행한 XY 평면을 따라 이동시킬 수 있고, 웨이퍼(W)상의 쇼트영역의 변경 등을 가능하게 한다. 또, Z스테이지(9)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치는 웨이퍼 홀더상에 설치한 이동경(12)과, 이동경(12)에 계측광을 공급하는 웨이퍼 레이저 간섭계(13)에 의하여 리얼타임으로 계측되고 있다.
웨이퍼 스테이지 구동계(15)는 주제어계(14)로부터의 제어신호에 따라서 동작하고 있고, 웨이퍼(W)를 그 자세를 원하는 상태로 유지하면서, 적당한 타이밍으로 목적의 위치로 이동시킬 수 있다.
투영 광학계(PL)는 석영 또는 형석을 가공함으로써 형성된 렌즈 등의 복수의 광학소자 또는 광학부품을 수납하는 경통(3)을 구비하고 있다. 이 투영 광학계(PL)는 양측 텔레센트릭 또는 웨이퍼(W)측에 편측 텔레센트릭한 결상 광학계이고, 레티클(R)의 패턴 이미지가, 투영 광학계(PL)를 통해서, 웨이퍼(W)상의 쇼트영역에, 예를 들면 1/4, 1/5 등의 소정 투영배율(β)로 축소 투영된다.
또, 이 투영 광학계(PL)는 웨이퍼(W)와의 사이에 소정의 액체(7)를 채운 상태로 사용되는 액침 광학계로 되어 있다. 요컨대, 이 투영 노광장치에 있어서는 노광파장을 실질적으로 짧게 하고, 또한, 해상도를 향상시키기 위해서 액침법이 적용되어 있다. 이러한 액침형의 투영 노광장치에 있어서는 적어도 레티클(R)의 패턴 이미지를 웨이퍼(W)상에 전사하고 있는 동안은 웨이퍼(W)의 표면과 투영 광학계(PL)의 웨이퍼(W)측에 노출되는 광학소자(4)의 선단면과의 사이에 액체(7)가 채워져 있다. 액체(7)로서는 반도체 제조공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있는 순수가 사용되고 있다. 순수는 불순물의 함유량이 극히 낮기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면을 세정하는 작용을 기대할 수 있다. 또, 노광 중에 있어서, 투영 광학계(PL) 중 광학소자(4)의 웨이퍼(W)측의 선단부만이 액체(7)와 접촉하도록 구성되어 있기 때문에, 금속으로 이루어지는 경통(3)의 부식 등이 방지된다.
도 25는 이 실시형태에서 사용한 투영 광학계(PL)의 웨이퍼(W)측으로 돌기해 있는 광학소자(4)의 구조를 개념적으로 설명하는 측단면도이다.
도 25로부터도 분명한 바와 같이, 광학소자(4)는 형석으로 형성된 광학소자인 기판재(201)와, 합성석영으로 형성된 기판재로 이루어지는 광학부재(202)를, 서로 옵티컬 컨택트(광학 접착)시킴으로써 형성한 것이다. 이 투영 광학계(PL)에서는 광학소자(4) 중 선단측의 광학부재(202)만이 순수 등인 액체(7)와 접촉하고, 안측의 기판재(201)는 액체(7)와 직접 접촉하지 않도록 되어 있다. 이와 같이, 광학부재(202)에 의해서 투영 광학계(PL)의 선단을 커버하고 있는 이유는 형석으로 이루어지는 광학소자(4)가 순수 등인 액체(7)에 대하여 약간이기는 하지만 가용성을 갖는다는 것을 고려한 것으로, 높은 내수성을 갖는 합성석영으로 이루어지는 광학부재(202)에 의해서 광학소자(4)를 보호하는 것으로 한 것이다.
옵티컬 콘택트를 이용하여 광학부재(202)를 광학소자(4)상에 유지, 고착시키는 경우, 광학부재(202)가 광학소자(4)에 대하여 위치가 어긋나거나 탈락하지 않도록, 광학소자(4)와 광학부재(202)의 사이의 접합 강도를 높일 필요가 있다. 이 때문에, 광학소자(4)의 기판재(201)의 옵티컬 콘택트에 공급되는 측의 표면에는 산화물로 이루어지는 얇은 피복막(203)이 형성되어 있다. 한편, 광학부재(202)의 옵티컬 콘택트에 공급되는 측의 표면에는 특히 피복막을 형성하지 않고 있다. 이와 같이, 광학소자(4)의 기판재(201)와 광학부재(202)의 사이에 피복막(203)을 개재시킴으로써, 광학소자(4)와 광학부재(202)의 사이의 접합 강도가 높아진다.
이하, 광학소자(4)와 광학부재(202)의 사이의 접합 강도가 높아지는 이유에 관해서 간단히 설명한다. 옵티컬 콘택트의 접합 강도에 영향을 주는 인자로서, 일본 공개특허공보 제(평)9-221342호에 개시되어 있는 바와 같이, 접합면의 면 거칠기가 알려져 있다. 그렇지만, 옵티컬 콘택트에 있어서, 면 거칠기 외에 화학적 인자가 영향을 미치는 것이 최근 알려져 있고, 본 발명자는 이러한 화학적 인자를 제어함으로써, 투영 광학계(PL) 선단의 광학소자(4)를 구성하는 기판재(201) 및 광학부재(202)간의 접합 강도를 높일 수 있다는 것을 발견하였다.
종래 행하여지고 있는 산화물 광학재료 상호간의 옵티컬 콘택트에서는 접합에 제공되는 표면의 쌍방에 수산기(-OH)가 고밀도로 존재하기 때문에, 이들을 밀착시키는 것으로 수소결합 또는 탈수축합에 의한 공유결합이 생겨, 강고한 접합을 얻을 수 있는 것으로 생각된다. 한편, 본 실시형태의 광학소자(4)에 있어서, 광학소자(4)의 기판재(201)를 구성하는 플루오르화물(구체적으로는 CaF2)의 표면은 산화물 표면과 비교하여 수산기 밀도가 낮기 때문에, 그대로 광학부재(202)와 밀착시켜도 강고한 접합을 얻을 수 없다고 생각된다. 그래서, 기판재(201)의 플루오르화물 표면을 산화물로 이루어지는 피복막(203)에 의해서 피복하는 것으로, 접합면에 충분한 양의 수산기를 도입하는 것으로 하였다. 이것에 의해, 기판재(201) 및 광학부재(202) 상호간에서, 강고한 옵티컬 콘택트를 달성할 수 있었다. 구체적으로는 진공 증착을 이용하여, 기판재(201)상에 이산화규소(SiO2)로 이루어지는 얇은 피복막(203)을 균일하게 퇴적하고 있다.
또한, 형석으로 이루어지는 기판재(201)상에 이산화규소로 이루어지는 피복막(203)을 진공 증착하고 있기 때문에, 피복막(203)에 균열 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 형석의 열팽창 계수와 이산화규소의 열팽창 계수의 사이에는 큰 차가 없기 때문에, 가열한 상태의 기판재(201)상에 피복막(203)을 성막한 후에 기판재(201) 등을 상온까지 냉각하여도, 피복막(203)에 균열이 발생하거나, 응력 왜곡이 잔존하거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또, 석영상에 플루오르화물막을 성막한 경우에는 열팽창 계수의 차가 1자리수 정도 있는 것에 기인하여 막에 균열이 발생하기 쉬워진다.
도 26 내지 도 29는 도 25에 도시하는 광학소자(4)의 제조공정을 간단히 설명하는 도면이다. 도 26에 도시하는 바와 같이, 우선 형석(CaF2)을 가공하여 소정의 광학면(OS1)을 갖는 광학소자인 기판재(201)를 준비한다. 다음에, 도 27에 도시하는 바와 같이, 기판재(201)를 가열하면서 광학면(OS1)상에 SiO2층을 퇴적하여 피복막(203)으로 한다. 이것에 의해, 피복막(203)을 형성한 기판재(201)를 준비할 수 있다. 이 때, 진공 증착을 이용함으로써, 기판재(201)에 대하여 밀착성이 좋고, 고밀도의 피복막(203)을 형성할 수 있다. 다음에, 도 28에 도시하는 바와 같이, 합성 석영(SiO2)을 가공하여 소정의 광학면(OS2)을 갖는 광학부재(202)를 준비한다. 마지막으로, 도 29에 도시하는 바와 같이, 기판재(201) 및 광학부재(202)를 붙여, 기판재(201)의 피복막(203)의 표면(OS3)과, 광학부재(202)의 광학면(OS2)의 사이에 옵티컬 콘택트를 형성하여, 광학소자(4)를 완성한다.
구체적인 제작예에서는 광학소자(4)의 기판재(201)를 구성하는 형석(CaF2)의 사출측의 광학면(OS1)을 평탄면으로 가공하였다. 또한, 진공 증착에 의한 성막시에 있어서의 기판재(201)를 가열하여, 형성하는 피복막(203)의 막 두께를 10nm 정도로 하였다. 한편, 광학부재(202)에 관해서는 합성석영의 기판을 가공하여 1mm 두께의 평행평판으로 하였다. 그 후, 접착제를 이용하지 않고, 광학소자(4)의 기판재(201)의 옵티컬 콘택트면과 광학부재(202)의 옵티컬 콘택트면을 붙여 접합한다. 이렇게 하여 형성한 광학소자(4)의 옵티컬 콘택트의 강도를 확인하기 위해, 이하의 실험을 한다.
