(57)【要約】【目的】  投影レンズの侵食を回避して長期間安定して使用できる高性能の液浸型レンズ系及びこれを備える投影露光装置を提供すること。【構成】  本体部材４４ａの表面が研磨された研磨面ＰＳとなっており、この研磨面ＰＳ上に純水等の液浸に対して極めて溶解度が低い溶解防止膜ＰＦが薄く形成されている。この結果、側面４３ｄの浸液に対する耐性を高めることができ、低い応力によって光学素子４３の光学特性を高く維持することができる。しかも、光学素子４３の先端が溶解防止膜ＰＦによって保護されており、蛍石やフツ化バリウム等が純水等の浸液ＩＬに浸食されることを防止できるので、蛍石やフツ化バリウム等の溶解成分がウェハＷ表面に付着・浸透して半導体製造に致命的な影響を与えてしまうことを防止できる。【選択図】  図１
2006178327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられる光学素子であって、
前記光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に、研磨加工が施された表面改質領域を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記所定の液体に接するように前記光学系の物体側に配置されることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学系は、露光ビームでマスクを照明し、投影光学系を介して前記マスクのパターンを基板上に転写する際に、当該基板の表面と前記投影光学系との間に前記所定の液体を満たす投影露光装置に組み込まれる、前記投影光学系であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項４】
前記表面改質領域は、前記非光学面領域のうち、前記所定の液体と触れる可能性がある部分領域に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学素子は、対向する一対の光学面と、当該一対の光学面の間に設けた側面とを有し、前記表面改質領域は、前記側面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項６】
前記表面改質領域の研磨面上に溶解防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学素子の基材は、蛍石であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学系は、ＡｒＦレーザ光に対して使用されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項９】
前記所定の液体は、水を含む液体であり、前記溶解防止膜は、酸化珪素、フッ化マグネシウム、及びフッ化ランタンのうち少なくとも１つを主成分とすることを特徴とする請求項７及び請求項８のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１０】
物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられる光学素子であって、
前記光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に平滑化処理が施されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられる光学素子であって、
前記光学素子の表面のうち、前記所定の液体と触れる可能性がある液体接触性領域に研磨加工が施されていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられる光学素子の製造方法であって、
前記光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工を施す工程を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記研磨加工を施した領域の表面上に溶解防止膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記研磨加工において、前記光学素子の基材が結晶材料である場合、当該結晶材料の結晶方位による研磨速度差を参酌して、研磨ツールの前記光学素子の表面上における滞在時間を調整することを特徴とする請求項１２及び請求項１３のいずれか一項記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
露光ビームでマスクを照明し、当該マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写し、前記投影光学系の前記基板側の光学素子の先端部と前記基板の表面との間を所定の液体で満たした投影露光装置であって、
前記光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に、研磨加工が施された表面改質領域を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１６】
露光ビームでマスクを照明し、投影光学系を介して前記マスクのパターンを基板上に転写する際に、当該基板の表面と前記投影光学系との間に前記所定の液体を満たす投影露光装置であって、
請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の光学素子を備えることを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等のデバイスを製造するリソグラフィ工程においてマスクパターンを感光性の基板上に転写するための投影露光装置等に組み込まれる光学素子に関し、より詳しくは、液浸型の光学系に組み込まれる光学素子及びその製造方法、並びに、このような光学素子を組み込んだ投影光学系を備える投影露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造する際に、レチクルのパターン像を投影光学系を介してレジストが塗布されたウェハ上に転写する投影露光装置が使用されている。このような投影露光装置として、ウェハを逐次移動させながらウェハ上の各ショット領域に縮小投影型の露光を繰返すステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置がこれまで多用されていたが、最近ではレチクルとウェハとを同期走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置も注目されている。
【０００３】
以上のような投影露光装置において、露光の高解像度化を目的として、可視光よりも短波長の紫外レーザ光が露光光として用いられている。この種の投影露光装置としては、現在主流となっているＫｒＦエキシマレーザの波長２４８ｎｍで使用する装置のほかに、ＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍで使用する装置が実用化されている。
【０００４】
また、露光光の短波長化を実質的に行う別の方法として、液浸法が提案されている（特許文献１，２，３等参照）。これは、投影光学系の下面とウェハとの間を液体で満たした場合、液体中での露光光の波長が空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率１．２〜１．５）になることを利用して、解像度を１／ｎ倍に向上させることができ、或いは、焦点深度（ＤＯＦ）を約ｎ倍にするという技術である。
