光学元件及使用该光学元件的投影曝光装置的制作方法

专利名称：光学元件及使用该光学元件的投影曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明关于如用于制造半导体元件、摄像元件(CCD等)、液晶显示元件或薄膜磁头等设备的光刻工序中，为了将掩模图形复制到感光性的基板上而使用的投影曝光装置，更详细地说是关于使用浸渍法的投影曝光装置。另外，本发明还涉及该投影曝光装置使用的光学元件。
背景技术：
在半导体元件等的制造中，使用将作为掩模的中间掩模的图形像通过投影光学系统，复制到作为感光性基板的、涂抹了光刻胶的晶片(或者玻璃板等)上的各拍摄区域的投影曝光装置。以往，作为投影曝光装置，大多使用步进重复方式的缩小投影型的曝光装置(分档器)，但最近，以将中间掩模和晶片同步扫描的方式进行曝光的步进扫描方式的投影曝光装置也得到关注。
搭载在投影曝光装置上的投影光学系统的析像度，在使用的曝光波长越短、投影光学系统的数值孔径越大时越高。因此，伴随着集成电路的微细化，投影曝光装置中使用的曝光波长年年变短，同时，投影光学系统的数值孔径也在增大。现在，主流的曝光波长是KrF准分子激光的248nm，但更短波长的ArF准分子激光的193nm也在实用化中。
另外，在进行曝光时，与析像度一样，聚焦深度(DOF)也变得重要。析像度R及聚焦深度δ分别由以下的公式表示。
R＝k1·λ/NA ...(1)δ＝k2·λ/NA2...(2)
这里，λ是曝光波长，NA是投影光学系统的数值孔径，k1、k2是工艺系数。根据(1)式、(2)式可以得知，为了提高析像度R，将曝光波长λ缩短、将数值孔径NA加大后，聚焦深度δ就会变窄。以往，投影曝光装置中，是由自动聚焦方式将晶片的表面重合在投影光学系统的像面上进行曝光的，因此聚焦深度δ最好在某种程度上宽。因此，做为将聚焦深度实质上扩大的方法，提出了相移中间掩模法、变形照明法、多层光刻胶法等。
如上所述，在以往的投影曝光装置中，伴随着曝光光的短波长化及投影光学系统的数值孔径的增大，聚焦深度会变窄。另外，为了与半导体集成电路的更高集成化对应，曝光波长的更短波长也在研究中。但是，这样下去聚焦深度会变得过窄，曝光工作时的容限恐怕会不足。
因此，作为实质上缩短曝光波长且扩大聚焦深度的方法，提出了浸渍法。就是在投影光学系统的下面与晶片表面之间充满水或有机溶剂等液体，利用在液体中的曝光光的波长为空气中的1/n倍(n为液体的折射率、通常为1.2～1.6左右)来提高析像度的同时，将聚焦深度扩大到约n倍。
此浸渍法，如果直接应用于步进重复方式的投影曝光装置中，则在1个拍摄区域的曝光结束后，将晶片步进移动到下一个拍摄区域时，由于液体会从投影光学系统与基板之间漏出，所以不得不再次供给液体，且漏出液体的回收也很困难。另外，如果将浸渍法应用于步进扫描方式的投影曝光装置中，则由于是移动晶片的同时进行曝光的，所以有必要在移动晶片期间在投影光学系统与晶片之间充满液体。为了使投影光学系统与液体接触，与液体接触的投影光学系统的顶端部有可能被液体侵蚀。投影光学系统的顶端安装了物镜，如果此物镜被侵蚀，恐怕不能得到所期望的光学性能。

发明内容
本发明是基于以上问题发明的，目的在于提供适用于进行浸渍曝光的曝光装置的投影曝光体系的光学元件。另外，本发明的目的还在于提供搭载这种光学元件的浸渍曝光用的投影曝光装置。
