CN1723539B - 曝光装置和曝光方法以及器件制造方法 - Google Patents

曝光装置和曝光方法以及器件制造方法 Download PDF

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Abstract

一种曝光装置，在投影光学系统(PL)与基片(P)之间的至少一部分用液体(50)充满，同时经由投影光学系统(PL)将图案像投影到基片(P)上对基片(P)进行曝光。对作为在移动基片(P)时与液体(50)接触的部分的光学元件(60)以及镜筒(PK)，实施调整与液体(50)的亲和性的表面处理。从而就防止了在投影光学系统与基片之间的液体中产生气泡，而且液体被经常维持在投影光学系统与基片之间，所以形成良好的浸液状态。

Description

曝光装置和曝光方法以及器件制造方法
技术领域
本发明涉及在投影光学系统与基片之间的至少一部分充满了液体的状态下，用由投影光学系统所投影的图案像进行曝光的曝光装置和曝光方法以及器件制造方法。
背景技术
半导体器件或液晶显示器件是通过将形成在掩模上的图案转印到感光性的基片上的、所谓的光刻法的方法来进行制造。在该光刻法工序中所使用的曝光装置，具有支承掩模的掩模台和支承基片的基片台，一边逐次移动掩模台及基片台一边经由投影光学系统将掩模的图案转印到基片。近年来，为了适应器件图案的更进一步的高集成化人们希望投影光学系统进一步的高析像度化。使用的曝光波长越短、或者投影光学系统的数值口径越大则投影光学系统的析像度就越高。为此，曝光装置所使用的曝光波长逐年短波长化，投影光学系统的数值口径也不断增大。而且，虽然当前主流的曝光波长是KrF激态复合物激光器的248nm，但更短波长的ArF激态复合物激光器的193nm也正不断被实用化。另外，在进行曝光之际与析像度同样聚焦深度(DOF)也很重要。析像度R及聚焦深度δ分别用以下公式来表示。
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口径，k1、k2是加工系数(process coefficient)。根据(1)式、(2)式可知为了提高析像度R，若使曝光波长λ变短，使数值口径NA变大则聚焦深度δ就变得狭窄。
若聚焦深度δ过于狭窄使基片表面相对于投影光学系统的像面吻合将变得困难，曝光动作时的容限(margin)恐怕就会不足。因而，作为实质上缩短曝光波长且扩展聚焦深度的方法，例如提出了国际公布第99/49504号公报所公开的浸液法。该浸液法是在投影光学系统的下面与基片表面之间用水或有机溶媒等液体充满，利用液体中的曝光光的波长为空气中的1/n(n是液体的折射率通常为1.2～1.6左右)这一点使析像度改善，同时将聚焦深度扩大约n倍这样的方法。
可是，当一边在投影光学系统与基片之间流过液体一边进行曝光时或在投影光学系统与基片之间充满液体的状态下一边相对于投影光学系统移动基片一边进行曝光的情况下，就有相对于投影光学系统或基片液体进行剥离的可能性，而发生在基片上所转印的图案像劣化之类的不良情形。或者，当在投影光学系统与基片之间一边流过液体一边进行曝光时在该液体的流动中发生湍流的情况下图案像也会劣化。
发明内容
本发明就是鉴于这样的情形而完成的，其目的是提供一种在投影光学系统与基片之间充满液体进行曝光处理之际，能够将液体配置于所希望的状态精度良好地转印图案的曝光装置和曝光方法、以及器件制造方法。其中，附加在各要素上的带括号的符号只不过是该要素的示例，并不是对各要素进行限定。
为了解决上述课题，本发明采用实施方式所示的与图1～图9相对应起来的以下构成。
根据本发明的第1技术方案，提供一种经由液体(50)将图案像转印到基片(P)上并对基片进行曝光的曝光装置(EX)，具备：将上述图案像投影到基片的投影光学系统(PL)，其中，上述投影光学系统(PL)与上述液体(50)接触的部分(60、PK)为了调整与液体(50)的亲和性而进行表面处理。
在本发明的曝光装置中，由于对液体投影光学系统与液体接触的部分(以下，适当称之为「液体接触部分」)实施了用于调整与液体的亲和性的表面处理，所以在投影光学系统与基片之间液体以所希望的状态得以维持。例如，在液体接触部分与液体的亲和性过低的情况下，就会产生上述接触部分与液体剥离(exfoliate)，和/或发生气泡等对浸液曝光带来不好影响的现象。另一方面，在液体接触部分与液体的亲和性过高的情况下，有时就会发生液体相对于上述接触部分过剩而浸润蔓延并从投影光学系统与基片之间流出等不良情形。相对于此，在本发明的曝光装置中，由于投影光学系统的液体接触部分与液体的亲和性已被调整，所以不仅是在曝光中基片相对于曝光光静止的总括曝光，即使是在曝光中基片借助于移动台进行移动的扫描型曝光装置，浸液状态也能够可靠地在基片与投影光学系统之间得以维持。
