专利名称：液浸型透镜系统、投影曝光装置和器件制造方法
技术领域：
本发明涉及透镜系统，其被包含在投影曝光装置等中，用于在为了制造器件例如半导体器件的平板印刷过程中将掩模图案转移到光敏基板上，更具体地涉及液浸型透镜系统、包含该透镜系统的投影曝光装置以及使用液浸型投影曝光装置的器件制造方法。
背景技术：
在投影曝光装置中具有比可见光更短波长的紫外线激光被用作曝光光以增加曝光分辨率。已经商业化的这种类型的投影曝光装置包括使用具有248nm波长的当前主流KrF激基激光器的一类，以及使用具有193nm波长的ArF激基激光器的一类。
此外，液浸方法已经被提出为显著减小曝光光波长的不同方法(参考日本未审查专利，第一公开No.H10-303114，日本未审查专利第一公开No.H10-340846，日本未审查专利，第一公开No.H11-1767727，PCT国际公开No.99/49504，等等)。该方法通过利用如下事实改进了分辨率和/或景深，所述事实即如果液体被填充在投影光学系统的下表面域和晶片之间，那么曝光光在液体中的波长是在空气中波长的1/n(这里，“n”是液体的折射率，其为1.2到1.7)。
但是，在液浸型曝光装置中，有可能浸液将侵蚀在投影透镜的前端的透镜，从而极大地减少了装置的寿命。换句话说，在其中投影透镜的NA较大并且短波长紫外光被用作曝光光的液浸型曝光装置中，光本身的能量是极高的，并且光的密度在靠近图像形成表面的位置急剧增加。结果，有可能其中高能量曝光光会聚的前透镜将在比较短的时间内侵蚀，从而缩短了投影透镜即液浸型曝光装置的寿命。
此外，还有可能液体中的杂质将粘附到处于接触液体的投影透镜前端的透镜的表面。
这里，可以构想通过在投影透镜尖端提供可替换平行平板来保护投影透镜；但是，如果NA很大就难以形成对平行平板合适的抗反射膜，这会由于闪烁等而导致平行平板处的增加的表面反射和图像劣化。
因此，本发明的目的是提供可以被稳定地使用很长时间的高性能液浸型透镜系统、与其一起提供的投影曝光装置以及使用投影曝光装置的器件制造方法。
发明内容
为了解决上述问题，根据第一发明的液浸型透镜系统包括(a)光学系统主体，其具有处于沿其光轴的一端的光学表面，并且其处于其中光学表面接触第一浸液的状态；(b)具有分别处于沿光轴的各端的两个表面的光透射组件，被放置为与光学系统主体的光学表面相对，并且两个表面中的一个表面接触第一浸液、而两个表面中的另一个表面接触第二浸液；以及(c)支持组件，其可拆卸地支撑光透射组件，使得所述一个表面与光学系统主体的光学表面相对。
根据上述液浸型透镜系统，光透射组件被放置为与光学系统主体的光学表面相对，因此光学系统主体被放置为通过光透射组件与被放置在第二浸液侧的例如工件(光敏基板)的目标间隔开。这样，就可能避免对光学系统主体的损坏。此外，虽然有可能光透射组件将被第二浸液和凝聚处理光所损坏，或者第二浸液中的杂质将粘附到光透射组件上，但是通过将光透射组件替换为新的一个，液浸型透镜系统的性能就可以被长期保持。
此外，在上述液浸型透镜系统中，第一浸液被与第二浸液隔离开。这样，就可能防止将第二浸液中的杂质等混入第一浸液中的问题。
此外，在上述液浸型透镜系统中，第一浸液被保留在其外围被封闭的封闭空间内，而第二浸液存在于其外围是开放着的开放空间中。在这种情况下，在例如工件的目标侧第二浸液的开放增加了工作效率。同时，第一浸液通过被保留在封闭空间中而被更可靠地与第二浸液隔离开。
此外，在上述液浸型透镜系统中，保留在封闭空间中的第一浸液的量多于存在于开放空间中的第二浸液的量。在这种情况下，第二浸液的量比较少，这缩短了填充或除去液浸型透镜系统与例如工件的目标之间的第二浸液所需的时间，并且还增加了处理产量。
此外，在上述液浸型透镜系统中，光透射组件是平行平板形状的。在这种情况下，光透射组件的偏移对成像几乎没有影响，因此光透射组件的对准精确度不易有问题，并且替换光透射组件的工作效率可以在保持图像形成性能的同时被增加。
此外，上述液浸型透镜系统还包括供应和回收机构，其供应第二浸液使得第二浸液接触两个表面中的所述另一个表面，并且回收接触所述另一个表面的第二浸液。在这种情况下，可能通过在合适的时间供应和回收来间歇或连续地替换第二浸液。
此外，上述液浸型透镜系统还包括循环机构，其循环在光学系统主体与光透射组件之间的第一浸液与接触光透射组件的所述另一个表面的第二浸液中的至少一个。在这种情况下，循环机构可以更新浸液同时使浸液的组成和温度一致。
此外，在上述浸液型透镜系统中，循环机构包括循环第一浸液的第一循环系统和循环第二浸液的第二循环系统。在这种情况下，可能通过各个循环系统来独立地循环每一种浸液同时保持隔离。