根据本发明的第1实施方式，提供将规定图形投影在基板上以将基板曝光的投影光学系统中使用的光学元件，具有安装在上述投影光学系统的基板侧末端、在液体维持在该光学元件与基板之间的状态进行曝光的光学元件的基体，为了防止由上述液体引起的侵蚀，在上述光学元件的基体的至少一部分的表面形成的耐侵蚀性膜。
由于在本发明的光学元件的基体的表面上形成了耐侵蚀性膜，所以即使进行浸渍曝光，也能够防止因光学元件与液体接触而引起的侵蚀、腐蚀、溶解等。因此，安装在投影光学系统的顶端的光学元件，即使重复或连续地以浸渍状态进行暴露在液体中的步进重复方式这样的统一曝光和步进扫描方式这样的扫描型曝光，也能够长时间维持投影光学系统的所期望的性能。
根据本发明的第2实施方式，提供将规定图形的像通过液体投影在基板上以将基板曝光的曝光装置，具有将上述图形的像投影在基板上的投影光学系统，安装在上述投影光学系统的基板侧的端部的光学元件，向上述光学元件与上述基板之间供给上述液体的装置；上述光学元件具有基体和为了防止该基体的侵蚀而在该基体的至少一部分的表面形成的耐侵蚀性膜。
由于安装在本发明的曝光装置的投影光学系统的顶端的光学元件的基体的表面上形成了耐侵蚀性膜，所以即使进行浸渍曝光，也能防止因光学元件与液体接触而引起的侵蚀、腐蚀、溶解等。因此，安装在投影光学系统的顶端的光学元件，即使重复或连续地以浸渍状态进行暴露在液体中的步进重复方式这样的统一曝光和步进扫描方式这样的扫描型曝光，也能够长时间维持曝光装置所期望的光学特性。由此，实现维持了广聚焦深度的状态下的曝光。


图1为本发明中的投影曝光装置的概况结构图。
图2为表示图1的投影光学系统PL的光学元件4的顶端部4A和X方向用的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。
图3为表示图1的投影光学系统PL的光学元件4的顶端部4A和在Y方向进行液体的供给及回收的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。
图4为表示向图1的光学元件4与晶片W之间进行液体7的供给及回收情况的主要部分放大图。
图5为表示本发明的第2实施方式中使用的投影曝光装置的投影光学系统PLA的下端部、液体供给装置5以及液体回收装置6等的正面图。
图6为表示图5的投影光学系统PLA的光学元件32的顶端部32A和X方向用的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。
图7为表示图5的投影光学系统PLA的光学元件32的顶端部32A和在Y方向进行液体的供给及回收的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。
图8为本发明的光学元件的概况结构图。
图9为表示光学元件只由萤石构成时的、ArF准分子激光(波长193nm)中的反射率与入射角的关系图。
图10为表示在萤石基体上形成各层的光学元件105时的、ArF准分子激光(波长193nm)中的反射率与入射角的关系图。
具体实施例方式
下面使用

本发明的光学元件及使用此光学元件的投影曝光装置的实施方式，但本发明并不限定于此。
首先，参照图8～图10说明本发明的光学元件。图8表示本发明的光学元件105的剖面结构。光学元件105是在萤石(CaF2)基体101上依次层叠SiO2层102、Al2O3层103及SiO2层104而形成的。这些层或者最表面的SiO2层具有作为耐侵蚀性膜(耐蚀性膜)的机能。萤石基体101成形为透镜状，厚度为20mm。SiO2层102、Al2O3层103及SiO2层104的光学的膜厚对于设计主波长λ(如λ＝193nm)分别以0.37λ、0.05λ及0.37λ形成。各层为了形成致密的膜，使用了已知的溅射法。而且，成膜方法不限定于溅射法，只要能形成致密的膜，也可以使用离子束辅助法、离子镀法、加热蒸镀法等。另外，上述耐侵蚀性膜可以分别设置在基体101的两侧，也可以只设置在基体101的光照射部分。