根据本发明的第2技术方案，提供一种经由液体(50)将图案像转印到基片(P)上并对基片进行曝光的曝光装置(EX)，具备：将上述图案像投影到基片的投影光学系统(PL)，其中，上述投影光学系统(PL)具有包含其前端的光学元件(60)表面的第1表面区域(AR1)和第1表面区域(AR1)周边的第2表面区域(AR2)，第1表面区域(AR1)对于液体(50)的亲和性高于第2表面区域(AR2)对于液体(50)的亲和性。
根据本发明，通过使包含投影光学系统的前端的光学元件的第1表面区域对于液体的亲和性高于其周边的第2表面区域，则由于第1表面区域液体就在曝光光的光路上稳定地得以配置，同时由于第2表面区域液体就不会在周围浸润蔓延且不会流到外部。从而，不仅是在曝光中基片相对于曝光光静止的总括曝光，即使是在曝光中基片相对于曝光光移动的扫描型曝光，也能够将液体在曝光光的光路上稳定地进行配置。
根据本发明的第3技术方案，提供一种曝光装置(EX)，用曝光束(Exposure beam：EL)照明图案、经由液体(50)将图案像转印到基片(P)上并对基片进行曝光，具备：将上述图案像投影到基片的投影光学系统(PL)；以及将投影光学系统(PL)与基片(P)之间的至少一部分用液体(50)进行充满的浸液装置(1、2)，其中，设液体(50)的厚度为d、投影光学系统(PL)与基片(P)之间的液体(50)的流动速度为v、液体(50)的密度为ρ、液体(50)的粘性系数为μ，则条件式(v·d·ρ)/μ≤2000得以满足。
根据本发明，通过设定使液体被维持于投影光学系统(PL)与基片(P)之间的至少一部分的条件以满足上述条件式，在液体中就不会发生湍流。从而，就能够抑制起因于液体的湍流而使在基片上所投影的图案像劣化之类等不良情形。
根据本发明的第4技术方案，提供一种曝光装置(EX)，用曝光束(EL)照明掩模(M)的图案、经由液体(50)将图案像转印到基片(P)上并对基片进行曝光，具备：将图案像投影到基片的投影光学系统(PL)；以及用于将投影光学系统(PL)与基片(P)之间的至少一部分用液体进行充满的浸液装置(1、2)，其中，上述液体(50)与基片(P)的扫描方向平行成为层流(laminar flow)进行流动。
根据本发明，由于通过利用各种方法对浸液状态进行控制，液体在曝光中就与基片的扫描方向平行成为层流进行流动，所以就能够防止在基片上所投影的图案像的劣化。另外，也不会使与液体相接的投影光学系统或晶片(wafer)或者保持晶片的基片台等发生不需要的振动。例如，通过对浸液装置的液体供给(回收)量进行控制，或对浸液装置的液体供给喷嘴的构造进行调整，或者在曝光时移动基片的情况下对其速度进行调整，就能够使液体的流动层流化。
根据本发明的第5技术方案，提供一种曝光装置(EX)，用曝光束(EL)照明图案、经由液体(50)将图案像转印到基片上并对基片进行曝光，具备：将上述图案像投影到基片的投影光学系统(PL)；仅在基片(P)上供给液体(50)的浸液装置(1、2)；以及控制浸液装置(1、2)的控制装置(CONT)，其中，该控制装置(CONT)对浸液装置(1、2)进行控制以使得在基片(P)的曝光中停止液体(50)的供给。
根据本发明，通过控制浸液装置以使得在基片的曝光中不进行液体的供给，就能够防止在基片上所形成的图案的劣化且不会损伤在基片上所涂敷的感光剂，另外，还能够使投影光学系统与基片的位置关系稳定并维持于所希望的状态。
根据本发明的第6技术方案，提供一种利用投影光学系统(PL)将图案像投影到基片(P)上以对基片(P)进行曝光的曝光方法，包括：为了调整与液体(50)的亲和性在曝光前对基片(P)的表面进行表面处理；将投影光学系统(PL)与基片(P)之间的至少一部分用液体(50)进行充满；以及将图案像经由液体(50)投影到基片(P)上。
根据本发明，通过在进行浸液曝光之前基片的表面实施相应于与液体的亲和性的表面处理，就能够在基片上使液体以适合于浸液曝光的状态进行维持。例如，在与液体的亲和性过低的情况下，就会产生液体相对于基片的表面剥离或者发生气泡等不良情形。另一方面，在与液体的亲和性过高的情况下，有时就会发生液体在基片上过剩而浸润蔓延等不良情形。相对于此，通过如本发明的曝光方法那样，考虑与液体的亲和性，对基片表面实施恰当的处理，就能够在基片上将液体保持于所希望的状态，另外还能够恰当地进行基片上的液体的回收及除去。
附图说明
图1是表示本发明的曝光装置的一实施方式的概略构成图。
图2是表示供给喷嘴及回收喷嘴的配置例的图。
图3是表示供给喷嘴及回收喷嘴的配置例的图。
图4是用于说明投影光学系统及基片进行表面处理的区域的示意图。
图5(a)～(c)是用于说明液体在未实施表面处理的投影光学系统与基片之间流动的情形的示意图。
图6(a)～(c)是用于说明液体在已实施表面处理的投影光学系统与基片之间流动的情形的示意图。
图7是用于说明本发明的其他实施方式的图。
图8(a)及(b)是表示供给喷嘴的其他的实施例的图。
图9是表示在基片上所设置的玻璃盖片(cover glass)的图。
图10是表示半导体器件的制造工序的一例的流程图。
具体实施方式
以下，就本发明的曝光装置及器件制造方法一边参照附图一边进行说明，本发明并不限定于此。图1是表示本发明曝光装置的一实施方式的概略构成图。