즉, 광학소자(4)의 투과율 평가를 위해서, 자외 측정용 분광 광도계로, 파장 193.4nm에서의 투과율(%)을 측정하였다. 또, 광학소자(4)의 강도 평가를 위해서, 정밀 만능 재료 시험기에 의한 인장 가중시험을 하였다. 또, 인장 가중시험에 있어서는 광학소자(4)의 기판재(201)로부터 광학부재(202)를 벗기는 방향, 즉 옵티컬 콘택트면에 대하여 수직의 방향으로 이격시키는 인장 가중을 부여하여, 광학부재(202)가 박리된 가중치를 박리 가중(Kgf/㎠)으로 하였다. 비교를 위해서, 피복막(203)을 갖지 않는 기판재(201)를 준비하고, 이 기판재(201)와 광학부재(202)를 직접 옵티컬 콘택트한 비교시료도 준비하였다. 결과는 이하의 표 9에 도시하는 바이다.
| 투과율(%) | 박리가중(Kgf/㎠) | |
| 실시예(SiO2층 있음) | 91.5 | 31.8 |
| 비교예(SiO2층 없음) | 91.5 | 10.3 |
이상의 표 9로부터 분명한 바와 같이, 이 실시형태의 광학소자(4(실시예: SiO2층 있음))에서는 옵티컬 컴팩트에 관해서 비교시료(비교예: Si02층 없음)의 광학소자보다도 수배 이상의 내(耐)박리 강도를 얻을 수 있고, 노광광파장에 관한 광량 로스도 동등하여 손색없는 것을 알 수 있다.
도 1로 되돌아가 액체순환장치는 액체공급장치(5)와 액체회수장치(6)를 구비한다. 이 중, 액체공급장치(5)는 액체(7)용 탱크, 가압 펌프, 온도 제어장치 등으로 이루어지고, 공급관(21) 및 배출 노즐(21a)을 통해서 웨이퍼(W)와 광학소자(4)의 선단부의 사이에 온도 제어된 상태의 액체(7)를 공급한다. 또한, 액체회수장치(6)는 액체(7)용 탱크, 흡인 펌프 등으로 이루어지고, 회수관(23) 및 유입 노즐(23a, 23b)을 통해서 웨이퍼(W)와 광학소자(4)의 선단부의 사이의 액체(7)를 회수한다. 이러한 액체순환장치에 의해서 순환하는 액체(7)의 온도는 예를 들면 본 실시형태의 투영 노광장치가 수납되어 있는 챔버 내의 온도와 같은 정도로 설정되어 있다. 또, 파장이 200nm 정도인 노광광에 대한 순수의 굴절률(n)은 약 1.44이고, 파장 193nm인 ArF 엑시머 레이저광은 웨이퍼(W)상에 있어 1/n, 즉 외관상 134nm으로 단파장화되기 때문에, 높은 해상도를 얻을 수 있다.
도 3은 도 1의 배출 노즐(21a)과 유입 노즐(23a, 23b) 중 X방향에 관한 것의 배치관계를 도시하는 평면도이고, 도 4는 도 1의 배출 노즐(21a)과 유입 노즐(23a, 23b) 중 Y방향에 관한 것의 배치관계를 도시하는 평면도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 투영 광학계의 제 1 렌즈인 광학소자(4)의 선단부(4A)를 사이에 두도록, +X방향측에 가는 선단부를 갖는 제 1 배출 노즐(21a)이 배치되어 있고, -X방향측에 가는 선단부를 갖는 제 2 배출 노즐(22a)이 배치되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 배출 노즐(21a, 22a)은 각각 제 1 및 제 2 공급관(21, 22)을 통해서 액체공급장치(5)에 접속되어 있다. 또한, 광학소자(4)의 선단부(4A)를 사이에 두도록, +X방향측에 선단부에서 넓어진 한 쌍의 제 1 유입 노즐(23a)이 배치되어 있고, -X방향측에 선단부에서 넓어진 한 쌍의 제 2 유입 노즐(24a)이 배치되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 유입 노즐(23a, 24a)은 각각 제 1 및 제 2 회수관(23, 24)을 통해서 액체회수장치(6)에 접속되어 있다.
실선으로 도시하는 화살표(25A)의 방향(-X방향)으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시킬 때는 제 1 공급관(21) 및 제 1 배출 노즐(21a)을 통해서 광학소자(4)의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 이것과 동기하여, 제 2 회수관(24) 및 제 2 유입 노즐(24a)을 통해서 광학소자(4)의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 한편, 점선으로 도시하는 화살표의 방향(26A)의 (+X방향)으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시킬 때는 제 2 공급관(22) 및 제 2 배출 노즐(22a)을 통해서 광학소자(4)의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 이것과 동기하여, 제 1 회수관(23) 및 제 1 유입 노즐(23a)을 통해서 광학소자(4)의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 광학소자(4)의 선단부(4A)를 사이에 두도록, +Y방향측에 가는 선단부를 갖는 제 3 배출 노즐(27a)이 배치되어 있고, -Y방향측에 가는 선단부를 갖는 제 4 배출 노즐(28a)이 배치되어 있다. 이들 제 3 및 제 4 배출 노즐(27a, 28a)은 각각 제 3 및 제 4 공급관(27, 28)을 통해서 액체공급장치(5)에 접속되어 있다. 또한, 광학소자(4)의 선단부(4A)를 사이에 두도록, +Y방향측에 선단부에서 넓어진 한 쌍의 제 3 유입 노즐(29a)이 배치되어 있고, -Y방향측에 선단부에서 넓어진 한 쌍의 제 4 유입 노즐(30a)이 배치되어 있다. 이들 제 3 및 제 4 유입 노즐(29a, 30a)은 각각 제 3 및 제 4 회수관(29, 30)을 통해서 액체회수장치(6)에 접속되어 있다.
±Y방향으로 웨이퍼(W)를 스텝 이동시키는 경우도, ±X방향의 스텝 이동과 같고, 제 3 및 제 4 공급관(27, 28)을 바꾸어 제 3 및 제 4 배출 노즐(27a, 28a) 중 대응하는 한쪽에 의해 액체(7)를 토출시키고, 제 3 및 제 4 회수관(29, 30)을 바꾸어 제 3 및 제 4 유입 노즐(29a, 30a) 중 대응하는 한 쌍에 의해 액체(7)를 흡인시킨다.
또, 이상과 같이, X방향 또는 Y방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행하는 노즐(23a 내지 30a)뿐만 아니라, 예를 들면 경사의 방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행하기 위한 노즐을 설치하여도 좋다.
도 1로 되돌아가 주제어계(14)는 레티클 스테이지장치(RST)에 내장되어 있는 구동기구에 제어신호를 송신하여, 레티클 스테이지를 미동시킴으로써 레티클(R)의 위치나 자세를 조정한다. 이 때, 도시하지 않은 레티클 레이저 간섭계에 의해, 레티클(R)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치의 계측이 행하여진다.
또한, 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)를 통해서 Z스테이지(9)를 구동시킴으로써, 웨이퍼(W)의 포커스 위치 및 경사각을 조정한다. 또, 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)를 통해서 XY 스테이지(10)를 구동시킴으로써, 웨이퍼(W)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치를 조정한다. 이 때, 레이저 간섭계(13)에 의해, 레티클(R)의 X방향, Y방향 및 회전방향의 위치의 계측이 행하여진다.
노광시에는 주제어계(14)는 웨이퍼 스테이지 구동계(15)에 제어신호를 송신하고, 웨이퍼 스테이지 구동계(15)를 통해서 XY 스테이지(10)를 구동시킴으로써, 웨이퍼(W)상의 각 쇼트영역을 순차 노광위치로 스텝 이동시킨다. 즉, 스텝 앤드 리피트 방식에 의해 레티클(R)의 패턴 이미지를 웨이퍼(W)상에 노광하는 동작이 반복된다.
주제어계(14)는 노광 중 또는 노광 전후에 있어서, 액체공급장치(5)나 액체회수장치(6)로 이루어지는 액체순환장치를 적절하게 동작시키고, 웨이퍼(W)의 이동 중에 있어서의 투영 광학계(PL) 하단과 웨이퍼(W)의 사이에 충전되는 액체(7)에 관하여 공급량 및 회수량을 제어한다. 도 5를 참조하여, 웨이퍼(W)의 이동이 예를 들면 화살표(25A)에 따른 -X방향인 경우에 있어서, 제 1 배출 노즐(21a)로부터 공급된 액체(7)는 화살표(25A)의 방향(-X방향)으로 흘러, 제 2 유입 노즐(23a, 23b)에 의해 회수된다. 여기서 웨이퍼(W)가 이동 중에 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 충전되는 액체(7)의 양을 일정하게 유지하기 위해서, 액체(7)의 공급량(Vi(㎥/s))과 회수량(Vo(㎥/s))을 동일하게 한다. 또한, 액체(7)의 과잉의 순환이나 불충분한 순환을 회피하기 때문에, XY 스테이지(10), 즉 웨이퍼(W)의 이동속도(v)에 기초하여, 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)의 총량을 조정한다. 예를 들면, 이하의 식 (1)에 기초하여, 액체 LQ의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)을 산출할 수 있다.
Vi=Vo=D·v·d···(1)
여기에서, D는 광학소자(4)의 선단부(4A)의 직경(m), v는 XY 스테이지(10)에 의한 웨이퍼(W)의 이동속도(m/s), d는 투영 광학계(PL)의 작동거리(m; working distance)이다. 주제어계(14)는 XY 스테이지(10)의 스텝 이동을 제어하고 있고, XY 스테이지(10)의 스텝 이동에 대응하는 식 (1)에 기초하여 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)을 산출함으로써, 액체(7)를 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 상시 안정된 상태로 채울 수 있다. 이와 같이, 액체(7)의 공급량(Vi) 및 회수량(Vo)을 제어함으로써, 액체(7)가 광학소자(4)로부터 불필요하게 밀려나오거나, 광학소자(4) 선단의 광학부재(202)까지도 액체(7)에 침수되거나 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 광학소자(4)의 침식이나 광학부재(202)와의 사이의 옵티컬 콘택트의 손상을 방지할 수 있고, 광학소자(4)의 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있다. 요컨대, 광학소자(4)의 교환빈도를 저감하여, 웨이퍼(W)의 노광처리의 스루풋을 높게 유지할 수 있고, 나아가서는 최종제품을 안정된 품질로 효율 좋게 생산할 수 있다.
이상은, 웨이퍼(W)를 ±X방향으로 이동시키는 경우에 관한 것이었지만, 웨이퍼(W)를 ±Y방향으로 이동시키는 경우도 같은 제어에 의해서, 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 유지되는 액체(7)의 양을 안정되게 유지할 수 있다.
또, 투영 광학계(PL)의 작동거리(d)는 광학소자(4)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 안정되게 존재시키기 위해서 가능한 한 좁은 것이 바람직하다. 예를 들면, 투영 광학계(PL)의 작동거리(d)는 2mm 정도로 설정된다.
