(57)【要約】【目的】  紫外用液浸光学系の光学性能の劣化を抑制させること。【構成】  反射防止膜４５は、液体７１に接しており、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。さらに、バルク材４３も、反射防止膜４５が例えばポーラスで液体７１に対して浸透性を有する場合、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。そこで、バルク材４３や反射防止膜４５を旧来の材料であるＣａＦ２結晶等とせず、例えば弗化ランタンからなるバルク材４３上に弗化マグネシウムからなる反射防止膜４５を堆積する。これにより、液体７１に接触する光学素子４１すなわち反射防止膜４５やバルク材４３が侵食されにくくなり、レンズ系ＬＳの光学性能を良好に維持することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学面が水を含む所定の浸液に接触した状態で使用される光透過型の光学素子を備える液浸型のレンズ系であって、
前記光学素子は、ＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料を含んで形成されていることを特徴とするレンズ系。
【請求項２】
前記光学素子は、所定形状のバルク材と当該バルク材の表面に形成さる反射防止膜とを有し、前記バルク材及び前記反射防止膜は、ともにＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ系。
【請求項３】
前記光学素子は、投影露光用の紫外光を透過させ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レンズ系。
【請求項４】
前記光透過材料は、弗化物及び酸化物の少なくとも一方であ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レンズ系。
【請求項５】
前記光透過材料は、ＮｄＦ３、ＬａＦ３、ＹＦ３、ＭｇＦ２、ＬｉＳｒＡｌＦ６、ＬｉＣａＡｌＦ６、水晶、及びサファイアの少なくとも１つであることを特徴とする請求項４記載のレンズ系。
【請求項６】
前記バルク材は、異種の光透過材料からなる複数の光学的部分を含んで形成されているとともに、当該複数の光学的部分は、相互に複屈折の影響を相殺することを特徴とする請求項２記載のレンズ系。
【請求項７】
前記光透過材料は、レーザコンパクションの少ない材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４及び請求項６のいずれか一項記載のレンズ系。
【請求項８】
前記光学素子は、前記レンズ系の対物側に配置されてい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レンズ系。
【請求項９】
投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、
露光光によってマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターン像を基板上に形成する請求項１から請求項８のいずれか一項記載の液浸型のレンズ系と
を備える投影露光装置。
【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ためのリソグラフィ工程で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レンズ系に関し、より詳しくは、水を使用した液浸型のレンズ系及びこれを組み込んだ投影露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投影露光装置による露光の高解像度化を目的として、紫外レーザが露光光源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。紫外レーザを使用した投影露光装置で解像度は、周知のように使用するレーザ光の波長が短いほど高くなるので、更なる高解像度化を目指して露光光の短波長化が進められているが、かかる短波長光の実用化へはいまだ至っていない。
【０００３】
また、この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エハとの間を液体で満たし、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向上させるというものである。なお、かかる液浸法において、液体と接触する投影系の先端部の光学素子に使用される光学材料については、具体的に特定されていないものの、一般的に合成石英ガラスや弗化カルシウムのいずれかが使用され、さらに、ＫｒＦエキシマレーザ等を用いた非液浸型の投影露光装置の場合と同様に、高出力レーザによるコンパクションの影響を抑えるため、先端部の光学素子としては、合成石英ガラスではなく弗化カルシウムが使用されるものと考えられる。
【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】