在图1中，曝光装置EX具备：支承掩模M的掩模台MST，支承基片P的基片台PST，用曝光光EL对掩模台MST所支承的掩模M进行照明的照明光学系统IL，将用曝光光EL所照明的掩模M的图案像投影曝光到基片台PST所支承的基片P的投影光学系统PL，以及对曝光装置EX全体动作进行统括控制的控制装置CONT。
这里，在本实施方式中，以使用一边将掩模M与基片P沿在扫描方向上相互不同的方向(逆方向)进行同步移动一边将在掩模M上所形成的图案曝光到基片P的扫描型曝光装置(所谓的扫描逐次移动式曝光装置：scanning stepper)作为曝光装置EX的情况为例来进行说明。在以下的说明中，设与投影光学系统PL的光轴AX一致的方向为Z轴方向，设在垂直于Z轴方向的平面内掩模M与基片P的同步移动方向(扫描方向)为X轴方向，设垂直于Z轴方向及Y轴方向的方向(非扫描方向)Y轴方向。另外，将绕X轴、Y轴及Z轴的方向分别设为θX、θY及θZ方向。此外，这里所说的「基片」包含在半导体晶片上涂敷了抗蚀剂(resist)的情况，「掩模」包含在基片上形成经过缩小投影的设备图案的网线(reticle)。
照明光学系统IL用曝光光EL对掩模台MST所支承的掩模M进行照明，具有曝光用光源、使从曝光用光源射出的光束的照度均一化的光学集成器、对来自光学集成器的曝光光EL进行聚光的聚光镜、中继透镜系统、将利用曝光光EL的掩模M上的照明区域设定成狭缝状的可变视场光圈等。掩模M上的规定照明区域由照明光学系统IL用均一的照度分布的曝光光EL进行照明。作为从照明光学系统IL射出的曝光光EL，例如使用从水银灯射出的紫外区的辉线(g线、h线、i线)及KrF激态复合物激射光(波长248nm)等远紫外光(DUV光)，或ArF激态复合物激射光(波长193nm)及F2激射光(波长157nm)等真空紫外光(VUV光)等。在本实施方式中，使用ArF激态复合物激射光。
掩模台MST支撑掩模M，可在垂直于投影光学系统PL的光轴AX的平面内、即XY平面内进行2维移动以及可沿θZ方向进行微小旋转。掩模台MST由线性马达等掩模台驱动装置MSTD进行驱动。掩模台驱动装置MSTD由控制装置CONT进行控制。掩模台MST上的掩模M的2维方向的位置以及旋转角由激光干涉仪实时地进行测量，测量结果被输出到控制装置CONT。控制装置CONT基于激光干涉仪的测量结果对掩模台驱动装置MSTD进行驱动由此来进行掩模台MST所支承的掩模M的定位。
投影光学系PL将掩模M的图案以规定的投影倍率β在基片P上进行投影曝光，由多个光学元件(透镜)构成，这些光学元件用金属部件、例如由不锈钢(SUS403)所形成的镜筒PK进行支承。在本实施方式中，投影光学系统PL是投影倍率β为例如1/4或者1/5的缩小系统。此外，投影光学系统PL也可以是等倍系统及扩大系统中的某一个。另外，在本实施方式的投影光学系统PL的基片P侧的前端部7上设置着由石英、氟化钙(萤石)等玻璃部件所形成的平行平面板(光学元件)60。该光学元件60相对于镜筒PK可装拆(更换)地进行设置。投影光学系统PL的前端部7由光学元件60和保持它的镜筒(保持部件)PK的一部分所构成。
基片台PST支撑基片P，具备经由衬底架保持基片P的Z工作台51，支承Z工作台51的XY工作台52，以及支承XY工作台52的基座53。基片台PST由线性马达等基片台驱动装置PSTD进行驱动。基片台驱动装置PSTD由控制装置CONT进行控制。通过驱动Z工作台51来控制Z工作台51所保持的基片P的Z轴方向上的位置(聚焦位置)以及θX、θY方向上的位置。另外，通过驱动XY工作台52来控制基片P的XY方向上的位置(与投影光学系统PL的像面实质上平行的方向的位置)。即，Z工作台51对基片P的聚焦位置及倾斜角进行控制以自动聚焦(auto-focus)方式及自动调整(auto-leveling)方式将基片P的表面合并到投影光学系统PL的像面，XY工作台52进行基片P的X轴方向及Y轴方向上的定位。此外，不言而喻也可以将Z工作台与XY工作台一体地进行设置。
在基片台PST(Z工作台51)上，设置有与基片台PST一起相对于投影光学系统PL移动的移动镜54。另外，在与移动镜54相对的位置设置有激光干涉仪55。基片台PST上的基片P的2维方向的位置及旋转角利用激光干涉仪55实时地进行测量，测量结果被输出到控制装置CONT。控制装置CONT基于激光干涉仪55的测量结果对基片台驱动装置PSTD进行驱动由此进行基片台PST上所支承的基片P的定位。
在本实施方式中，为了将曝光波长实质缩短以改善析像度，同时将聚焦深度实质扩展，而适用浸液法。为此，至少在将掩模M的图案像转印到基片P上的期间，在基片P的表面与投影光学系统PL的前端部7之间充满规定的液体50。如上述那样，事先在投影光学系统PL的前端部7配置了光学元件60及镜筒PK的一部分，液体50与光学元件(玻璃部件)60和镜筒(金属部件)PK相接触。在本实施方式中，在液体50上使用纯水。纯水不仅在ArF激态复合物激射光，在将曝光光EL设为例如从水银灯射出的紫外区的辉线(g线、h线、i线)及KrF激态复合物激射光(波长248nm)等远紫外光(DUV光)的情况下也可透过该曝光光EL。