이상 설명으로부터 분명한 바와 같이, 이 실시형태의 투영 노광장치에 의하면, 우수한 옵티컬 콘택트에 의해서 광학소자(4)와 광학부재(202)를 강고하게 접합함으로써 얻어지는 동시에 높은 투과율을 갖는 광학소자(4)를 내장한 투영 광학계(PL)를 사용하고 있기 때문에, 높은 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 액침형의 노광처리가 가능하게 된다.
이상, 실시형태16에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태16에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 광학소자(4)의 기판재(201)의 재료로서는 사용 파장에도 의하지만, 형석 대신에 플루오르화바륨(BaF2), 플루오르화마그네슘(MgF2) 등을 사용할 수 있다.
또한, 광학소자(4)의 기판재(201)의 재료로서는 사용 파장에도 의하지만, 이산화규소(SiO2) 대신에 산화알루미늄(Al2O3) 등을 사용할 수 있다. 또, 피복막은 단일한 조성의 막에 한하지 않고, 복수 종류의 2이상의 막을 적층한 것으로 할 수 있지만, 이 경우도, 최상층은 이산화규소 등의 산화막으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 광학부재(202)의 재료로서는 사용 파장에도 의하지만, 석영 대신에 사파이어 등을 사용할 수 있다. 또, 플루오르화물 유리 등의 표면에 이산화규소(SiO2) 등의 박막을 퇴적한 것을 광학부재(202)로 할 수도 있다.
또한, 광학소자(4)의 기판재(201)나 광학부재(202)의 형상은 상기 실시형태의 것에 한하지 않는다. 예를 들면, 광학소자(4)나 광학부재(202)의 옵티컬 컴팩트에 제공하는 면은 평면에 한하지 않고, 여러 가지의 곡률을 갖는 곡면으로 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 진공 증착법에 의해 기판재(201)상에 이산화규소(SiO2)를 성막하였지만, 이것 대신에 이온빔 어시스트 증착법, 가스 클러스터 이온빔 어시스트 증착법, 이온 플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법, 마그네트론 스퍼터링법, 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, RF 스퍼터링법, 열 CVD법, 플라즈마 CVD법, 광 CVD법 등 중 어느 하나의 성막방법을 이용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 광학소자(4)의 선단부(4A)와 웨이퍼(W)의 표면의 간극의 전체를 액체(7)에 의해 채우고 있지만, 이러한 간극의 일부에 액체(7)를 개재시키도록 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 액체(7)로서 순수를 사용하였지만, 순수에 한하지 않고, 노광광에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영 광학계나 웨이퍼 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정된 각종 액체(예를 들면 시더유 등)를 사용할 수 있다. 또, 노광광으로서 F2 레이저광을 사용하는 경우, 액체(7)로서, F2 레이저광이 투과 가능한 예를 들면 불소계오일이나 과플루오르화폴리에테르(PFPE) 등의 불소계의 액체를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노즐 등의 배치나 개수는 예시이고, 웨이퍼(W)의 사이즈나 이동속도 등에 따라서 노즐의 배치나 개수를 적절하게 변경할 수 있다.
[실시형태17]
다음에, 도면을 참조하여, 실시형태17에 관계되는 투영 노광장치에 관해서 설명한다. 도 30은 실시형태17에 관계되는 스텝 앤드 스캔방식의 투영 노광장치의 투영 광학계(PLA)의 하부, 액체공급장치(5) 및 액체회수장치(6) 등을 도시하는 정면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는 도 30 중에 도시하는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치관계에 관해서 설명한다. XYZ 직교 좌표계는 X축 및 Y축이 웨이퍼(W)에 대하여 평행해지도록 설정되고, Z축이 웨이퍼(W)에 대하여 직교하는 방향으로 설정되어 있다. 도면 중의 XYZ 좌표계는 실제로는 XY 평면이 수평면과 평행한 면에 설정되고, Z축이 연직 상방향에 설정된다. 또, 도 30에 있어서는 이 실시형태에 관계되는 투영 노광장치와 동일한 구성에는 실시형태1에서 사용한 것과 동일한 부호를 붙이고 설명을 한다.
이 투영 노광장치에 있어서는 투영 광학계(PLA)의 경통(3A)의 최하단의 투과 광학소자(32)는 웨이퍼(W)측의 선단부(32A)가 주사 노광에 필요한 부분만을 남기고 Y방향(비주사방향)으로 가늘고 긴 직사각형으로 깎여 있다. 주사 노광시에는 웨이퍼(W)측의 선단부(32A)의 바로 아래의 직사각형의 노광영역에 레티클(도시하지 않음)의 일부의 패턴 이미지가 투영되고, 투영 광학계(PLA)에 대하여, 레티클(도시하지 않음)이 -X방향(또는 +X방향)으로 속도(V)로 이동하는 데 동기하여, XY 스테이지(10)를 통해서 웨이퍼(W)가 +X방향(또는 -X방향)으로 속도 β·V(β는 투영배율)로 이동한다. 그리고, 1개의 쇼트영역으로의 노광 종료 후에, 웨이퍼(W)의 스테핑에 의해서 다음의 쇼트영역이 주사 개시위치로 이동하고, 이하 스텝 앤드 스캔방식으로 각 쇼트영역으로의 노광이 순차 행하여진다.
이 실시형태에 있어서는 실시형태1에 있어서 사용한 투과 광학소자(4; 도 2 참조)와 같은 것을 투과 광학소자(32)로서 사용한다. 즉, 투과 광학소자(32)의 기재는 형석이고, 그 형석의 성막면의 결정방위는 (111)면이다. 또한, 투과 광학소자(32)의 웨이퍼(W)측의 선단부(32A), 즉 노광광이 투과하는 부분에는 용해 방지막으로서, 플루오르화마그네슘(MgF2)막(F1) 및 이산화규소(SiO2)막(F2)이 진공 증착법에 의해 성막되고, 또 이산화규소(SiO2)막(F3)이 습식 제막법에 의해 성막되어 있다.
또한, 투과 광학소자(32)의 테이퍼면(32B), 즉 노광광이 투과하지 않는 부분은 금속제 용해 방지막(밀착력 강화막을 겸함)으로서 탄탈(Ta)막(F5(F4))이 스퍼터링법에 의해 성막되어 있다. 또한, 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 표면에는 금속제 용해 방지막을 보호하기 위한 금속제 용해 방지막 보호막(용해 방지막 보호막)으로서 이산화규소(SiO2)막(F6)이 이산화규소(SiO2)막(F3)과 동시에 습식 제막법에 의해 성막되어 있다. 여기에서, 투과 광학소자(4)의 테이퍼면(32B)에 성막되는 금속제 용해 방지막(F5; 용해 방지막)의 순수에 대한 용해도는 2ppt 이하이고, 충전밀도는 95% 이상이다. 또한, 투과 광학소자(32)의 선단부(32A)에 성막된 용해 방지막(F1 내지 F3)에 의한, 노광빔의 출사각도가 50도일 때에 있어서의 평균 반사율은 2% 이하이다.
이 실시형태17에 있어서도 실시형태1과 같이, 액침법이 적용되기 때문에, 주사 노광 중에 투과 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 표면의 사이에 액체(7)가 채워진다. 액체(7)로서는 순수가 사용되고 있다. 액체(7)의 공급 및 회수는 각각 액체공급장치(5) 및 액체회수장치(6)에 의해서 행하여진다.
도 31은 투영 광학계(PLA)의 투과 광학소자(32)의 표면(웨이퍼(W)측의 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B))과 액체(7)를 X방향에 공급 및 회수하기 위한 배출 노즐 및 유입 노즐과의 위치관계를 도시하는 도면이다. 액체공급장치(5)에는 도 31에 도시하는 바와 같이, 공급관(21)을 통해서 Y방향에 가늘고 긴 직사각형상인 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)의 +X방향측에 3개의 배출 노즐(21a 내지 21c)이, 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)의 -X방향측에 3개의 배출 노즐(22a 내지 22c)이 접속되어 있다. 또한, 액체 회수장치(6)에는 도 31에 도시하는 바와 같이, 회수관(23)을 통해서 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)의 -X방향측에 2개의 유입 노즐(23a, 23b)이, 회수관(24)을 통해서 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)의 +X방향측에 2개의 유입 노즐(24a, 24b)이 접속되어 있다.
실선의 화살표로 도시하는 주사방향(-X방향)으로 웨이퍼(W)를 이동시켜 주사 노광을 하는 경우에는, 액체공급장치(5)는 공급관(21) 및 배출 노즐(21a 내지 21c)을 통해서 투과 광학소자(32)의 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)과 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(23) 및 유입 노즐(23a, 23b)을 통해서, 액체공급장치(5)에 의해 선단부(32A) 및 테이퍼면(32B)과 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 웨이퍼(W)상을 -X방향으로 흐르고 있고, 투과 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이는 액체(7)에 의해 채워진다.
또한, 2점쇄선의 화살표로 도시하는 방향(+X방향)으로 웨이퍼(W)를 이동시켜 주사 노광을 하는 경우에는, 액체공급장치(5)는 공급관(22) 및 배출 노즐(22a 내지 22c)을 통해서 광학소자(32)의 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(24) 및 유입 노즐(24a, 24b)을 통해서, 액체공급장치(5)에 의해 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 공급된 액체(7)를 회수한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)는 웨이퍼(W)상을 +X방향으로 흐르고 있고, 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이는 액체(7)에 의해 채워진다.
또한, 액체(7)의 공급량(Vi(㎥/s)) 및 회수량(Vo(㎥/s))은 이하의 수식 2에 의해 산출된다.
(수식 2) Vi=Vo=DSY·v·d
여기에서, DSY는 광학소자(32)의 선단부(32A)의 X방향의 길이(m)이다. DSY는 미리 입력되어 있기 때문에, 수식 2에 기초하여 액체(7)의 공급량(Vi(㎥/s)) 및 회수량(Vo(㎥/s))을 산출하여, 조정함으로써, 주사 노광 중에 있어서도 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)는 안정되게 채워진다.