【０００４】
しかしながら、先端部の光学素子として弗化カルシウムを使用した投影露光装置において、投影光学系の下面とウエハとの間に満たされる液体が水である場合には、先端部の光学素子が液体によって浸食される可能性がある。つまり、投影光学系の先端部に使用されている材料が弗化カルシウムである場合、弗化カルシウムは水に対する溶解度が比較的大きく、投影光学系の先端部が侵食されることにより所望の光学性能を得られない可能性がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解決し液浸光学系での光学性能の劣化を抑えることができる光学素子、レンズ系、及び投影露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るレンズ系は、少なくとも１つの光学面が水を含む所定の浸液に接触した状態で使用される光透過型の光学素子を備える液浸型のレンズ系であって、前記光学素子が、ＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料を含んで形成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記レンズ系では、少なくとも１つの光学面が水を含む所定の浸液に接触した状態で使用される光透過型の光学素子が、ＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料を含んで形成されているので、浸液に接触する光学素子が侵食されにくくなり、液浸型のレンズ系の耐水性を高めてその光学性能を良好に維持することができる。つまり、レンズ系の浸液として水を使用することが容易になり、投影露光装置等の光学性能の劣化を抑えつつ安定した装置稼動が可能になる。
【０００８】
また、本発明の具体的態様において、前記光学素子が、所定形状のバルク材と当該バルク材の表面に形成さる反射防止膜とを有し、前記バルク材及び前記反射防止膜が、ともにＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料で形成されていることを特徴とする。この場合、反射防止膜によって光学素子を透過する露光光の損失を抑えることができるとともに、反射防止膜が水を僅かながら浸透させる場合であっても、バルク材の侵食を防止できるので、液浸型のレンズ系の光学性能を良好に維持することができる。
【０００９】
また、本発明の具体的態様において、前記光学素子が投影露光用の紫外光を透過させることを特徴とする。この場合、紫外領域の露光光を用いた高解像度の露光が可能になるとともに、液浸型のレンズ系を構成する光学素子を紫外光透過材料で形成しつつも、液浸型のレンズ系の光学性能を良好に維持することができる。
【００１０】
また、本発明の具体的態様において、前記光透過材料が、弗化物及び酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする。この場合、優れた光学特性を有し入手し易い光透過材料から光学素子を製造することができる。
【００１１】
また、本発明の具体的態様において、前記光透過材料が、ＮｄＦ３、ＬａＦ３、ＹＦ３、ＭｇＦ２、ＬｉＳｒＡｌＦ６、ＬｉＣａＡｌＦ６、水晶、及びサファイアの少なくとも１つであることを特徴とする。これらの材料は、いずれも水に溶解しにくく、紫外光の透過性においても優れた材料である。
【００１２】
また、本発明の具体的態様において、前記バルク材が、異種の光透過材料からなる複数の光学的部分を含んで形成されているとともに、当該複数の光学的部分が、相互に複屈折の影響を相殺することを特徴とする。この場合、光学素子を形成する光透過材料として複屈折を有するものを用いることができ、しかも、各光学的部分の複屈折が全体として相殺されるので、液浸型のレンズ系の結像特性が劣化することを防止できる。
【００１３】
また、本発明の具体的態様において、前記光透過材料が、レーザコンパクションの少ない材料で形成されていることを特徴とする。この場合、液浸型のレンズ系が高い耐水性を有するだけでなく、レーザ光を用いて長期に亘って露光を行っても、その結像特性を高性能に維持することができる。
【００１４】
また、本発明の具体的態様において、前記レンズ系が対物側に配置されている。この場合、対物側において液浸型とするレンズ系となる。
【００１５】
本発明に係る投影露光装置は、投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、露光光によってマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に形成する上述のレンズ系とを備える。
【００１６】
上記投影露光装置では、マスクのパターン像を基板上に形成する投影レンズ系として、上述の液浸型のレンズ系を用いるので、液浸型の投影レンズ系を用いた露光が可能になり、解像度向上を達成することができる。この際、液浸型の投影レンズ系のうち浸液に接触する光学素子が侵食されにくくなるので、液浸型の投影レンズ系の耐水性を高めてその光学性能を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る液浸型のレンズ系を示す図である。このレンズ系ＬＳ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４１が鏡筒３１の下端から突起している。レンズ系ＬＳの下方には、浸液である液体７１を介して半導体ウェハ等である物体ＯＢが配置されている。