曝光装置EX具有对投影光学系统PL的前端部7与基片P之间的空间56供给规定的液体50的液体供给装置(浸液装置、供给装置)1和回收空间56的液体50的液体回收装置(浸液装置、回收装置)2。液体供给装置1在投影光学系统PL与基片P之间的至少一部分平行于基片P的扫描方向流过液体50，具有收容液体50的容器、加压泵等。在液体供给装置1上连接着供给管3的一端部，在供给管3的另一端部连接着供给喷嘴4。液体供给装置1经由供给管3及供给喷嘴4对空间56供给液体50。
液体回收装置2具有吸入泵、收容所回收的液体50的容器等。在液体回收装置2上连接着回收管6的一端部，在回收管6的另一端部连接着回收喷嘴5。液体回收装置2经由回收喷嘴5及回收管6对空间56的液体50进行回收。在对空间56充满液体50之际，控制装置CONT驱动液体供给装置1，经由供给管3及供给喷嘴4每单位时间对空间56供给规定量的液体50，同时驱动液体回收装置2，经由回收喷嘴5及回收管6每单位时间自空间56回收规定量的液体50。由此，在投影光学系统PL的前端面7与基片P之间的空间56保持着液体50。
在扫描曝光时掩模M的一部分图案像被投影到前端面60A正下方的矩形投影区域，相对于投影光学系统PL掩模M在-X方向(或者+X方向)以速度V进行移动，与此相同步经由XY工作台52使基片P在+X方向(或者-X方向)以速度β·V(β是投影倍率)进行移动。然后，在对一个拍摄区域的曝光结束后，通过基片P的步进使下一拍摄区域移动到扫描开始位置，下面，以步进扫描(step-and-scan)方式依次进行对于各拍摄区域的曝光处理。在本实施方式中，平行于基片P的移动方向在与基片的移动方向的同一方向流过液体50这样来进行设定。
图2是表示投影光学系统PL的前端部7、在X轴方向供给液体50的供给喷嘴4(4A～4C)、以及回收液体50的回收喷嘴5(5A、5B)的位置关系的图。在图2中，前端部7(光学元件60的前端面60A)的形状在Y轴方向为细长的矩形，在+X方向侧配置3个供给喷嘴4A～4C，在-X方向侧配置2个回收喷嘴5A、5B以使得在X轴方向夹着投影光学系统PL的前端部7。然后，供给喷嘴4A～4C经由供给管3连接到液体供给装置1，回收喷嘴5A、5B经由回收管4连接到液体回收装置2。另外，在将供给喷嘴4A～4C和回收喷嘴5A、5B相对于前端部7的中心大致旋转了180°的位置配置着供给喷嘴8A～8C和回收喷嘴9A、9B。供给喷嘴4A～4C与回收喷嘴9A、9B在Y轴方向上交互排列，供给喷嘴8A～8C与回收喷嘴5A、5B在Y轴方向上交互排列，供给喷嘴8A～8C经由供给管10连接到液体供给装置1，回收喷嘴9A、9B经由回收管11连接到液体回收装置2。进行来自喷嘴的液体供给以使得在投影光学系统PL与基片P之间不发生气体部分。
另外，还能够如图3所示，夹着前端部7在Y轴方向两侧分别设置供给喷嘴31、32及回收喷嘴33、34。通过该供给喷嘴及回收喷嘴即便在进行步进移动之际的基片P向非扫描方向(Y轴方向)的移动时也能够在投影光学系统PL与基片P之间稳定地供给液体50。
此外，上述喷嘴的形状并不特别进行限定，例如对于前端部7的长边也可以用两对喷嘴进行液体50的供给或者回收。此外，由于在此情况下从+X方向或-X方向的任一方向均能够进行液体50的供给及回收，所以也可以在上下并列配置供给喷嘴和回收喷嘴。
图4是表示投影光学系统PL的前端部7附近的扩大图。在图4中，对投影光学系统PL的前端部7实施了相应于与液体50的亲和性的表面处理。前端部7是为了进行扫描曝光而将基片P在扫描方向(X轴方向)进行移动时与液体50接触的部分，包括包含光学元件60的下面60A及镜筒PK下面的一部分的投影光学系统PL的下面7A以及邻接到该下面7A的镜筒PK的一部分侧面7B。在本实施方式中，由于液体50是水所以对前端部7实施相应于与水的亲和性的表面处理。
在投影光学系统PL的前端部7中，对包含光学元件60的表面(下面)60A及镜筒PK的下面的一部分区域的第1表面区域AR1和作为该第1表面区域AR1周边、包含镜筒PK的下面的剩余区域及镜筒PK的侧面的第2表面区域AR2实施相互不同的表面处理。具体而言，对第1、第2表面区域AR1、AR2分别实施表面处理以使得第1表面区域AR1对于液体(水)50的亲和性高于第2表面区域AR2对于液体(水)50的亲和性。这里，对于包含光学元件60的第1表面区域AR1实施赋予亲液性的亲液化处理(亲水化处理)、对第2表面区域AR2实施赋予防液性的防液化处理(防水化处理)。亲液化处理是指提高对于液体的亲和性的处理，防液化处理是指降低对于液体的亲和性的处理。
