WO2004090956A1

WO2004090956A1 - 露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: WO2004090956A1
Application number: PCT/JP2004/004969
Authority: WO
Inventors: Hideaki Hara
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2004-10-21
Also published as: EP1612850A1; US20080291410A1; JP4902201B2; JP5287791B2; KR20050118721A; US8111375B2; TW200503071A; DE602004020200D1; US20060033901A1; TWI385706B; EP1612850B1; US20060023188A1; US20070064209A1; JPWO2004090956A1; JP2010183109A; US8537331B2; KR101176817B1; ATE426914T1; US7480029B2; EP1612850A4

Abstract

露光装置EXは、パターンの像を投影光学系PLを介して基板P上に投影し、この基板Pを露光するものであって、投影光学系PLの上方で基板Pを保持して移動可能な基板ステージPSTと、投影光学系PLと基板Pとの間の少なくとも一部を液体30で満たす液浸ユニット100とを備え、投影光学系PLと液体30とを介してパターンの像を基板P上に投影する。このようにすることで、液浸領域を形成するための液体の飛散を抑え、液体の供給、回収用の配管類で基板ステージの移動を妨げずに所望のパターン精度で基板を露光処理できる露光装置を提供することができる。

Description

露光装置及ぴデパイス製造方法本願は 2 0 0 3年 4月 7日付けで日本国特許庁へ出願された特許出願（特願 2 0 0 3— 1 0 3 1 4 5号）を基礎とし、その内容を援用するものとする。技術分野明

本発明は、パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影露光する露光装置及びデバイス製造方法に関し、特に液浸型露謇光装置に関するものである。背景技術

半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフイエ程で使用される露光装 ftは、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及ぴ基板ステ一ジを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。近年、デパイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短いほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長は K r Fエキシマレーザの 2 4 8 n mであるが、更に短波長の A r Fエキシマレーザの 1 9 3 n mも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（D O F ) も重要となる。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 = k！ - λ/ΝΑ ... ( 1 )

5=±k 2 · λ/ΝΑ ² ... ( 2 )

ここで、 λは露光波長、 ΝΑは投影光学系の開口数、 kい k ₂はプロセス係数である。（1 ) 式、（2 ) 式より、解像度 Rを高めるために、露光波長 λを短くして、開口数 N Aを大きくすると、焦点深度 δが狭くなることが分かる。

焦点深度 δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のマージンが不足するおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば下記特開平 1 0 - 3 0 3 1 1 4号公報に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成し、液体中での露光光の波長が空気中の 1 / η ( 11は液体の屈折率で通常 1 . 2〜1 . 6程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約 η倍に拡大するというものである。

ところで、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。

上記特開平 1 0— 3 0 3 1 1 4号公報に開示されている液浸型露光装置は、基板ステージ上のホルダテーブル及び壁部等により液体槽を形成し、この液体槽中に基板を配置する構成である。このような構成の場合、基板ステージを移動する際に液体表面が波打ち、液体が飛散するおそれがあるばかりでなく、液体の揺れにより基板上に投影されるパターン像が劣化する可能性がある。また、液体を供給、回収する配管を基板ステージに接続しなければならず、ステージの移動精度に悪影響を与えるおそれもある。発明の開示

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、液浸領域を形成するための液体の飛散を抑え、液体の供給、回収用の配管類で基板ステージの移動を妨げずに所望のパターン精度で基板を露光処理できる露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図 1〜図 8に対応付けした以下の構成を採用している。

本発明の露光装置（Ε Χ) は、パターンの像を投影光学系（P L ) を介して基板（P ) 上に投影し、基板（P ) を露光する露光装置において、投影光学系（P L ) の上方で基板 ( P ) を保持して移動可能な基板移動手段 ( P S T) と、投影光学系（P L ) と基板（P ) との間の少なくとも一部を液体（3 0 ) で満たす液浸装置（1 0 0 ) とを備え、投影光学系（P L ) と液体（3 0 ) とを介してパタ一ンの像を基板（P ) 上に投影することを特徴とする。

また本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置（E X) を用いることを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の上方に、基板を保持して移動可能な基板移動装置を設けたので、所定の位置に固定された投影光学系の上端部に液体を保持して投影光学系と基板との間に液浸領域を形成することができる。すなわち、液体に対して基板を移動する構成であるため、液体の飛散を抑え、基板上に投影されるパターン像の劣化を抑制できる。そして、固定されている投影光学系の上端部に液浸領域を形成するための液体を供給、回収する配管類は基板移動装置（基板ステージ）に接続する必要が無くなるので、この配管類による基板ステージの移動精度を劣化させることが無くなる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の露光装置の第 1実施形態を示す概略構成図である。

