(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
ａ）投影光（１３）を生成する照明システム（１２）と、
ｂ）感光層（２６）上にマスク（２４）を結像させる、複数の光学素子（Ｌ１〜Ｌ５；５４）を含む投影レンズ（２０）と、
ｃ）前記投影レンズ（２０）の像側の最終光学素子（Ｌ５；５４）と感光層（２６）との間に形成され、液浸液（３４）で満たされる液浸空間（４４）と
ｄ）前記液浸空間（４４）を取り囲む蒸発バリヤ（６２）であって、前記液浸液（３４）が、前記蒸発バリヤ（６２）と前記感光層（２６）との間に残っている、前記投影レンズ（２０）の下面の下に配置されている狭い隙間を通じてのみ蒸発できる程度まで軸方向下側に延びる蒸発バリヤ（６２）と、
を備えることを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項２】
前記蒸発バリヤは、前記投影レンズの下面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記蒸発バリヤの形状は、リング形状であることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記蒸発バリヤは、加熱可能であることを特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】
環状コンジット（５０２）が、前記蒸発バリヤ（６２）の下部に配置され、前記環状コンジット（５０２）は、加熱媒体が前記環状コンジット（５０２）内を循環するように導くように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記加熱媒体が、温水又は熱風であることを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高度に集積された集積電気回路や他の微細構造化構成部品の製造に使用されるマイクロリソグラフィ投影露光装置に関する。特に、本発明は、液浸操作のために構成された投影露光装置に関する。本発明はさらに、投影レンズの結像特性を決定するための測定装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
集積電気回路や他の微細構造化構成部品は通常、例えばシリコンウェハなどの適切な基板に複数の構造化された層を設けることによって製造される。層を構造化するために、それらは最初に、例えば深紫外線（ＤＵＶ）スペクトル範囲の光といった所定の波長範囲の光に感光性であるフォトレジストで被覆される。被覆されたウェハはその後、投影露光装置で露光される。マスクに配置された構造から構成されるパターンが、投影レンズによってフォトレジスト上に結像される。結像スケールは一般に１：１未満であるので、そうした投影レンズはしばしば縮小レンズと呼ばれる。
【０００３】
フォトレジストが現像された後、ウェハはエッチングまたは堆積処理を受け、それによって最上部の層がマスクのパターンに従って構造化される。残りのフォトレジストはその後、層の残部から除去される。このプロセスは全部の層がウェハに適用されるまで繰り返される。
【０００４】
投影露光装置の開発における主要な設計目的の１つは、ますます小さくなる寸法の構造をリソグラフィで決めることができることである。小さな構造は高い集積密度につながり、それは一般に、そのような装置を用いて製造される微細構造化構成部品の効率に有利な効果を及ぼす。
【０００５】
決めることができる構造の寸法は、とりわけ、使用される投影レンズの解像度に依存する。投影レンズの解像度は投影光の波長が短くなるにつれて向上するので、解像度を小さくする１つの手法はよりいっそう短い波長を有する投影光を使用することである。現在使用される最も短い波長は、１９３ｎｍと１５７ｎｍ、すなわち深紫外線スペクトル（ＤＵＶ）範囲である。
【０００６】
解像度を小さくする別の手法は、像側の投影レンズのうちの最終レンズと露光されるフォトレジストまたは別の感光層との間に位置する空間に、高屈折率を有する液浸液を導入するという概念に基づく。液浸動作用に設計されており、従って液浸レンズとも呼ばれる投影レンズは、例えば１．３または１．４といった１より大きい開口数を達成できる。しかし液浸は、高い開口数を、従って改善された解像度を可能にするばかりでなく、焦点深度にも有利な効果を及ぼす。焦点深度が大きくなればなるほど、投影レンズの像面におけるウェハの精確な位置決めの必要性はそれほど高くなくなる。
【０００７】
液浸動作用に設計された投影露光装置が特許文献１から知られている。ウェハを収容するために、この既知の投影露光装置は、像側の投影レンズの最終レンズの下部境界面よりも高い位置の上部縁端を備える上方へ開いた容器を有する。液浸液のための入口管と出口管が容器に通じている。これらの管は、ポンプ、温度安定化装置、液浸液を浄化するためのフィルタに接続されている。投影露光装置の動作中、液浸液はループ内で循環する。像側の投影レンズの最終レンズの下部境界面と露光される半導体スライスとの間に位置する液浸空間は、液浸液で満たされたままである。
【０００８】
液浸構成を有する投影露光装置は特許文献２からも知られる。この投影露光装置において、液浸液のための供給管と放出管は、像側の投影レンズの最終レンズの下部境界面に直接通じている。特に、例えば像側の最終レンズのまわりにリング状に配置される複数のそうした供給管と排出管の使用は、包囲容器を省くことを可能にする。これは、液浸液が側方に流出される際に吸引されて、像側の最終レンズと感光性表面との間の液浸空間が常に液浸液で満たされたままであるような形でフィードバックされるからである。