表面处理依照液体50的极性来进行。在本实施方式中，由于液体50是极性较大的水，所以作为对于包含光学元件60的第1表面区域AR1的亲水化处理(hydrophilic treatment)，通过用例如乙醇等极性较大的分子构造的物质形成薄膜，对该第1表面区域AR1赋予亲水性。或者还能够对第1表面区域AR1的光学元件60的下面60A及镜筒PK，实施例如使用氧气(O2)作为处理气体进行等离子处理的O2等离子处理，由此在表面聚集了许多极性强的氧气分子(或氧气原子)而赋予亲水性。这样，在作为液体50使用水的情况下希望是在表面配置使第1表面区域AR1持有OH基等极性较大的分子构造的处理。另外，由于第1表面区域AR1包含作为玻璃部件的光学元件60和作为金属部件的镜筒PK，所以在进行亲水化处理的情况下，能够进行在玻璃部件和金属部件上分别用不同的物质形成薄膜等、不同的表面处理。当然，也可以对第1表面区域AR1的玻璃部件及金属部件分别实施相同的表面处理。另外，在形成薄膜的情况下，能够使用涂敷或蒸镀等办法。
另一方面，对包含镜筒PK表面的第2表面区域AR2实施防水化处理(water-repelling treatment)。作为对于第2表面区域AR2的防水化处理，通过用包含例如氟的极性较小的分子构造的物质形成薄膜，对该第2表面区域AR2赋予防水性。或者，还能够实施用四氟化碳(CF4)作为处理气体进行等离子处理的CF4等离子处理由此赋予防水性。在对第2表面区域AR2形成薄膜的情况下也能够使用涂敷或蒸镀等办法。
另外，在本实施方式中，对基片P的表面也按与液体50的亲和性实施表面处理。这里，对基片P的表面实施亲水化处理。作为对于基片P的亲水化处理，如上述那样通过用例如乙醇等极性较大的分子构造的物质形成薄膜对基片P的表面赋予亲液性。此外，在对基片P的表面涂敷乙醇等进行表面处理的情况下，希望在曝光后且下一感光材料的涂敷的前工序、例如，将基片搬送到显影器/涂敷器之前，设置用于洗净涂膜的洗净工序。
而且，通过使第1表面区域AR1对于液体50的亲和性高于第2表面区域AR2对于液体50的亲和性，液体50就在第1表面区域AR1内稳定得以保持。
这里，用于表面处理的薄膜由对于液体50非溶解性的材料所形成。另外，由于在光学元件60所形成的薄膜被配置在曝光光EL的光路上，所以用对于曝光光EL具有透过性的材料来形成，其膜厚也被设定成可透过曝光光EL的程度。
接着，就使用上述的曝光装置EX将掩模M的图案曝光到基片P时的作用进行说明。
一旦掩模M被装入掩模台MST，同时基片P被装入基片台PST，控制装置CONT就驱动液体供给装置1，开始对于空间56的液体供给动作。液体供给装置1沿基片P的移动方向对空间56供给液体50。例如，在朝箭头Xa(参照图2)所示的扫描方向(-X方向)使基片P移动来进行扫描曝光的情况下，使用供给管3、供给喷嘴4A～4C、回收管4以及回收喷嘴5A、5B，借助于液体供给装置1及液体回收装置2来进行液体50的供给及回收。即，在基片P朝-X方向移动之际，经由供给管3及供给喷嘴4(4A～4C)液体50从液体供给装置1被供给到投影光学系统PL与基片P之间，同时经由回收喷嘴5(5A、5B)及回收管6液体50被回收到液体回收装置2，为了充满透镜60与基片P之间液体50在-X方向进行流动。另一方面，在朝箭头Xb所示的扫描方向(+X方向)使基片P移动来进行扫描曝光的情况下，使用供给管10、供给喷嘴8A～8C、回收管11及回收喷嘴9A、9B，借助于液体供给装置1及液体回收装置2来进行液体50的供给以及回收。即，在基片P朝+X方向移动之际，经由供给管10及供给喷嘴8(8A～8C)液体50从液体供给装置1被供给投影光学系统PL与基片P之间，同时经由回收喷嘴9(9A、9B)及回收管11液体50被回收到液体回收装置2，为了充满透镜60与基片P之间液体50在+X方向进行流动。这样，控制装置CONT使用液体供给装置1及液体回收装置2沿基片P的移动方向流过液体50。在该情况下，例如从液体供给装置1经由供给喷嘴4所供给的液体50，由于伴随向基片P的-X方向的移动被引入空间56这样进行流动，所以即便液体供给装置1的供给能量较小也能够将液体50容易地供给空间56。而且，通过依照扫描方向来切换使液体50流动的方向，在沿+X方向或-X方向任一方向扫描基片P的情况下都能够用液体50充满透镜60的前端面7与基片P之间，并能够获得较高的析像度及较广的聚焦深度。
此时，就对投影光学系统PL或基片P未实施表面处理的情况进行考虑。图5是表示未实施表面处理的状态下的液体50的流动的示意图。这里，设投影光学系统PL表面或基片P表面对液体50亲和性较低。
图5(a)是表示基片台PST停止着的状态的图。液体50由供给喷嘴4进行供给，由回收喷嘴5进行回收。此时，由于液体50与基片P的亲和性较低，所以接触角θ较大。图5(b)是表示基片P自基片台PST朝X轴方向开始了移动的状态的图。液体50被进行移动的基片P所张拉而变形。由于液体50与基片P的亲和性较低，所以液体50易于从基片P的表面离开。图5(c)是表示基片台PST上的基片P的移动速度进一步上升后的状态的图。在基片P与液体50之间形成剥离区域(气泡)H1，而且在光学元件60与液体50之间也形成剥离区域H2。若此剥离区域H1、H2被形成在曝光光EL的光路上，则掩模M的图案就不能正确地转印到基片P。