또한, 웨이퍼(W)를 Y방향으로 스텝 이동시킬 때는 실시형태1과 동일 방법에 의해 Y방향으로부터 액체(7)의 공급 및 회수를 행한다.
도 32는 투영 광학계(PLA)의 광학소자(32)의 선단부(32A)와 Y방향용 배출 노즐 및 유입 노즐의 위치관계를 도시하는 도면이다. 도 32에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 주사방향에 직교하는 비주사방향(-Y방향)으로 스텝 이동시키는 경우에는 Y방향에 배열된 배출 노즐(27a) 및 유입 노즐(29a, 29b)을 사용하여 액체(7)의 공급 및 회수를 행한다. 또, 웨이퍼를 +Y방향으로 스텝 이동시키는 경우에는 Y방향에 배열된 배출 노즐(28a) 및 유입 노즐(30a, 30b)을 사용하여 액체(7)의 공급 및 회수를 행한다. 이 경우에 있어서는 액체(7)의 공급량(Vi(㎥/s)), 및 회수량(Vo(㎥/s))은 이하의 수식 3에 의해 산출된다.
(수식 3)
Vi=Vo=DSX·v·d
여기에서, DSX는 광학소자(32)의 선단부(32A)의 Y방향의 길이(m)이다. 실시형태1과 같이, Y방향으로 스텝 이동시킬 때에도 웨이퍼(W)의 이동속도(v)에 따라서 액체(7)의 공급량을 조정함으로써, 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이를 액체(7)에 의해 계속 채운다.
이 실시형태17에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 실시형태1과 같은 작용·효과를 갖는다.
즉, 우선, 광학소자의 표면에 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 광학소자의 용해를 방지할 수 있다. 따라서, 투영 광학계의 선단부와 기판의 사이에 채워진 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 광학소자를 빈번하게 교환할 필요가 없고, 노광장치의 높은 스루풋을 유지할 수 있다. 또한, 용해한 광학소자를 교환하기 위해서 노광장치의 가동을 멈출 필요가 없어져, 최종제품을 효율 좋게 생산할 수 있다. 또, 액체에 의해 광학소자가 용해되지 않기 때문에, 투영 광학계의 광학 성능을 유지할 수 있기 때문에, 생산되는 최종제품의 품질을 안정시킬 수 있고, 최적의 상태로 노광을 계속할 수 있다.
또한, 이 실시형태17에 관계되는 투영 노광장치에 의하면, 투영 광학계(PLA)의 웨이퍼(W)측의 투과 광학소자(32)의 테이퍼면(32B)에 밀착력 강화막을 겸하는 금속제 용해 방지막이 성막되어 있기 때문에, 금속제 용해 방지막을 투과 광학소자(32)에 밀착시킬 수 있다. 또한, 금속제 용해 방지막의 표면에 이산화규소(SiO2)막이 성막되어 있기 때문에, 부드럽고 내찰상성이 낮은 금속제 용해 방지막의 손상을 방지할 수 있고, 금속제 용해 방지막을 보호할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면과 투영 광학계(PLA)의 사이에 개재시킨 액체(7)의 투과 광학소자(32)로의 침투 및 침식을 방지할 수 있고, 투영 광학계(PLA)의 광학 성능을 유지할 수 있다. 또한, 액체(7)에 의해 투과 광학소자(32)가 용해되지 않기 때문에, 노광장치의 성능을 유지할 수 있다. 또, 투과 광학소자(32)를 빈번하게 교환할 필요가 없어지기 때문에, 투영 노광장치의 스루풋을 높게 유지할 수 있다.
[실시형태18 내지 31]
실시형태2 내지 15에 있어서 사용한 투과 광학소자(4)와 같은 것을 투과 광학소자(32)로서 각각 사용하도록 한 것 이외에는 실시형태17과 같이 하여, 실시형태18 내지 31의 투영 노광장치를 구성하였다.
이렇게 하여 구성된 실시형태18 내지 31의 투영 노광장치에 의하면, 각각 실시형태2 내지 15로 구성된 투영 노광장치와 같은 작용·효과를 갖는다.
[실시형태32]
아래와 같이 하여, 막을 통해서 광학부재가 옵티컬 콘택트하고 있는 광학소자를 사용하도록 한 것 이외에는 실시형태17과 같이 하여, 투영 노광장치를 구성하였다. 또, 실시형태32의 투영 노광장치는 실시형태16의 투영 노광장치를 부분적으로 변경시켜, 스텝 앤드 스캔방식으로 노광을 하도록 한 것으로, 실시형태16과 공통되는 부분에 관해서는 동일한 부호를 인용하여 중복 설명을 생략한다.
도 30에 도시하는 실시형태32의 투영 노광장치에 있어서, 투영 광학계(PLA)의 경통(3A)의 최하단으로부터 돌출하는 광학소자(32)는 선단부(32A)가 주사 노광에 필요한 부분만을 남기고 Y방향(비주사방향)으로 가늘고 긴 직사각형으로 깎여 있다. 주사 노광시에는 선단부(32A) 바로 아래의 직사각형의 노광영역에 레티클의 일부의 패턴 이미지가 투영되고, 투영 광학계(PLA)에 대하여, 레티클(도시하지 않음)이 -X방향(또는 +X방향)으로 속도 V로 이동하는 데 동기하여, XY 스테이지(10)를 통해서 웨이퍼(W)가 +X방향(또는 -X방향)으로 속도 β·V(β는 투영배율)로 이동한다. 그리고, 1개의 쇼트영역으로의 노광 종료 후에, 웨이퍼(W)의 스테핑에 의해서 다음의 쇼트영역이 주사 개시위치로 이동하고, 이하 스텝 앤드 스캔방식으로 각 쇼트영역으로의 노광이 순차 행하여진다.
이 실시형태32에 있어서도 실시형태16과 같이, 액침법이 적용되기 때문에, 주사 노광 중에 광학소자(32) 하면과 웨이퍼(W) 표면의 사이에 순수 등의 액체(7)가 채워진다. 또, 광학소자(32)는 실시형태16의 경우와 같이, 형석제의 기판재(201)와 석영제의 광학부재(202)로 이루어진다(도 25 참조). 그리고, 이 광학소자(32)에서는 광학소자(32)의 기판재(201)상에 이산화규소(SiO2)로 이루어지는 얇은 피복막(203)을 균일하게 퇴적하여, 강고한 옵티컬 콘택트를 실현하고 있다. 이것에 의해, 형석으로 이루어지는 기판재(201)를 액체(7)로부터 보호할 수 있고, 광학소자(32), 나아가서는 투영 광학계(PLA)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 31은 액체를 투영 광학계(PLA) 바로 아래에 공급 및 회수하기 위한 배출 노즐 및 유입 노즐의 위치관계를 도시하는 도면이다. 액체공급장치(5)에는 공급관(21)을 통해서 선단부(32A)의 +X방향측에 3개의 배출 노즐(21a 내지 21c)이, 또한, 공급관(22)을 통해서 선단부(32A)의 -X방향측에 3개의 배출 노즐(22a 내지 22c)이 접속되어 있다. 또한, 액체회수장치(6)에는 회수관(23)을 통해서 선단부(32A)의 +X방향측에 2개의 유입 노즐(23a, 23b)이 회수관(24)을 통해서 선단부(32A)의 -X방향측에 2개의 유입 노즐(24a, 24b)이 접속되어 있다.
실선의 화살표로 도시하는 주사방향(-X방향)으로 웨이퍼(W)를 이동시켜 주사 노광을 하는 경우, 액체공급장치(5)는 공급관(21) 및 배출 노즐(21a 내지 21c)을 통해서 광학소자(32)의 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(23) 및 유입 노즐(23a, 23b)을 통해서, 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 유지된 액체(7)를 회수한다. 이 경우, 액체(7)가 웨이퍼(W)상을 -X방향으로 흐르고 있고, 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이가 상시 액체(7)에 의해서 채워진다.
또한, 일점쇄선의 화살표로 도시하는 방향(+X방향)으로 웨이퍼(W)를 이동시켜 주사 노광을 하는 경우, 액체공급장치(5)는 공급관(22) 및 배출 노즐(22a 내지 22c)을 통해서 광학소자(32)의 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 액체(7)를 공급한다. 액체회수장치(6)는 회수관(24) 및 유입 노즐(24a, 24b)을 통해서, 선단부(32A)와 웨이퍼(W)의 사이에 유지된 액체(7)를 회수한다. 이 경우, 액체(7)가 웨이퍼(W)상을 +X방향으로 흐르고 있고, 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이가 항상 액체(7)에 의해 채워진다.
또, 웨이퍼(W)를 ±Y방향으로 이동시킬 때에 액체(7)를 광학소자(32)와 웨이퍼(W)의 사이에 순환시키기 위한 배출 노즐 및 유입 노즐의 배치 등은 실시형태16의 경우와 거의 같다.
실시형태32의 주사형 투영 노광장치에 의하면, 우수한 옵티컬 콘택트에 의해서 광학소자(32)와 광학부재(202)를 강고하게 접합함으로써 얻어지는 동시에 높은 투과율을 갖는 광학소자(32)를 내장한 투영 광학계(PLA)를 사용하고 있기 때문에, 높은 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 액침형의 노광처리가 가능하게 된다.
[실시형태33]
도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태33에 관계되는 노광장치에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 관계되는 노광장치는 노광파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시킴과 동시에 초점 심도를 실질적으로 넓히기 위해서 액침법을 적용한 액침 노광장치이다. 도 33은 본 실시형태에 관계되는 노광장치의 투영 광학계(PL)를 구성하는 복수의 형석에 의해 형성된 광학소자 중, 투영 광학계(PL)의 상면에 가장 가까운 제 1 광학소자(LS1), 제 1 광학소자(LS1) 다음으로 투영 광학계(PL)의 상면에 가까운 제 2 광학소자(LS2) 등을 도시하는 도면이다.