図 2は、図 1の要部拡大図であって液浸ュニット近傍を示す側断面図である。図 3は、図 2の液浸ュニットを上方から見た平面図である。

図 4は、液浸ュニットの他の実施例を示す平面図である。

図 5は、本発明の露光装置の第 2実施形態を示す要部拡大図である。

図 6は、図 1の液浸ユニットを上方から見た平面図である。

図 7は、液浸ュニットの他の実施例を示す平面図である。

図 8は、半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の露光装置について図面を参照しながら説明する。図 1は本発明の露光装置の第 1実施形態を示す概略構成図である。

図 1において、露光装置 E Xは、マスク Mを保持するマスクステージ M S Tと、基板 Pを保持する基板ステージ P S Tと、マスクステージ M S Tに保持されているマスク Mを露光光 E Lで照明する照明光学系 I Lと、露光光 E Lで照明されたマスク Mのパターン像を基板ステージ P S Tに保持されている基板 Pに投影する投影光学系 P Lと、露光装置 E X全体の動作を統括制御する制御装置 C O N Tとを備えている。投影光学系 P Lはその上方に像面を形成するように設けられており、マスク Mを保持するマスクステージ M S Tは投影光学系 P Lの下方に配置され、一方、基板 Pを保持する基板ステージ P S Tは投影光学系 P Lの上方に配置されている。

本実施形態に係る露光装置 E X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適用した液浸型露光装置であって、投影光学系 P Lと基板 Pとの間の少なくとも一部を液体 3 0で満たす液浸装置の一部を構成する液浸ュニット 1 0 0を備えている。液浸ュニット 1 0 0は、投影光学系 P Lの像面側である上端部に固定された液体槽 1 0と、液体槽 1 0への流路を形成する供給管 3を介して液体 3 0を供給する液体供給装置 1 と、液体槽 1◦からの液体 3 0の流路を形成する回収管 4を介して回収する液体回収装置 2とを備えている。そして露光装置 E Xは、少なくともマスク Mのパタ一ン像を基板 P上に転写している間、液浸ュニット 1 0 0の液体供給装置 1から供給した液体 3 0により投影光学系 P Lの上端面と基板 Pとの間の少なくとも一部を液体 3 0で満たし、投影光学系 P Lの投影領域 A R 1を含むように液浸領域 A R 2を形成する。具体的には、露光装置 E Xは、投影光学系 P Lの上端部の光学素子 P L aと基板 Pの露光面（表面）との間に液体 3 0を満たし、この投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 3 0及ぴ投影光学系 P Lを介してマスク Mのパタ一ンの像を基板 P上に投影し、基板 Pを露光する。

本実施形態では、露光装置 E Xとしてマスク Mと基板 Pとを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスク Mに形成されたパターンを基板 Pに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステツパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、投影光学系 P Lの光軸 A Xと一致する方向を Z軸方向、 Z軸方向に垂直な平面内でマスク Mと基板 Pとの同期移動方向（走査方向）を X軸方向、 Z軸方向及び Y軸方向に垂直な方向（非走査方向）を Y軸方向とする。また、 X軸、 Y軸、及び Z軸まわり方向をそれぞれ、 ΘΧ、 Θ Υ、及ぴ Θ Ζ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウェハ上に感光性材料であるフォトレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。

照明光学系 I Lはマスクステージ MS Tに保持されているマスク Mを露光光 E Lで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレ一タからの露光光 E Lを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光 E Lによるマスク M上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスク M上の所定の照明領域は照明光学系 I Lにより均一な照度分布の露光光 E Lで照明される。照明光学系 I Lから射出される露光光 ELとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（g線、 h線、 i線）及び Kr Fエキシマレーザ光（波長 248 nm)等の遠紫外光（DUV光）や、 A r Fエキシマレーザ光（波長 193 nm) 及び F₂レーザ光（波長 157 nm) 等の真空紫外光（VUV光）などが用いられる。本実施形態においては A r Fエキシマレーザ光が用いられる。マスクステージ MS Tはマスク Mを保持するものであって、投影光学系 P Lの下方に設けられており、光軸 AXに垂直な平面内、すなわち XY平面内で 2次元移動可能及び ΘΖ方向に微小回転可能である。マスクステージ MS Tにはマスク Mを真空吸着保持する真空吸着穴が設けられており、マスク Mはマスクステージ MS Tに真空吸着穴を介してマスク Mのパターン面を上向き（+Z方向）に吸着保持される。また、マスクステージ MS Tはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置 MS TDにより駆動される。マスクステージ駆動装置 MS TDは制御装置 CONTにより制御される。マスクステージ MS Tには移動鏡 50が設けられている。また、移動鏡 50に対向する位置にはレーザ干渉計 51が設けられている。マスクステージ MS Tに保持されたマスク Mの 2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計 51によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置 CONT に出力される。制御装置 CONTはレーザ干渉計 51の計測結果に基づいてマスクステ一ジ駆動装置 M STDを駆動することでマスクステージ MS Tに保持されているマスク Mの位置決めを行う。