【０００９】
投影露光装置の液浸動作の困難は、少なくとも液が投影光に露光される場所で、液浸液の光学特性を一定に保つことである。液浸液の吸収と屈折率に特別な注意を払わなければならない。例えば不純物によって生じるような吸収の局所的変動は、像面における望ましくない強度の変動につながる。その結果、たとえ結像の際に他の著しい光学収差がなくても、線幅変動が生じる。
【００１０】
液浸液の屈折率の局所的変動は、そのような変動が投影露光装置の結像特性を直接損なうことから、特に有害な影響を及ぼす。液浸液の屈折率が投影光に露光される液浸液の容積内部で不均一である場合、これは液浸空間を通り抜ける波面の歪みを引き起こす。例えば、投影レンズの物体平面における点は、像面においてもはや鮮鋭に結像しないかもしれない。
【００１１】
液体の屈折率はそれらの密度に依存する。液体はほとんど非圧縮性であるので、それらの密度は実際上、静圧とは無関係であり、ほとんど専ら液体の温度に依存する。この理由で、投影光に露光される液浸空間内部の液浸液は、液浸液の温度がそこで一定の場合にのみ均一な屈折率を有する。さらに、液浸液内の温度変動は、屈折率の変動を引き起こすだけでなく、隣接する光学素子（特に像側の投影レンズの最終光学素子）を不均等に加熱させ、従ってほとんど補正できないように変形させる。
【００１２】
液浸空間における温度の不均一を生じる原因は多様である。液浸液の加熱の主要な理由は、液浸液による投影光の吸収である。たとえわずかな百分率にすぎない投影光が液浸液によって吸収されたとしても、それは、短波長長の、従ってエネルギーに富んだ投影光のために、比較的高い熱入力を生じる。液浸液の冷却につながる作用は、周囲ガスとの境界面における液浸液の蒸発である。加えて、液浸液の温度は、周囲の固体との間での熱移動によって影響される。それらの物体は、例えば、投影レンズの加熱した最終レンズ、そのハウジングまたは露光されるウェハである。
【００１３】
温度を均一にするために、回路において液浸液を循環させ、温度安定化装置によって所要の基準温度を確立することがこれまで提案されてきた。しかし、このようにして達成できる温度分布の均一化はしばしば十分ではない。外乱振動につながる相対的に大きい流速が通常要求される。加えて、大きい流速は、やはり結像特性に悪影響を及ぼす気泡の形成を促進する。
【００１４】
さらに、同様の困難は、そのような投影レンズの結像特性を決定する測定装置においても起こる。１より大きい開口数を有する液浸レンズを測定しなければならない場合、像側の投影レンズの最終光学素子と測定装置の試験光学部品との間に位置する液浸空間に液浸液を導入することも必要である。そのような装置の測定精度に対する極めて高い要請のため、液浸液内の屈折率の不均一は大目に見ることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４３４６１６４号明細書
【特許文献２】国際公開第９９／０４９５０４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、液浸液内部の屈折率の不均一から生じる結像欠陥が低減されるように、投影露光装置を改良し、投影レンズの光学測定のための測定装置を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、投影露光装置および測定装置が、液浸空間の区域において指定の様態で温度を変化させることができる伝熱要素を含むことにより達成される。
【００１８】
本発明は、熱が空間的に指定された様態で液浸液に供給されるか、または抜かれた場合に、液浸空間内部の所望の温度分布が達成できるという発見に基づく。熱がどこで、そしてどの程度まで液浸液に伝達されるか、またはそこから周囲媒体に放散されるかは一般に既知である。温度変動のこれらの原因を慎重に分析すれば、投影光が通過する液浸空間の容積内部の液浸液が、温度分布を変化させるために付加的な措置を取らない場合に有すると予想される温度分布を決定することが可能である。その後、予想された温度分布に基づき、所望の温度分布が確立されるようにどの場所で熱が供給または抜かれなければならないかが決定される。一般に、その狙いは均一な温度分布を達成することである。しかし、不均一ではあるが特定の対称な温度分布を確立することも考慮できるかもしれない。例えば、回転対称の温度分布により、液浸液は、屈折力から免れることにはならないであろうが、インデックスレンズの効果を有することができよう。
【００１９】
本発明に従った液浸液の局所加熱または冷却のために、温度安定化構成を含む回路内での液浸液の連続的循環は必要に応じて省いてもよい。このようにして、液浸液の循環によって生じる振動が回避される。それは測定装置の場合に特に有利である。液浸液が一定の間隔で完全に交換されなくてもよい場合、不連続循環を考慮してもよい。これは、液浸液が、露光または測定の休止の間にのみ浄化され随意で付加的に冷却または加熱されながら、ポンプによって循環させられることを意味する。振動の回避に関して、そうした不連続循環は、本発明に従った伝熱要素と無関係でさえ有利に使用される。
【００２０】
均一な温度分布が要求される場合、伝熱要素は温度分布が全体として液浸空間の温度分布に対応して対称となるように配置される。従って、伝熱要素の回転対称配置が好ましい。走査動作用に設計された投影露光装置によりウェハ上に投影されるような、スリット形状の明視野の場合、例えば、伝熱要素は、異なるように、例えば明視野の幾何学形状に対応して配置することもできる。