此外，上述浸液型透镜系统还包括温度调节装置，其调节第一和第二浸液中至少一个的温度。在这种情况下，可能防止由于加热所导致的损坏加速和/或由于例如光透射组件和光学系统主体中的温度改变引起的特性波动。
此外，在上述浸液型透镜系统中，第一和第二浸液都是去离子水。在这种情况下，对光透射组件、光学系统主体等几乎没有损坏，并且去离子水作为浸液的处理特性极好。而且，水具有清洁作用，这可以防止浸液型透镜系统的污染；此外，水具有极好的环境性能，这简化了处理设备以及废物等的后期处理。
此外，在上述浸液型透镜系统中，光透射组件由萤石制成。在这种情况下，光透射组件与第一浸液(例如水)之间的折射率差很小，这减小了在光透射组件处的反射。而且，如果萤石保护组件即光透射组件被损坏，那么它应该被替换。
此外，在上述浸液型透镜系统中，构成光学系统主体的光学表面的光学元件由合成石英制成。在这种情况下，光学系统主体的光学元件由合成石英制成，所以可能由于第一浸液而减少对主体侧光学元件的损坏。
此外，在上述浸液型透镜系统中，光透射组件由萤石制成；并且构成光学系统主体的光学表面的光学元件由合成石英制成。
根据上述浸液型透镜系统，光透射组件是萤石，因此可能减少在可替换光透射组件处的反射，防止由于杂散光导致图像形成特性的劣化，以及减小对准光透射组件的工作负担。此外，因为光学系统主体的光学元件是合成石英，所以可能减小由于第一浸液而对主体侧光学元件的损坏。
此外，本发明的投影曝光装置是使用投影光学系统将图案图像投影曝光到基板上的装置，其包括根据上述发明的液浸型透镜系统，其将图案图像形成在基板上。
上述投影曝光装置使用上面讨论的液浸型透镜系统作为用于将图案图像形成在基板上的投影透镜系统，其允许液浸型曝光并改善分辨率和/或景深。在这种情况下，可能避免由于光透射组件对液浸型透镜系统的光学系统主体的损坏，并在很长时期内保持液浸方法被适用的投影曝光装置的性能。
此外，本发明的投影曝光装置是使用投影光学系统将图案图像投影曝光到基板上的投影曝光装置，其中，其投影光学系统包括光学系统主体，其具有处于沿其光轴一端的光学表面，并且其处于其中光学表面接触第一浸液的状态；以及包括分别处于光轴的各端的两个表面的光透射组件，该光透射组件被放置为与光学系统主体的光学表面相对，并且处于其中两个表面中的一个表面接触第一浸液而两个表面中的另一个表面接触第二浸液的状态。
根据本发明的投影曝光装置，投影光学系统与光透射组件之间的光学路径被填充第一浸液，因此可能使光透射组件为没有或者有极少折射本领的光学元件。
此外，本发明的器件制造方法使用上述投影曝光装置来制造高性能器件。
图1是根据本发明一个实施例的投影曝光装置的示意框图。
图2是被包含在图1所描绘投影曝光装置中的液浸型透镜系统较低端部的放大视图。
图3是描绘制造半导体器件过程的一个实例的流程图。
具体实施例方式
下面解释步进重复(step and repeat)系统投影曝光装置，其包含根据本发明的液浸型透镜系统。
图1是本实施例的投影曝光装置的示意框图；在图1中，被提供到刻板(reticle)R的图案被由曝光光EL照射，所述曝光光由从包括作为曝光光源的ArF激基激光源、光学积分器(均化器)、视野光阑聚光透镜等的照射光学系统1发射的紫外脉冲光(193nm波长)组成。刻板R的图案通过在指定投影放大率β(β为例如1/4，1/5)下在两侧(或者只在一侧，例如，为工件的晶片W那一侧)都为远心的投影光学系统PL被缩小投影到涂覆有光刻胶的晶片W上的曝光区。在下面的说明中，Z轴平行于投影光学系统PL的光轴AX，Y轴在垂直于Z轴的平面内垂直于图1的纸面，X轴平行于图1的纸面。
刻板R被支持在刻板台RST上，并且在X方向、Y方向和每一个轴的旋转方向上细微移动刻板R的机构被包含在其中。激光干涉仪(未示出)实时测量刻板台RST的二维位置和旋转角，并且主控制系统14基于这些测量值定位刻板R。
同时，晶片W通过晶片支持体(未示出)被支持在Z台9上，Z台9控制晶片W的焦点位置(在Z方向上的位置)和倾斜角。Z台9被固定在XY台10上，XY台10沿基本上平行于投影光学系统PL的像面的XY平面移动并且被安装在基座11上。Z台9通过使用自动对焦系统和自动调整系统，控制晶片W的聚焦位置(在Z方向上的位置)和倾斜角，并将其上表面与投影光学系统PL的像面对准；此外，XY台10在X方向和Y方向上定位晶片W。激光干涉仪13实时测量Z台9(晶片W)的二维位置和旋转角作为可移动反射镜12的位置。基于这些测量结果，控制信息被从主控制系统14发送到晶片台驱动系统15，并且基于此，晶片台驱动系统15控制Z台9和XY台10的操作。在曝光期间，操作通过步进重复系统被反复进行，其中，晶片W上的每一个照射区(shot region)通过步进移动而被连续地移到曝光位置，并被用刻板R的图案图像曝光。