【００１８】
図示のレンズ系ＬＳによれば、図示を省略するマスク等の対象の像が例えば縮小像として物体ＯＢ表面に投影される。逆に、物体ＯＢの像を適当な拡大像として検出面上に投影することもできる。この際、鏡筒３１下端に露出する光学素子４１と物体ＯＢとの間に液体７１を介在させる液浸法を採用しているので、レンズ系ＬＳの開口数が増大する。よって、物体ＯＢ表面に投影されるパターンの微細化を図ることができ、或いは物体ＯＢの像を高解像度で結像することができる。光学素子４１と物体ＯＢとの間に介在させる液体７１としては、汚染原因となりにくく取り扱いが簡単な純水を用いることが望ましいが、純水に適当な成分を添加したものを用いることもできる。
【００１９】
図２は、図１レンズ系ＬＳの下端部分の拡大図である。レンズ系ＬＳの対物側の光学素子４１は、平行平板やレンズ曲面に加工されたバルク材４３と、バルク材４３の表面に形成される反射防止膜４５とを有する。なお、図示の光学素子４１の場合、バルク材４３の対物面が平坦に加工されており、その平坦面を一様な厚さの反射防止膜４５によってコートしている。例えばレンズ系ＬＳに入射した像光ＩＬは、収束しつつバルク材４３及び反射防止膜４５を通過して液体７１側に射出する。液体７１側に射出した像光ＩＬは、物体ＯＢ表面に入射してここに投影像を形成する。
【００２０】
ここで、反射防止膜４５は、液体７１に接しており、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。さらに、バルク材４３も、反射防止膜４５が例えばポーラスで液体７１に対して浸透性を有する場合、或いは光学素子４１の側面が液体７１に露出する場合、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。そこで、バルク材４３や反射防止膜４５を旧来の材料であるＣａＦ２結晶等とせず、ＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料とする。具体的には、例えば弗化ランタンからなるバルク材４３上に弗化マグネシウムからなる反射防止膜４５を堆積する。これにより、液体７１に接触する光学素子４１すなわち反射防止膜４５やバルク材４３が侵食されにくくなり、液浸型のレンズ系ＬＳの耐水性を高めることができるので、レンズ系ＬＳの光学性能を良好に維持することができる。
【００２１】
なお、上記実施形態において、バルク材４３の材料である弗化ランタンの水に対する溶解度は、ほぼゼロ（不溶）であり、反射防止膜４５の材料である弗化マグネシウムの水に対する溶解度は、２．０×１０−４（ｇ／水１００ｍｌ）である。これらバルク材４３及び反射防止膜４５の材料は、旧来の材料である弗化カルシウムの溶解度（１．５×１０−３（ｇ／水１００ｍｌ））よりも約１ケタ以上小さいため、光学素子４１の露出面が水に浸食されにくくなり、光学素子４１延いてはレンズ系ＬＳの光学性能の経時劣化を飛躍的に抑え得ることが分かる。
【００２２】
以上の説明では、バルク材４３の材料として弗化ランタンを用いたが、弗化ランタンの代わりに弗化マグネシウム、弗化ガドリニウム、弗化ネオジウム、弗化イットリウム、ＬｉＳｒＡｌＦ６、ＬｉＣａＡｌＦ６等の弗化物、若しくはサファイア、水晶等の酸化物を使用することができる。これらの材料は、水に対する溶解度が小さいだけでなく、紫外光を効率よく透過するので、紫外光（例えば波長１９３ｎｍ）を利用した露光において物体ＯＢ表面に投影されるパターンの微細化を図ることができ、或いは紫外光を利用した像検出において物体ＯＢの像を高解像度で観察することができる。なお、バルク材４３をレーザコンパクションの大きな材料で形成することは望ましくない。例えば従来紫外透過材料として溶融石英が使用されているが、溶融石英は、一般にレーザコンパクションが大きく、レンズ系ＬＳの対物側に配置することは望ましくない。
【００２３】
一方、反射防止膜４５の材料も、弗化マグネシウムに限らず、弗化ランタン、弗化ガドリニウム、弗化ネオジウム、弗化イットリウム、ＬｉＳｒＡｌＦ６、ＬｉＣａＡｌＦ６等の弗化物、若しくはサファイア、水晶等の酸化物とすることができ、さらに、これらの材料の膜を宜組み合わせて多層に積層したものとすることができる。
【００２４】
〔実施例１〕
弗化ランタンからなるバルク材４３上に、弗化マグネシウム膜、弗化ランタン膜、弗化マグネシウム膜の順で真空蒸着方法による成膜を行って、３層の積層体からなる反射防止膜４５を形成した。ここで、弗化マグネシウムと弗化ランタンの屈折率はそれぞれ１．４３と１．６９である。各層の光学的膜厚は、λを設計主波長とするとバルク材４３上の第１層である弗化マグネシウム膜については０．４１λとし、第２層である弗化マグネシウム膜については０．２８λとし、第３層である弗化マグネシウム膜については０．２２λとした。