이 노광장치는 투영 광학계(PL)를 구성하는 복수의 광학소자 중, 투영 광학계(PL)의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학소자(LS1)의 하면(T1)과 기판(P)의 사이를 제 1 액체(LQ1)로 채우기 위한 제 1 액침기구를 구비하고 있다. 기판(P)은 투영 광학계(PL)의 이미지면측에 설치되어 있고, 제 1 광학소자(LS1)의 하면(T1)은 기판(P)의 표면과 대향하도록 배치되어 있다. 제 1 액침기구는 제 1 광학소자(LS1)의 하면(T1)과 기판(P)의 사이에 제 1 액체(LQ1)를 공급하는 제 1 액체공급기구(90)와, 제 1 액체공급기구(90)에서 공급된 제 1 액체(LQ1)를 회수하는 제 1 액체회수기구(91)를 구비하고 있다.
또한, 이 노광장치는 제 1 광학소자(LS1)와, 제 1 광학소자(LS1)에 이어서 투영 광학계(PL)의 이미지면에 가까운 제 2 광학소자(LS2)와의 사이를 제 2 액체(LQ2)로 채우기 위한 제 2 액침기구를 구비하고 있다. 제 2 광학소자(LS2)는 제 1 광학소자(LS1)의 위쪽에 배치되어 있고, 제 1 광학소자(LS1)의 상면(T2)은 제 2 광학소자(LS2)의 하면(T3)과 대향하도록 배치되어 있다. 제 2 액침기구는 제 1 광학소자(LS1)와 제 2 광학소자(LS2)의 사이에 제 2 액체(LQ2)를 공급하는 제 2 액체공급기구(92)와, 제 2 액체공급기구(92)로 공급된 제 2 액체(LQ2)를 회수하는 제 2 액체회수기구(93)를 구비하고 있다.
경통(PK)에는 제 1 광학소자(LS1)의 상면(T2)의 가장자리영역과 대향하는 대향면(89)이 형성되어 있다. 그리고, 상면(T2)의 가장자리영역과 대향면(89)의 사이에는 제 1 밀봉부재(94)가 설치되어 있다. 제 1 밀봉부재(94)는 예를 들면 0링(예를 들면, 듀퐁다우사 제조 「칼레즈(kalrez)」) 또는 C링에 의해 구성되어 있다. 제 1 밀봉부재(94)에 의해, 상면(T2)상에 배치된 제 2 액체(LQ2)의 상면(T2)의 외측으로의 누출, 나아가서는 경통(PK)의 외측으로의 누출이 방지되어 있다. 또한, 제 2 광학소자(LS2)의 측면(C2)과 경통(PK)의 내측면(PKC)의 사이에는 제 2 밀봉부재(95)가 설치되어 있다. 제 2 밀봉부재(95)는 예를 들면 V링에 의해 구성되어 있다. 제 2 밀봉부재(95)에 의해, 경통(PK)의 내측에 있어서, 제 2 유체(LQ2), 제 2 유체(LQ2)에 의해 발생한 습한 기체 등이 제 2 광학소자(LS2)의 위쪽으로 유통하는 것을 규제한다.
또한, 제 1 광학소자(LS1)의 측면(C1)과 경통(PK)의 내측면(PKC)의 사이에는 제 3 밀봉부재(96)가 설치되어 있다. 제 3 밀봉부재(96)는 예를 들면 V링에 의해 구성되어 있다. 제 3 밀봉부재(96)에 의해, 경통(PK)의 내측에 있어서, 제 1 유체(LQ1), 제 1 유체(LQ1)에 의해 발생한 습한 기체 등이 제 1 광학소자(LS1)의 위쪽으로 유통하는 것을 규제한다.
제 1 광학소자(LS1)의 측면(C1; 테이퍼면) 및 제 2 광학소자(LS2)의 측면(C2; 테이퍼면)에는 150nm의 막 두께로 금(Au)을 성막한 차광막이 형성되어 있다. 따라서, 차광막에 의해 투영 광학계의 기판측의 투과 광학소자의 테이퍼면의 주변부에 설치된 제 1 밀봉부재(94), 제 2 밀봉부재(95) 및 제 3 밀봉부재(96)에 노광광 및 웨이퍼로부터의 노광광 반사광이 조사되는 것을 방지할 수 있고, 밀봉부재의 열화를 방지할 수 있다.
또, 상술한 제 33 실시형태에 있어서는 제 1 광학소자(LS1)의 측면(C1; 테이퍼면) 및 제 2 광학소자(LS2)의 측면(C2; 테이퍼면)에, 금(Au)을 사용한 금속막에 의한 차광막이 형성되어 있지만, 금속막에 의한 차광막은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성하여도 좋다. 또한, 차광막을 금속 산화물막에 의해 구성하여도 좋다. 이 경우에는 금속 산화물막이 이산화지르코늄(ZrO2), 이산화하프늄(HfO2), 이산화티타늄(TiO2), 5산화탄탈(Ta2O5), 산화규소(SiO2) 및 산화크롬(Cr2O3) 중 적어도 하나에 의해 형성되는 막에 의해 구성된다.
이상 설명한 실시형태1 내지 33에 있어서는 투영 광학계(PL)와 기판(P)의 사이를 국소적으로 액체로 채우는 노광장치를 채용하고 있지만, 일본 공개특허공보 제(평)6-124873호에 개시되어 있는 노광대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽)의 안에서 이동시키는 액침 노광장치나, 일본 공개특허공보 제(평)10-303114호에 개시되어 있는 스테이지상에 소정의 깊이의 액체조(液體槽)를 형성하고, 그 중에 기판을 유지하는 액침 노광장치에도 본 발명을 적용 가능하다.
또, 본 발명은 일본 공개특허공보 제(평)10-163099호, 일본 공개특허공보 제(평)10-214783호, 일본 특허공표공보 제2000-505958호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 등의 피처리기판을 따로따로 재치하여 XY방향으로 독립하여 이동 가능한 2개의 스테이지를 구비한 트윈 스테이지형의 노광장치에도 적용할 수 있다.
이상의 설명에 덧붙여, 본 발명의 노광장치에 적용 가능한 구성이 기재되어 있는 상기한 국제공개공보 WO2004/019128호, 국제공개공보 WO2004/053950호, 국제공개공보 WO2004/053951호는 참고 문헌으로서 이 명세서 중에 포함된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예1]
도 34는 본 발명의 광학소자(50)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 34에 도시하는 바와 같이, 성막면(52a)의 결정방위가 (111)면인 형석(52)의 기판상에, RF 스퍼터링법을 이용하여, 형석(52)의 용해 방지막으로서의 산화규소(54)를 0.55λ(λ=193nm)의 광학적 막 두께로 하여 성막함으로써 광학소자(50)를 형성하였다. 여기에서, 산화규소막의 광학적 막 두께는 도 35에 도시하는 바와 같이, 형석(52)에 광이 실선 화살표(56)의 방향으로부터 입사하여, 형석(52)에 의해 파선 화살표(58)의 방향으로 반사되는 경우에 있어서, 형석(52)의 기판상으로부터 잔존 반사되는 광에 의해서 발생하는 고스트(ghost)현상을 억제하기 위해서 제한될 필요가 있다. 즉, 도 36은 형석기판에 광이 입사되었을 때의 형석의 잔존 반사율을 도시하는 도면이다. 형석기판에 산화규소막을 성막하지 않은 경우의 형석의 잔존 반사율을 도 36의 실선(60)으로 도시한다. 또한, 형석기판에 산화규소막을 성막한 경우의 형석의 잔존 반사율을 도 36의 파선(62)으로 도시한다. 도 36에 도시하는 바와 같이, 산화규소막의 광학적 막 두께는, 형석에 광이 입사하는 입사각도가 60°일 때의 형석의 잔존 반사율이 0.5% 이하가 되도록 설정되어 있다.
광학소자(50)를 사용하여 실험을 하였다. 도 37은 이 실시예에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면이다. 광학소자(50)의 부피에 대하여 충분히 큰 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 만들어진 수조(64)에 70℃의 순수(66)를 넣는다. 테프론(등록상표) 제조의 교반자(68)을 순수(66) 중에 투입한다. 도 37에 도시하는 바와 같이, 광학소자(50)를 반만 순수(66) 중에 잠기도록 순수(66) 중에 투입한다. 광학소자(50), 순수(66), 교반자(68)을 포함하는 수조(64)를 항온조(70)에 넣어 온도를 일정하게 유지한다.
여기에서, 수조(64)는 순수(66)의 증발에 의한 액면 변화를 작게 하기 위해서, 광학소자(50)의 부피에 대하여 충분히 큰 것이 사용된다. 또한, 교반자(68)는 광학소자(50)가 순수(66)에 용해되어 완충용액이 생성된 경우에 있어서도, 용해도를 일정하게 유지하기 위해서 사용된다. 광학소자(50)를 순수(66)에 담근 상태로 3시간 경과한 후, 순수(66)에 잠기지 않은 부분의 광학소자(50)와 순수(68)에 잠겨진 부분의 광학소자(50)의 단차를 분해능 0.5nm의 단차 측정기로 측정한 바, 단차는 발생하지 않았다.
[실시예2]
도 38은 본 발명의 광학소자(74)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 38에 도시하는 바와 같이, 성막면(76a)의 결정방위가 (11l)면인 형석(76)의 기판상에, 진공 증착법을 이용하여, 형석(76)의 용해 방지막으로서의 플루오르화란탄(78)을 0.68λ(λ=193nm)의 광학적 막 두께로 하여 성막함으로써 광학소자(74)를 형성하였다. 형석(76)의 결정방위 (111)면상의 플루오르화란탄(78)은 형석(76)의 결정방위를 반영하여 (111)면에 헤테로 에피택셜 성장하는 것이 알려져 있다(WO 03/009015 참조). 따라서, 성막된 플루오르화란탄(78)은 대단히 치밀하고, 대단히 결함이 적은 결정 구조를 형성한다.
광학소자(74)를 사용하여 실험을 하였다. 이 실시예에 관계되는 실험장치의 구성은 도 37에 도시하는 실시예1에 관계되는 실험장치의 구성과 동일하기 때문에, 동일한 구성에는 실시예1과 동일한 부호를 붙이고 설명을 한다.