【０００５】
なお、非液浸型の投影光学系において、解像度Ｒ及び焦点深度δは、それぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ１・λ／ＮＡ  …  （１）
δ＝ｋ２・λ／ＮＡ２  …  （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ１，ｋ２はプロセス係数である。式（１）、（２）より、解像度Ｒを高めるために、露光波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。一方、液浸法では、実効的に露光波長を短くすることができ、解像度を維持したままで露光光の収束角を小さくすることができるので、非液浸型の投影光学系と同じＮＡに設定した場合、焦点深度を理論上ｎ倍にすることができる。
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【特許文献２】特開平１０−３４０８４６号公報
【特許文献３】特開平１１−１７６２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の液浸法を、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に単に適用するものとすると、１つのショット領域の露光を終了した後、次のショット領域にウェハをステップ移動する際に、投影光学系とウェハとの間から浸液を一旦除去することになるため、再び浸液を供給しなければならず、また、浸液の回収も困難になる。
【０００７】
また、液浸法を仮にステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用する場合、ウェハを移動させながら露光を行うため、ウェハを移動させている間も投影光学系とウェハとの間には浸液が満たされている必要がある。この場合、投影光学系と浸液とが継続的に接するため、浸液と接した投影光学系の先端部が浸液によって徐々に浸食される可能性がある。特に、紫外波長で使用可能な蛍石（ＣａＦ２）やフッ化バリウム（ＢａＦ２）等については、水を浸液とした場合、その溶解度のため浸食される可能性があり、経時的劣化によって所望の光学性能が得られなくなる場合がある。なお、投影光学系の先端部が浸食される問題は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置においても、浸液の供給・回収方法にもよるが、無視できないものとなり得る。
【０００８】
また、液浸法では、投影光学系とウェハとが浸液を介して間接的ながら接触している。このため前述の紫外波長で使用可能な蛍石やフッ化バリウムが浸液に溶け出した場合、これらの成分がウェハ上に不純物として到達し、半導体デバイスに致命的な影響を与える可能性もある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液浸法を適用した場合に、投影光学系において先端部が浸液によって浸食されにくい光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、そのような光学素子が搭載された投影露光装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、第１の発明に係る光学素子は、物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられるものであって、光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に、研磨加工が施された表面改質領域を有することを特徴とする。
【００１２】
上記光学素子によれば、非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工が施された表面改質領域を有するので、この表面改質領域において、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。つまり、光学素子の表面改質領域では、滑らかに平坦化された表面が露出しており、研削面に比較して上記所定の液体に接する表面積が少なくなる。結果的に、光学素子のうち特に非光学面領域において、上記所定の液体から受けるダメージを低減して、上記所定の液体による浸食を抑制することができる。また、本発明の光学素子の表面改質領域では、滑らかに平坦化された表面が露出しており、薄い膜のコーティングが容易である。なお、研削面にコーティングを施す場合、コート材料による被覆を完全にするために膜厚が大きくならざるを得ず、膜応力によって光学素子の光学特性に影響を与える可能性がある。
【００１３】
また、第２の発明に係る光学素子は、第１の発明に係る光学素子であって、所定の液体に接するように光学系の物体側に配置される。この場合、光学系のうち所定の液体に接し浸食されやすい環境にある光学素子が、非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工が施された表面改質領域を有する。よって、当該光学素子ひいては光学系の耐久性を高め、その光学特性を長期間に亘って維持することができる。
【００１４】
また、第３の発明に係る光学素子は、第１，２の発明に係る光学素子において、光学系が、露光ビームでマスクを照明し、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に転写する際に、当該基板の表面と投影光学系との間に所定の液体を満たす投影露光装置に組み込まれる投影光学系である。この場合、液浸型の投影光学系を高精度に保持しつつ耐久性を高めることができるので、長期間に亘って高い露光精度を維持することができる。
【００１５】
また、第４の発明に係る光学素子は、第１〜３の発明に係る光学素子において、表面改質領域が、非光学面領域のうち、所定の液体と触れる可能性がある部分領域に設けられている。この場合、表面改質領域が最小限の場所に形成されるので、光学素子の作製に際して工程や材料の無駄を省くことができ作業を効率化することができる。
【００１６】
また、第５の発明に係る光学素子は、第１〜４の発明に係る光学素子であって、対向する一対の光学面と、当該一対の光学面の間に設けた側面とを有し、表面改質領域が、側面の少なくとも一部に設けられている。この場合、通常光学面を設けない側面が表面改質領域によって保護される。
【００１７】
また、第６の発明に係る光学素子は、第１〜５の発明に係る光学素子において、表面改質領域の研磨面上に溶解防止膜が形成されている。この場合、溶解防止膜によって表面改質領域が上記所定の液体から保護されるので、上記所定の液体に対する光学素子の耐性をさらに高めることができる。この際、表面改質領域の滑らかに平坦化された表面に封止性の良好な薄い溶解防止膜を均質にコーティングすることができ、膜応力によって光学素子の光学特性や光学系の結像特性が劣化することを防止できる。
【００１８】
また、第７の発明に係る光学素子は、第１〜６の発明に係る光学素子において、光学素子の基材が蛍石である。この場合、光学素子をＡｒＦエキシマレーザやＦ２等の各種レーザ光に適合させることができる。なお、蛍石を基材とした場合、光学素子が純水等に直接接触することによって浸食され易くなる傾向があるが、表面改質領域では、純水等に対する耐液性が改善され、表面改質領域の研磨面上に溶解防止膜を形成した場合には、さらに耐液性を高めることができる。