【００２１】
伝熱要素としては、熱の伝導または放射によって熱を液浸液と交換することに適しているあらゆる物体が原理的に可能である。熱が伝熱要素から液浸液へ、またはその逆へ伝わるかに依存して、液浸液の局所加熱または冷却が行われる。
【００２２】
伝熱要素は、例えば液浸空間内部に配置することができ、それによりそれは液浸動作の間に液浸液と接触する。最も単純な例において、伝熱要素はその場合、電気的に絶縁し化学的に保護する層で好適に被覆された電気的に加熱可能な加熱ワイヤである。そのような加熱ワイヤは、それが実際上あらゆる所望の形状を付与できるという有利さがある。その結果、熱は、投影光が通過する容積の外側であるが液浸空間内部のあらゆる所望の場所で液浸液に供給される。
【００２３】
投影光は一般に、吸収のために相対的に大きい熱入力を産生するので、加熱ワイヤは、例えば、投影光が通過する容積のまわりに環状構成で配置する。その場合、発熱出力は、投影光が通過する容積における温度勾配が最小限にされるように好適に選定される。
【００２４】
付加的なパラメータとしてワイヤ直径が可変であれば、よりいっそう精確に指定された熱入力が可能である。このようにして、発熱出力もまた加熱ワイヤの長手方向延長部に沿って変化させることができる。
【００２５】
電気的に加熱可能な加熱ワイヤの代わりに、例えば加熱または冷却した水といった流体加熱媒体が流れるコンジットもまた伝熱要素として使用できる。この場合もまた、加熱または冷却力は流れ横断面を変化させることによってコンジットの長手方向で変えることができる。
【００２６】
液浸空間に側方で接している壁によって液浸液が逃げるのを防止すれば、伝熱要素もまたこの壁に配置することができる。この場合もまた、電気的に加熱可能な加熱ワイヤまたは加熱媒体が貫流できるコンジットとしての伝熱要素の構成が考えられる。このようにして、壁はそれ自体で、いわば単一の大きな伝熱要素を形成する。
【００２７】
液浸液を局所的に冷却するために、ペルチェ素子が伝熱要素として使用される。
【００２８】
特に有利な実施態様において、伝熱要素は、例えば赤外線またはマイクロ波放射といった熱放射によって伝熱要素と区域との間で熱が交換されるような形で、液浸空間から離間される。この場合、伝熱要素は、例えば、好ましくは電気的に加熱可能または冷却可能な平面放熱器の形態とすることができる。放射による伝熱は、伝熱要素と液浸液との間のいかなる直接的な物理的接触が要求されないという、伝導による伝熱に優る利点を有する。従って、伝熱要素は液浸液からより大きい距離で配置される。この実施態様において、狭い液浸空間への、またはそれに隣接しての伝熱要素の設置により起こる可能性のある困難は回避される。
【００２９】
この実施態様において熱放射を伝熱要素から液浸液へより選択的に方向づけるために、熱放射の方向を変える、例えばミラーまたはレンズといった１個以上の光学素子を伝熱要素と液浸空間との間に配置してもよい。正の屈折力を有する光学素子を使用することによって、熱放射は指定の様態で、投影レンズとウェハとの間の狭い隙間に、そして液浸空間の所望の区域上に合焦される。
【００３０】
原理的に、液浸空間の所望の区域上に熱放射を方向づけるためにこれらの光学素子の１個以上を投影レンズ内部に配置することさえ可能である。この場合、前記熱放射が投影光から分離して像側の投影レンズの最終レンズを出るような形で投影レンズの光ビーム経路に熱放射を結合させることも可能である。適切に選定された光ビーム経路により、熱放射は、投影光が通過する容積を包囲する液浸液の部分容積を専ら加熱し、それにより、この容積の縁端における温度勾配を低減する。その際、熱放射はフォトレジストが反応しない波長を有することのみ保証されればよい。
【００３１】
液浸液の温度を非接触式に測定するために、伝熱要素の温度が決定されるが、この場合、伝熱要素の温度は液浸液との熱放射の交換だけによって変えることができる。こうした条件下で、既知の発熱出力と伝熱要素の温度が与えられれば、液浸液の温度に関する結論を引き出すことができる。そのような伝熱要素の温度を測定するために、それは熱センサと接続される。後者は転じて、伝熱要素の加熱または冷却出力を管理する制御装置と信号接続しているかもしれない。
【００３２】
走査モードではなくステップバイステップで動作される投影露光装置の場合、感光層の支持体を固定できるウェハステージが、本発明に従った伝熱要素を取り付けるための場所として考えられる。このようにして、支持体は下方から局所的に加熱または冷却される。従って、支持体の上方に位置する液浸液の温度もまた、熱伝導によって変えることができる。この構成はまた、投影光に露光される液浸液の容積を冷却する可能性を付与する。この容積が上方または側方から容易にアクセスできないので、他の冷却手段は一般に困難である。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、上記の目的は、液浸空間を少なくとも部分的に包囲する蒸発バリヤを感光層の方を向いている投影レンズの下側に配置することにより達成される。
【００３４】
本発明のこの第２の態様によれば、液浸空間における温度勾配の形成につながる主要な原因の１つは大部分排除される。蒸発バリヤは、液浸液が周囲ガス容積中に大規模に蒸発するのを防ぐ。
【００３５】
この目的で、蒸発バリヤは例えば、互いにある距離をおいて配置されている、例えば円形または多角形の形状を有する１個以上の少なくともほぼ同心のリングを含む。このようにして、周囲ガスとの境界面は、液浸液がほとんど蒸発しない程度に縮小される。