图6是表示如使用图4所说明那样对投影光学系统P的前端部(tipsection)7及基片P表面进行了表面处理的状态下的液体50的流动的示意图。
图6(a)是表示基片台PST停止着的状态的图。由于实施表面处理将液体50与基片P的亲和性提高，所以接触角θ较小。图6(b)是表示基片P自基片台PST朝X轴方向开始了移动的状态的图。由于液体50与基片P的亲和性较高，所以即便基片P移动液体50在基片P上过剩而不会被张拉。另外，由于投影光学系统PL的第1表面区域AR1对于液体50的亲和性也高，所以第1表面区域AR1与液体50不会剥离。此时，由于第1表面区域AR1的周边被对于液体50的亲和性较低的第2表面区域AR2所包围，所以空间56的液体50被稳定配置于空间56而不会流出到外部。图6(c)是表示基片台PST上的基片P的移动速度进一步上升后的状态的图。即使将基片P的移动速度上升，由于对投影光学系统PL及基片P实施了表面处理，所以液体50与投影光学系统PL及基片P之间不会发生剥离。
如以上说明那样，在基于浸液法的曝光处理中，通过对作为与液体50接触的部分的投影光学系统PL的前端部7或基片P的表面实施相应于与液体50的亲和性的表面处理，就可抑制液体50的剥离或气泡的发生等之类的不良情形的发生，并能够在投影光学系统PL与基片P之间稳定配置液体50。从而，能够维持良好的图案转印精度。
此外，与液体50的亲和性相应的表面处理，也可以仅仅对投影光学系统PL的前端部7与基片P表面的某一方进行实施。
另外，在上述实施方式中，将光学元件60的表面60A及镜筒(保持部件)PK的下面一部分设为第1表面区域AR1，对该第1表面区域AR1实施表面处理以使得对于液体50的亲和性变高如此进行了说明。即，亲液化处理区域和防液化处理区域的边界处于镜筒PK下面如此进行了说明，但该边界也可以被设定在光学元件60表面。即，也可以是对光学元件60的一部分区域(至少通过曝光光的区域)实施亲液化处理，对剩余的区域实施防液化处理这样的构成。当然，也可以使亲液化处理区域和防液化处理区域的边界与光学元件60和镜筒PK的边界一致。即，也可以是仅仅对光学元件60进行亲液化处理的构成。进而，上述边界并不限于设定在投影光学系统PL的下面7A，也可以对投影光学系统PL的下面7A全部进行亲液化处理。
进而，在进行表面处理之际，还可以使亲液性(防液性)具有分布。换言之，能够使对于将要表面处理的面上的多个区域的、液体的接触角成为各自不同的值这样来进行表面处理。或者，也可以对亲液化区域和防液化区域适当分割来进行配置。
另外，用于表面处理的薄膜既可以是单层膜也可以是由多个层组成的膜。另外，其形成材料也能够使用金属、金属化合物以及有机物等、只要是能够发挥所希望的性能的材料就能够使用任意的材料。
另外，虽然在光学元件60或基片P的表面处理上薄膜形成或等离子处理等较为有效，但对于作为金属部件的镜筒PK的表面处理，则能够用例如对该镜筒PK的表面进行粗面处理等物理的办法来调整对于液体的亲和性。
此外，虽然在上述的实施方式中，重视投影光学系统PL与基片P之间的液体的稳定保持对基片P表面进行亲液化(亲液处理)，但在重视来自基片P表面的液体的回收或除去的情况下也可以对基片P表面进行防液化(防液处理)。
另外，虽然在上述的实施方式中，对投影光学系统PL的前端部7以及基片P的表面实施相应于与液体50的亲和性的表面处理，但也可以将满足与投影光学系统PL的前端部7和基片P表面的至少一方的亲和性的液体从液体供给装置1进行供给。
如上述那样，本实施方式中的液体50使用了纯水。纯水在半导体制造工厂等能够容易地大量获得，同时还具有没有对于基片P上的光致抗蚀剂(光刻胶)或光学元件(透镜)等的不好影响的优点。另外，纯水没有对于环境的不好影响，同时不纯物的含有量极其低，所以还能够期待对基片P的表面以及设置于投影光学系统PL的前端面的光学元件的表面进行洗净的作用。
而且，纯水(水)相对于波长为193nm程度的曝光光EL的折射率n被认为在1.44～1.47左右，在利用ArF激态复合物激射光(波长193nm)作为曝光光EL的光源的情况下，在基片P上以1/n、即约131～134nm程度被短波长化而得到较高的析像度。进而，聚焦深度与空气中相比以约n倍、即约1.44～1.47倍程度被扩大，所以在能够确保与在空气中使用的情况同程度的聚焦深度即可的情况下，就能够使投影光学系统PL的数值口径进一步增加，在这一点上析像度也将改善。
在本实施方式中，在投影光学系统PL的前端作为光学元件60安装了平行平面板，但作为安装于投影光学系统PL的前端的光学元件，既可以是在投影光学系统PL的光学特性、例如像差(球面像差、彗形像差等)的调整中所用的光学片，也可以是透镜。另一方面，通过将与液体50接触的光学元件设为比透镜廉价的平行平面板，即使在曝光装置EX的搬运、组装、调整时等将使投影光学系统PL的透射系数、基片P上的曝光光EL的照度以及照度分布的均一性降低的物质(例如硅族有机物等)附着于该平行平面板，仅在供给液体50之前更换该平行平面板即可，具有比将与液体50接触的光学元件设为透镜的情况其更换成本低之类的优点。即，由于因曝光光EL的照射而从抗蚀剂发生的飞溅粒子、或起因于液体50中的不纯物的附着等而弄脏与液体50接触的光学元件的表面，所以需要定期地更换该光学元件，通过将该光学元件设为廉价的平行平面板，与透镜相比就能够使更换部件的成本变低，且能够使更换所要的时间变短，还能够抑制维修成本(运转成本)的上升或生产能力的低下。