【００１９】
また、第８の発明に係る光学素子は、第１〜７の発明に係る光学素子であって、光学系が、ＡｒＦレーザ光に対して使用される。この場合、微細な光処理が可能なＡｒＦレーザ光に適用される液浸型の光学系を提供することができる。
【００２０】
また、第９の発明に係る光学素子は、第７，８の発明に係る光学素子において、所定の液体が、水を含む液体であり、溶解防止膜が、酸化珪素、フッ化マグネシウム、及びフッ化ランタンのうち少なくとも１つを主成分とする。この場合、溶解防止膜は、純水等の液体に対する耐性の点で優れ、紫外光の透過損失も少なくなる。
【００２１】
また、第１０の発明に係る光学素子は、物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられるものであって、光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に平滑化処理が施されている。
【００２２】
上記光学素子によれば、非光学面領域の少なくとも一部に平滑化処理が施されているので、この平滑化処理が施された領域において、研削面に比較して上記所定の液体に接する表面積が少なくなり、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。つまり、光学素子のうち特に非光学面領域において、上記所定の液体から受けるダメージを低減して、上記所定の液体による浸食を抑制することができる。また、光学素子のうち平滑化処理が施された領域では、薄い膜のコーティングが容易であるので、膜応力を低減することができ、光学素子を高性能とすることができる。
【００２３】
また、第１１の発明に係る光学素子は、物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられるものであって、光学素子の表面のうち、所定の液体と触れる可能性がある液体接触性領域に研磨加工が施されている。
【００２４】
上記光学素子によれば、所定の液体と触れる可能性がある液体接触性領域に研磨加工が施されているので、この液体接触性領域において、研削面に比較して上記所定の液体に接する表面積が少なくなり、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。つまり、光学素子のうち特に液体接触性領域において、上記所定の液体から受けるダメージを低減して、上記所定の液体による浸食を抑制することができる。また、光学素子表面のうち研磨加工が施された領域では、薄い膜のコーティングが容易であるので、膜応力を低減することができ、光学素子を高性能とすることができる。
【００２５】
また、第１２の発明に係る光学素子の製造方法は、物体との間に所定の液体を満たした状態で使用される光学系に用いられるものであって、光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工を施す工程を備える。
【００２６】
上記光学素子の製造方法によれば、非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工を施すので、この研磨加工が施された領域において、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。また、光学素子のうち研磨加工が施された領域では、薄い膜のコーティングが容易であるので、コーティングに付随する膜応力を低減することができ、光学素子を高性能とすることができる。
【００２７】
また、第１３の発明に係る光学素子の製造方法は、第１２の発明に係る製造方法において、研磨を施した領域の表面上に溶解防止膜を形成する工程をさらに備える。この場合、溶解防止膜によって表面改質領域が上記所定の液体から保護されるので、上記所定の液体に対する光学素子の耐性をさらに高めることができ、溶解防止膜の膜応力によって光学素子の光学特性や光学系の結像特性が劣化することを防止できる。
【００２８】
また、第１４の発明に係る光学素子の製造方法は、第１２，１３の発明に係る製造方法であって、研磨加工において、光学素子の基材が結晶材料である場合、当該結晶材料の結晶方位による研磨速度差を参酌して、研磨ツールの光学素子の表面上における滞在時間を調整する。この場合、光学素子の基材の研磨異方性を相殺するような加工が可能になり、光学素子の高精度な加工が可能になる。
【００２９】
また、第１５の発明に係る光学素子の投影露光装置は、露光ビームでマスクを照明し、当該マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写し、投影光学系の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間を所定の液体で満たした装置であって、光学素子の表面のうち、光学面領域を除いた非光学面領域の少なくとも一部に、研磨加工が施された表面改質領域を有する。
【００３０】
上記投影露光装置によれば、投影光学系の基板側の光学素子において、非光学面領域の少なくとも一部に研磨加工が施された表面改質領域を有するので、この表面改質領域において、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。また、当該光学素子の表面改質領域では、薄い膜のコーティングが容易であるので、コーティングに付随する膜応力を低減することができ、光学素子を高性能とすることができる。
【００３１】
また、第１６の発明に係る光学素子の投影露光装置は、露光ビームでマスクを照明し、投影光学系を介してマスクのパターンを基板上に転写する際に、当該基板の表面と投影光学系との間に所定の液体を満たす装置であって、第１〜１１の発明に係る光学素子を備える。
【００３２】
上記投影露光装置によれば、投影光学系に組み込まれる光学素子が、研磨加工が施された表面改質領域、平滑化処理が施された領域、若しくは研磨加工が施された液体接触性領域を有するので、これらの領域において、上記所定の液体に対する光学素子の耐性を高めることができる。また、当該領域では、薄い膜のコーティングが容易であるので、コーティングに付随する膜応力を低減することができ、光学素子を高性能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔第１実施形態〕
図１（ａ）、１（ｂ）、及び１（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る光学素子の形状を説明する底面図、側断面図、及び平面図である。本実施形態の光学素子４３は、物体との間に純水（つまり、脱イオン水）等の液体を満たした状態で使用される液浸型の光学系において、当該液浸型光学系の下端すなわち物体側に組み込まれるものである。この光学素子４３は、対象光（例えばＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍ等の紫外光）に対して透過性を有する蛍石やフッ化バリウム等の結晶塊から切り出された一体型の光学部品であり、光学素子としての機能を発揮する本体部分４４と、本体部分４４を周囲から支持するためのフランジ部分４５とを備える。
【００３４】