对射向如上所述得到的光学元件105的光的入射角的反射率特性进行了调查。为了与光学元件105(以下称为光学元件A)作比较，准备了没有层叠SiO2层及Al2O3层的萤石基体，即只由萤石基体构成的光学元件(以下称为光学元件B)。在分别对光学元件A与光学元件B变换入射角的同时，照射作为曝光装置的曝光光使用的波长193nm的ArF准分子激光，测定其反射率。得到的结果表示在图9及图10上。而且，反射光是对互相直交的S偏振光和P偏振光进行测量的。
图9是表示对光学元件B的入射角的反射率特性的图表。如图9所示，对光学元件B的S偏振光和P偏振光的平均反射率，在光学元件使用的最大入射角40度以内的所有范围中，约小于等于0.04％。
图10是表示光学元件A的对入射角的反射率特性的图表。如图10所示，S偏振光和P偏振光的平均反射率，在本光学元件使用的最大入射角40度以内的所有范围中，约小于等于0.04％。
即，可以得知，光学元件A与只由萤石构成的光学元件B一样，在作为光学元件使用的所有的入射角范围中S偏振光与P偏振光的平均反射率显示了很低的值，能够代替光学元件B搭载在投影曝光装置的投影光学系统的顶端部。
接着通过分别将光学元件A及光学元件B在70℃的纯水中浸泡3小时来实施耐侵蚀性的加速试验。侵蚀前后的光学元件的表面粗糙度用AFM(原子间力显微镜)及接触式粗糙度测量机来测量。在70℃的纯水中浸泡3小时被认为相当于在室温的纯水中浸泡大约10天。
只由萤石构成的光学元件B在浸泡在上述纯水前的表面粗糙度为3RMS。光学元件B的纯水浸泡后的表面粗糙度约为3000RMS，所以得知被侵蚀为约1000倍的粗糙度。像这样光学元件表面的表面粗糙度为3000RMS时，由于发生很多光的散射，所以光学元件的透过率降低的同时，会发生与设定光路的偏离，所以计划的所期望的光学性能不能发挥。
另一方面，本发明的光学元件A的上述纯水浸泡前的表面粗糙度为11RMS。此光学元件A的纯水浸泡后的表面粗糙度为14RMS。由此得知，在纯水中浸泡前后的光学元件的表面粗糙度几乎没有变化。因此，光学元件A在纯水中浸泡后，即，即使进行浸渍曝光，也能维持所期望的光学性能。这是因为形成在萤石基板表面上的氧化物涂层具有对纯水的耐侵蚀性，所以能够防止萤石基板的侵蚀。
本实施方式的光学元件A中，在萤石基体上形成了由氧化物构成的3层的多层膜，但已得知形成SiO2(光学膜厚0.55λ)、Al2O3等的单层膜时，也能得到同样的效果。而且，耐侵蚀性的多层膜或单层膜的膜厚没有特别限定，但从确保萤石基板表面的膜的覆盖性能且确保角度反射防止性能的观点看来，最好为50～2000。
另外，本实施方式中，在萤石基板上形成SiO2层和Al2O3层，但也可以代替它们或连同它们一起，将YF3、MgF2、LaF3等的氟化物层单层或组合形成。
接着参照图1～图4对说明利用了上述实施方式的光学元件的投影曝光装置的第2实施方式进行说明。本实施方式的投影曝光装置是将基板的拍摄区域统一曝光的步进重复方式的投影曝光装置。