图2是说明投影光学系统PL的较低端部的结构的侧面截面图。投影光学系统PL是液浸型透镜系统，并且能够显著缩短曝光光波长、增加分辨率以及显著增加景深。而且，投影光学系统PL可以是折射型、反射型或折反射型的系统。
投影光学系统PL包括主体部分30和交换部分40。主体部分30是包括镜筒31内多个光学元件的光学系统主体，并且那些光学元件中的一个即光学元件22被固定到镜筒31的下端并露在外面。交换部分40通过将平面平行板42支持到作为支持组件的环形支持体41而构成，并且相对于主体部分30可安装/可拆卸。换句话说，环形螺母31a在主体部分30的镜筒31的下部尖端形成，环形外螺纹41a在支持体41的上部形成，并且支持体41可以通过将其拧到镜筒31下端而被固定。反过来，支持体41可以通过将其拧下而从镜筒31下端拆下来，并且可以与具有相同结构的其它支持体(未示出)交换。而且，支持体41在其下部具有圆形口径AP，平面平行板42的外围部分的下表面由设置在口径AP外围的环形锁定部分41c支撑，并且平面平行板42的外围部分的上表面由设置给支持体41的环形紧固组件41d支撑。从而，平面平行板42被固定，使其只有指定的量从支持体41底表面伸出。
在其中支持体41通过将其拧到镜筒31下端中而被固定的状态中，存储第一浸液IL1的浸液贮存器IC在支持体41与镜筒31之间形成。形成具有盘形轮廓的基本为封闭空间的该浸液贮存器IC介于光学元件33的出射侧光学表面33a与平面平行板42的入射侧平面42a之间。而且，第二浸液IL2通过其表面张力而被保持在平面平行板42与待处理晶片W之间。换句话说，第二浸液IL2被保持在开放空间中。
每一对包括输送嘴51和吸入嘴52的一对或多对形成在贮存第一浸液IL1的浸液贮存器IC中，使得它们彼此相对；第一浸液IL1被供应到浸液贮存器IC；从而光学元件33的出射侧光学表面33a与平面平行板42的入射侧表面42a之间的曝光光光学路径的空间可以用第一浸液IL1填充；并且浸液贮存器IC中的第一浸液IL1可以被逐渐替换。换句话说，输送指定流量第一浸液IL1的一个或多个输送嘴51被形成在镜筒31下部侧表面上的合适位置处，并且放出第一浸液IL1的一个或多个吸入嘴52被形成在支持体41侧表面上的合适位置处。输送嘴51和吸入嘴52的数量和安排可以根据投影光学系统PL的使用条件、浸液贮存器IC的大小、第一浸液IL1的流速、第一浸液IL1的控制温度等而适当修改。
而且，尖端部分很窄的输送嘴53和尖端部分很宽的一对吸入嘴54a、54b被彼此相对地设置在支持体41外围，第二浸液IL2被供应到位于平面平行板42的出射侧平面42b与晶片W表面之间的开放空间，平面平行板42的出射侧平面42b与晶片W表面之间的曝光光的光学路径空间可以用第二浸液IL2填充，第二浸液IL2可以从该开放空间中移除，从而被保留在该开放空间中的第二浸液IL2可以逐渐被替换或取代。
输送嘴53和吸入嘴54a、54b的数量和安排可以根据投影光学系统PL的使用条件、平面平行板42与晶片W之间的间距、晶片W的移动、第二浸液IL2的流速、第二浸液IL2的控制温度等而适当修改。
因为光学元件33接触第一浸液IL1，光学元件33的材料必须对第一浸液IL1有抗蚀性以延长主体部分30的寿命。相应地，不是用例如CaF2晶体的传统材料作为抗反射膜和光学元件33的大块材料，实际上它们是用在水中比CaF2晶体材料更不易溶解的光透射材料制成。具体地，光学元件33用由例如合成石英构成的大块材料制成。而且，由氟化镁构成的抗反射膜如果需要还可以被沉积到大块材料上。从而，接触第一浸液IL1的光学元件33，即大块材料和抗反射膜，抗腐蚀，并且主体部分30的抗水性可以被增加；因此，主体部分30的图像形成性能可以被保持，结果是，投影光学系统PL的图像形成性能可以被令人满意地保持。
同时，平面平行板42优选地由具有高抗蚀性的材料制成，因为它接触第一浸液IL1和第二浸液IL2；但是，它不需要对浸液IL1、IL2两者都具有高抗蚀性，因为平面平行板42是可与支持体41一起交换的光学元件。相应地，在本实施例中，不是用在水中具有较低溶解性的例如合成石英的材料制成平面平行板42的大块材料等，实际上它是由在水中具有到某种程度的高溶解性的光透射材料制成。但是，因为曝光光在平面平行板42及其附近会聚并且光密度增加，所以优选的是平面平行板42的材料对激光致密(compaction)有一定程度的抵抗性。具体地，平面平行板42使用由CaF2晶体等的大块材料制成。而且，如果需要，平面平行板42通过在大块材料的出射表面上沉积由氟化镁(MgF2)构成的抗反射膜而被完成。当然，由例如氟化镁(MgF2)制成的抗反射膜可以被提供在接触第一浸液IL1的平面平行板42的入射面上。