本体部分４４は、截頭円錐状の外観を有する平行平板であり、上側の入射面４３ａと、下側の射出面４３ｂと、これらの間に設けられた側面４３ｄとを備える。このうち、入射面４３ａと射出面４３ｂとは、互いに平行で平坦な光学面であり、本体部分４４の表面領域のうち光学面領域を構成する。また、側面４３ｄは、射出面４３ｂの周囲に所定の傾き角で設けられたテーパ状の傾斜面であり、本体部分４４の表面領域のうち非光学面領域を構成する。
【００３５】
図２（ａ）の拡大断面図に示すように、入射面４３ａにおいて、下地である本体部材４４ａの表面は研磨された光学面ＯＳ１となっており、この光学面ＯＳ１上に対象光を透過させる薄膜ＯＦ１が形成されている。薄膜ＯＦ１は、ＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍ等の紫外光に対して良好な透過性を有するだけでなく、純水等の液浸に対して極めて溶解度が低い保護膜となっている。また、図２（ｂ）の拡大断面図に示すように、射出面４３ｂにおいて、下地である本体部材４４ａの表面は研磨された光学面ＯＳ２となっており、この光学面ＯＳ２上に対象光を透過させる薄膜ＯＦ２が形成されている。薄膜ＯＦ２も、ＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍ等の紫外光に対して良好な透過性を有するだけでなく、純水等の液浸に対して極めて溶解度が低い保護膜となっている。
【００３６】
以上のような保護膜を設ける理由について説明する。この光学素子４３の場合、上下に純水等の浸液を配置するタイプの液浸型光学系に組み込まれるので、射出面４３ｂだけでなく入射面４３ａも純水等の浸液に接することになる。光学素子４３の基材である蛍石やフッ化バリウム等については、純水等の浸液にわずかであるが溶解性を有しており浸食される可能性があるので、光学素子４３の基材を浸液に露出させた場合、経時的劣化によって所望の光学性能が得られなくなる。特に射出面４３ｂについては、蛍石やフッ化バリウムが純水等の浸液に溶け出した場合、この成分が浸液を挟んで対向するウェハ上に不純物として到達し、半導体デバイスに致命的な影響を与える可能性もある。そこで、入射面４３ａや射出面４３ｂに薄膜ＯＦ１，ＯＦ２を設けることで、入射面４３ａや射出面４３ｂが純水等の液浸に浸食されることを防止している。薄膜ＯＦ１，ＯＦ２の材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３等を使用することができる。これらの材料は、真空蒸着、スパッタ等の各種成膜方法を利用して本体部材４４ａの表面上に成膜される。
【００３７】
なお、光学素子４３の上下ではなく下方のみに浸液を配置する場合、図２（ｂ）等に示す薄膜ＯＦ１は省略することができる。
【００３８】
また、薄膜ＯＦ１，ＯＦ２の下地として反射防止膜等を形成することもできる。この場合、光学素子４３の入射面４３ａや射出面４３ｂにおける透過損失を低減することができる。
【００３９】
図２（ｃ）の拡大断面図に示すように、側面４３ｄにおいて、下地である本体部材４４ａの表面は研磨面ＰＳとなっており、この研磨面ＰＳ上に溶解防止膜ＰＦが形成されている。ここで、研磨面ＰＳは、研磨によって形成された表面改質領域である。また、溶解防止膜ＰＦは、純水等の液浸に対して極めて溶解度が低い保護膜となっている。ただし、溶解防止膜ＰＦは、ＡｒＦエキシマレーザの波長１９３ｎｍ等の紫外光に対して良好な透過性を有する必要はない。
【００４０】
以上のような溶解防止膜ＰＦを側面４３ｄに設ける理由について説明する。本実施形態の光学素子４３の場合、図３に示すように、本体部分４４の下側半分を浸液ＩＬに浸漬するタイプの液浸型光学系に組み込まれるので、射出面４３ｂだけでなく側面４３ｄも純水等の浸液に接することになる。つまり、側面４３ｄは、浸液と触れる可能性がある液体接触性領域となっている。一方、旧来の一般的な光学素子の場合、加工の作業性等の観点から、側面を研削加工を施したままの研削加工面として露出させている。このような研削加工面は、粗面である上、無数のクラックが存在しているため、表面積が大きいという特徴を有している。ここで、本実施形態の光学素子４３の側面４３ｄを仮に旧来のように研削加工面とした場合、このような光学素子４３の基材である蛍石やフッ化バリウム等が側面４３ｄに露出して、前述のように純水等の浸液ＩＬによって徐々に浸食される可能性がある。一般的に、物質の溶解速度は接触面積が大きいほど高く、上記のような研削加工面は、表面積が大きいため溶解速度も極めて大きくなる。このように溶解速度が大きいと、浸液ＩＬ中に溶け出す光学素子４３の基材の量も増加する。光学素子４３が液浸型の投影露光装置に組み込まれる場合、この浸液ＩＬは結像の対象であるウェハＷに直接接しているため、溶解成分がウェハＷ表面に付着・浸透して半導体製造に致命的な影響を与えてしまう可能性がある。また、研削加工面の溶解速度は大きいため、側面を研削加工した光学素子４３を長期間、浸液ＩＬ中で使用した場合、光学素子４３先端の形状自体が変化してしまう可能性もある。特に光学素子４３が液浸型の投影露光装置に組み込まれる場合、近年の投影露光装置は、高い露光解像度性能を得るためにＮＡが大きくなっており、光学素子４３先端の外周ぎりぎりまで露光光ＥＬが通過している。この露光光ＥＬが通過する部分まで光学素子４３先端の溶解が進むと、光学素子４３としての性能を維持することができなくなるおそれもある。そこで、本実施形態の光学素子４３では、側面４３ｄ全体を研磨面とするとともに側面４３ｄ全体を被覆する溶解防止膜ＰＦを設けて、側面４３ｄが純水等の浸液ＩＬに浸食されることを防止するとともに、溶解成分の浸液ＩＬへの溶出や拡散による汚染を防止している。
【００４１】
なお、本実施形態の光学素子４３では、側面４３ｄに溶解防止膜ＰＦを形成するだけでなく、側面４３ｄ全体を研磨することによって側面４３ｄを表面粗さの少ない表面改質領域としている。一般にコート膜は膜応力を有している。このため、あまり膜厚の大きいコート処理を光学素子４３の側面４３ｄに施すと、膜応力によって高精度に研磨した射出面４３ｂが変形したり、光学素子４３の本体部材４４ａ内部で屈折率の変化が生じ、露光等に際しての結像性能に悪影響を与える場合がある。よって、側面４３ｄに形成する溶解防止膜ＰＦの膜厚は可能な限り薄くするのが理想的である。ここで、溶解防止膜ＰＦの膜厚を小さくした場合、本実施形態のように光学素子４３の側面４３ｄが研磨加工面であれば特に問題が生じないが、光学素子４３の側面４３ｄの下地が仮に研削加工面であるとすると、光学素子４３の基材が部分的に露出して光学素子４３の先端が徐々に溶解する。この種の光学素子４３が液浸型の投影露光装置に組み込まれる場合、上述したと同様の事情で、光学素子４３先端における上記溶解によって形成された物質が不純物としてウェハＷに付着し、半導体特性に影響を与えてしまうという問題がある。つまり、光学素子４３の側面４３ｄの下地を仮に研削加工面とした場合、被覆される下地面の粗さとコート膜厚の上限とに起因して、研削加工面をコート材料で完全に覆うことができなくなる。こうして、光学素子４３の基材である蛍石やフッ化バリウム等が側面４３ｄに部分的に露出すると、蛍石やフッ化バリウムが純水等の浸液ＩＬに溶け出して、対向するウェハＷ上に不純物として到達し、かかるウェハＷから得た半導体デバイスに致命的な影響を与える可能性がある。一方、本実施形態のような光学素子４３では、側面４３ｄを研磨加工面としており、被覆される下地面を平滑化して表面粗さを良好なものとしている。よって、溶解防止膜ＰＦの膜厚を小さくしても、側面４３ｄがコート材料で完全に覆われるので、蛍石やフッ化バリウムが純水等の浸液ＩＬに溶け出すことを防止でき、光学素子４３を浸液ＩＬによる溶解から守ることができ、溶解成分の不純物によってウェハＷが汚染されることを防止できる。