图1为本实施方式的投影曝光装置的概况结构图。在图1中，从包含作为曝光光源的ArF准分子激光源、光学积分器(均化器)、视场光圈、电容透镜等的照明光学系统1中射出的波长193nm的紫外脉冲光构成的曝光光IL照明设置在中间掩模R上的图形。中间掩模R的图形通过两侧(或晶片W侧的一侧)远心的投影光学系统PL以规定的投影倍率β(β如为1/4、1/5等)在涂抹了光刻胶的晶片W上的曝光区域上缩小投影。而且，作为曝光光IL，可以使用KrF准分子激光(波长248nm)、F2激光(波长157nm)和水银灯的i线(波长365nm)等。以下说明中，与投影光学系统PL的光轴AX平行的方向为Z轴、与Z轴垂直的平面内与图1的纸面垂直的方向为Y轴、与图1的纸面平行的为X轴。
中间掩膜R保持在中间掩模平台RST上，在中间掩模平台RST上组装了使中间掩模R向X方向、Y方向、旋转方向微动的机构。中间掩模平台RST的2维位置及旋转角由激光干涉仪(未图示)实时计测，主控制体系14根据此计测值进行中间掩模R的定位。
另一方面，晶片W通过晶片架(未图示)固定在控制晶片W的焦点位置(Z方向的位置)及倾斜角的Z平台9上。Z平台9固定在沿与投影光学系统PL的像面实质上平行的XY平面移动的XY平台10上，XY平台10安装在底座11上。Z平台9控制晶片W的焦点位置(Z方向的位置)及倾斜角并将晶片W上的表面以自动聚焦方式及自动调整方式重合在投影光学系统PL的像面上，XY平台10进行晶片W的X方向及Y方向的定位。Z平台9(晶片W)的2维位置及旋转角作为移动镜12的位置由激光干涉仪13实时测量。根据此测量结果将控制信息从主控制体系14发送到晶片平台驱动体系15上，根据此控制信息，晶片平台驱动体系15控制Z平台9、XY平台10的动作。曝光时将晶片W上的各拍摄区域依次向曝光位置步进移动，将中间掩模R的图形像曝光的工作以步进重复的方式重复。
在本实施方式的投影曝光装置中，为了将曝光波长实质上缩短以提高析像度的同时将聚焦深度实质上扩大，应用了浸渍法。因此，至少将中间掩模R的图形像复制到晶片W上的期间，在晶片W的表面与投影光学系统PL的顶端面(下面)间充满规定的液体7。投影光学系统PL具有包含上述实施方式中制造的光学元件4的多个光学元件和收容这些光学元件的镜筒3，光学元件4以在镜筒的晶片侧的端部(下端)露出的方式安装(参照图4、5)。通过像这样安装，构成只有光学元件4与液体7接触。由此，防止由金属构成的镜筒3的腐蚀等。作为液体7，在本实施方式中使用了纯水。纯水具有在半导体制造工厂等能够容易地大量得到的同时，还有对晶片上的光刻胶和光学透镜等没有负面影响的优点。另外，由于纯水对环境没有负面影响的同时，杂质的含量极低，所以能够期待洗净晶片表面的作用。
另外，对波长为200nm左右的曝光光，纯水(水)的折射率n约为1.47～1.44左右，ArF准分子激光的波长193nm在晶片W上被短波长化到1/n即约131～134nm左右，能够得到高析像度。而且，由于聚焦深度与在空气中相比被扩大到约n倍即约1.47～1.44倍左右，所以在确保与在空气中使用时相同的聚焦深度就可以时，能够增加投影光学系统PL的数值孔径，这一点也能提高析像度。
液体7由收容此液体的箱、加压泵、温度控制装置等构成的液体供给装置5，通过规定的排出喷嘴等以被温控的状态供给到晶片W上。另外，供给到晶片W上的液体7，由收容液体的箱及吸引泵等构成的液体回收装置6，通过规定的流入喷嘴等回收。液体7的温度例如设定为与本实施方式的投影曝光装置收容的容器内的温度相同的程度。本实施方式的投影曝光装置中设置了在X方向将投影光学系统PL的光学元件4的顶端部夹在中间的、顶端部变细的排出喷嘴21a及顶端部变宽的2个流入喷嘴23a、23b(参照图2)。排除喷嘴21a通过供给管21与液体供给装置5连接，流入喷嘴23a、23b通过回收管23与液体回收装置6连接。而且，将上述1对的排出喷嘴21a及流入喷嘴23a、23b相对于光学元件4的顶端部的中心旋转大约180°的位置上设置了另外的1对的排出喷嘴及流入喷嘴，同时设置了在Y方向将光学元件4的顶端部夹在中间的2对的排出喷嘴及流入喷嘴(参照图2及图3)。