投影光学系 P Lはマスク Mのパターンを所定の投影倍率 Bで基板 Ρに投影露光するものであって、基板 Ρ側の上端部に設けられた光学素子（レンズ） PL aを含む複数の光学素子で構成されており、これら光学素子は鏡筒 P Kで支持されている。そして、投影光学系 P Lはその上方に像面を形成するように設けられている。本実施形態において、投影光学系 P Lは、投影倍率 βが例えば 1 / 4あるいは 1 / 5の縮小系である。なお、投影光学系 P Lは等倍系及ぴ拡大系のいずれでもよい。また、本実施形態の投影光学系 P Lの上端部の光学素子 P L aは鏡筒 P Kに対して着脱（交換）可能に設けられており、光学素子 P L aには液浸領域 A R 2の液体 3 0が接触する。光学素子 P L aの液体接触面は、 X Y平面とほぼ平行な平面になっている。

基板移動装置の一部を構成する基板ステージ P s Tは基板 Pを保持して移動するものであって、基板 Pを基板ホルダを介して保持する Zステージ 5 2と、 Zステージ 5 2を支持する X Yステージ 5 3と、 X Yステージ 5 3を支持するベース 5 4とを備えている。ベース 5 4は例えば投影光学系 P Lを支持する支持部材とは別の支持部材に支持されている。基板ステージ P S Tの基板ホルダは、基板 P のうち感光剤が塗布された被露光処理面である露光面を下方（一 Z方向）に向けてこの基板 Pを保持する。基板ホルダの表面（下面）にはバキューム装置に接続する真空吸着穴が複数設けられており、基板ホルダは基板 Pを真空吸着穴を介して吸着保持する。また、基板ステージ P S Tはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置 P S T Dにより駆動される。基板ステージ駆動装置 P S T Dは制御装置 C O N Tにより制御される。 Zステージ 5 2を駆動することにより、 Zステージ 5 2に保持されている基板 Pの Z軸方向における位置（フォーカス位置）、及び Θ X、 ΘΥ方向における位置が制御される。また、 X Yステージ 5 3を駆動することにより、基板 Pの X Y方向における位置（投影光学系 P Lの像面と実質的に平行な方向の位置）が制御される。すなわち、 Zステージ 5 2は、基板 Pのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板 Pの表面をオートフォーカス方式、及びォートレベリング方式で投影光学系 P Lの像面に合わせ込み、 X Yステージ 5 3は基板 Pの X軸方向及び Y軸方向における位置決めを行う。なお、 Zステージと X Y ステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。

基板ステージ P S T ( Zステージ 5 2 ) には移動鏡 5 5が設けられている。また、移動鏡 5 5に対向する位置にはレーザ干渉計 5 6が設けられている。基板ステージ P S Tに保持された基板 Pの 2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計 5 6によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置 C〇 N Tに出力される。制御装置 C O N Tは I ^一ザ干渉計 5 6の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置 P S T Dを駆動することで基板ステージ P S Tに保持されている基板 Pの位置決めを行う。

図 2は図 1の要部拡大図であって、液浸ュニット 1 0 0を示す側断面図である。図 2において、液浸ュニット 1 0 0は、液体 3 0を保持可能な側壁部 1 0 Cを有する液体槽 1 0と、液体槽 1 0に供給管 3を介して液体 3 0を供給する液体供給装置 1と、液体槽 1 0の液体 3 0を回収管 4を介して回収する液体回収装置 2とを備えている。

液体供給装置 1は、液体 3 0を収容するタンク及び加圧ポンプ等を備えており、供給管 3を介して液体槽 1 0に液体 3 0を供給する。液体供給装置 1の液体供給動作は制御装置 C O N Tにより制御され、制御装置 C O N Tは液体供給装置 1による液体槽 1 0に対する単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。また、液体供給装置 1は液体槽 1 0に供給する液体 3 0の温度を調整する温度調整装置を備えている。液体供給装置 1は温度調整装置を用いて液体槽 1 0に対して供給する液体 3 0の温度を、例えば露光装置 E Xが収容されているチャンバ装置内部の温度と同程度に設定する。また、供給管 3には液体槽 1 0に対して供給する液体 3 0を整流するための整流部材 5が設けられている。整流部材 5は例えば多孔質体やスリット状の流路を有するスリット部材により構成されている。また、液体供給装置 1に、液体槽 1 0に対して供給する液体 3 0に含まれる気泡を除去する気泡除去装置（脱気装置）を設けることができる。この気泡除去装置は例えば液体 3 0を加熱することで気泡を除去する加熱装置、あるいは液体 3 0を所定の容器に収容し、この容器内の圧力を下げることで気泡を除去する減圧装置により構成される。

本実施形態において、液体 3 0には純水が用いられる。純水は A r Fエキシマレーザ光のみならず、露光光 E Lを例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（g線、 h線、 i線）及ぴ K r Fエキシマレーザ光（波長 2 4 8 n m) 等の遠紫外光（D UV光）とした場合にも、この露光光 E Lを透過可能である。液体回収装置 2は液体槽 1 0の液体 3 0を回収するものであって、例えば真空ポンプ等の吸引装置、及ぴ回収した液体 3 0を収容するタンク等を備えており、液体槽 1 0の液体 3 0を回収管 4を介して回収する。液体回収装置 2の液体回収動作は制御装置 C O N Tにより制御され、制御装置 C O N Tは液体回収装置 2による単位時間あたりの液体回収量を制御可能である。