【００４２】
側面４３ｄに成膜する溶解防止膜ＰＦの材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３に限らず、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３等を使用することができる。これらのコート材料は、真空蒸着、スパッタ等の各種成膜方法を利用して本体部材４４ａの表面上に成膜される。また、溶解防止膜ＰＦは、単一の材料からなる単一層に限らず、複数種類の材料からなる複数層とすることができる。
【００４３】
図１に戻って、光学素子４３のフランジ部分４５は、均一な厚さを有する環状の部材であり、上面４５ａと、下面４５ｂと、側面４５ｄとを備える。これらの面４５ａ，４５ｂ，４５ｄは、いずれも結像に関係のない非光学面領域であるが、光学素子４３の保持に関係する部分であり、一定の加工精度が要求される。上面４５ａについては、本体部分４４の入射面４３ａに近い領域で純水等の液浸に接触する可能性があるので、入射面４３ａと一括して表面研磨処理が施されており、薄膜ＯＦ１が延長して形成されている。つまり、上面４５ａは、研磨面上に形成された薄膜ＯＦ１によって保護されており、純水等の液浸に対して極めて溶解度低い保護膜となっている。しかも、薄膜ＯＦ１の下地が研磨面となっているので、入射面４３ａと同様の膜厚によって膜応力を低減しつつ、薄膜ＯＦ１による表面の被覆を完全なものとすることができる。
【００４４】
以下、図１等に示す第１実施形態の光学素子４３の製造について説明する。まず、光学素子４３の素材である蛍石やフッ化バリウム等の結晶塊を研削加工して、全体の輪郭を最終製品に近いものとする。次に、本体部分４４の側面４３ｄの下地を研磨によって鏡面に仕上げることによって研磨面ＰＳとする。その後、本体部分４４の入射面４３ａの下地を研磨によって平坦な光学面ＯＳ１に仕上げるとともに、射出面４３ｂの下地を研磨によって平坦な光学面ＯＳ２に仕上げる。この際、フランジ部分４５の上面４５ａの下地も研磨によって鏡面に仕上げられる。次に、入射面４３ａや射出面４３ｂの下地である光学面ＯＳ１，ＯＳ２上に所定の成膜を行って、保護層である薄膜ＯＦ１，ＯＦ２を形成する。この薄膜ＯＦ１，ＯＦ２の膜厚は、例えば９０〜８００ｎｍ程度とする。最後に、本体部分４４の側面４３ｄの下地である研磨面ＰＳ上に所定の成膜を行って、保護層である溶解防止膜ＰＦを形成する。この溶解防止膜ＰＦの膜厚は、例えば１００〜２００ｎｍ程度とする。なお、薄膜ＯＦ２と研磨面ＰＳとは、隣接して形成されるので、互いに干渉しないように適当なマスクを配置して個別の成膜を行うこともできるが、薄膜ＯＦ２と研磨面ＰＳとを一括して同一の材質で成膜することもできる。
【００４５】
図４は、本体部分４４の側面４３ｄの下地に研磨面ＰＳを形成するための研磨加工装置を説明する図である。この研磨加工装置は、光学素子４３の製造の途中段階である被加工体ＰＷを支持する研磨雇い９１と、研磨雇い９１を保持して回転するステージ９２と、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄに研磨剤を介して接してこれを研磨する研磨ツール９３とを備える。研磨雇い９１は、研削工程終了後の被加工体ＰＷを中央に固定して保持する支持用の部材である。ステージ９２は、研磨雇い９１とともに回転する円板状の部材であり、裏面中心から垂直下方に延びる回転軸９４の延長方向には、ステージ９２すなわち被加工体ＰＷを所望の回転速度で回転させるための回転駆動機構（不図示）が接続されている。研磨ツール９３は、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄに所定の付勢力で押圧される部材であり、裏面中心から延びる回転軸９５の延長方向には、研磨ツール９３を所望の回転速度で回転させるとともに研磨ツール９３を側面ＰＷｄに平行な方向に２次元的に揺動させるための駆動機構（不図示）が接続されている。研磨ツール９３の端面には、硬質ポリウレタン、ブラシ等からなる研磨パッド９３ａが取り付けられている。
【００４６】
ここで、被加工体ＰＷは、その中心と研磨雇い９１の回転中心とが一致するように取り付けるのが望ましい。また、研磨ツール９３の回転軸９５は、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄの傾斜角度と垂直になるように設定されている。図示していないが、研磨ツール９３と被加工体ＰＷの側面ＰＷｄとの接触領域には、研磨液が適宜供給可能となっており、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄの鏡面研磨加工が可能になっている。
【００４７】
なお、被加工体ＰＷが研磨液に対して溶解特性を持つ場合は、図１（ｂ）に示す入射面４３ａ及び射出面４３ｂに相当する一対の平面ＰＷａ，ＰＷｂには、研磨液への溶解を防ぐために、適宜マスク処理を行うことが重要である。
【００４８】
また、研磨ツール９３を側面ＰＷｄに沿って揺動させることで、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄにおける研磨磨耗量の均一性を制御・確保することも可能である。
【００４９】
前述したように、光学素子４３の素材として、紫外線で良好な透過性を有する蛍石やフツ化バリウムが用いられる場合があり、この場合、被加工体ＰＷも蛍石やフツ化バリウムで形成される。これらの材料は結晶材料であるため、結晶方位により物理特性や機械特性が異なり、当然結晶方位によって研磨速度も異なる特徴を持つ。このため、図４の研磨加工装置においてステージ９２を定速回転させて被加工体ＰＷの側面ＰＷｄの研磨を行うと、結晶方位による研磨速度差の影響を受け、研磨終了時点の側面ＰＷｄの真円度が悪化する場合がある。例えば図４において、被加工体ＰＷ上側の平面ＰＷｂが｛１１１｝面になるように結晶方位を設定した場合、ステージ９２を定速回転させることによって研磨を行った側面ＰＷｄは、１２０ｄｅｇごとにＰＶを持つ真円度の低い面となる（図５の点線参照）。そこで、光学素子４３の側面４３ｄが例えば保持やシールの観点で加工精度を求められる場合には、ステージ９２の回転速度を可変とする。具体的には、ステージ９２を回転駆動するための回転駆動機構をＮＣ制御型の装置として、側面ＰＷｄの研磨速度の変化を相殺するような滞在時間を達成する（図５の実線参照）。つまり、研磨ツール９３が被加工体ＰＷの側面ＰＷｄのうち研磨速度が速い結晶方位の方向に滞在している場合は、ステージ９２の回転速度を速くする。一方、研磨ツール９３が側面ＰＷｄのうち研磨速度が遅い結晶方位の方向に滞在している場合は、ステージ９２の回転速度を遅くする。このように、研磨速度に応じてステージ９２の回転速度を調節することで、被加工体ＰＷの側面ＰＷｄが均一に研磨され、面研磨加工後の被加工体ＰＷの側面ＰＷｄひいては光学素子４３の側面４３ｄについて、真円度のズレを小さくすることができる。
【００５０】
以上説明した本実施形態の光学素子４３によれば、本体部材４４ａの側面４３ｄの下地表面が研磨された研磨面ＰＳとなっており、この研磨面ＰＳ上に純水等の液浸に対して極めて溶解度が低い溶解防止膜ＰＦが薄く形成されている。この結果、側面４３ｄの浸液に対する耐性を高めることができ、低い応力によって光学素子４３の光学特性を高く維持することができる。しかも、光学素子４３の先端が溶解防止膜ＰＦによって被覆されており、蛍石やフツ化バリウム等が純水等の浸液ＩＬに浸食されることを防止できるので、蛍石やフツ化バリウム等の溶解成分がウェハＷ表面に付着・浸透して半導体製造に致命的な影響を与えてしまうことを防止できる。