而且，用于形成容器形状浸液贮存器IC的支持体41和镜筒31的下端部分，接触第一浸液IL1因此由对第一浸液IL1具有高抗蚀性的材料制成。在本实施例中，去离子水(纯水)被用作第一浸液IL1，因此支持体41和镜筒31的下端部分具体地通过制造钛合金、不锈钢等来形成。
在上面讨论类型的投影光学系统PL中，透过刻板R(参见图1)并且被投射到主体部分30上端上的图像光，会聚并从设置在主体部分30下端的光学元件33出现，并经过第一浸液IL1投射到平面平行板42。经过平面平行板42的图像光通过第二浸液IL2被入射到晶片W上，并形成投影图像。
返回图1，提供在光学元件33与平面平行板42之间的空间即浸液贮存器IC中的第一浸液IL1，由包括液体箱、压力泵等的液体供应装置75通过输送嘴51在流量被控制的状态下供应。作为温度调节设备的温度调节装置76被提供在液体供应装置75的上流侧。即，从液体供应装置75送来的第一浸液IL1被温度调节装置76例如冷却到期望温度。这里，第一浸液IL1被设置到例如与本实施例的投影曝光装置被容纳在其中的室内部的温度近似相同。这样，通过使用温度调节装置76将第一浸液IL1保持在恒温，可能使投影光学系统PL的图像形成特性稳定化。这时，其温度由温度调节装置76控制的第一浸液IL1，冷却被曝光光EL加热的光学元件33以及平面平行板42的表面，因此可能抑制这些光学元件的进一步腐蚀。
供应管25从液体供应装置75伸出，连接到投影光学系统PL的下端，并且通过输送嘴51与液体贮存器IC连通。
同时，与浸液贮存器IC连通的吸入嘴52被形成在投影光学系统PL下端附近，并且经由回收管26延伸到温度调节装置76。输送嘴51和吸入嘴52被设置使得它们例如在X方向上将投影光学系统PL的下端部分夹在中间，并且第一浸液IL1流可以在X方向上在光学元件33与平面平行板42之间即在浸液贮存器IC中形成。输送嘴51、吸入嘴52和液体供应装置75构成供应和回收机构的至少一部分，并且输送嘴51、吸入嘴52、液体供应装置75、供应管25和回收管26构成循环机构的一部分，其构成第一循环系统。
而且，第一浸液IL1的温度不一定需要被设置到与室内温度近似相同的温度，温度调节装置76可以控制该温度，使其为投影光学系统PL的图像形成性能在该温度下可以被保持的期望温度。
此外，在本实施例中，循环系统被形成，其将通过吸入嘴52回收的第一浸液IL1送回到温度调节装置76，但是从吸入嘴52回收的第一浸液IL1的至少一些可以被丢弃，并且新的、干净的第一浸液IL1可以被供应到温度调节装置76。
此外，温度调节装置76还可以被设置在液体供应装置75的下游侧上。
此外，温度调节装置76和液体供应装置75的泵和箱不一定需要被提供到投影曝光装置，并且其至少一部分可以被例如投影曝光装置在其中被安装的工厂中的设备替换。
位于平面平行板42与晶片W之间的第二浸液IL2，由包括液体箱、压力泵等的液体供应装置71通过输送嘴53在流量被控制的状态下供应到晶片W上，并且被包括液体箱、吸入泵等的液体回收装置72从晶片W表面经过指定的吸入嘴等回收。作为温度调节设备的温度调节装置73，被提供在从液体回收装置72到液体供应装置71的环形通道中。即，被液体回收装置72回收的第二浸液IL2，在其中第二浸液IL2例如被温度调节装置73冷却到期望温度的状态下被送回到液体供应装置71。这里，第二浸液IL2被设置到例如与容纳本实施例投影曝光装置的室内温度近似相同的温度。这样，通过使用温度调节装置73来将第二浸液IL2保持为恒温，可能使投影光学系统PL的图像形成特性稳定。这时，可能抑制平面平行板42的进一步腐蚀，因为其温度由温度调节装置73调节的第二浸液IL2冷却被曝光光IL加热的平面平行板42表面。