液体槽 1 0は液体 3 0を保持するものであつて側壁部 1 0 Cを有しており、投影光学系 P Lの上端部の鏡筒に取り付けられている。液体槽 1 0の上部には開口部 1 0 Aが形成されており、液体槽 1 0に保持された液体 3 0は開口部 1 O Aを介して液体槽 1 0外部に露出される。ここで、開口部 1 O Aの大きさは投影光学系 P Lの投影領域 A R 1より大きく形成されている。一方、液体槽 1 0の底部 1 O Dには貫通穴 1 0 Bが形成されている。液体槽 1 0の貫通穴 1 0 Bに投影光学系 P Lの鏡筒上部（不図示）が嵌合しており、貫通穴 1 O Bと鏡筒との間には液体槽 1◦の液体 3 0の漏出を防止するためのシール部材が設けられている。また、投影光学系 P Lの光学素子 P L aの上端面は液体槽 1 0の側壁部 1 0 Cの上端面より下方に配置されており、液体槽 1 0が液体 3 0で満たされたとき、光学素子 P L aの上端面を含む上端部が液体 3 0に浸るようになつている。ここで、液体槽 1 0は例えばセラミックスにより形成されている。セラミックスは液体 3 0にその一部が溶出しても基板 Pの露光面に塗布されている感光剤にほとんど影響を与えない。

そして基板ステージ P S Tは、保持した基板 Pの露光面が液体槽 1 0の上端部に対して所定距離だけ離れるように設けられている。具体的には、基板 Pの露光面と液体槽 1 0の開口部 1 O Aから露出する液体 3 0とが液体 3 0の表面張力により接触可能となるように、基板 Pと液体槽 1 0との距離が設定されている。図 3は液浸ュニット 1 0 0を上方から見た図である。図 3において、投影光学系 P Lの上端部の光学素子 P L aは平面視円形状に形成されており、液体槽 1 0 及びその開口部 1 0 Aも平面視円形状に形成されている。そして、光学素子 P L aは液体槽 1 0 (開口部 1 0 A) のほぼ中央部に配置されている。液体供給装置 1に接続する供給管 3は途中で 3つの流路に分岐しており、分岐流路のそれぞれは投影光学系 P Lの光学素子 P L aの一 X側に設けられた 3つの供給口 6 A〜 6 Cに接続している。一方、光学素子 P L aの + X側には 2つの回収口 7 A、 7 B が設けられており、これら回収口 7 A、 7 Bに接続する流路は途中で集合し、この集合流路は回収管 4に接続している。すなわち、投影光学系 P Lの光学素子 P L aの上端部を X軸方向に挟むように、一 X側には液体供給装置 1に供給管 3を介して接続する供給口 6 A〜6 Cが設けられ、 + X側には液体回収装置 2に回収管 4を介して接続する回収口 7 A、 7 Bが設けられた構成となっている。

また、供給口 6 A〜6 Cと回収口 7 A、 7 Bとをほぼ 1 8 0 °回転した配置に、供給口 8 A〜8 Cと回収口 9 A、 9 Bとが配置されている。供給口 8 A〜8 Cは供給管 1 1を介して液体供給装置 1に接続され、回収口 9 A、 9 Bは回収管 1 2 を介して液体回収装置 2に接続されている。供給口 6 A〜6 Cと回収口 9 A、 9 Bとは Y軸方向に交互に配列され、供給口 8 A〜8 Cと回収口 7 A、 7 8とは丫軸方向に交互に配列されている。

そして、矢印 X aで示す走査方向（+ X方向）に基板 Pを移動させて走査露光を行う場合には、供給管 3、供給口 6 A〜6 C、回収管 4、及び回収口 7 A、 7 Bを用いて、液体供給装置 1及び液体回収装置 2により液体 3 0の供給及び回収が行われる。すなわち、基板 Pが + X方向に移動する際には、供給管 3及び供給口 6 A〜 6 Cを介して液体供給装置 1から液体 3 0が投影光学系 P Lと基板 Pとの間を含む液体槽 1 0に供給されるとともに、回収口 7 A、 7 B、及ぴ回収管 4 を介して液体 3 0が液体回収装置 2に回収され、液体槽 1 0中を + X方向に液体 3 0が流れる。一方、矢印 X bで示す走査方向（_ X方向）に基板 Pを移動させて走查露光を行う場合には、供給管 1 1、供給口 8 A〜8 C、回収管 1 2、及び回収口 9 A、 9 Bを用いて、液体供給装置 1及ぴ液体回収装置 2により液体 3 0 の供給及び回収が行われる。すなわち、基板 Pがー X方向に移動する際には、供給管 1 1及び供給口 8 A〜 8 Cを介して液体供給装置 1から液体 3 0が投影光学系 P Lと基板 Pとの間を含む液体槽 1 0に供給されるとともに、回収口 9 A、 9 B、及び回収管 1 2を介して液体 3 0が液体回収装置 2に回収され、液体槽 1 0 中を一 X方向に液体 3 0が流れる。