【００５１】
以上説明した第１実施形態の光学素子４３では、側面４３ｄにおいて、本体部分４４の側面４３ｄの下地が研磨面ＰＳであるとしたが、かかる研磨面ＰＳは、高精度の研削加工等によって平坦化された鏡面等に置き換えることができる。さらに、溶解防止膜ＰＦの膜厚を比較的大きくすることができる用途では、側面４３ｄの下地は、鏡面に限らず平滑化処理された平滑面とすることができる。この場合、側面４３ｄの下地は、溶解防止膜ＰＦに設定された膜厚に応じて一定以下の表面粗さを有する平滑面となる。
【００５２】
また、上記光学素子４３では、入射面４３ａや射出面４３ｂを平面としているが、これらの下地である光学面ＯＳ１，ＯＳ２を凹面や凸面とすることで、両面４３ａ，４３ｂを凹面や凸面に仕上げることもできる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る光学素子の形状を説明する側断面図である。本実施形態の光学素子１４３は、第１実施形態の光学素子４３を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態の場合と同様である。本実施形態の光学素子１４３の場合、側面１４３ｄ全体が溶解防止膜ＰＦで被覆されているのではなく、側面１４３ｄの下半分だけが溶解防止膜ＰＦで被覆されている。光学素子１４３の本体部分４４が浸液に完全に漬かるのではなく、下半分の液体接触性領域だけが浸液に漬かる場合、厳密には下半分のみが液体接触性領域となっているので、側面１４３ｄの下半分だけに溶解防止膜ＰＦを形成しても光学素子１４３を十分に保護することができ、蛍石やフツ化バリウム等の溶解成分が汚染物質として拡散することを防止できる。なお、図示の例では、側面１４３ｄのほぼ全体を研磨した後に溶解防止膜ＰＦを成膜しているが、側面１４３ｄの下半分のみを研磨した後に研磨面上に溶解防止膜ＰＦを成膜することもできる。
【００５４】
〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態に係る光学素子の形状を説明する側断面図である。本実施形態の光学素子２４３も、第１実施形態の光学素子４３を部分的に変更したものである。本実施形態の光学素子２４３の場合、側面２４３ｄ全体が研磨面ＰＳのままで露出しており、溶解防止膜で被覆されていない。光学素子２４３が浸液に比較的侵食されにくい材料でできている場合、或いは光学素子２４３の侵食がある程度許容される用途では、研削面を研磨面ＰＳに加工するだけで側面２４３ｄの表面積が減少し、浸食量が飛躍的に減少するので、光学素子１４３を十分に保護することができる。なお、入射面４３ａや射出面４３ｂについては、これらが光学面であることを考慮して、保護用の薄膜ＯＦ１，ＯＦ２を残しているが、用途によってはこれら薄膜ＯＦ１，ＯＦ２を省略することもできる。
【００５５】
〔第４実施形態〕
以下、本発明に係る液浸型レンズ系を組み込んだステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置について説明する。
【００５６】
図８は、本実施形態の投影露光装置の概略構成を示し、この図８において、露光光源としてのＡｒＦエキシマレーザ光源、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等を含む照明光学系１から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光よりなる露光光ＥＬは、マスクであるレチクルＲに設けられたパターンを照明する。レチクルＲのパターンは、両側（又はワークであるウェハＷ側に片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）でフォトレジストが塗布されたウェハＷ上の露光領域に縮小投影される。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図８の紙面に垂直にＹ軸を取り、図８の紙面に平行にＸ軸を取って説明する。
【００５７】
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴには、Ｘ方向、Ｙ方向、各軸の回転方向にレチクルＲを微動する微動機構と、レチクルＲを例えばＸ方向に一定速度で移動させるための走査機構とが組み込まれている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置、及び回転角はレーザ干渉計（不図示）によってリアルタイムに計測され、この計測値に基づいて主制御系１４がレチクルＲの位置決めを行うとともに、レチクルＲを例えばＸ方向に一定速度で移動させる走査を行う。
【００５８】
一方、ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺステージ９上に固定されている。Ｚステージ９は投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１０上に固定され、ＸＹステージ１０はベース１１上に載置されている。Ｚステージ９は、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）、及び傾斜角を制御してウェハＷ上の表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。ＸＹステージ１０は、ウェハＷのＸ方向、及びＹ方向の位置決めを行うとともに、ウェハＷを例えば−Ｘ方向に一定速度で移動させる同期走査を行う。Ｚステージ９（ウェハＷ）の２次元的な位置、及び回転角は、移動鏡１２の位置としてレーザ干渉計１３によってリアルタイムで計測されている。この計測結果に基づいて主制御系１４からウェハステージ駆動系１５に制御情報が送られ、これに基づいてウェハステージ駆動系１５は、Ｚステージ９及びＸＹステージ１０の動作を制御する。露光時には、ウェハＷ上の各ショット領域においてレチクルＲとウェハＷとを同期移動させながら露光を繰り返す動作、すなわちステップ・アンド・スキャン露光が繰り返される。
【００５９】
図９は、投影光学系ＰＬの下端部の構造を概念的に説明する側方断面図である。この投影光学系ＰＬは、液浸型レンズ系であり、露光波長を実質的に短くして解像度を向上することができ、また、解像度を維持したままで焦点深度を広くすることができる。
【００６０】
投影光学系ＰＬは、一体的に組み立てられた上部側の本体部分３０と、本体部分３０下端に取り付けられた交換部分４０とを備える。
【００６１】
前者の本体部分３０は、鏡筒３１内に複数の光学素子を備えており、そのうちの１つの光学素子３３が鏡筒３１の下端に固定されて露出している。本体部分３０は、下端に円形の開口ＡＰ１を有しており、光学素子３３のフランジ部分３５は、開口ＡＰ１の周囲に設けた環状の係止部３１ｃによって下方向及び横方向から支持され、不図示の部材によって上方向に移動しないように固定されている。開口ＡＰ１の内側面ＩＳ１と光学素子３３の側面３３ｄとの間に形成された隙間には、Ｖリング等からなる環状シール部材３７が設けられている。この環状シール部材３７は、外側で内側面ＩＳ１に固定されており、内側で光学素子３３の側面４３ｄに一定の付勢力で密着している。
【００６２】