【００２５】
なお、光学素子４１に対向する物体ＯＢとしては、レジストを塗布したシリコン基板を用い、光学素子４１と物体ＯＢとの間に介在させる液体７１としては、純水を用いた。結果的に、光学素子４１の表面はほとんど浸食されず、レンズ系ＬＳの光学特性を長期に亘って高精度にすることができた。
【００２６】
以上の例では、反射防止膜４５の成膜方法として真空蒸着方法を用いたが、反射防止膜４５の形成は、真空蒸着方法に限られることなく、各種スパッタ法やイオンプロセス方法（イオンアシスト、イオンプレーティング、イオンビームスパッタ）等を用いることができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る液浸型のレンズ系について説明する。第２実施形態のレンズ系は、第１実施形態のレンズ系を変更したものであり、以下では主に変更点について説明する。
【００２８】
図３は、第２実施形態に係るレンズ系の下端部分の拡大図である。レンズ系ＬＳの対物側の光学素子１４１は、対物面が平坦に加工されたバルク材１４３と、その平坦面を一様な厚さでコートする反射防止膜１４５とを有する。さらに、バルク材１４３は、レンズ系ＬＳにおいて内側の第１部材１４３ａと外側の第２部材１４３ｂとからなる。両部材１４３ａ，１４３ｂは、オプティカルコンタクトによって接合され、或いは薄いエアギャップを介して張り合わされており、図示を省略するホルダに位置決めして固定されている。レンズ系ＬＳに入射した像光ＩＬは、第１実施形態の場合と同様に、収束しつつバルク材１４３及び反射防止膜１４５を通過して液体７１側に射出する。液体７１側に射出した像光ＩＬは、物体ＯＢ表面に入射してここに投影像を形成する。
【００２９】
ここで、反射防止膜１４５は、液体７１に接しており、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。さらに、バルク材１４３のうち第２部材１４３ｂも、反射防止膜１４５が例えばポーラスで液体７１に対して浸透性を有する場合、液体７１に対して耐食性を有する必要がある。そこで、第２部材１４３ｂや反射防止膜１４５は、ＣａＦ２結晶材料よりも水に対する溶解度が小さい光透過材料で形成されている。具体的には、例えば弗化マグネシウム単結晶からなる第１部材１４３ａと、サファイア単結晶からなる第２部材１４３ｂとを張り合わせてバルク材１４３とする。さらに、こうして得たバルク材１４３上に弗化マグネシウムからなる反射防止膜１４５を堆積する。これにより、液体７１に接触した状態で使用される光学素子１４１すなわち反射防止膜１４５やバルク材１４３が液体７１に侵食されにくくなり、レンズ系ＬＳの光学性能を良好に維持することができる。
【００３０】
ここで、バルク材１４３を構成する両部材１４３ａ，１４３ｂは、弗化マグネシウム単結晶基板及びサファイア単結晶基板であり、ともに光学的一軸性結晶であり、結晶の光学軸はｃ軸と一致している。両部材１４３ａ，１４３ｂを伝搬する光は、光線速度曲面が球面である通常光と、それが回転楕円体面である異常光とに分かれる。ここで、両部材１４３ａ，１４３ｂの光学軸を例えばレンズ系ＬＳの光軸と一致させる。
【００３１】
図４は、光学的一軸性結晶中における光の伝搬を説明する図である、図４（ａ）に示すように、通常光の方が異常光よりも光線速度が速い（屈折率が小さい）ものを光学的正号結晶といい、図４（ｂ）に示すように、通常光の方が異常光よりも光線速度が遅いものを光学的負号結晶という。ここで、通常光の屈折率をωとして、異常光の屈折率のなかでもωから最も甚だしく異なっているものをεで表す。すなわち、光学的正号結晶の場合、ω<εとなり、光学的負号結晶の場合、ω>εとなる。本実施形態の場合、第１部材１４３ａが弗化マグネシウム単結晶からなる正号結晶であり、第２部材１４３ｂがサファイア単結晶からなる負号結晶である。よって、正号結晶の基板と負号結晶の基板を主軸方向を一致させて張り合わせて厚みを調整すること、すなわちバルク材１４３を構成する第１部材１４３ａ及び第２部材１４３ｂの厚みを調節することによって、光線速度のずれを補正することが出来るようになるので、光学性能の向上が達成される。
【００３２】
以上の説明では、バルク材１４３を構成する一対の部材１４３ａ，１４３ｂの材料として弗化マグネシウム単結晶及びサファイア単結晶を用いたが、これらに代えて、正号結晶である水晶と負号結晶であるサファイアとを組み合わせてバルク材１４３を構成することもできる。
【００３３】
〔実施例２〕
バルク材１４３を構成するための第１部材１４３ａを弗化マグネシウム単結晶基板で形成し、第２部材１４３ｂをサファイア単結晶基板で形成し、両者の光学軸がレンズ系ＬＳの光軸と一致するように両部材１４３ａ，１４３ｂを張り合わせてバルク材１４３とする。この際、第２部材１４３ｂの外側面上には、弗化マグネシウム膜、弗化ランタン膜、弗化マグネシウム膜の順で真空蒸着方法による成膜を行うことによって、３層の積層体からなる反射防止膜１４５が形成されている。各層の光学的膜厚は、第２部材１４３ｂ上の第１層である弗化マグネシウム膜については０．４１λとし、第２層である弗化マグネシウム膜については０．２８λとし、第３層である弗化マグネシウム膜については０．２２λとした。