このように、制御装置 C O N Tは、液体供給装置 1及び液体回収装置 2を用いて、基板 Pの移動方向に沿って基板 Pの移動方向と同一方向へ液体 3 0を流す。したがって、新鮮且つクリーンな液体 3 0を投影光学系 P Lと基板 Pとの間に連続的に供給できる。そして、走査方向に応じて液体 3 0を流す方向を切り替えることにより、 + X方向、又は一 X方向のどちらの方向に基板 Pを走査する場合にも、投影光学系 P Lと基板 Pとの間を液体 3 0で満たすことができ、高！/、解像度及び広い焦点深度を得ることができる。

ところで、液体槽 1 0の側壁部 1 0 Cや底部 1 0 Dに、例えば投影光学系 P L の像面に対する基板 P表面の位置を検出可能なフォーカス検出系を取り付けることができる。この場合フォーカス検出光は液体 3 0中を通過する。

次に、上述した露光装置 E Xを用いてマスク Mのパターンを基板 Pに露光する方法について説明する。

ここで、本実施形態における露光装置 E Xは、マスク Mと基板 Pとを X軸方向 (走査方向）に移動しながらマスク Mのパターン像を基板 Pに投影露光するものであって、走査露光時には、投影光学系 P Lの上方に形成される投影領域 A R 1 にマスク Mの一部のパターン像が投影され、投影光学系 P Lに対して、マスク M が一 X方向（又は + X方向）に速度 Vで移動するのに同期して、 X Yステージ 5 3を介して基板 Pが + X方向（又は一 X方向）に速度 6 · V (6 は投影倍率）で移動する。そして、 1つのショット領域に対する露光終了後に、基板 Ρのステツビング移動によって次のショット領域に移動し、以下、ステップ'アンド ·スキヤン方式で各ショット領域に対する露光が順次行われる。

まず、マスク Μがマスクステージ M S Τにロードされるとともに、基板 Pが基板ステージ P S Tにロードされたら、制御装置 C O N Tは液体供給装置 1及び液体回収装置 2を駆動し、液体槽 1 0に対する液体 3 0の供給及び回収動作を開始する。液浸領域 A R 2を形成するために液体供給装置 1から送出された液体 3 0 は供給管 3を流通した後、供給口 6 A〜 6 Cを介して液体槽 1 0に供給される。そして制御装置 C O N Tは、マスク Mと基板 Pとを同期移動しながら照明光学系 I Lによりマスク Mを露光光 E Lで照明し、マスク Mのパターンの像を投影光学系 P L及び液体 3 0を介して基板 Pに投影する。

基板 Pを例えば + X方向に移動しながら走查露光している間、液体供給装置 1 及び液体回収装置 2は液体供給動作及び液体回収動作を継続する。これにより、液体供給装置 1から温度調整された液体 3 0が液体槽 1 0に常時供給されるので、露光光の照射熱に起因する液体槽 1 0中の液体 3 0の過剰な温度変化 (温度上昇）を抑制し、パターン像を精度良く露光できる。

液体供給装置 1による液体供給と液体回収装置 2による液体回収とを協調動作させることにより、基板 Pと投影光学系 P Lの光学素子 P L aとの間に基板 Pの走査方向と平行 (同方向) に液体 3 0が流れる。また、液体供給装置 1による液体供給と液体回収装置 2による液体回収とを協調動作させている場合、液体 3 0 の表面張力により、基板 Pの露光面と液体槽 1 0の開口部 1 O Aより露出している液体 3 0の表面とが接触し、基板 P上の投影領域 A R 1と光学素子 P L aとの間に液体 3 0が配置され、液浸領域 AR 2が形成される。こうして、基板 Pは、この基板 Pの露光面が液体 3 0の表面に接触するように基板ステージ P S Tに保持された状態で露光される。このとき、液体 3 0の表面張力により基板 Pの露光面と液体 3 0の表面とが接触しているため、基板 Pの露光面と液体槽 1 0の上端面との間に僅力、に隙間が形成される。そのため、基板ステージ P S Tは基板 Pを液体槽 1 0に接触することなく XY平面内で自由に移動できる。