後者の交換部分４０は、第１実施形態で説明した断面台形状の光学素子４３（図１参照）と、これを保持する環状のホルダ４６とを有しており、不図示の締結具によって本体部分３０に対して着脱可能に固定されている。ホルダ４６は、円形の開口ＡＰ２を有しており、光学素子４３のフランジ部分４５は、この開口ＡＰ２の周囲に設けた環状の係止部４６ｃによって下方向及び横方向から支持されている。さらに、このフランジ部分４５は、鏡筒３１下端との間に挟持されたＯリング等からなる環状シール部材４７によって下方向に付勢される。これにより、光学素子４３がホルダ４１底面から所定量だけ突出した状態で固定される。
【００６３】
交換部分４０の下端に対向してその周囲に、環状又は矩形枠状のノズル装置５３が設けられている。このノズル装置５３は、不図示の支持手段を介して鏡筒３１側に固定されており、交換部分４０の下端に露出する光学素子４３先端の突起部分を周囲から覆うように配置される。ノズル装置５３は、円形の開口ＡＰ３を有しており、開口ＡＰ３の内側面ＩＳ３と光学素子４３の側面４３ｄとの間に形成された隙間には、Ｖリング等からなる環状シール部材５７が設けられている。この環状シール部材５７は、外側で内側面ＩＳ３に固定されており、内側で光学素子４３の側面４３ｄに一定の付勢力で密着している。
【００６４】
交換部分４０を鏡筒３１の下端に固定した状態において、交換部分４０と鏡筒３１との間には、純水等である第１浸液ＩＬ１を収容する浸液溜ＩＣが形成される。この浸液溜ＩＣは、光学素子３３の射出面４３ｂと光学素子４３の入射面４３ａとの間に挟まれて略円板状の輪郭を有する実質的な閉空間となっている。なお、開口ＡＰ１の内側面ＩＳ１と光学素子３３の側面３３ｄとの間に設けた環状シール部材３７によって、第１浸液ＩＬ１やこれから発生した蒸気が光学素子３３上方すなわち鏡筒３１内部に流入することを規制している。
【００６５】
一方、交換部分４０若しくはノズル装置５３と、処理対象であるウェハＷとの間には、純水等である第２浸液ＩＬ２がその表面張力によって保持されている。つまり、第２浸液ＩＬ２は、開放空間に保持された状態となっている。なお、開口ＡＰ３の内側面ＩＳ３と光学素子４３の側面４３ｄとの間に設けた環状シール部材５７によって、第２浸液ＩＬ２やこれから発生した蒸気が光学素子４３の上部や交換部分４０の内部に流入することを規制している。
【００６６】
第１浸液ＩＬ１を収容する浸液溜ＩＣには、吐出ノズル５１と吸引ノズル５２とが一対以上互いに対向して形成されており、浸液溜ＩＣ中の第１浸液ＩＬ１を徐々に交換できるようになっている。つまり、鏡筒３１の下部側面の適所に第１浸液ＩＬ１を所定流量で吐出させる吐出ノズル５１が１つ以上形成されており、ホルダ４１の側面の適所に第１浸液ＩＬ１を排出させる吸引ノズル５２が１つ以上形成されている。吐出ノズル５１や吸引ノズル５２の個数や配置は、投影光学系ＰＬの使用条件等に応じて適宜変更することができる。
【００６７】
光学素子３３は、第１浸液ＩＬ１に接しているので、本体部分３０の寿命を延ばすためには、光学素子３３の材料が第１浸液ＩＬ１に対して耐食性を有するものであるか、光学素子３３の下半分が第１浸液ＩＬ１に対して耐食性を有する保護膜で覆われていればよい。本実施形態の場合、光学素子３３の基材を浸液に対する耐食性が高いものとせず、蛍石やフツ化バリウム等の耐食性が低いものとする。これに対応して、光学素子３３の射出面３３ｂに光透過性の保護膜を形成し、光学素子３３の側面３３ｄに保護膜を形成する。これらの保護膜は、図１等に示す薄膜ＯＦ２や溶解防止膜ＰＦと同様の特性を有するものであり、第１浸液ＩＬ１に対して極めて高い難溶性を示し、光学素子３３の基材を確実に保護する。これにより、第１浸液ＩＬ１に接触する光学素子３３すなわちその基材が侵食されにくくなり、本体部分３０の耐水性を高めることができるので、本体部分３０ひいては投影光学系ＰＬの結像性能を良好に維持することができる。なお、光学素子３３の材料が第１浸液ＩＬ１に対して耐食性を有するもの、例えば合成石英ガラス等である場合、薄膜ＯＦ２や溶解防止膜ＰＦ等の保護膜は必ずしも必要ない。
【００６８】
一方、光学素子４３は、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２に接している。この光学素子４３の基材は、第１実施形態の欄で説明したように、蛍石やフツ化バリウム等の浸液に対する耐食性が低いものである。これに対応して、図１等に示すように、光学素子４３の入射面４３ａに光透過性の薄膜ＯＦ１を形成するとともに、光学素子４３の射出面４３ｂに光透過性の薄膜ＯＦ２を形成し、光学素子４３の側面４３ｄに溶解防止膜ＰＦを形成する。これらの保護膜は、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２に対して極めて高い難溶性を示し、光学素子４３の基材を確実に保護する。これにより、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２に接触する光学素子４３すなわちその基材が侵食されにくくなるので、光学素子４３の基材が溶け出して汚染物質となることを防止できるとともに、投影光学系ＰＬの結像性能を長期間にわたって良好に維持することができる。
【００６９】
以上のような投影光学系ＰＬにおいて、レチクルＲ（図１参照）を透過して本体部分３０の上端に入射した像光は、本体部分３０の下端に設けた光学素子３３から収束しつつ出射し、第１浸液ＩＬ１を経て光学素子４３に入射する。この光学素子４３を通過した像光は、第２浸液ＩＬ２を経てウェハＷに入射してここに投影像を形成する。
【００７０】
図８に戻って、第１浸液ＩＬ１は、その液体のタンク、加圧ポンプ等からなる液体供給装置７５によって、供給管２５を介して吐出ノズル５１から流量制御された状態で浸液溜ＩＣ中に供給される。液体供給装置７５の前段には、温度調節装置７６が設けられており、浸液溜ＩＣに連通する吸引ノズル５２から回収管２６を介して第１浸液ＩＬ１を吸引する。すなわち、液体供給装置７５から送り出される第１浸液ＩＬ１は、温度調節装置７６で例えば冷却されて所望の温度とされる。ここで、第１浸液ＩＬ１は、例えば本実施形態の投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定されている。このように、温度調節装置７６を用いて一対の光学素子３３，４３間の空間に挟まれた第１浸液ＩＬ１の温度を一定に保つことにより、投影光学系ＰＬの結像特性を安定化することができる。この際、温度調節装置７６によって温度調節された第１浸液ＩＬ１により、露光光ＥＬによって加熱される光学素子３３や光学素子４３の表面が冷却されるので、これらの光学素子３３，４３について浸食の進行を抑えることもできる。
【００７１】
また、第２浸液ＩＬ２は、その液体のタンク、加圧ポンプ等からなる液体供給装置７１によって、供給管２１を介して吐出ノズル５３ａ（図１０参照）から、ウェハＷ上に流量制御された状態で供給される。また、第２浸液ＩＬ２は、その液体のタンク、吸引ポンプ等からなる液体回収装置７２によって、吸引ノズル５３ｂ（図１０参照）及び回収管２２を介して、ウェハＷ上から回収される。液体回収装置７２から液体供給装置７１にかけての循環路上には、温度調節手段である温度調節装置７３が設けられている。すなわち、液体回収装置７２で回収された第２浸液ＩＬ２は、温度調節装置７３で例えば冷却されて所望の温度とされた状態で、液体供給装置７１に戻される。ここで、第２浸液ＩＬ２は、例えば本実施形態の投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定されている。このように、温度調節装置７３を用いて光学素子４３とウェハＷとの間の空間に挟まれた第２浸液ＩＬ２の温度を一定に保つことにより、投影光学系ＰＬの結像特性を安定化することができる。この際、温度調節装置７３によって温度調節された第２浸液ＩＬ２により、露光光ＥＬによって加熱される光学素子４３の表面が冷却されるので、光学素子４３の浸食の進行を抑えることもできる。