【００３６】
本発明のさらなる態様によれば、液浸空間を包囲しそれと流体連通している外室内で液浸液の蒸気相が多くなるという、液浸液の蒸発が完全にまたは少なくとも部分的に防止される。
【００３７】
この外室内で液浸液の蒸気相が多くなることによって、外室内の蒸気圧は、ほとんどいずれの液浸液も液相から蒸気相に移行できないほどまで増加される。理想的な場合、外室内の蒸気相の圧力は、外室内で支配的な温度時の蒸気相の飽和蒸気圧に少なくともほぼ等しいように調整される。
【００３８】
この場合、蒸気相から凝縮すると同時に、まさに同じ量の液浸液が、液浸液と蒸気相との間の境界面において蒸発する。この平衡の結果、境界面の近傍における液浸液の温度は不変のままである。
【００３９】
外室において液浸液の蒸気相を産生するために、外室に液浸液の蒸気相を導入する供給装置を設けてもよい。
【００４０】
以下に説明する実施態様は、本発明の全部の上記の態様とともに、またそれらとは独立してでも、有利に使用することができる。
【００４１】
液浸液のための供給管は、液浸空間を横方向かつ下方に区画する壁に、例えば締付または圧入により、標準的に確実に接続される。これは外部からの振動を液浸液に伝えるかもしれない。特に測定装置に関して、そのような振動を回避するために、液浸空間内に到る管のための開口をそうした壁に設けることができる。開口の寸法は、液浸液が管と壁との間に残存する隙間に進入できるが、粘着力の結果として前記隙間から流出できないように、管の外部寸法よりも十分に大きい。従って粘着力が開口の領域において壁のシールを生じるが、管はそこで長手方向に変位可能である。管から壁への、そしてそこから液浸液への振動の伝達は、液で充填された隙間によって相当に低減される。
【００４２】
加えて、液浸液を検出するための検出器が設けられれば有利である。特に、液浸液がリングまたは容器によって横方向に区画されていない投影露光装置または測定装置に関して、液浸液がそのために設けられた領域内部にまだ存在しているか、または例えば慣性力の結果としてその領域を離れたかどうかを確かめることがしばしば必要である。
【００４３】
検出器の助けにより、液浸液が既定の閉じた面を離れたかどうかを決定することが可能かもしれない。この閉じた面は好ましくは、投影レンズの直下の感光層上の面である。
【００４４】
そのような検出器は例えば、ループの様態で閉じた面のまわりに好適に置かれた２個のほぼ平行な導体がキャパシタを形成することで、実現させることができる。液浸液が導体間の空間に進入すると、誘電率の増加を引き起こし、それによってキャパシタのキャパシタンスが増加する。このキャパシタンスの増加は、それ自体は既知である、キャパシタンスを測定するための適切な測定回路により単純な方式で検出される。
【００４５】
上述した本発明の実施態様は、投影露光装置に関して主に説明した。しかしそれらは、投影レンズを測定するための測定アセンブリが投影露光装置とごくわずかに異なるだけであることから、結像特性を決定するための測定装置に関して等しく有利に使用される。例えば、測定装置はまた、測定光を生成しそれを投影レンズに結合するある種の照明システムを含む。いずれの感光性試験層も測定中に露光されない場合、液浸空間は試験光学部品によって下方に区画される。トワイマン・グリーンまたはフィゾー干渉計の場合、例えば、この試験光学部品はミラーとすることができ、モアレまたはシヤリング干渉計の場合それは回折格子とすることができ、そしてハルトマン・シャックセンサの場合それはグリッド・オブ・ポイント（grid-of-points）マスクとすることができる。
【００４６】
液浸液が像側の投影レンズの最終光学素子とそうした試験光学部品との間の隙間に導入される場合、この液浸液の温度安定化もまた要求される。試験光学部品は一般に、（走査動作用に設計された投影露光装置におけるウェハと異なり）、像面内で移動しないので、液浸空間における液浸液がそのような移動の結果として混合されないことにより、より高い温度勾配が生じる。他方、上述の手段の一部は、走査動きの結果として起きる設計上の困難がそれらの事例で起こらないことから、そうした測定装置に特に適している。
【００４７】
液浸空間を下方に区画するそのような静止した試験光学部品は、熱が試験光学部品を通じて指定の様態で放散することを可能にする。例えば、試験光学部品が光に少なくとも部分的に透明である区域を含んでおり、そしてこの区域が少なくとも部分的に別の区域によって包囲されている場合、この他方の区域は光透過性区域が構成される材料よりも高い熱伝導率を有する材料で製作することができる。一例がガラス／金属材料の組合せである。ガラスの区域を包囲している金属は、その上方に位置する液浸液のための効率的な熱放散を保証する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】縮尺通りではない相当に簡略化した図において本発明に従った投影露光装置のメリジオナル断面を示す。
【図２】像側の投影レンズのハウジングに凹設された加熱可能リングの形態の伝熱要素を見ることができる図１に例示した投影露光装置の拡大部分を示す。
【図３】伝熱要素が液浸空間内部に配置された加熱ワイヤである本発明の別の実施形態に従った液浸空間の透視図である。
【図４】図３に例示した液浸空間を通る軸方向断面を示す。
【図５】液浸空間を横方向に区画している壁に伝熱要素が組み込まれている本発明のさらなる実施形態に従った図３に対応する図である。
【図６】伝熱要素が熱放射器である本発明のさらなる実施形態に従った図４に対応する図である。