图2为表示图1的投影光学系统PL的光学元件4的顶端部4A及晶片W和在X方向将其顶端部4A夹在中间的2对的排出喷嘴及流入喷嘴间的位置关系图。在图2中，分别在顶端部4A的+X方向侧设置排出喷嘴21a，在-X方向侧设置流入喷嘴23a、23b。另外，将流入喷嘴23a、23b设置成对于通过顶端部4A的中心且与X轴平行的轴呈打开的扇子形状。而且，将1对的排出喷嘴21a及流入喷嘴23a、23b相对于顶端部4A的中心旋转大约180°的位置上设置了不同的1对排出喷嘴22a及流入喷嘴24a、24b。排出喷嘴22a通过供给管22与液体供给装置5连接，流入喷嘴24a、24b通过回收管24与液体回收装置6连接。
另外，图3表示的是图1的投影光学系统PL的光学元件4的顶端部4A和在Y方向将其顶端部4A夹在中间的2对排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系。在图3中，分别在顶端部4A的+Y方向侧设置排出喷嘴27a，在-Y方向侧设置流入喷嘴29a、29b。排出喷嘴27a通过供给管27与液体供给装置5连接、流入喷嘴29a、29b通过回收管29与液体回收装置6连接。另外，将1对的排出喷嘴27a及流入喷嘴29a、29b相对于顶端部4A的中心旋转大约180°的位置上设置了1对的排出喷嘴28a及流入喷嘴30a、30b。排出喷嘴28a通过供给管28与液体供给装置5连接、流入喷嘴30a、30b通过回收管30与液体回收装置6连接。液体供给装置5通过供给管21、22、27、28的至少一个向光学元件4的顶端部4A与晶片W之间供给温度被控制了的液体，液体回收装置6通过回收管23、24、29、30的至少一个回收供给到晶片W上的液体。
下面说明液体7的供给方法及回收方法。
在图2中，向用实线表示的箭头25A的方向(-X方向)将晶片W步进移动时，液体供给装置5通过供给管21及排出喷嘴21a向光学元件4的顶端部4A与晶片W间供给液体7。而液体回收装置6通过回收管23及流入喷嘴23a、23b从晶片W上回收液体7。这时，液体7在晶片W上向箭头25B的方向(-X方向)流动，在晶片W与光学元件4间液体7以稳定的状态充满着。
另一方面，向用双点划线表示的箭头26A的方向(+X方向)将晶片W步进移动时，液体供给装置5使用供给管22及排出喷嘴22a向光学元件4的顶端部4A与晶片W间供给液体7，液体回收装置6使用回收管24及流入喷嘴24a、24b回收液体7。这时，液体7在晶片W上向箭头26B的方向(+X方向)流动，在晶片W与光学元件4间液体7以稳定的状态充满着。这样，在本实施方式的投影曝光装置中，由于在X方向设置了互相反转的2对的排出喷嘴和流入喷嘴，所以将晶片W向+X方向或-X方向的任一个方向移动，都能在晶片W与光学元件4间以稳定的状态充满液体7。