ところで、基板 Pの走查速度を変化させた際、制御装置 C O N Tは基板 Pの移動速度に応じて液体供給装置 1による単位時間あたりの液体供給量及び液体回収装置 2による単位時間あたりの液体回収量を変化させてもよい。具体的には、基板 Pの移動速度を上昇したら、単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量を多くする。これにより、基板 Pの移動速度に応じて投影光学系 P Lと基板 Pとの間を流れる液体 3 0の流速も速くなり、投影光学系 P Lと基板 Pとの間に液浸領域 A R 2を円滑に形成できる。また、基板 Pの移動速度に応じて液体槽 1 0 (開口部 1 0 A) の大きさを設定することが好ましい。すなわち、基板 Pの移動速度を高速化すると液体槽 1 0の液体 3 0が基板 Pにより引っ張られ、液浸領域 AR 2 の形成が不安定になり基板 P上の投影領域 A R 1に液体 3 0を配置できない場合が生じる可能性があるが、液体槽 1 0を大きくして基板 Pと液体 3 0との接触面積を大きくすることにより、基板 Pの移動速度を高速化しても投影領域 A R 1に液体 3 0を円滑に配置できる。

また、液体槽 1 0と基板ステージ P S Tに保持された基板 Pとの距離は使用する液体 3 0の表面張力（界面張力）に応じて設定することができる。本実施形態では液体 3◦として純水を用いているが、他の種類の液体を用いる場合、液体の表面張力 (界面張力) は液体の材料特性により変化するため、これに応じて液体槽 1 0と基板 Pとの間の距離を設定する。

以上説明したように、投影光学系 P Lの上方にこの投影光学系 P Lの像面を形成するとともに、投影光学系 P Lの上方に基板 Pを保持して移動可能な基板ステージ P S Tを設けたので、液浸ュニット 1 0 0の液体槽 1 0を、移動しない投影光学系 P Lの上端部に設けて投影光学系 P Lと基板 Pとの間に液浸領域 A R 2を形成することができる。液体槽 1 0の位置は固定されているので液体槽 1 0の開口部 1 O Aから露出する液体表面の波打ちや液体の飛散を防止でき、基板 P上に投影されるパターン像の劣化を抑制できる。また、液体槽 1 0を投影光学系 P L の上端部に設けることにより、液浸領域 A R 2を形成するために液体 3 0を供給する液体供給装置 1及びこれに接続する供給管 3、あるいは液体 3 0を回収する液体回収装置 2及びこれに接続する回収管 4を駆動部である基板ステージ P S T に取り付ける必要が無くなるので、これら装置や配管類による基板ステージ P S Tの移動を妨げるといった不都合を抑制できる。

なお、本実施形態では、液浸領域 A R 2を形成するために液体槽 1 0に供給される液体 3 0の温度は液体供給装置 1に設けられた温度調整装置により調整される構成であるが、液浸領域 A R 2を形成するための液体 3 0の温度調整装置を液体槽 1 0'に取り付ける構成であってもよレ、。

なお本実施形態では、走査露光中、液体の供給動作及び回収動作を継続し、液体 3 0を流通し続ける構成であるが、液体 3 0を流さずに液体槽 1 0に溜めた状態でも液浸露光できる。一方、液体 3 0の供給及ぴ回収をすることにより、露光光の照射熱による液体槽 1 0中の液体 3 0の温度変化（温度上昇）の発生を抑制し、パターン像の劣化を防止できる。また、露光中において液体 3 0の供給及び回収をし続けることにより、清浄な液体 3 0を液体供給装置 1から常時液体槽 1 0に供給できるとともに、液体槽 1 0の液体 3 0中に不純物が混在してしまってもこれを液体回収装置 2により液体槽 1 0から直ちに回収できる。

なお図 4に示すように、投影光学系 P Lの光学素子 P L aを挟んで Y軸方向両側のそれぞれに供給口 1 3 A〜 1 3 C、 1 4 A〜 1 4 C及び回収ノズル 1 5 A、 1 5 B、 1 6 A、 1 6 Bを更に設けることもできる。この供給ノズル及び回収ノズルにより、ステツビング移動する際の基板 Pの非走査方向 (Y軸方向) への移動時においても、投影光学系 P Lと基板 Pとの間に液体 3 0を安定して供給することができる。また、上述の実施形態においては、液体槽 1 0を投影光学系 P L の上端部付近の鏡筒に取り付けるようにしているが、投影光学系 P Lから分離した支持部材で保持するようにしてもよい。

以下、本発明の露光装置の第 2実施形態について図 5及び図 6を参照しながら説明する。図 5は第 2実施形態に係る液浸ュニット 1 0 0の側断面図であり、図 6は上方から見た平面図である。ここで、以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。