另外，在因液体50的流动所产生的投影光学系统PL的前端的光学元件与基片P之间的压力较大的情况下，还可以不是可更换该光学元件而是牢固地固定光学元件以使其不会因该压力而活动。
此外，虽然本实施方式的液体50是水，但也可以是水以外的液体，例如，在曝光光EL的光源为F2激光器的情况下，由于该F2激射光不会透过水，所以作为液体50还可以是可透过F2激射光的例如氟族油(氟族的液体)和过氟化聚醚(PFPE)。在该情况下，通过在投影光学系统PL与液体50接触的部分或基片P表面用例如包含氟的极性较小的分子构造的物质形成薄膜来进行亲液化处理。另外，作为液体50，除此以外还可以使用具有对于曝光光EL的透过性且折射率尽可能高、对在投影光学系统PL或基片P表面所涂敷的光致抗蚀剂稳定的液体(例如洋杉油：cedar oil)。在此情况下表面处理也依照所用的液体50的极性来进行。
接着，就本发明的第2实施方式参照图7进行说明。
本实施方式的曝光装置EX中，在设投影光学系统PL的下面7A与基片P表面之间的液体50的厚度(这里是投影光学系统PL与基片P的间隔)为d、投影光学系统PL与基片P之间的液体50的流动速度为v、液体50的密度为ρ、液体50的粘性系数为μ的情况下，进行设定以满足如下条件式：
(v·d·ρ)/μ≤2000   ...(3)
据此，在空间56中液体50成为层流进行流动。此外，虽然在液体50中，依照该液体中的位置还考虑存在不同的多个流动速度V，但只要使其最大速度Vmax满足上述(3)式即可。
为了满足上述条件式(3)，控制装置CONT调整利用液体供给装置1对于空间56的液体的每单位时间的供给量和利用液体回收装置2的空间56的液体的每单位时间的回收量中的至少一方。由此，就能够决定流过空间56的液体50的速度v，并满足条件式(3)。通过满足条件式(3)液体50就在空间56成为层流进行流动。
或者，控制装置CONT也能够通过经由基片台PST调整基片P向扫描方向的移动速度来满足条件式(3)。即，有时流过空间56的液体50的速度v用基片P的移动速度来进行决定。即，还存在基片P上的液体50因基片P的移动而被基片P拖拽来进行流动的可能性。在此情况下通过调整基片P的移动速度来满足条件式(3)。例如，在基片P与液体50以大致相同的速度相对于投影光学系统PL流动的情况下，将基片P的移动速度设为液体50的速度v以满足条件式(3)即可。在此情况下液体50也在空间56成为层流进行流动。另外，在该情况下，就能够仅仅用基片P的移动速度的调整使液体50的流动层流化，而不需要在基片P的曝光中务必使液体供给装置1及液体回收装置2动作。
此外，为了使上述条件式(3)得到满足，还可以将液体50的厚度(即投影光学系统PL与基片P之间的距离)d作为曝光装置的设计值预先进行设定，并基于此来决定速度v，也可以将速度v作为设计值预先进行设定，并基于此来决定厚度(距离)d。
另外，为了在空间56中使液体50成为层流进行流动，例如图8(a)所示，在连接到液体供给装置1的供给喷嘴4的开口部设置狭缝，如图8(b)所示，通过在供给喷嘴4的开口部设置多孔性体就能够对液体50进行整流以层流状态进行流动。
然后，通过液体50成为层流进行流动，就可抑制因压力的变动而造成的折射率变化或振动之类的不良情形，并能够维持良好的图案转印精度。进而，通过对投影光学系统PL之中与液体50接触的部分或基片P表面实施表面处理，同时设定曝光装置EX以满足上述条件式(3)来进行曝光处理，空间56的液体50就不会对图案转印精度带来影响而被设定成更进一步的良好状态。
虽然在上述的实施方式中，采用在投影光学系统PL与基片P之间局部用液体充满的曝光装置，但对于使保持曝光对象的基片的保持工作台在液槽之中进行移动的浸液曝光装置或，在工作台上形成规定深度的液体槽并在其中保持基片的浸液曝光装置也可以适用本发明。关于使保持曝光对象的基片的工作台在液槽之中进行移动的浸液曝光装置的构造及曝光动作，例如在日本专利公开特开平6-124873号公报中进行了公开，关于在工作台上形成规定深度的液体槽并在其中保持基片的浸液曝光装置的构造及曝光动作，例如在日本专利公开特开平10-303114号公报或美国专利第5,825,043号中分别进行了公开，在本国际申请所指定或选定的国家的法令所允许的范围内，援引这些文献的记载内容并作为本文记载的一部分。