【図７】ウェハを固定するためのウェハステージに伝熱要素がはめ込まれた本発明のまた別の実施形態に従った図４に対応する図である。
【図８】蒸発を低減するために蒸発バリヤが液浸空間を横方向に包囲する本発明の別の態様に従った図４に対応する図である。
【図９】蒸発を低減するために液浸液の飽和蒸気相が液浸液の上方に位置する本発明のさらなる態様に従った投影露光装置を通る部分的なメリジオナル断面を示す。
【図１０】入口管の浮動取付が図示されている図９に例示した投影露光装置の一部を示す。
【図１１】液浸液が重力の作用によって循環する本発明のさらに別の態様に従った投影露光装置の図９に基づく図である。
【図１２】横方向に逃げる液浸液を検出するための検出器が設けられている本発明のさらなる実施形態の図３に対応する図である。
【図１３】図１２に例示した液浸空間を通る軸方向断面を示す。
【図１４】第１の実施形態に従った点回折干渉計の液浸空間を通る軸方向断面を示す。
【図１５】本発明に従った点回折干渉計の第２の実施形態に従った図１４に対応する軸方向断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明の種々の特徴および利益は、添付図面と関連づけてなされる以下の詳細な説明を参照してより容易に理解されるかもしれない。
【００５０】
図１は、相当に簡略化した表現で１０によって全体として指示されたマイクロリソグラフィ投影露光装置のメリジオナル断面を示している。投影露光装置１０は、投影光１３を生成するための照明システム１２を含み、後者は光源１４、１６で指示された照明光学系と開口１８を備える。例示された実施形態において、投影光１３は１９３ｎｍの波長λを有する。投影露光装置１０はまた、多数のレンズを包含する投影レンズ２０も含み、そられのうちの一部だけが簡明の理由で図１に例として示されており、それらはＬ１〜Ｌ５によって指示されている。
【００５１】
投影レンズ２０は、投影レンズ２０の物体平面２２に配置されたマスク２４を縮尺して感光層２６上に結像させる働きをする。例えばフォトレジストである層２６は、投影レンズ２０の像面２８に配置され支持体３０に適用される。
【００５２】
支持体３０は、トラバース装置によって（詳細に図示されていない様態で）像面２８に平行に移動可能なたらいのような上方に開いた容器３２の底部に固定されている。容器３２は、投影レンズ２０の像側の最終レンズＬ５が投影露光装置１０の動作中に液浸液３４に浸漬される液位まで液浸液３４が満たされている。レンズの代わりに、投影レンズ２０の像側の最終光学素子は、例えば平行平面端板とすることもできる。液浸液３４の屈折率は、感光層２６の屈折率におおよそ一致する。１９３ｎｍまたは２４８ｎｍの波長を有する投影光の場合、例えば、高純度脱イオン水が液浸液３４として可能である。１５７ｎｍといったより短い波長では、例えば、Ｄｅｍｎｕｍ（登録商標）やＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）を含む商品名で市販されているペルフルオロポリエーテル（ＰＥＰＥ）が適切である。
【００５３】
容器３２は入口管３６と出口管３８によってコンディショニングユニット４０に接続されており、その中には循環ポンプおよび、液浸液３４を浄化するためのフィルタを含む要素が収容されている。コンディショニングユニット４０、入口管３６、出口管３８、容器３２は一緒に、４２で指定された液浸装置を形成し、そこでは液浸液３４が浄化され一定の温度に維持されながら循環する。液浸液３４の温度は、投影レンズ２０による結像が基準温度から逸脱した場合に焦点合わせエラーやイメージシェル欠陥によって損なわれるので、できる限り正確に設定されなければならない。そのような結像欠陥は転じて、露光に使用可能なプロセス窓のサイズの縮小につながることがある。
【００５４】
図２は、図１に図示された投影露光装置の拡大部分を示しており、ここにさらなる詳細を見ることができる。図２において、投影レンズ２０の像側の最終レンズＬ５と感光層２６との間にある隙間（以下、液浸空間と呼ぶ）が４４で指定されている。簡明の理由で、液浸空間４４の高さｈ、すなわち投影レンズ２０の像側の最終光学素子と感光層２６との間の軸方向距離は、図２や他の図で表現された通り相当に誇張されているが、実際には、高さｈはせいぜい１または数ミリメートルのオーダである。例示された実施形態で、液浸空間４４は、４６によって指示された循環方向で投影レンズ２０を通過して流れる液浸液３４で完全に満たされている。
【００５５】
１３によって指示された投影光は、像側の最終レンズＬ５を経て液浸液３４に進入し、液浸液３４の、図２において灰色に影を付けた容積４８の区域を通り抜ける。容積４８の形状は、投影レンズ２０の開口数ＮＡと、投影レンズ２０によって感光層２６上に投影される明視野の幾何学形状に依存する。液浸液３４は与えられた波長の投影光１３について（わずかではあるが）吸収があるので、投影光１３の一部は容積４８内部で吸収される。適切な対策が取られない限り、このようにして放出された熱は、容積４８の周囲の液浸空間４４の区域内に流入する。そこの温度がより低いからである。
【００５６】
外方に放散する熱は、容積４８内でも温度勾配の形成につながる。液浸液３４の屈折率が温度依存性であるので、容積４８内でのこの温度勾配は、屈折率における対応する勾配を生じる。そのような勾配は、ある一定の程度を超えた場合に許容できない結像欠陥となって現れる屈折力を生じる。この作用は、容積４８において吸収によって産生される熱が対流によってはまったく運び去られないか、またはわずかに運び去られるにすぎず、液浸空間４４の液浸液３４がまったく移動しないか、または緩慢に移動するにすぎない場合に特に強く起きる。この理由で、液浸液が大きな流速で循環しない、または永久的に循環しない液浸装置は、これらの熱誘起作用によって特に影響される。