另外，在本实施方式的曝光装置中，由于液体7在晶片W上流动，所以即使在晶片W上有异物粘附时，此异物也能被液体7冲走。另外，由于液体7由液体供给装置5调整到规定的温度，所以能够进行晶片W表面的温度调整，防止由曝光时产生的热引发的晶片的热膨胀所引起的对准精度等的降低。因此，即使像EGA(增强整片对准)方式的对准这样，从对准到曝光之间有一定程度的时间时，也能够防止由其间生成的晶片的热膨胀引起的对准精度的降低。另外，在本实施方式的投影曝光装置中，由于液体7流向与移动晶片W的方向相同的方向，所以能够将吸收了异物和热的液体回收，使其不滞留在光学元件4的顶端部4A的正下方的曝光区域上。
另外，将晶片W向Y方向步进移动时在Y方向进行液体7的供给及回收。即，在图3中向用实线表示的箭头31A的方向(-Y方向)将晶片步进移动时，液体供给装置5通过供给管27、排出喷嘴27a供给液体，液体回收装置6使用回收管29及流入喷嘴29a、29b进行液体的回收。由此，液体在光学元件4的顶端部4A的正下方的曝光区域上向箭头31B的方向(-Y方向)流动。另外，将晶片向用双点划线表示的箭头33A的方向(+Y方向)步进移动时，使用供给管28、排出喷嘴28a、回收管30及流入喷嘴30a、30b进行液体的供给及回收。由此，液体在顶端部4A的正下方的曝光区域上向箭头33B的方向(+Y方向)流动。由此，与将晶片W向X方向移动时一样，将晶片W向+Y方向或-Y方向的任一个方向移动时，在晶片W与光学元件4的顶端部4A间都能够使液体7以稳定的状态充满着。
而且，不只是在X方向或Y方向设置进行液体7的供给及回收的喷嘴，例如也可以在倾斜方向设置用于进行液体7的供给及回收的喷嘴。
接着说明液体7的供给量及回收量的控制方法。图4表示向投影光学系统PL的光学元件4与晶片W间供给及回收液体的情况。在图4中，晶片W向箭头25A的方向(-X方向)移动，由排出喷嘴21a供给的液体7向箭头25B的方向(-X方向)流动，由流入喷嘴23a、23b回收。由于光学元件4与晶片W间存在的液体7的量即使在晶片W的移动中也要保持一定，所以在本实施方式中使液体7的供给量Vi(m3/s)与回收量Vo(m3/s)相等，且调整为使液体7的供给量Vi及回收量Vo与XY平台10(晶片W)的移动速度v成比例。即，主控制体系14利用以下的公式决定液体7的供给量Vi及回收量Vo。
Vi＝Vo＝D·v·d ...(3)在此，如图1所示，D为光学元件4的顶端部的直径(m)、v为XY平台10的移动速度(m/s)、d为投影光学系统PL的工作距离(工作距离，光学元件4的最下面与晶片W表面的距离)(m)。将XY平台10步进移动时的速度v由主控制体系14设定。另外，由于D及d事先输入(存储)到主控制体系14中，所以通过根据(3)式调整液体7的供给量Vi及回收量Vo，使图4的光学元件4与晶片W间总是充满液体7的状态。
而且，为了在投影光学系统PL与晶片W间使液体7稳定存在，投影光学系统PL的工作距离d最好尽量窄。但是，由于工作距离d过小时，晶片W的表面恐怕会与光学元件4接触，所以必须保持某种程度的富余。因此，工作距离d，例如设定为2mm左右。
接着参照图5～图7说明本发明的第3实施方式。在本实施方式中，上述实施方式的光学元件应用于步进扫描方式的投影曝光装置。
图5为表示本实施方式的投影曝光装置的投影光学系统PLA的下部、液体供给装置5及液体回收装置6等的正面图。而且，与图4相同或相等的结构要素用相同的符号表示。在图5中，投影光学系统PLA的镜筒3A的最下端的光学元件32的顶端部32A只留下了进行扫描曝光所必要的部分，沿Y方向(非扫描方向)形成细长的矩形状。光学元件32是与第1实施方式中制造的光学元件一样的、萤石基体上具有耐侵蚀性膜的光学元件。扫描曝光时，中间掩模的一部分的图形像投影到顶端部32A的正下方的矩形的曝光区域中，相对于投影光学系统PLA，与中间掩模(未图示)向-X方向(或+X方向)以速度V移动同步，晶片W通过XY平台10向+X方向(或-X方向)以速度β·V(β为投影倍率)移动。然后，对一个拍摄区域的曝光结束后由晶片W的步进，下一个拍摄区域向扫描开始位置移动，以下由步进扫描方式依次对各拍摄区域进行曝光。