尖端部分很窄的输送嘴53经由供应管21从液体供应装置71伸出，并且尖端部分很宽的两个吸入嘴54a、54b经过回收管22从液体回收装置72伸出。输送嘴53和一对吸入嘴54a、54b被设置使得它们在X方向上将投影光学系统PL的下端部分夹在中间，并且第二浸液IL2流可以在X方向上在被提供到交换部分40的平面平行板42与晶片W之间形成。而且，虽然从图中被省略了，但是输送嘴被形成在一对吸入嘴54a、54b之间并且与其平行，一对吸入嘴被形成使得一个在输送嘴53的每一侧上并且与其平行，并且第二浸液IL2的流从而可以被转换到+X方向。而且，虽然被从图中省略，但是第二供应输送嘴系统还被提供在通过将包括输送嘴53、吸入嘴54a、54b等一套的第一供应输送嘴系统的位置围绕投影光学系统PL的下端部分旋转基本上90°得到的位置上，第二浸液IL2流从而可以被形成在-Y或+Y方向上处于平面平行板42与晶片W之间。换句话说，当在曝光时在±X方向上进行晶片W的步进移动时，使用第一供应输送嘴系统，稳定的、薄片状的第二浸液IL2流可以在平面平行板42与晶片W之间形成；当在曝光时在±Y方向上进行晶片W的步进移动时，使用第二供应输送嘴系统，稳定的、薄片状的第二浸液IL2流可以在平面平行板42与晶片W之间形成；因此，可能总是稳定地用新鲜的第二浸液IL2填充平面平行板42与晶片W之间的空间。而且，输送嘴和吸入嘴的安排和操作在例如PCT国际公开WO99/49504中公开，这里通过在国家法和由本国际专利申请所指定的指定国(或选定国)的规定允许的程度内对其整体引用将其全部内容包含在内。
在上面的讨论中，输送嘴53、吸入嘴54a、54b、液体供应装置71、液体回收装置72和温度调节装置73构成供应和回收机构的至少一部分，并且输送嘴53、吸入嘴54a、54b、液体供应装置71、液体回收装置72、温度调节装置73、供应管21和回收管22构成循环机构，其构成第二循环系统的至少一部分。
而且，第二浸液IL2的温度不一定需要被设置为与室内温度近似相同的温度，并且温度调节装置73可以控制该温度，使得它是投影光学系统PL的图像形成性能在该温度下可以被保持的期望温度。
此外，在本实施例中，循环系统被形成，其将由吸入嘴54a、54b回收的第二浸液IL2送回到温度调节装置73，但是从吸入嘴54a、54b回收的第二浸液IL2的至少一些可以被丢弃，并且新的、干净的第二浸液IL2可以被供应到温度调节装置73。
此外，温度调节装置73还可以被设置在液体供应装置71的下游侧上。
此外，温度调节装置71和液体回收装置72的泵和箱以及温度调节装置73不一定需要被提供到投影曝光装置，并且其至少一部分可以被例如投影曝光装置在其中被安装的工厂中的设备替换。
此外，如果第一浸液IL1和第二浸液IL2的温度被控制使得它们是相同的，那么单个温度调节装置可以被用于控制第一浸液IL1和第二浸液IL2的温度。
下面说明具体的实施例。光学元件33的平凸透镜由合成石英制成，并且平面平行板42由萤石制成。而且，平面平行板42的厚度为10mm，光学元件22与平面平行板42之间的间距为2mm，平面平行板42与晶片W之间的间距为5mm。此外，形成投影光学系统PL的图像形成侧NA为1.25。此外，第一和第二浸液IL1、IL2是去离子水(纯水)。去离子水具有如下优点，即大量的去离子水可以在半导体制造工厂等容易地获得，并且它不会对光学透镜、晶片W的光刻胶等有不利影响。此外，去离子水不会对环境有不利影响，并且具有极低含量的杂质，还可以被期望用于清洗晶片表面的功能。而且，因为去离子水(水)相对于具有约200nm波长的曝光光EL的折射率n基本为1.44，所以ArF激基激光的193nm波长在晶片W上被缩短1/n，即，缩短到约134nm，从而可以实现高分辨率。而且，因为与空气中相比，景深增加了约n倍，即约1.44倍，所以如果优选的是将景深确保在与在空气中使用时相同的数量级上，那么投影光学系统PL的数值孔径可以被进一步增加，并且从这一点上分辨率也增加。
在光学元件33的出射侧光学表面33a处的能量密度是在平面平行板42的出射侧平面42b处能量密度的1.5％，并且是在平面平行板42的入射侧平面42a处能量密度的3％。换句话说，与在平面平行板42的位置处的能量密度相比，在光学元件33的出射侧光学表面33a处的能量密度要小两个数量级，因为光学元件33由于第二浸液IL2的腐蚀、由于曝光光EL的激光致密等都在可以被忽略的水平上。
在光学元件33的出射侧光学表面33a和平面平行板42的出射侧平面42b处，沿光轴的反射率分别是0.14％和0.03％，并且沿光轴相对于与它们最大NA相应的入射角(60°)的反射率分别是0.87％和0.32％(S偏振光和P偏振光的平均)。换句话说，如果曝光光EL的光线的入射角是0°到60°，那么在中间出射侧光学表面33a和最后出射侧平面42b处的反射率是极低的0.14％-0.87％或者0.03％-0.32％，并且通过抗反射膜不可能实现的反射率值可以被容易地实现。