【００３４】
なお、光学素子１４１に対向する物体ＯＢとしては、レジストを塗布したシリコン基板を用い、光学素子１４１と物体ＯＢとの間に介在させる液体７１としては、純水を用いた。結果的に、光学素子１４１の表面はほとんど浸食されず、レンズ系ＬＳの光学特性を長期に亘って高精度にすることができた。
【００３５】
以上の例では、第１部材１４３ａを正号結晶とし、第２部材１４３ｂを負号結晶としているが、その順番は入れ替え可能であり、第１部材１４３ａを負号結晶とし、第２部材１４３ｂを正号結晶とすることもできる。
【００３６】
〔第３実施形態〕
以下、第３に係る投影露光装置について説明する。本実施形態は、第１若しくは第２実施形態のレンズ系ＬＳをステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用したものである。
【００３７】
図５は、本実施形態の投影露光装置の概略構成を示し、この図５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、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（又はウエハ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エハＷ上の露光領域に縮小投影される。なお、露光光ＥＬとしては、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。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１の紙面に垂直にＹ軸を取り、図５の紙面に平行にＸ軸を取って説明する。
【００３８】
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、回転方向にレチクルＲを微動する機構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。
【００３９】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハ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、ウエハ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エハ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の像面に合わせ込み、ＸＹステージ１０はウエハＷのＸ方向、及びＹ方向の位置決めを行う。Ｚステージ９（ウエハ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に計測されている。この計測結果に基づいて主制御系１４からウエハステージ駆動系１５に制御情報が送られ、これに基づいてウエハステージ駆動系１５は、Ｚステージ９、ＸＹステージ１０の動作を制御する。露光時にはウエハＷ上の各ショット領域を順次露光位置にステップ移動し、レチクルＲのパターン像を露光する動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。
【００４０】
さて、本実施形態では、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くするために液浸法を用いるが、この際投影光学系ＰＬとして、第１若しくは第２実施形態で説明した耐水性のレンズ系ＬＳを用いる。つまり、少なくともレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に転写している間は、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬのウエハ側の光学素子４（第１及び第２実施形態における光学素子４１，１４１）の下面との間に表面張力を利用して液体７を満たしておく。投影光学系ＰＬは、第１及び第２実施形態の場合と同様のもので、他の光学系を収納する鏡筒３と、その射出側の光学素子４とを有しており、光学素子４のみが液体７が接触するように構成されている。
【００４１】
ここで、光学素子４は、液体７に対して耐食性を有する材料からなり、レンズ系ＬＳの光学特性を長期に亘って高精度にすることができる。さらに、金属よりなる鏡筒３については、液体７との接触を回避できるようになっているので、その腐食等が防止されている。液体７として、本実施形態では純水を使用する。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、ウエハ上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、ウエハの表面を洗浄する作用も期待できる。そして、波長が２００ｎｍ程度の露光光に対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４であるため、ＡｒＦエキシマレーザ光の波長１９３ｎｍは、ウエハＷ上では１／ｎ、即ち約１３４ｎｍに短波長化されたと同等の効果が生じて高い解像度が得られる。さらに、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、即ち約１．４４倍に拡大されるため、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できればよい場合には、投影光学系ＰＬの開口数をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。