【００５７】
さらに、液浸液３４と、例えば空気または、ヘリウムまたは窒素といった不活性ガスである周囲ガスまたはガス混合物との間の境界面も温度勾配の形成に関与する。図１、２において４７で指定されたこれらの境界面で液浸液３４が蒸発し、蒸発熱を消費する。このようにして、液浸液３４は、容積４８が投影光１３によって加熱されている間に境界面４９では連続的に冷却される。
【００５８】
温度勾配に伴う結像欠陥を低減するか、または完全に回避するために、伝熱要素が設けられる。図１、２の実施形態において、この伝熱要素は、液浸液３４に浸漬している投影レンズ２０の下面４９にはめ込まれた加熱可能リング５０として実現される。リング５０から放出された熱が、図２で矢印５２によって指示されているように、熱伝導によって液浸液３４に伝達される。このようにして、容積４８の周囲の液浸空間４４の区域は付加的に加熱され、温度勾配の形成を打ち消す。リング５０の幾何学形状は、容積４８の形状に適応される。矩形の明視野の場合、例えば、伝熱要素５０は矩形リングとして構成することもできる。当然、連続的リングを、投影レンズ２０の下面４９に対応する幾何学形状で分散させた複数の個別の伝熱要素で代替させることも可能である。
【００５９】
図３、４は、それぞれ、部分的透視図と軸方向断面による別の実施形態の投影露光装置を示している。この実施形態において、液浸液３４は、容器３２内に位置しておらず、粘着力だけによって液浸空間４４に保持されている。例示した実施形態において、投影レンズ２０の像側の最終光学素子は、レンズではなく平行平面端板５４である。そこには、ほぼ矩形の横断面を有する５６によって指示された投影光ビームが示されている。端板５４とその端板５４の下の液浸空間４４に位置する液浸液３４を通過した後、投影光ビーム５６は、感光層２６上で矩形の明視野５８を生成する。
【００６０】
この実施形態において、温度勾配は図１、２において示されたものよりもいっそう急激である。というのも、液浸液３４と周囲ガスとの間の境界面４７が（その境界面４７は蒸発の結果として比較的冷たい）この場合、容積４８によりいっそう近く位置しているからである。加えて、この実施形態において、液浸液３４は、循環されず、液浸空間４４に長期間にわたり留まる。この場合、温度分布の一定の均一化は、感光層２６が露光の間に投影レンズ２０を通過して移動させられるときの、矢印６０によって示された横動き６０の結果としての液浸液３４の混合によってのみ付与される。
【００６１】
図３、４に例示した実施形態において、主要な温度勾配の形成を打ち消すために、化学的に不活性で電気絶縁性のシーズによって包囲されている環状加熱ワイヤ５０１を通じて熱が液浸液３４に供給される。加熱ワイヤ５０１は、電源用バッテリおよび制御装置が統合されている制御ユニット６２に接続されている。制御ユニット６２は、予め定めた値に従って加熱ワイヤ５０１の発熱出力を調整する機能を有する。制御装置の代わりに、液浸液３４の温度を測定するための温度センサを含む温度調節システムを設けてもよい。
【００６２】
例示された実施形態において、加熱ワイヤ５０１は、投影光ビーム５６が通り抜ける容積４８のまわりに配置されたループの形態であり、それにより容積４８の外側に位置する液浸液３４が加熱ワイヤ５０１によって一様に加熱される。加熱ワイヤ５０１は、容積４８のまわりにきちんと配置される。さらに、円形以外の加熱ワイヤ５０１の形状も、当然、本願の文脈において考えられる。
【００６３】
図５は、図３における表現に基づくさらなる実施形態を示しており、温度勾配を低減させるために伝熱要素がどのように構成されるかを示す。この実施形態において、液浸空間４４は、投影レンズ２０の下面４９に固定されたリング６２によって横方向で区画されている。リング６２は、感光層２６が横移動６０の間にリング６２の下方でやっと移動できる程度まで軸方向下側に延びている。リング６２は、相対的に速い横動き６０で液浸液３４が液浸空間４４から逃げないようにする効果がある。加えて、周囲ガスまたはガス混合物との境界面４７は著しく縮小され、液浸液３４はリング６２の下に残っている高さｄの狭い隙間を通じてのみ蒸発できるだけである。
【００６４】
温度分布を均一にするために、リング６２を加熱可能である。この目的で、例えば温水または熱風といった加熱媒体が循環できる環状コンジット５０２が、リング６２の下部に配置される。
【００６５】
図６は、さらなる実施形態に従った投影露光装置を部分的な軸方向断面図で示している。この場合、伝熱要素は、電気的に加熱可能であり投影レンズ２０の周辺部のまわりに分散された平面放熱器５０３として実現される。平面放熱器５０３は、液浸液３４を向いている面の側に黒面を、そして反対側に鏡面を有しており、それにより熱放射はほぼ液浸液３４にのみ方向づけられる。約４０℃ないし８０℃の温度まで加熱されると、平面放熱器５０３は、液浸液３４として使用された水が極めて吸収性となるマイクロ波範囲の波長を有する熱放射を主に放出する。しかし代替として、伝熱要素は、例えば半導体ダイオードまたは半導体レーザーといった、電磁放射を放出する他の構成要素としてもよい。６５によって指定されたものが平面放熱器５０３の温度を測定できる熱センサである。
【００６６】