下面说明图1等所描绘的投影曝光装置的操作。液体供应装置75等被预先开动，并且具有恒温的第一浸液IL1在投影光学系统PL的浸液贮存器IC中被循环。接下来，通过适当地驱动Z台9和XY台10，投影光学系统PL被定位到相对于晶片W的合适的位置。这时，液体供应装置71、液体回收装置72等被开动，并且具有恒温的第二浸液IL2在晶片W与平面平行板42之间循环。同时，图案被形成在其中的刻板R，被从照射光学系统1发出的曝光光EL叠加地、均匀地照射。透过刻板R的图案的光束，经过投影光学系统PL并在作为光敏基板的晶片W上形成掩模图案的图像。而且，晶片W的整个表面通过在与投影光学系统PL的光轴AX正交的XY平面内进行晶片W的步进移动被顺序地用期望图案曝光。这时，因为提供在投影光学系统PL的主体部分30下端的光学元件33被设置以使其与晶片W间隔开，所以可能避免由于曝光光EL和第一浸液IL1而损坏主体部分30。而且，投影光学系统PL的性能可以被保持很长时间，因为可能被曝光光EL、第二浸液IL2等损坏的平面平行板42可以与交换部分40一起用新的一个替换。此外，因为光学元件33与平面平行板42之间的空间用折射率接近光学元件33和平面平行板42的折射率的第一浸液IL1填充，所以可能防止在光学元件33的出射侧光学表面33a和平面平行板42的入射侧平面42a处的反射，以及图像形成特性的劣化，例如闪烁。而且，因为平面平行板42与晶片W之间的空间可以在曝光期间用较少量的第二浸液IL2(与浸液贮存器IC中的第一浸液IL1相比)填充，所以所使用的第二浸液IL2的量被减少，供应第二浸液IL2的操作可以被有效且快速地进行，并且曝光过程的速度可以被增加。
而且，光学元件33与平面平行板42之间的第一浸液IL1的量可以与平面平行板42与晶片W之间的第二浸液IL2的量不同，或者其可以相同。此外，光学元件33与平面平行板42之间的第一浸液IL1的流速(流动速率)可以与平面平行板42与晶片W之间第二浸液IL2的流速不同，或者其可以相同。
而且，因为第一浸液IL1与投影光学系统PL的像面被相对地间隔开，所以第一浸液IL1由于其被曝光光EL辐射而引起的温度改变与第二浸液IL2相比很小，第一浸液IL1的温度改变对投影光学系统PL的图像形成性能的不利影响与第二浸液IL2相比非常小，并且第一浸液IL1与接触晶片W的第二浸液IL相比其抗污染性极好；因此，第一浸液IL1的所需量比第二浸液IL2的所需量少，并且第一浸液IL1的所需流速(替换浸液的速度)可以比第二浸液小。相应地，通过输送嘴51供应第一浸液IL1的操作，和通过吸入嘴52回收第一浸液IL2的操作，可以在将图案图像投影到晶片W上的过程中被停止。
上面说明了根据本实施例的本发明，但是本发明不限于上述实施例。例如，除了纯水，还可能使用具有相对于曝光光EL的足够的透射比、具有尽可能高的折射率并且相对于投影光学系统PL和涂覆晶片W表面上的光刻胶很稳定的液体作为第一和第二浸液IL1、IL2。例如，使用透射波长小于200nm曝光光EL的氟基浸液作为液体将是合适的，例如氟基油(由美国3M制造的Fluorinert)和全氟聚醚(PFPE)。
此外，在上面讨论的实施例中，纯水(去离子水)被用作第一浸液IL1和第二浸液IL2，但是其水的质量(例如控制温度、温度稳定性、溶解氧浓度、电阻率值、总有机碳(TOC))可能不同。例如，第二浸液IL2的水质量可以比第一浸液IL1的水质量高。此外，不同类型的液体(包括水溶液)可以被用于第一浸液IL1和第二浸液IL2。
此外，曝光光EL不限于ArF激基激光；实际上，KrF激基激光(248nm波长)、F2激光(157nm波长)、汞灯的i线(365nm波长)等可以被使用。例如，如果KrF激基激光被使用，那么合成石英、萤石等可以被用作光学元件33的主体材料，并且氟化镁(MgF2)等可以被用作用于其抗反射膜的材料。这时，例如萤石可以被用作平面平行板42的主体材料，但是合成石英也可以被使用，因为石英不易由于相对较短波长的激光致密问题而受到不好的影响。此外，如果使用F2激光，那么例如萤石可以被用作光学元件33的主体材料，并且例如氟化镁可以被用作其抗反射膜的材料。这时，例如萤石可以被用作平面平行板42的主体材料。
此外，光学元件33的抗反射膜的材料不限于氟化镁，可能使用诸如氟化镧、氟化钆、氟化钕、氟化钇、LiSrAlF6和LiCaAlF6的氟化物，还可能使用诸如蓝宝石和水晶的氧化物；而且，还可能通过适当地组合这些材料的膜来形成多层结构。
此外，在上面讨论的实施例中，平行平面板被用作投影光学系统PL的交换部分40的光学元件，但是，例如，其可以是具有极小折射率的透镜。此外，投影光学系统PL的光学元件33是平凸透镜，其中，光学表面33a是平面，但是也可能使用其中光学元件33a是弯曲表面的透镜。