우선, 광학소자(74)의 체적에 대하여 충분히 큰 수조(64)에 70℃의 순수(66)를 넣고, 교반자(68)을 순수(66) 중에 투입한다. 광학소자(74)를 반만 순수(66) 중에 침수되도록 순수(66) 중에 투입한다. 광학소자(74), 순수(66), 교반자(68)을 포함하는 수조(64)를 항온조(70)에 넣어 온도를 일정하게 유지한다. 광학소자(74)를 순수(66)에 담근 상태로 3시간 경과한 후, 순수(66)에 잠기지 않은 부분의 광학소자(74)와 순수(66)에 잠겨진 부분의 광학소자(74)의 단차를 분해능 0.5nm의 단차 측정기로 측정한 바, 단차는 발생하지 않았다.
또, 상술한 실시예에 있어서는 치밀한 용해 방지막의 구조를 제작하기 위해서, 용해 방지막의 성막방법으로서 진공 증착법을 이용하였지만, 스퍼터링법 또는 CVD법을 이용하여 용해 방지막을 성막하여도 좋다.
[비교예1]
용해 방지막을 성막하지 않은 형석의 기판에 관해서 실험을 하였다. 도 39는 이 비교예에 관계되는 실험장치의 구성을 도시하는 도면이다. 이 비교예에 있어서는 실시예1의 광학소자(50) 대신에 형석기판(72)을 사용한다. 이 비교예에 관계되는 그 밖의 실험장치의 구성은 실시예1에 관계되는 실험장치의 구성과 동일하기 때문에, 동일한 구성에는 실시예1과 동일한 부호를 붙이고 설명을 한다.
우선, 형석기판(72)의 체적에 대하여 충분히 큰 수조(64)에 70℃의 순수(66)를 넣고, 교반자(68)을 순수(66) 중에 투입한다. 형석기판(72)을 반만 순수(66) 중에 잠기도록 순수(66) 중에 투입한다. 형석기판(72), 순수(66), 교반자(68)을 포함하는 수조(64)를 항온조(70)에 넣어 온도를 일정하게 유지한다. 형석기판(72)을 순수(66)에 담근 상태로 3시간 경과한 후, 순수(66)에 잠기지 않은 부분의 형석기판(72)과 순수(66)에 잠겨진 부분의 형석기판(72)의 단차를 분해능 0.5nm의 단차 측정기로 측정하였다. 순수(66)에 담근 부분의 형석기판(72)이 용해되었기 때문에, 50nm의 단차가 측정되었다.
실시예1 및 실시예2에 관계되는 광학소자에 의하면, 비교예1에 관계되는 광학소자와 비교한 경우에 있어서, 순수에 대한 용해도를 1/50 이하로 할 수 있다. 도 40은 비교예1, 실시예1 및 실시예2에 관계되는 광학소자의 실험 후에 단차 측정기로 측정된 단차의 측정결과를 도시하는 도면이다. 도 40에 도시하는 바와 같이, 산화규소 또는 플루오르화란탄을 용해 방지막으로서 성막된 형석은 순수에 용해되지 않기 때문에, 용해에 의한 단차는 발생하지 않는다. 따라서, 광학소자를 액침법을 이용한 투영 노광장치의 액체에 접촉하는 부분에 탑재한 경우에, 투영 노광장치의 투영 광학계의 투과파면을 유지할 수 있다.
[실시예3]
도 41은 실시예3에 관계되는 투과 광학소자(50)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 41에 도시하는 바와 같이, 형석(52)의 기판상에, 스퍼터링법을 이용하여, 탄탈(Ta)을 10nm 성막하고, 밀착력 강화막(53)을 형성한다. 밀착력 강화막(53)은 형석(52)과 밀착력 강화막(53)의 표면에 성막되는 금속막(54)의 밀착력을 향상시키기 위해서 기능한다. 또한, 밀착력을 강화하기 위해서 필요한 막 두께는 10nm 이상이지만, 3 내지 5nm의 막 두께에 있어서도 밀착력으로서의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 밀착력 강화막(53)의 표면에, 스퍼터링법을 이용하여, 물에 대한 용해를 방지하기 위한 용해 보호막으로서 금(Au)에 의해 구성되는 금속막(54)을 200nm 성막한다.
여기에서, 금속막(54)의 밀도는 X선 회절의 경계각으로부터 구할 수 있고, 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 금속막(54)의 충전밀도는 97% 이상이다. 또한, 금속막(54)의 물에 대한 용해도는 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 1ppt 이하이다.
다음에, 금속막(54)의 표면에, 스퍼터링법을 이용하여, 금속막(54)의 기계적 강도를 향상시키기 위한 용해 방지막 보호막으로서 이산화규소(SiO2)막(55)을 50nm 성막한다.
투과 광학소자(50)를 사용하여 실험을 하였다. 도 42는 이 실시예에 관계되는 시험기(80)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 42에 도시하는 바와 같이, 시험기(80)는 샘플 홀더(81), 순환펌프(82), 중수공급장치(83), 버퍼 탱크(84)에 의해 구성되어 있다. 샘플 홀더(81)는 그 일면이 해방되어 있고, 그 해방면에 O링(85)을 구비하고 있다. 샘플 홀더(81)의 해방면에 투과 광학소자(50)의 밀착력 강화막(53), 금속막(54), 이산화규소(SiO2)막(55)이 성막되어 있는 면이 O링(85)에 의해서 밀봉되어 있다. 순환펌프(82)에 의해 중수공급장치(83)로부터 공급되는 중수를 버퍼 탱크(84)를 통해서 샘플 홀더(81) 내부에 흘린다. 여기에서, 버퍼 탱크(84)는 순환펌프(82)의 진동이 샘플 홀더(81)에 전해지지 않도록 하기 위해서 설치되어 있다. 또한, 순수(H2O)가 아니라 중수(D2O)를 흘림으로써, 내수성 시험 후에 투과 광학소자(50)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대하여 중수가 침투하는 양을 계측할 수 있다.
시험기(80)로 투과 광학소자(50)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(50)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(50)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(50)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 금속막(54)에 중수는 침투하지 않았다.
[실시예4]
도 43은 실시예4에 관계되는 투과 광학소자(58)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 43에 도시하는 바와 같이, 형석(59)의 기판상에, 스퍼터링법을 이용하여, 물에 대한 용해를 방지하기 위한 용해 보호막으로서 금(Au)에 의해 구성되는 금속막(60)을 200nm 성막한다. 여기에서, 금속막(60)의 밀도는 X선 회절의 경계각으로부터 구할 수 있고, 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 금속막(60)의 충전밀도는 97% 이상이다. 또한, 금속막(60)의 물로의 용해도는 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 1ppt 이하이다.
다음에, 금속막(60)의 표면에, 스퍼터링법을 이용하여, 금속막(60)의 기계적 강도를 향상시키기 위한 용해 방지막 보호막으로서 이산화규소(SiO2)막(61)을 50nm 성막한다.
투과 광학소자(58)를 사용하여 실험을 하였다. 실시예3과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 투과 광학소자(58)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(58)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(58)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(58)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 금속막(60)에 중수는 침투하지 않았다.
[실시예5]
도 44는 실시예5에 관계되는 투과 광학소자(65)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 44에 도시하는 바와 같이, 형석(66)의 기판상에, 스퍼터링법을 이용하여, 탄탈(Ta)을 10nm 성막하고, 밀착력 강화막(67)을 형성한다. 밀착력 강화막(67)은 형석(66)과 밀착력 강화막(67)의 표면에 성막되는 금속막(68)의 밀착력을 향상시키기 위해서 기능한다. 또한, 밀착력을 강화하기 위해서 필요한 막 두께는 10nm 이상이지만, 3~5nm의 막 두께에 있어서도 밀착력으로서의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 밀착력 강화막(67)의 표면에, 스퍼터링법을 이용하여, 물에 대한 용해를 방지하기 위한 용해 보호막으로서 금(Au)에 의해 구성되는 금속막(68)을 200nm 성막한다.
여기에서, 금속막(67)의 밀도는 X선 회절의 경계각으로부터 구할 수 있고, 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 금속막(67)의 충전밀도는 97% 이상이다. 또한, 금속막(67)의 물에 대한 용해도는 스퍼터링법에 의해 성막한 경우, 1ppt 이하이다.
투과 광학소자(65)를 사용하여 실험을 하였다. 실시예3과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 투과 광학소자(65)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(65)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(65)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(65)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 중수는 침투하지 않았다.
또, 상술한 각 실시예에 있어서는 성막방법으로서 스퍼터링법을 이용하였지만, 진공 증착법 또는 CVD법을 이용하여 밀착력 강화막, 금속막, 용해 방지막 보호막을 성막하여도 좋다.
[실시예6]
도 45는 본 실시예에 따른 광학소자(50)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 45에 도시하는 바와 같이, 형석에 의해 형성된 투영 광학계의 선단부의 광학부재(51)의 기판측의 표면(51A) 및 광학부재(51)의 측면(51B)에 플루오르화마그네슘(MgF2)에 의해 구성되는 용해 방지막(52)을 스프레이 코트를 사용하여 습식 성막한다. 또, 광학부재(51)의 기판측의 표면(51A)에는 광학막 두께 0.65λ(λ=193nm)로 플루오르화마그네슘(MgF2)에 의해 구성되는 용해 방지막을 성막한다. 여기에서 습식 성막은 어떤 용매 중에 성막시키고자 하는 물질을 분산시켜 성막면에 도포하고, 도포 후 용매를 건조 제거하는 성막법이다. 사용되는 용매는 성막시키고자 하는 물질이 응축, 침전 등이 되지 않고, 균일한 상태로 용매 중에 분산되면 좋고, 알콜이나 유기용제 등이 사용된다.
습식 성막법에 의해, 플루오르화마그네슘(MgF2)막을 형성하는 경우에는 이하에 나타내는 3종류의 반응 프로세스를 사용하는 것이 바람직하다.