図 5及ぴ図 6において、液浸ュ-ット 1 0 0は、投影光学系 P Lの上端部の光学素子 P L aに取り付けられ、基板 Pに対向する上面 2 1を有する液浸領域形成部材 2 0と、上面 2 1に形成され、液体供給装置 1に形成部材 2 0内部に形成された流路 2 2 A〜 2 2 C及ぴ供給管 3を介して接続された液体供給孔 2 3 A〜 2 3 Cと、上面 2 1に形成され、液体回収装置 2に形成部材 2 0内部に形成された流路 2 4 A、 2 4 B及び回収管 4を介して接続された液体回収孔 2 5 A、 2 5 B とを備えている。形成部材 2 0はその平面視中央部に投影光学系 P Lの光学素子 P L aに嵌合する穴部 2 O Aを有しており、穴部 2 0 Aと光学素子 P L aとを嵌合した際、形成部材 2 0の上面 2 1と投影光学系 P Lの光学素子 P L aの上端面とがほぼ面一となるように設定されている。液体供給孔 2 3 A〜2 3 Cのそれぞれは投影光学系 P Lの光学素子 P L aの一 X側に設けられ、上方に向かって液体 3 0を放出する。一方、液体回収孔 2 5 A、 2 5 Bは光学素子 P L aの + X側に設けられており、下方に向かって液体 3 0を吸引する。なお、本実施形態では液体供給孔は 3つ設けられ、液体回収孔は 2つ設けられているが、その数及ぴ配置は任意に設定可能である。また第 1実施形態同様、上面 2 1に、前記液体供給孔 2 3 A〜2 3 Cと液体回収孔 2 5 A、 2 5 Bとをほぼ 1 8 0 °回転した配置に、別の液体供給孔及ぴ液体回収孔を設けることができる。上面 2 1のうち液体供給孔 2 3 A〜 2 3 C及び液体回収孔 2 5 A、 2 5 Bの外側には、液体回収孔で回収しきれなかつた液体 3 0を回収するトラップ部 2 8、

2 9が設けられている。トラップ部 2 8、 2 9のそれぞれは平面視略円弧状の溝部であって、投影光学系 P Lの光学素子 P L aを X軸方向に関して挟んだ位置に設けられている。

図 5中、トラップ部 2 9に接続されている流路 3 0は、形成部材 2 0外部に設けられた管路 3 1を介してタンク 3 2及ぴ吸引装置である真空ポンプ 3 4に接続されている。タンク 3 2と真空ポンプ 3 4とを接続する流路にはバルブ 3 3が設けられている。タンク 3 2には排出流路 3 2 Aが設けられており、液体 3 0が所定量溜まったら排出流路 3 2 Aより排出されるようになっている。なお、不図示ではあるがトラップ部 2 8に接続されている流路 3 5にも、上記と同様のタンク、バルブ、及び真空ポンプが接続されている。

基板 Pを + X方向に移動しながら走査露光する際には、制御装置 C O N Tは液体供給装置 1及び液体回収装置 2を駆動し、液体供給孔 2 3 A〜2 3 Cを介して液体 3 0を上面 2 1に供給し、投影光学系 P Lの光学素子 P L aと基板 Pとの間に液浸領域 AR 2を形成する。そして、液体回収孔 2 5 A、 2 5 Bを介して液体

3 0の回収を行い、基板 Pの走查方向と平行（同方向）に液体 3 0を流しつつ露光する。この場合、例えば液体供給装置 1から供給口 2 3 A〜2 3 Cを介して供給される液体 3 0は基板 Pの + X方向への移動に伴つて投影光学系 P Lと基板 P との間に引き込まれるようにして流れるので、液体供給装置 1の供給エネルギーが小さくても、液体供給装置 1から温度調整された液体 3 0が光学素子 P L aの上端面と基板 Pとの間に常時供給され、露光光の照射熱に起因する液体 3 0の過剰な温度変化（温度上昇）を抑制し、パターン像を精度良く露光できる。

第 1実施形態では液体 3 0を保持するために側壁を有する液体槽を用いているが、第 2実施形態では、平面である上面 2 1及び光学素子 P L aの上端面と基板 Pとの間に液体 3◦を配置する構成であるので、基板 Pを大きく傾けても、基板 Pと形成部材 2 0との接触は起こらない。そして本実施形態でも、液浸ュニット 1 0 0の液浸領域形成部材 2 0を、移動しない投影光学系 P Lに固定した状態で基板 Pを移動する構成であるため、液体 3 0の揺れや飛散等が起こらず、パタ一ンの像を基板 Pに安定して投影することができる。

なお本実施形態では、液体 3 0の供給及び回収動作は上面 2 1の所定位置に設けられた複数の液体供給孔及び液体回収孔を介して行われる構成であるが、複数の液体供給孔及び液体回収孔を連続的に形成し、例えば図 7に示すように、平面視長孔状 (円弧状) である液体供給孔 2 3及び液体回収孔 2 5としてもよい。更に図 7に示すように、トラップ部 2 8を投影光学系 P Lの光学素子 P L aを囲むように環状に形成してもよい。また、液体回収孔 2 5 A、 2 5 Bを設けずに、供給された液体 3 0をすベてトラップ部 2 8、 2 9で回収するようにしてもよい。なお本実施形態において、液体回収孔ょり回収しきれなかった液体 3 0を回収するためのトラップ部は、溝部とこれに接続する真空ポンプ（吸引装置）により構成されているが、例えば溝部にスポンジ等の多孔質部材を配置することにより、この多孔質部材で回収しきれなかった液体 3 0を回収 ·保持できる。