各々の平面放熱器５０３が、その平面放熱器５０３によって生成された熱放射を合焦しそれを液浸空間４４に向けて方向づける集光レンズ６６に関係づけられている。液浸液３４は、主に境界面４７の領域において熱放射を吸収し、局所的に加熱される。このようにして、蒸発を通じて失われる液浸液３４におけるまさしくその場所に熱が発生する。熱放射の波長範囲の吸収係数が大きくなればなるほど、加熱は境界面４７の領域により強く集中する。
【００６７】
上述の動作モードの逆の実用的な例として、図６に図示された構成はまた、液浸液３４を冷却するためにも使用される。この場合、平面放熱器５０３が、例えばペルチェ素子によって冷却されることだけが必要である。この場合、熱伝導は液浸液３４のより暖かい区域から冷却された平面放熱器５０３への熱放射によって行われる。
【００６８】
図６に例示した構成は、平面放熱器５０３を投影レンズ２０の内部に配置させ、放出された熱放射が適切な出口窓を通って軸方向に液浸液３４を通り抜けるような形にさらに修正させることもできる。そのような構成は特に測定装置の場合に考慮される。その場合、存在している熱放射のいずれの短波長スペクトル成分も感光層２６の露光に寄与する危険がまったくないからである。
【００６９】
図７は、別の実施形態に従った投影露光装置の類似の部分を示している。図４、６と異なり、図７は、感光層２６の支持体３０が取り付けられるウェハステージ７０を示している。ウェハステージ７０には、例示された実施形態において互いに平行に配置されたコンジット５０４として実現されている伝熱要素が組み込まれている。例えば湯といった高温流体がコンジット５０４内を流れると、コンジット５０４の上方に位置する支持体３０と感光層２６の区域は加熱される。そこから熱は、前記区域の上方に位置する液浸液３４に移る。コンジット５０４が容積４８の軸位置に関して横方向にずらされているので、伝熱は容積４８を包囲する液浸空間４４の区域にほぼ限定される。このようにして、液浸空間４４の液浸液３４はほとんど一様に加熱され、それが主要な温度勾配の形成を防ぐ。
【００７０】
図８は、いかなる伝熱要素も存在しない投影露光装置の一部を軸方向断面において示している。この場合、液浸液３４内での温度分布の均一化は、全体として７２によって指定された蒸発バリヤが投影レンズ２０の下面４９に固定されることにより達成される。蒸発バリヤ７２は、合計４個の同心に配置されたリング７４１、７４２、７４３、７４４よりなり、これらは液浸空間４４を横方向に、すなわち光軸に対し垂直に区画している。リング７４１〜７４４は、図５に図示された実施形態の場合とやはり同様に、リング７４１〜７４４の自由端が感光層２６から離れるような幅を軸方向に有する。このようにして、感光層は蒸発バリヤ７２によって損傷を受けることがない。液浸空間４４の内部に位置する液浸液３４は、リング７４１と感光層２６との間に残存する隙間７６を通って逃げないように粘着力によって防止される。
【００７１】
リング７４１〜７４４の千鳥形配列によって、周囲ガスまたはガス混合物が隙間７６のまわりに流れ、それによって蒸発を促進することもまた防止される。反対に、蒸発した液浸液３４はリング７４１〜７４４間の隙間に主に残存し、それによって液浸液の蒸気圧がその場所において増加する。周囲ガスの蒸気圧が増加するにつれて蒸発は減少するので、蒸発抑止効果がこのようにして付加的に達成される。これは転じて、比較的小さい温度勾配だけが液浸空間４４内部で形成されるという結果をもたらす。
【００７２】
図９は、図１に図示されたものに類似の投影露光装置１０’の一部を示している。しかし、投影露光装置１０’の場合、液浸液３４が位置する容器３２は、まわり全体が気密式にシールされた室７８に収容されている。室７８は投影レンズ２０が通る開口８２を有するフード状カバー８０によって実質的に形成されている。
【００７３】
加えて、投影露光装置１０’は、液浸液３４用のタンク８６と蒸発器８８を含む要素が収容されている供給装置８４を含む。供給装置８４は、蒸気圧を増加させるために室７８に蒸気相の液浸液を導入する機能を有する。この目的で、タンク８６から引き出された液浸液が蒸発器８８で蒸発し、コンジット９０によって室７８に供給される。液浸液の蒸気相は、出口９２を通じてバルブ制御式に室７８から吐出される。
【００７４】
室７８内部の増加した蒸気圧によって、少量の液浸液３４だけが液相の液浸液３４と蒸気相との間の境界面４７で蒸発する。室７８において支配的な温度に飽和蒸気圧が達すると、周囲の蒸気相から逆に凝縮するのとまったく同じ量の液浸液３４が境界面４７において蒸発する。従って、室７８において飽和蒸気圧に達すると、容器３２に位置する液浸液３４を冷却するいかなる蒸発熱も消費されない。このようにして、図８に図示された実施形態によるものと類似の効果が、蒸発バリヤ７２の備えを要することなく得られる。従って、投影露光装置１０’は、液浸液３４を閉じた循環で液浸空間４４内を通して導くことができる。
【００７５】
図１０は、図９に例示された投影露光装置１０’の拡大部分Ａを示している。図１０において、液浸液３４用の入口管３６が貫通する容器３２の壁９４を見ることができる。この目的で、入口管３６が容器３２の内部に貫通する開口９６が壁９４に設けられている。開口９６の寸法は、液浸液３４が浸透できる円周隙間９８が入口管３６と壁９４との間に残るように選定される。他方で、隙間９８は、いかなる液浸液３４も隙間９８を通じて容器３２から漏れることができない程度に狭い。このようにして、支持９９によって保持されている入口管３６は、容器３２の壁９４に流体中で“浮動”するように取り付けられている。その結果、例えば入口管中の流れの乱れまたは処理装置４０のポンプによって生じ得る管３６の振動は、容器３２に伝達されない。入口と出口管の上述の衝撃絶縁取付は、特に測定装置にとって重要である。