在本实施方式中，通过浸渍法的应用，扫描曝光中光学元件32与晶片W的表面间充满了液体7。液体7的供给及回收与第2实施方式一样，分别使用液体供给装置5及液体回收装置6进行。
图6为表示投影光学系统PLA的光学元件32的顶端部32A与用于将液体7在X方向供给、回收的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。在图6中，光学元件32的顶端部32A的形状为沿Y方向细长的矩形，以在X方向将投影光学系统PLA的光学元件32的顶端部32A夹在中间的方式在+X方向侧设置了3个排出喷嘴21a～21c，在-X方向侧设置了2个流入喷嘴23a、23b。
而且，排出喷嘴21a～21c通过供给管21与液体供给装置5连接，流入喷嘴23a、23b通过回收管23与液体回收装置6连接。另外，将排出喷嘴21a～21c与流入喷嘴23a、23b相对于顶端部32A的中心旋转大约180°的位置上设置了排出喷嘴22a～22c和流入喷嘴24a、24b。排出喷嘴21a～21c与流入喷嘴24a、24b在Y方向交替排列，排出喷嘴22a～22c与流入喷嘴23a、23b在Y方向交替排列。排出喷嘴22a～22c通过供给管22与液体供给装置5连接，流入喷嘴24a、24b通过回收管24与液体回收装置6连接。
而且，向实线的箭头表示的扫描方向(-X方向)移动晶片W进行扫描曝光时，使用供给管21、排出喷嘴21a～21c、回收管23及流入喷嘴23a、23b由液体供给装置5及液体回收装置6进行液体7的供给及回收，向-X方向流动液体7使其充满光学元件32与晶片W间。另外，向双点划线的箭头表示的方向(+X方向)移动晶片W进行扫描曝光时，使用供给管22、排出喷嘴22a～22c、回收管24及流入喷嘴24a、24b进行液体7的供给及回收，向+X方向流动液体7，使其充满光学元件32与晶片W间。通过根据扫描方向切换液体7流动的方向，向+X方向或-X方向的任一个方向扫描晶片W时，都能够由液体7充满光学元件32的顶端部32A与晶片W间。由此，能够以高析像度及广聚焦深度曝光。
另外，液体7的供给量Vi(m3/s)及回收量Vo(m3/s)由以下的公式决定。
Vi＝Vo＝DSY·v·d...(4)在此，DSY为光学元件32的顶端部32A的X方向的长度(m)。由此，即使在扫描曝光中，光学元件32与晶片W间也能以稳定的状态充满液体7。
而且，喷嘴的数量和形状不是特别限定的，例如顶端部32A的长边可以由2对的喷嘴进行液体7的供给及回收。而且，这种情况下，为了能够在+X方向或-X方向的任一个方向进行液体7的供给及回收，也可以将排出喷嘴和流入喷嘴上下并排设置。
另外，将晶片W向Y方向步进移动时，与第2实施方式一样，在Y方向进行液体7的供给及回收。
图7为表示投影光学系统PLA的光学元件32的顶端部32A和Y方向用的排出喷嘴及流入喷嘴的位置关系图。在图7中，将晶片向与扫描方向直交的非扫描方向(-Y方向)步进移动时，使用设置在Y方向的排出喷嘴27a及流入喷嘴29a、29b进行液体7的供给及回收，而将晶片向+Y方向步进移动时，使用设置在Y方向的排出喷嘴28a及流入喷嘴30a、30b进行液体7的供给及回收。另外，液体7的供给量Vi(m3/s)及回收量Vo(m3/s)由以下的公式决定。