此外，在上面讨论的实施例中，步进重复系统投影曝光装置可以是静态曝光类型的，其在其中晶片W基板上静止的状态下曝光晶片W上的一个照射区，但是也可以是扫描曝光类型的，其中晶片W在移动的同时被曝光。
此外，在上面讨论的实施例中，将投影光学系统PL与晶片W之间的空间用第二浸液IL2局部填充的曝光装置被采用，但是本发明还可以被适用于在液体池中移动支持将被曝光的基板的台的液浸曝光装置，如在日本公开未审查专利申请号H6-124873中公开的，还可以被适用于在台上形成具有指定深度的液体池并且将基板保持在其中的液浸曝光装置，如在日本公开未审查专利申请号H10-303114中公开的。
而且，上述实施例中，除了用于从X方向和Y方向供应和回收第二浸液IL2的嘴之外，嘴还可以被提供例如用于从对角线方向供应和回收第二浸液IL2。
此外，本发明还可以被适用于包括两个台的双台型曝光装置，这两个台单独装载待处理的基板，例如晶片，并且在X和Y方向上可独立移动。双台型曝光装置的结构和曝光操作在例如日本公开未审查专利申请号H10-163099、日本公开未审查专利申请号H10-214783(对应于美国专利号6,341,007、6,400,441、6,549,269和6,590,634)、PCT国际公开(对应于美国专利号5,969,441)的
公开日本翻译No.2000-505958、或者美国专利号6,208,407中所公开的，并且这里通过在国家法和由本国际专利申请指定的指定国(或选定国)法规允许的范围内对这些公开中每一个引用而将其全部内容包含在内。
此外，如日本公开未审查专利申请号H11-135400中公开的，本发明还可以被适用于包括可以支持和移动待处理的诸如晶片的基板的曝光台和具有各种测量组件和传感器的测量台的曝光装置。
根据上面讨论的实施例，可透射光平面平行板42被放置为与光学系统主体30的光学表面33a相对，因此，光学系统主体30被放置为通过平面平行板42与放置在第二浸液侧的目标工件例如晶片W间隔开。从而，平面平行板42起到好像保护光学系统主体30的功能，使得可能避免由于浸液和会聚在平面平行板42侧的曝光光而对光学系统主体30的损坏。此外，虽然有可能平面平行板42将被第二浸液IL2和会聚的曝光光损坏，或者第二浸液IL2中的杂质将粘附到平面平行板42，但是液浸型透镜系统的性能可以通过将平面平行板42替换为新的而被长期保持。此外，因为具有比空气折射率高的折射率的第一浸液IL1被放置在平面平行板42与光学系统主体30(光学元件33)的光学表面33a之间，所以不仅可能在即使平面平行板42被放置时也保持液浸光学系统的高光学性能，而且还可能防止在平面平行板42等的一个表面处的反射，以及由于例如闪烁引起的图像形成特性的劣化。
此外，因为第一浸液IL1和第二浸液IL2被隔离开，所以可能防止第二浸液IL2中的杂质等混入第一浸液IL1中的问题。此外，因为第一浸液IL1和第二浸液IL2被隔离开，所以曝光过程等可以通过与第一浸液IL1分开地、间歇地供应或连续地更新第二浸液IL2而被有效地进行，这使得产量提高。
如图3描绘的，例如半导体器件的微型器件被通过如下步骤制造步骤201，设计微型器件的功能和性能；步骤202，基于设计步骤制造掩模(刻板)；步骤203，制造作为器件基材的基板(晶片)；曝光处理步骤204，其中，上面讨论实施例的曝光装置将掩模图案曝光到基板上；器件组装步骤205(包括切片过程、接合过程和封装过程)；检查步骤206；等等。
权利要求
1.一种液浸型透镜系统，包括光学系统主体，其具有处于沿其光轴的一端的光学表面，所述光学表面接触第一浸液；具有分别处于沿光轴的各端的两个表面的光透射组件，该光透射组件被放置为与光学系统主体的光学表面相对，两个表面中的一个表面接触第一浸液，两个表面中的另一个表面接触第二浸液；以及支持组件，其可拆卸地支撑光透射组件，使得所述一个表面与光学系统主体的光学表面相对。
2.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，第一和第二浸液分别包含水。
3.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，第一浸液被与第二浸液隔离开。
4.根据权利要求3的液浸型透镜系统，其中第一浸液被保留在其外围被封闭的封闭空间内；并且第二浸液存在于其外围为开放着的开放空间中。
5.根据权利要求4的液浸型透镜系统，其中，被保留在封闭空间中的第一浸液的量多于存在于开放空间中的第二浸液的量。
6.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，光透射组件是平行平板形状的。