【００７６】
図１１は、全体として１０”によって指示された投影露光装置の別の実施形態の一部を図式的に示している。投影露光装置１０”において、衝撃を回避するために、液浸液３４は、ポンプによって容器３２内に導かれるのではなく、重力によってのみ行われる。この目的で、液浸液３４用のタンク１００は液浸空間４４の上方に配置されている。バルブ１０４によって制御される液浸液３４は、タンク１００から容器３２に導かれる。一般にポンプの使用では完全に回避できない、流速や振動の周期的変動が、投影露光装置１０２では起こらない。
【００７７】
この実施形態において、容器３２からの出口管３８は、液浸液３４が第２のバルブ１０８を通過した後に回収される中間タンク１０６に接続されている。そこから液浸液は、ポンプ１１０によってコンディショニングユニット４０”を経てタンク１００に戻される。タンク１００と中間タンク１０８によってポンプ１１０が容器３２の液浸液３４から分離されているので、ポンプ１１０によって発生する流速の変動は、中間タンク１０６とタンク１００との間の管系に閉じ込められる。
【００７８】
ポンプによって生じる衝撃を回避する別の可能性は、投影の休止の間だけに容器３２の液浸液３４を循環させることにある。その場合、図１１に示された容器１００と１０６は省くことができる。
【００７９】
図１２、１３は、さらなる実施形態に従った投影露光装置１０'''をそれぞれ透視図と軸方向断面で示している。投影露光装置１０'''は、液浸空間４４からの液浸液３４の望ましくない流出を検出する、全体として１２０によって指示された検出器を含む。この目的で、検出器１２０は、軸方向で互いに平行に配置され、測定回路１２６と接続された２個の導電性ループ１２２、１２４を有する。
【００８０】
２個の導電性ループ１２２、１２４はキャパシタを形成し、そのキャパシタンスは導電性ループ１２２、１２４間に位置する誘電材料を含むファクタに依存する。例えば、液浸液が脱イオン水であり周囲ガスが空気である場合、誘電率の差は約８０である。液浸空間４４からの液浸液３４が、１２８で指示されているように、導電性ループ１２２、１２４間の隙間に進入した場合、導電性ループ１２２、１２４間に存在する媒体の誘電率はその場所で局所的に増加する。導電性ループ１２２、１２４によって形成されたキャパシタのキャパシタンスの随伴する上昇は、測定回路１２６によって検出される。既定のしきい値を超えた場合、測定回路１２６は、例えば、液浸液が導電性ループ１２２、１２４によって形成された領域の外部に通り出たことを指示する信号を生成できる。
【００８１】
上記の実施形態は投影露光装置に関して検討した。しかしそれらは、適宜若干の修正により、投影レンズの光学結像特性を決定できる測定装置に移植可能である。そのような測定装置は一般に、感光層２６のための支持３０の代わりに、投影レンズ２０の像側に配置される試験光学部品を含む。この試験光学部品は、例えば、ミラー、回折格子、ＣＣＤセンサまたは感光性試験層とすることができる。そのような測定装置は、投影露光装置の照明システムに取って代わる別個の光源を含む場合が多い。
【００８２】
本発明の上述の実施形態および態様のいくつかは、特定の測定装置で特に有利に使用される。シヤリング干渉計に関して、これは、例えば図３〜５に示した変形例の場合や図１０に示した管の浮動取付の場合に有利であり、図１１に例示した引力を利用した循環はモアレ干渉計で特に有利である。
【００８３】
図１４は、軸方向断面において点回折干渉計（ＰＤＩ）のピンホールマスクを図式的に例示している。そのような点回折干渉計や、それによって必要とされるピンホールマスクは、従来技術においてそれ自体は既知であり、従ってそのさらなる詳細の説明は省略できる。ピンホールマスク１４０は、半透明層１４４が加えられたガラス体１４２から構成される。ピンホールマスク１４０のほぼ中心に、半透明層１４４における小さいピンホール開口１４６がある。
【００８４】
測定光に露光される容積４８を包囲する区域における前記半透明層１４４の上方に位置する液浸空間４４の液浸液３４を加熱できるようにするために、例えば温水といった流体加熱媒体が貫流するコンジット１４８がガラス支持体１４２に組み込まれている。このようにして、ガラス支持体１４２の周辺部は一様に加熱され、それによってその上方に位置する液浸液３４の温度は局所的に増加する。
【００８５】
図１５は、図１４に対応する図で、１４０’によって指示されたピンホールマスクの別の実施形態を示している。この実施形態において、ピンホールマスク１４０は、その中心にガラス挿入物１５０が組み込まれている金属支持体１４２’より構成される。例えば円錐台の形態を有するとしてよいこのガラス挿入物１５０は、測定光が金属支持体１４２’の周囲の金属に到達することなくガラス挿入物１５０を通り抜けることができるような寸法にされている。
【００８６】
測定光が通り抜ける容積４８が半透明層１４４を介して金属支持体１４２’に大部分接しており、その小部分だけがガラス挿入物１５０に接しているので、測定光の吸収により容積４８において解放された熱は、金属支持体１４２’を通じて効率的に放散される。このようにして、金属支持体１４２’の高い熱伝導率は、液浸空間４４内でわずかな温度勾配のみを許すことに寄与する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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