Vi＝Vo＝DSX·v·d...(5)
在此，DSX为光学元件32的顶端部32A的Y方向的长度(m)。与第2实施方式一样，即使向Y方向步进移动时，通过根据晶片W的移动速度v调整液体7的供给量，也能够使液体7持续充满在光学元件32与晶片W间。
像上述这样移动晶片W时，通过根据其移动方向流动液体，能够在晶片W与投影光学系统PL的顶端部间由液体7持续充满。
而且，在上述的实施方式中作为液体7使用的液体不是特别限定于纯水，可以使用对曝光光有透过性且折射率尽量高，而且对投影光学系统和涂抹晶片表面的光刻胶稳定的物质(如雪松油等)。
而且，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以得到各种结构。
本发明的光学元件的基体为透镜形状的，但并不限定于此，可以使用以往的在萤石透镜与液体间作为防护玻璃而成膜为萤石的板状基板的基体。
产业上的利用可能性根据本发明的投影曝光装置，由于投影光学系统的顶端部不会被液体侵蚀，所以不必为了交换被侵蚀的光学元件而停止装置的运转。由此，能够高效地生产具有微细图形的最终制品。另外，本发明的光学元件，由于没有被侵蚀，所以光学特性很稳定。通过使用搭载本发明的光学元件的投影曝光装置，能够生产稳定品质的最终制品。
权利要求
1.一种光学元件，用于将规定图形投影在基板上以将基板曝光的投影光学系统，具有安装在上述投影光学系统的基板侧末端、在液体维持在该光学元件与基板之间的状态进行曝光的光学元件的基体，为了防止由上述液体引起的侵蚀，在上述光学元件的基体的至少一部分的表面上形成的耐侵蚀性膜。
2.根据权利要求1所述的光学元件，上述耐侵蚀性膜为氧化物膜。
3.根据权利要求2所述的光学元件，上述氧化物膜为氧化硅膜及氧化铝膜的至少一种。
4.根据权利要求1所述的光学元件，上述光学元件的基体为萤石。
5.根据权利要求1所述的光学元件，用于上述曝光的光为ArF激光。
6.根据权利要求1所述的光学元件，上述液体为纯水。
7.一种曝光装置，是将规定图形的像通过液体投影在基板上以将基板曝光的曝光装置，具有将上述图形的像投影在基板上的投影光学系统，安装在上述投影光学系统的基板侧的端部的光学元件，向上述光学元件与上述基板之间供给上述液体的装置；其中，上述光学元件具有基体和为了防止该基体的侵蚀而在该基体的至少一部分的表面上形成的耐侵蚀性膜。
8.根据权利要求7所述的曝光装置，上述耐侵蚀性膜为氧化物膜。
9.根据权利要求8所述的曝光装置，上述耐侵蚀性膜为氧化物多层膜。
10.根据权利要求8所述的曝光装置，其特征在于，上述氧化物膜为氧化硅膜及氧化铝膜的至少一种。
11.根据权利要求7所述的曝光装置，上述光学元件的基体为萤石。
12.根据权利要求11所述的曝光装置，用于上述曝光的光为ArF激光。
13.根据权利要求7所述的曝光装置，上述液体为纯水。
全文摘要
浸渍曝光装置具有将图形的像投影在晶片W上的投影光学系统PL和向投影光学系统PL末端的光学元件4与晶片W间供给液体7的装置5。为了防止由液体7引起的侵蚀，光学元件4的表面形成了由氧化物构成的耐侵蚀性膜。即使以浸渍状态进行步进重复方式这样的统一曝光和步进扫描方式这样的扫描型曝光，也能够长时间维持投影光学系统的所期望的性能。
文档编号G02B1/10GK1717776SQ200380104398
公开日2006年1月4日 申请日期2003年12月10日 优先权日2002年12月10日
发明者白井健 申请人:株式会社尼康