(i) 플루오르산/아세트산마그네슘법
2HF+Mg(CH3COO)2→MgF2+2CH3COOH
(ii) 플루오르산/알콕시드법
2HF+Mg(C2H5O)2→MgF2+2C2H5OH
(iii) 트리플루오로아세트산/알콕시드법
2CF3COOH+Mg(C2H5O)2 →Mg(CF3COO)2+2C2H5OH
Mg(CF3C00)2→열분해→MgF2
이들의 프로세스에 있어서, 졸용액을 조정한 후, 전처리로서, 올가노 서멀처리, 또는 하이드로 서멀처리를 하는 것이 바람직하다. 이 때, 가압 또는 가열숙성 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 행하여도 좋다. 상기한 습식법의 상세한 것은 미국특허5,835,275호에 개시되어 있기 때문에 참조하였으면 한다. 졸용액의 기판에 대한 도포방법으로서는 스핀 코트법, 디핑, 메니스커스법, 스프레이 코트법, 및 인쇄법으로부터 선택된 어느 한나 이상의 방법이 이용된다. 졸액의 도포 후에 가열하여 유기물이 제거되어 막이 형성된다. 이 형성된 막에 의해, 형석에 의해 구성되는 광학부재(51)의 기판측 표면(51A), 및 측면(51B)이 간극없이 보호되어 있을 필요가 있다.
습식 성막법으로 성막된 막은 진공 증착이나 스퍼터링으로 대표되는 일반적인 건식 성막법과 비교하여 기계적 내구성이 대단히 낮다. 그 때문에 기계적 내구성을 향상시키기 위해서 가열 어닐할 필요가 있다. 특히 형석에 의해 구성되는 광학부재에 습식 성막법에 의해 성막한 경우, 급격한 온도상승에 의한 어닐을 하면, 형석의 선팽창 계수로부터 면 변화나 극단적인 경우, 형석이 깨어진다고 하는 위험성이 있다. 이것을 피하기 위해서, 승온을 저속으로 할 필요가 있다.
본 실시예에서는 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 사용하였지만, 이것에 한하지 않고 산화규소(SiO2)를 사용한 습식 성막이 좋은 것은 말할 필요도 없다.
[실시예7]
도 46은 본 실시예에 따른 광학소자(53)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 46에 도시하는 바와 같이, 형석에 의해 형성된 투영 광학계의 선단부의 광학부재(54)의 기판측의 표면(54A)에 광학막 두께 0.65λ(λ=193nm)의 산화규소(SiO2)에 의해 구성되는 용해 방지막(55)을 이온빔 스퍼터링에 의해 성막한다. 그 후, 광학부재(54)의 측면(54B)에 가열한 상태로 알킬케텐다이머(AKD)를 용액상태로 도포한다. 액상의 알킬케텐다이머를 결정화시키면 요철(
)형상 중에 반복하여 작은 요철형상을 나타내는 프랙탈(fractal) 구조가 되고, 접촉각 160° 이상의 초발수막(56)이 된다.
이것은 접촉각(θ)의 물질이 표면적 r배의 프랙탈 구조가 되었을 때의 접촉각을 θf로 하면 영(young)의 식을 확장한 이하의 식이 성립하는 것으로부터 이해된다.
(수식)
여기에서 γS는 고체의 표면장력, γL은 액체의 표면장력, γSL은 고체/액체의 계면 장력이다. 이 식에 나타내지는 바와 같이, cosθ가 정(正(θ> 90°))일 때는 접촉각은 더욱 크고, 요컨대 액체를 더욱 튀기는 상태가 되고, cosθ가 부(負(θ<90°))일 때는 접촉각은 더욱 작고, 요컨대 액체에 대하여 더욱 젖는 상태가 된다.
여기에서는 프랙탈 구조를 갖는 알킬케텐다이머를 측면 용해 방지막에 사용하였지만, 일반적인 발수처리, 예를 들면 실란 커플링제(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리클로로실란) 등으로 발수처리하는 것이어도 측면 용해 방지효과를 얻을 수 있다. 또한, 일반적인 무전해도금에 의한 발수처리 등을 하여도 좋다.
실시예6, 실시예7에 관계되는 광학소자의 검증결과를 이하에 개시한다.
도 47에 도시하는 바와 같은 직방체의 형석 광학소자의 저면에 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 스프레이 코트로 습식 성막하고, 측면에 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 스프레이 코트로 습식 성막한다. 도 47에 도시하는 광학소자(57)에는 실시예6의 용해 방지막과 동일한 용해 방지막이 형성되어 있다. 이 도 47에 도시하는 광학소자를 시료 1로 한다.
도 48에 도시하는 바와 같은 직방체의 형석 광학소자의 저면에 용해 방지막으로서 산화규소(SiO2)를 이온빔 스퍼터링으로 성막하고, 측면에 용해 방지막으로서 알킬케텐다이머용액을 도포, 건조시킨다. 도 48에 도시하는 광학소자(58)에는 실시예7의 용해 방지막과 동일한 용해 방지막이 형성되어 있다. 이 도 48에 도시하는 광학소자를 시료 2로 한다.
도 49에 도시하는 바와 같은 직방체의 형석 광학소자의 저면에 용해 방지막으로서 플루오르화마그네슘(MgF2)을 스프레이 코트로 습식 성막하고, 측면에는 코트를 실시하지 않고 둔다. 이 도 49에 도시하는 광학소자(59)를 시료 3(참고예1)으로 한다.
시료 1, 2, 3에 대하여 이하의 실험을 하였다. 도 50은 실험장치의 구성을 도시하는 도면이다. 광학소자(57, 58, 59)의 부피에 대하여 충분히 큰 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 만들어진 수조(64)에 70℃의 순수(66)를 넣는다. 테프론(등록상표)제의 교반자(68)를 순수(66) 중에 투입한다. 도 50에 도시하는 바와 같이, 광학소자(57, 58, 59)의 저면(底面)부가 순수(66) 중에 침수되도록 순수(66) 중에 투입한다. 광학소자(57, 58, 59), 순수(66), 교반자(68)을 포함하는 수조(64)를 항온조(70)에 넣어 온도를 일정하게 유지하였다.
여기에서, 수조(64)는 순수(66)의 증발에 의한 액면 변화를 작게 하기 위해서, 광학소자(57, 58, 59)의 부피에 대하여 충분히 큰 것이 사용된다. 또, 교반자(68)는 광학소자(57, 58, 59)가 순수(66)에 용해되어 완충용액이 생성된 경우에 있어서도, 용해도를 일정하게 유지하기 위해서 사용된다. 광학소자(57, 58, 59)를 순수(66)에 담근 상태로 3시간 경과한 후, 광학소자(57, 58, 59)의 저면부, 측면부에서의 용해에 의한 단차를 분해능 0.5nm의 단차 측정기로 측정하였다.
도 51에 도시하는 바와 같이, 광학소자(57; 시료 1), 광학소자(58; 시료 2)는 저면부, 측면부 모두 전혀 용해되지 않았다. 이것에 대하여, 광학소자(59; 시료 3)에서는 측면부는 약 50nm 침식되어 있었다. 또한, 광학소자(59; 시료 3)의 저면부의 중앙 부근은 변화하지 않았지만, 주변은 측면이 침식된 것에 의해, 도 52에 도시하는 바와 같이, 일부 저면의 용해 방지막이 파괴되었다.
[실시예8]
도 53은 실시예8에 관계되는 투과 광학소자(50)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 53에 도시하는 바와 같이, 형석(52)의 기판상에, 스퍼터링법을 이용하여, 이산화규소(SiO2)막(54)을 200nm 성막한다.
다음에, 스퍼터링법에 의해 형석(52)의 기판상에 성막된 이산화규소(SiO2)막(54)의 표면에, 스핀 코트에 의한 습식 성막방법을 이용하여, 이산화규소(SiO2)막(56)을 50nm 성막한다. 즉, 기판 회전수 1000~2000회전/분으로 시판하는 습식 성막용 졸-겔 실리카액을 도포한다. 또, 습식 성막방법에 의한 이산화규소(SiO2)막(56)의 막 두께는 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도, 점도, 스핀 코트에서의 기판 회전수, 및 온습도 등에 의존하기 때문에, 미리 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도 및 점도를 파라미터로 하여 이산화규소(SiO2)막(56)의 막 두께에 대한 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도 및 점도의 검량선을 작성하여 둘 필요가 있다. 또한, 막의 인장 응력을 최대한 저감시키기 위해서 습식 성막방법에 의한 이산화규소(SiO2)막(56)의 막 두께를 50nm로 하고 있지만, 이산화규소(SiO2)막(56)의 막 두께를 150nm 이상으로 하면 응력 완화로부터 막에 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에 주의할 필요가 있다.
다음에, 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 주용매인 알콜을 증발시키고, 또한 습식 성막된 이산화규소(SiO2)막(56)을 소결시키기 위해서, 이산화규소(SiO2)막(56)에 대하여 대기하에서 160℃/2시간의 어닐을 한다. 어닐은 대기하에서 행하여지고, 형석(52)의 기판 전체가 균등하게 가열되기 때문에, 파손이나 면 형상 변화는 생기지 않는다.
도 42에 도시하는 시험기(80)를 사용하여 투과 광학소자(50)에 관해서 실험을 하였다. 도 42에 도시하는 바와 같이, 시험기(80)는 샘플 홀더(81), 순환펌프(82), 중수공급장치(83), 버퍼 탱크(84)에 의해 구성되어 있다. 샘플 홀더(81)는 그 일면이 해방되어 있고, 그 해방면에 O링(85)을 구비하고 있다. 샘플 홀더(81)의 해방면에 투과 광학소자(50)의 이산화규소(SiO2)막(54, 56)이 성막되어 있는 면이 O링(85)에 의해서 밀봉되어 있다. 순환펌프(82)에 의해 중수공급장치(83)로부터 공급되는 중수를 버퍼 탱크(84)를 통해서 샘플 홀더(81) 내부에 흘린다. 여기에서, 버퍼 탱크(84)는 순환 펌프(82)의 진동이 샘플 홀더(81)에 전해지지 않도록 하기 위해서 설치되어 있다. 또한, 순수(H2O)가 아니라 중수(D2O)를 흘림으로써, 내수성 시험 후에 투과 광학소자(50)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대하여 중수가 침투하는 양을 계측할 수 있다.
시험기(80)에서 투과 광학소자(50)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(50)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(50)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(50)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 중수는 침투하지 않았다.
또, 실시예8에 있어서는 건식 성막방법으로서 스퍼터링법을 이용하였지만, 진공 증착법 또는 CVD법을 이용하여 투과 광학소자의 용해를 방지하기 위한 막을 성막하여도 좋다.