7.根据权利要求1的液浸型透镜系统，还包括供应和回收机构，其供应第二浸液使得第二浸液接触两个表面中的所述另一个表面，并且回收接触所述另一个表面的第二浸液。
8.根据权利要求1的液浸型透镜系统，还包括循环机构，其循环在光学系统主体与光透射组件之间的第一浸液与接触光透射组件的所述另一个表面的第二浸液中的至少一个。
9.根据权利要求8的液浸型透镜系统，其中，循环机构包括循环第一浸液的第一循环系统和循环第二浸液的第二循环系统。
10.根据权利要求1到8中任何一个的液浸型透镜系统，还包括温度调节装置，其调节第一和第二浸液中至少一个的温度。
11.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，第一和第二浸液都是去离子水。
12.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，光透射组件由萤石制成。
13.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，构成光学系统主体的光学表面的光学元件由合成石英制成。
14.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，构成光学系统主体的光学元件和光透射组件透射用于投影曝光的紫外光。
15.根据权利要求14的液浸型透镜系统，其中，所述紫外光是ArF激基激光、KrF激基激光、F2和汞灯的i线中的一个。
16.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，构成光学系统主体的光学元件和光透射组件中的至少一个具有抗反射膜。
17.根据权利要求1的液浸型透镜系统，其中，光透射组件由萤石制成；并且构成光学系统主体的光学表面的光学元件由合成石英制成。
18.根据权利要求17的液浸型透镜系统，其中，第一和第二浸液分别包含水。
19.一种使用投影光学系统将图案图像投影曝光到基板上的投影曝光装置，包括根据权利要求1的将图案图像形成在基板上的液浸型透镜系统。
20.一种使用投影光学系统将图案图像投影曝光到基板上的投影曝光装置，其中投影光学系统包括光学系统主体，其具有处于沿光轴的一端的光学表面，所述光学表面接触第一浸液；和具有分别处于沿光轴的各端的两个表面的光透射组件，该光透射组件被放置为与光学系统主体的光学表面相对，两个表面中的一个表面接触第一浸液，两个表面中的另一个表面接触第二浸液。
21.根据权利要求20的投影曝光装置，其中，所述光透射组件是可拆卸的。
22.根据权利要求21的投影曝光装置，其中，所述光透射组件是平行平面板形状的。
23.根据权利要求20的投影曝光装置，其中浸区通过第二浸液在基板上而被局部形成；并且基板通过第一和第二浸液被曝光。
24.根据权利要求20的投影曝光装置，其中，第一和第二浸液分别包含水。
25.根据权利要求20的投影曝光装置，其中，第一浸液被与第二浸液隔离开。
26.根据权利要求25的投影曝光装置，还包括供应第一浸液并回收第一浸液的第一供应和回收机构。
27.根据权利要求26的投影曝光装置，还包括调节第一浸液温度的温度调节装置。
28.根据权利要求27的投影曝光装置，其中，第一供应和回收机构包括第一浸液的循环系统。
29.根据权利要求26的投影曝光装置，还包括供应第二浸液并回收第二浸液的第二供应和回收机构。
30.根据权利要求29的投影曝光装置，包括调节第二浸液温度的温度调节装置。
31.根据权利要求30的投影曝光装置，其中，第二供应和回收机构包括第二浸液的循环系统。
32.一种使用如权利要求19或20中所述的投影曝光装置的器件制造方法。
全文摘要
本发明提供了可以被长期稳定使用的高性能液浸型透镜系统以及与其一起提供的投影曝光装置。本发明的液浸型透镜系统包括光学系统主体(30)，其具有处于沿其光轴一端的光学表面33a，所述光学表面33a接触第一浸液IL1；具有分别处于沿光轴的各端的两个表面的光透射组件42，该组件被放置为与光学系统主体30的光学表面33a相对，两个表面中的一个表面42a接触第一浸液IL1，两个表面中的另一个表面42b接触第二浸液IL2；以及支持组件41，其可拆卸地支撑光透射组件42，使得一个表面42a与光学系统主体30的光学表面33a相对。此外，本发明的投影曝光装置包括这种液浸型透镜系统。
文档编号G03F7/20GK1860585SQ200480028050
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者冈田宪明 申请人:株式会社尼康