上述したように、本実施形態における液体 3 0は純水により構成されている。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、基板 P上のフォトレジストゃ光学素子（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、基板 Pの表面、及び投影光学系 P Lの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。そして、波長が 1 9 3 n m程度の露光光 E Lに対する純水（水）の屈折率 nはほぼ 1 . 4 4であるため、露光光 E Lの光源として A r Fエキシマレーザ光（波長 1 9 3 n m) を用いた場合、基板 P上では l Z n、すなわち約 1 3 4 n mに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約 n倍、すなわち約 1 . 4 4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 P L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。

なお、液体 3 0の流れによって生じる投影光学系 P Lの先端の光学素子と基板 Pとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。

なお、本実施形態の液体 3 0は水であるが、水以外の液体であってもよい、例えば、露光光 E Lの光源が F。レーザである場合、この F ₂レーザ光は水を透過しないので、液体 30としては F ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイル等のフッ素系流体であってもよい。また液体 30としては、その他にも、露光光 E L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 P Lや基板 P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（例えばセダー油）を用いることも可能である。

なお、上記各実施形態の基板 Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ゥェハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気へッド用のセラミックウエノ、、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウェハ）等が適用される。

露光装置 EXとしては、マスク Mと基板 Pとを同期移動してマスク Mのパターンを走査露光するステップ 'アンド ·スキャン方式の走查型露光装置（スキヤ二ングステツパ）の他に、マスク Mと基板 Pとを静止した状態でマスク Mのパターンを一括露光し、基板 Pを順次ステップ移動させるステップ 'アンド · リピート方式の投影露光装置 (ステツパ) にも適用することができる。また、本発明は基板 P上で少なくとも 2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ ·アンド ·スティツチ方式の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、特開平 10— 163099号公報、特開平 10— 21478 3号公報、特表 2000— 505958号公報などに開示されているツインステ一ジ型の露光装置にも適用できる。

露光装置 EXの種類としては、基板 Pに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（CCD) あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

基板ステージ P S Tやマスクステージ MS Tにリニアモータ（USP5，623，853 または USP5，528，118参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型おょぴ口一レンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ P ST、 MSTは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

各ステージ PST、 MSTの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ュエツトと、二次元にコイルを配置した電機子ュニットとを対向させ電磁力により各ステージ P S T、 M S Tを駆動する平面モータを用いてもよレ、。この場合、磁石ュニットと電機子ュニットとのいずれか一方をステ一ジ P S T、 M S Tに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージ P S T、 M S Tの移動面側に設ければよい。

基板ステージ P S Tの移動により発生する反力は、投影光学系 P Lに伝わらないように、特開平 8— 1 6 6 4 7 5号公報（USP5,528，118) に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床 (大地) に逃がしてもよい。

マスクステージ M S Tの移動により発生する反力は、投影光学系 P Lに伝わらないように、特開平 8— 3 3 0 2 2 4号公報（US S/N 08/416,558) に記载されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。以上のように、本願実施形態の露光装置 E Xは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図 8に示すように、マイクロデパイスの機能 ·性能設計を行うステップ 2 0 1、この設計ステップに基づいたマスク (レチクル）を製作するステップ 2 0 2、デバイスの基材である基板を製造するステップ 2 0 3、前述した実施形態の露光装置 E Xによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ 2 0 4、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む） 2 0 5、検査ステップ 2 0 6 等を経て製造される。産業上の利用の可能性

本発明によれば、液浸領域を形成するための液体の飛散を少なくできるとともに、液体の供給、回収用の配管類で基板ステージの移動を妨げないようにしたので、所望のパターンを精度良く基板に露光できる。

Claims

請求の範囲

1 . パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影し、該基板を露光する露光装置において、

前記投影光学系の上方で前記基板を保持して移動可能な基板移動装置と、前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部を液体で満たす液浸装置とを備え、

前記投影光学系と前記液体とを介して前記パターンの像を前記基板上に投影することを特徴とする露光装置。

2 . 前記基板は、該基板の露光面が前記液体の表面に接触するように保持された状態で露光されることを特徴とする請求項 1記載の露光装置。

3 . 前記液浸装置は、前記投影光学系の上端面に前記液体を保持するための液体槽を有し、

前記液体槽に保持された液体表面に前記基板の露光面を接触させた状態で前記基板の露光が行われる請求項 1記載の露光装置。

4 . 前記液浸装置は、前記液体を供給する液体供給装置と前記液体を回収する液体回収装置とを有する請求項 1記載の露光装置。

5 . 前記投影光学系の上端面の周囲に配置され、液体の漏洩を防止するための液体トラップを備えた請求項 4記載の露光装置。

6 . 前記液体供給装置は上方に向かって液体を出す供給口を有し、前記液体回収装置は下方に向かって液体を吸引する回収口を有する請求項 4記載の露光装置。

7 . 前記投影光学系の上端面に関して、前記液体回収装置の回収口の外側に配置され、液体の漏洩を防止するための液体トラップを備えた請求項 6記載の露光装置。

⁸ . 請求項 1記載の露光装置を用いることを特徴とするデパイス製造方法。