【００４２】
光学素子４とウエハＷとの間に挟まれた液体７は、その液体のタンク、加圧ポンプ、温度制御装置等からなる液体供給装置５によって、所定の排出ノズル等を介してウエハＷ上に温度制御された状態で供給され、その液体のタンク及び吸引ポンプ等からなる液体回収装置６によって、所定の流入ノズル等を介してウエハＷ上から回収される。液体７の温度は、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。そして、投影光学系ＰＬの光学素子４の先端部をＸ方向に挟むように先端部が細くなった排出ノズル２１ａと、先端部が広くなった２つの流入ノズル２３ａ，２３ｂとが配置されており、排出ノズル２１ａは供給管２１を介して液体供給装置５に接続され、流入ノズル２３ａ，２３ｂは回収管２３を介して液体回収装置６に接続されている。これにより、光学素子４とウエハＷとの間において−Ｘ方向への液体７の流れを形成することができる。なお、図示を省略しているが、流入ノズル２３ａ，２３ｂの間には、これらに平行に排出ノズルが形成されており、排出ノズル２１ａの両側方には、これに平行に一対の流入ノズルが形成されており、液体７の流れを＋Ｘ方向に切り換えることもできる。さらに、図示を省略しているが、排出ノズル２１ａ、流入ノズル２３ａ，２３ｂ等を一組とする第１の給排ノズルシステムを光学素子４の先端部の回りにほぼ９０°回転した配置の第２の給排ノズルシステムも設けられており、光学素子４とウエハＷとの間において−Ｙ方向若しくは＋Ｙ方向への液体７の流れを形成することができる。つまり、露光に際して±Ｘ方向にウエハＷをステップ移動させる際には、第１の給排ノズルシステムを用いて光学素子４とウエハＷとの間に層流状で安定した液体７の流れを形成することができ、露光に際して±Ｙ方向にウエハＷをステップ移動させる際には、第２の給排ノズルシステムを用いて光学素子４とウエハＷとの間に層流状で安定した液体７の流れを形成することができるので、光学素子４とウエハＷとの間を常に新鮮な純水で安定して満たすことができる。
【００４３】
なお、上記実施形態において、Ｘ方向、又はＹ方向から液体７の供給及び回収を行うノズルだけでなく、例えば斜めの方向から液体７の供給及び回収を行うためのノズルを設けてもよい。
【００４４】
また、液体としては、純水以外にも、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板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も可能である。
【００４５】
また、露光光としてＦ２レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【００４６】
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板すなわちウエハＷとの間を局所的に液体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な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な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。
【００４７】
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施形態に係る液浸型のレンズ系を示す側面図である。
【図２】図１レンズ系の下端部分の拡大図である。
【図３】第２実施形態に係るレンズ系の下端部分の拡大図である。
【図４】（ａ）は、光学的正号結晶である第１部材の屈折率特性を示し、（ｂ）は、光学的負号結晶である第２部材の屈折率特性を示す。
【図５】第３実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
３…鏡筒、  ４…光学素子、  ５…液体供給装置、  ６…液体回収装置、  ７…液体、  ３１…鏡筒、  ４１…光学素子、  ４３…バルク材、  ４５…反射防止膜、  ７１…液体、  １４１…光学素子、  １４３…バルク材、  １４３ａ…第１部材、  １４３ｂ…第２部材、  １４５…反射防止膜、  ＩＬ…像光、  ＥＬ…露光光、  ＬＳ…レンズ系、  ＯＢ…物体、  ＰＬ…投影光学系
【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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