【００７２】
以下、図８等に示す投影露光装置の動作について説明する。予め、液体供給装置７５等を動作させて、投影光学系ＰＬの浸液溜ＩＣ中に一定温度の第１浸液ＩＬ１を循環させる。次に、Ｚステージ９及びＸＹステージ１０を適宜駆動して、ウェハＷに対して投影光学系ＰＬを適所に移動させる。この際、液体供給装置７１、液体回収装置７２等を動作させて、ウェハＷと光学素子４３との間に一定温度の第２浸液ＩＬ２を循環させる。一方、パターンが形成されたレチクルＲは、照明光学系１から射出された露光光ＥＬによって重畳的に均一に照明される。レチクルＲのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。この際、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交するＸ方向に沿ってレチクルＲとウェハＷとを反対方向に移動させる同期走査を行って、レチクルＲ上のパターンをウェハＷ上に徐々に露光する走査露光を行う。かかる走査露光の合間に、ＸＹ平面内においてウェハＷをステップ移動させることによって、ウェハＷ上の全面に所望のパターンが逐次露光される。この際、投影光学系ＰＬ先端の光学素子４３の入射面４３ａ、射出面４３ｂ、及び側面４３ｄに、薄膜ＯＦ１，ＯＦ２及び溶解防止膜ＰＦがそれぞれ形成されているので、光学素子４３の入射面４３ａ及び射出面４３ｂを第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２から保護することができ、光学素子４３の側面４３ｄからの浸食を防止することができる。さらに、光学素子４３の浸食防止によって、光学素子４３の成分が第２浸液ＩＬ２を介してウェハＷを汚染することを防止できる。なお、第１浸液ＩＬ２を挟んで光学素子４３に対向する光学素子３３についても、第１浸液ＩＬ２による浸食を同様に防止することができる。
【００７３】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第４実施形態の投影露光装置において、投影光学系ＰＬを浸液溜ＩＣのないものとすることもできる。この場合、投影光学系ＰＬを構成する全光学素子のうち光学素子４３のみが浸液に接することになり、第１浸液ＩＬ１用の液体供給装置７５、温度調節装置７６等は不要となる。
【００７４】
また、上記投影露光装置において、第１及び第２浸液ＩＬ１，ＩＬ２としては、純水以外にも、露光光ＥＬに対する十分な透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬやウェハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることができる。例えば波長２００ｎｍ以下の露光光ＥＬに対しては、これを透過させる液体として例えばフッ素系オイル（フロリナート；米国スリーエム社製）や過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等を含むフッ素系の浸液等の使用が好適である。この場合、薄膜ＯＦ１，ＯＦ２や溶解防止膜ＰＦも、フッ素系の浸液に対して耐浸食性を有する材料で作製する。
【００７５】
また、露光光ＥＬとしては、ＡｒＦエキシマレーザ光に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）や水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用してもよい。
【００７６】
また、上記投影露光装置においては、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に第２浸液ＩＬ２で満たす露光装置を採用しているが、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているように、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているように、ステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。
【００７７】
また、上記投影露光装置においては、ステップ・アンド・スキャン方式で露光を行っているが、ステップ・アンド・リピート方式で露光を行う場合にも、上記と同様の投影光学系ＰＬや浸液給排機構が必要となる。この場合も、浸液に接する光学素子を第１〜第３実施形態に例示するような構造とすることによって、光学素子の側面等の浸食を低減することができ、ウェハＷの汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、第１実施形態に係る光学素子を示す底面図、側断面図、及び平面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、図１に示す光学素子の表面構造を説明する拡大断面図である。
【図３】溶解防止膜を光学素子の側面に設ける理由について説明する側断面図である。
【図４】光学素子の側面の下地に研磨面を形成するための研磨加工装置を説明する図である。
【図５】図４に示す研磨加工装置の一動作例を説明するグラフである。
【図６】第２実施形態に係る光学素子を示す側断面図である。
【図７】第３実施形態に係る光学素子を示す側断面図である。
【図８】第４実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】図８に示す投影露光装置に組み込まれる液浸型レンズ系の下端部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…照明光学系、  １４…主制御系、  １５…ウェハステージ駆動系、  ３０…本体部分、  ３１…鏡筒、  ３３…光学素子、  ３５…フランジ部分、  ３７…環状シール部材、  ４０…交換部分、  ４１…ホルダ、  ４３…光学素子、  ４３ａ…入射面、  ４３ｂ…射出面、  ４３ｄ…側面、  ４４…本体部分、  ４５…フランジ部分、  ４６…ホルダ、  ４７…環状シール部材、  ５１…吐出ノズル、  ５２…吸引ノズル、  ５３…ノズル装置、  ５７…環状シール部材、  ７１…液体供給装置、  ７３…温度調節装置、  ７５…液体供給装置、  ７６…温度調節装置、  ＡＰ１…開口、  ＡＰ２…開口、  ＡＰ３…開口、  ＩＣ…浸液溜、  ＩＬ１…第１浸液、  ＩＬ２…第２浸液
【図１】
2006178327.tif 000003
【図２】
2006178327.tif 000004
【図３】
2006178327.tif 000005
【図４】
2006178327.tif 000006
【図５】
2006178327.tif 000007
【図６】
2006178327.tif 000008
【図７】
2006178327.tif 000009
【図８】
2006178327.tif 000010
【図９】
2006178327.tif 000011