[실시예9]
다음에, 실시예9에 관계되는 투과 광학소자에 관해서 설명한다. 가열한 형석의 기판상에, 진공 증착법을 이용하여, 플루오르화마그네슘(MgF2)막을 70nm 성막한다. 또, 진공중에서 플루오르화마그네슘(MgF2)막을 성막하는 경우의 가열은 열팽창율이 큰 형석기판의 열충격에 의한 파손이나 면 형상 변화를 방지하기 위해서, 형석기판 전체를 균일하게 가열한다. 또, 형석기판을 가열 또는 냉각시키는 경우, 저속으로 가열 또는 냉각을 할 필요가 있다.
다음에, 진공 증착법에 의해 형석의 기판상에 성막된 플루오르화마그네슘(MgF2)막의 표면에, 스핀 코트에 의한 습식 성막방법을 이용하고, 이산화규소(SiO2)막을 50nm 성막한다. 즉, 기판 회전수 1000~2000회전/분으로 시판하는 습식 성막용 졸-겔 실리카액을 도포한다. 또, 습식 성막방법에 의한 이산화규소(SiO2)막의 막 두께는 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도, 점도, 스핀 코트에서의 기판 회전수, 및 온습도 등에 의존하기 때문에, 미리 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도 및 점도를 파라미터로 하여 이산화규소(SiO2)막의 막 두께에 대한 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 농도 및 점도의 검량선을 작성하여 둘 필요가 있다. 또한, 막의 인장 응력을 최대한 저감시키기 위해서 습식 성막방법에 의한 이산화규소(SiO2)막의 막 두께를 50nm로 하고 있지만, 이산화규소(SiO2)막의 막 두께를 150nm 이상으로 하면 응력 완화로부터 막에 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에 주의할 필요가 있다.
다음에, 습식 성막용 졸-겔 실리카액의 주용매인 알콜을 증발시키고, 또한 습식 성막된 이산화규소(SiO2)막을 소결시키기 위해서, 이산화규소(SiO2)막에 대하여 대기하에서 160℃/2시간의 어닐을 한다. 어닐은 대기하에서 행하여지고, 형석의 기판 전체가 균등하게 가열되기 때문에, 파손이나 면 형상 변화는 생기지 않는다.
실시예9에 관계되는 투과 광학소자를 사용하여 실험을 하였다. 실시예8과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 실시예9에 관계되는 투과 광학소자상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 중수는 침투하지 않았다.
또, 실시예9에 있어서는 건식 성막방법으로서 진공 증착법을 이용하였지만, 스퍼터링법 또는 CVD법을 이용하여 투과 광학소자의 용해를 방지하기 위한 막을 성막하여도 좋다.
[실시예10]
도 54는 실시예10에 관계되는 중심파장 193.4nm에 있어서 반사 방지효과를 갖는 투과 광학소자(58)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 54에 도시하는 바와 같이, 가열한 형석(59; CaF2)의 기판상에, 제 1 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(60), 제 2 층의 플루오르화마그네슘(MgF2)막(61), 제 3 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(62)을 저항가열로 진공 증착법에 의해 성막한다. 여기에서, 다음에, 제 4 층의 일부인 제 1 막으로서의 이산화규소(SiO2)막(63)을 광학막 두께 0.08까지 전자총가열로 진공 증착법에 의해 성막하고, 제 1 층으로부터 제 4 층의 일부까지 성막된 형석(59)을 진공조로부터 추출한다. 다음에, 이산화규소(SiO2)막(63)의 위에 스핀 코트에 의한 습식 성막방법을 이용하여, 제 4 층의 일부인 제 2 막으로서의 이산화규소(SiO2)막(64)을 광학막 두께 0.04 도포한다. 다음에, 습식 성막된 이산화규소(SiO2)막(64)의 막을 소결시키기 위해서, 이산화규소(SiO2)막(64)에 대하여 대기하에서 160℃/2시간의 어닐을 한다. 이하에 투과 광학소자(58)를 구성하는 기판 및 산화물막 등의 중심파장 193.4nm의 광속에 대한 굴절률(n), 중심파장 193.4nm의 광속에 대한 광학막 두께(nd)를 나타낸다.
기판: CaF2(n=1.50)
제 1 층: LaF3(n=1.69, nd=0.60)
제 2 층: MgF2(n=1.43, nd=0.66)
제 3 층: LaF3(n=1.69, nd=0.52)
제 4 층 : SiO2(n=1.55, nd=0.12)
매질: H2O(n=1.44)
투과 광학소자(58)를 사용하여 실험을 하였다. 실시예8과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 투과 광학소자(58)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(58)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(58)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(58)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 중수는 침투하지 않았다.
[실시예11]
도 55는 실시예11에 관계되는 투과 광학소자(65)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 55에 도시하는 바와 같이, 형석(66)의 기판상에 표면처리를 실시한다. 즉, 그 형석(66)의 표면의 거칠기 및 표면적을 증대시키기 위해서 #2000의 지석으로 문지른다. 또한, 지석으로 문질러서 표면처리가 실시된 형석(66)의 기판상에 스핀 코트에 의한 습식 성막방법을 이용하여, 용해 방지 산화물막으로서의 이산화규소(SiO2)막(67)을 막 두께 100nm까지 도포한다. 다음에, 습식 성막된 이산화규소(SiO2)막(67)의 막을 소결시키기 위해서, 이산화규소(SiO2)막(67)에 대하여 대기하에서 160℃/2시간의 어닐을 한다.
투과 광학소자(65)를 사용하여 실험을 하였다. 실시예8과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 투과 광학소자(65)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 그 결과, 투과 광학소자(65)의 표면에 성막되어 있는 막은 박리되지 않고, 투과 광학소자(65)의 외관에 변화는 보이지 않았다. 또한, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(65)의 표면으로부터의 깊이 방향에 대한 중수의 침투를 평가한 결과, 중수는 침투하지 않았다.
[참고예2]
도 56은 참고예2에 관계되는 중심파장 193.4nm에 있어서 반사 방지효과를 갖는 투과 광학소자(73)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 56에 도시하는 바와 같이, 가열한 형석(74)의 기판상에, 제 1 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(75), 제 2 층의 플루오르화마그네슘(MgF2)막(76), 제 3 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(77)을 저항가열로 진공 증착법에 의해 성막한다. 다음에, 제 4 층의 이산화규소(SiO2)막(78)을 전자총가열로 진공 증착법에 의해 성막한다.
또, 참고예2에 관계되는 투과 광학소자(73)를 구성하는 제 1 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(75), 제 2 층의 플루오르화마그네슘(MgF2)막(76), 제 3 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(77)은 실시예10에 관계되는 투과 광학소자(58)를 구성하는 제 1 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(60), 제 2 층의 플루오르화마그네슘(MgF2)막(61), 제 3 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(62)의 중심파장 193.4nm의 광속에 대한 굴절률 및 광학막 두께와 동일한 굴절률 및 광학막 두께를 갖고 있다. 또한, 제 4 층의 이산화규소(SiO2)막(78)은 실시예10에 관계되는 제 4 층을 구성하는 이산화규소(SiO2)막(63) 및 이산화규소(SiO2)막(64)의 중심파장 193.4nm의 광속에 대한 굴절률 및 광학막 두께와 동일한 굴절률 및 광학막 두께를 갖고 있다.
투과 광학소자(73)를 사용하여 실험을 하였다. 실시예8과 같이, 도 42에 도시하는 시험기(80)로 투과 광학소자(73)상에서의 중수의 이동속도가 50cm/초가 되도록 설정하고, 30일간의 내수시험을 하였다. 내수시험 후, 2차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 투과 광학소자(73)의 표면으로부터 깊이 방향에 대하여 중수의 침투를 평가한 결과, 투과 광학소자(73)의 표면에 성막되어 있는 제 4 층의 이산화규소(SiO2)막(77)의 내부나, 제 3 층의 플루오르화란탄(LaF3)막(76)과의 계면 부근으로부터 중수가 검출되었다.
실시예10에 관계되는 투과 광학소자에 의하면, 참고예2에 관계되는 투과 광학소자와 비교한 경우에 있어서, 그 광학 특성을 변화시키지 않고 중수의 침투 및 침식을 방지할 수 있다. 도 57은 매질(순수)로부터 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 광이 입사한 경우에 있어서의 각도 반사 특성을 도시하는 도면이다. 도 57의 실선(90)은 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 입사한 광의 S편광 성분의 각도 반사 특성을 나타내고 있다. 또한, 도 57의 파선(91)은 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 입사한 광의 P편광 성분의 각도 반사 특성을 나타내고 있다. 도 57에 도시하는 바와 같이, 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자에 입사한 광의 S편광 성분 및 P편광 성분의 각도 반사 특성은 동일하고, 실시예10 및 참고예2에 관계되는 투과 광학소자의 광학 특성이 동일한 것을 도시하고 있다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 액침법을 적용한 경우에, 투영 광학계의 선단부가 액체에 의해서 침식되지 않는 광학소자를 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 의하면, 광학소자의 용해가 충분히 방지되어, 투영 광학계의 광학 성능이 장시간에 걸쳐 유지되는 노광장치를 얻을 수 있다.
Claims (6)
- 노광빔으로 마스크를 조명하고, 투영 광학계를 통해서 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하기 위한 액침노광장치로, 상기 기판의 표면과 상기 투영 광학계의 사이에 소정의 액체를 개재시킨 상기 액침노광장치로서,
상기 투영 광학계의 상기 기판측의 투과 광학소자의 측면에 형성되어 있는 차광막, 및
상기 기판과 상기 차광막 사이에 배치된 시일 부재를 구비하고 있는, 액침노광장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시일 부재는 상기 소정의 액체의 유통 및 상기 소정의 액체에 의해 발생한 기체의 유통을 규제하는, 액침노광장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 차광막은 금속막 또는 금속 산화물막에 의해 형성되어 있는, 액침노광장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 금속막은 Au, Pt, Ag, Ni, Ta, W, Pd, Mo, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있고, 상기 금속 산화물막은 ZrO2, HfO2, TiO2, Ta2O5, SiO 및 Cr2O3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의해 형성되어 있는, 액침노광장치. - 삭제
- 삭제
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