此外，虽然在上述实施方式中，利用液体供给装置1及液体回收装置2即便在上述基片P的曝光中也继续进行液体50的供给及回收，但也可以在基片P的曝光中停止利用液体供给装置1及液体回收装置2的液体50的供给及回收。即，在基片P的曝光开始前，在投影光学系统PL的前端部7与基片P之间、以出现投影光学系统PL的工作距离以下(0.5～1.0mm程度)的厚度的浸液部分的程度、或者，在基片P的全面上出现薄的液膜的程度，由液体供给装置1将少量的液体50供给基片P上，经由该液体50将投影光学系统PL的前端部7与基片P粘附起来。由于投影光学系统PL的前端部7与基片P的间隔为数mm以下，所以在基片P的曝光中即便不进行利用液体供给装置1及液体回收装置2的液体的供给及回收将基片P移动，借助于液体50的表面张力在投影光学系统PL与基片P之间也能够继续保持液体。另外，也不会因来自液体供给装置1的液体供给而损伤基片P上的抗蚀剂(感光膜)。在该情况下，若在基片P的周缘以规定宽度实施不沾液体50的涂层(在液体为水的情况下为防水敷层)，就能够防止液体50从基片P上流出。此外，不言而喻在移动基片P的情况下，使液体50中不发生湍流以满足上述条件式(3)。
另外，虽然在上述的实施方式中，在基片台PST上进行液体(50)的供给，但也可以在基片P被搬入基片台PST上之前在基片P上供给液体。在该情况下，如果将基片P上的一部分或者全面所供给的液体的厚度设为0.5～1.0mm程度，就能够借助于表面张力使液体载放在基片P上原封不动地进行向基片台PST的搬入、从基片台PST的搬出。另外在此情况下如果在基片P的周缘实施规定宽度的防液涂层，就能够提高基片P上的液体的保持力。这样，通过在基片P上保持液体不动、进行基片P向基片台PST的搬入及基片P从基片台PST的搬出，就能够省去在基片台PST上进行液体的供给及回收的机构。
此外，虽然在上述实施方式中是投影光学系统PL与基片P表面之间用液体50充满的构成，但例如也可以是如图9所示那样，在基片P的表面上安装由平行平面板组成的玻璃盖片65的状态下充满液体50的构成。这里，玻璃盖片65经由支承部材66被支承在Z工作台51上，用玻璃盖片65、支承部材66及Z工作台51所形成的空间57是大致密闭空间。然后，在此空间57内部配置有液体50及基片P。玻璃盖片65由对曝光光EL具有透过性的材料所构成。然后，对玻璃盖片65的表面与投影光学系统PL之间的空间56’，进行利用液体供给装置1及液体回收装置2的液体50的供给及回收，对玻璃盖片65的表面与投影光学系统PL的前端部7进行设定以使得在设间隔为d的情况下在空间56’中满足上述条件式(3)。
然后，对该玻璃盖片65的表面(上面)，也能够实施相应于与液体50的亲和性的表面处理。由于希望玻璃盖片65的表面进行亲液化处理，所以在液体50为水的情况下，在玻璃盖片65的表面用极性的较大分子构造的物质来形成薄膜。
此外，作为上述各实施方式的基片P，不仅是半导体器件制造用的半导体晶片，还可适用显示器件用的玻璃基片或、薄膜磁头用的陶质片、或者在曝光装置中所用的掩模或网线的原版(合成石英、硅晶片)等。
作为曝光装置EX，除了同步移动掩模M与基片P对掩模M的图案进行扫描曝光的步进扫描(step-and-scan)方式的扫描型曝光装置(scanning stepper)以外，还能够适用于在使掩模M与基片P静止的状态下对掩模M的图案进行总括曝光，使基片P依次步进移动的步进重复(step-and-repeat)方式的投影曝光装置(stepper：逐次移动式曝光装置)。另外，本发明还能够适用于在基片P上将至少2个图案部分重叠进行转印的步进缝合(step-and-stitch)方式的曝光装置。
另外，本发明还能够适用于双工作台(twin-stage)型的曝光装置。双工作台型的曝光装置的构造及曝光动作，例如在日本专利公开特开平10-163099号及日本专利公开特开平10-214783号(对应美国专利6,341,007、6,400,441、6,549,269以及6,590,634)、特表2000-505958号(对应美国专利5,969,441)或者美国专利6,208,407中进行了公开，在本国际申请所指定或选定的国家的法令中所允许的范围内，分别援引这些公开并作为本文记载的一部分。
作为曝光装置EX的种类，并不限于在基片P上曝光半导体元件图案的半导体元件制造用的曝光装置，在液晶显示元件制造用或显示器制造用的曝光装置或者用于制造薄膜磁头、摄像元件(CCD)或者网线或掩模等的曝光装置等中也能够广泛适用。
在基片台PST或掩模台MST中使用线性马达的情况下，也可以使用利用了空气轴承的空气浮起型以及利用了劳伦兹力或者电抗力对磁悬浮型中的某一种。另外，各工作台PST、MST既可以是沿导轨移动的类型，也可以是不设置导轨的无导向类型。在工作台中利用线性马达的例子在美国专利5,623,853以及5,528,118中进行了公开，在本国际申请所指定或选定的国家的法令中所允许的范围内，分别援引这些文献的记载内容并作为本文记载的一部分。
作为各工作台PST、MST的驱动机构，还可以使用将二维配置了磁铁的磁铁单元、二维配置了线圈的电枢单元对置借助于电磁力来驱动各工作台PST、MST的平面马达。在该情况下，将磁铁单元和电枢单元中的某一方连接到工作台PST、MST，将磁铁单元和电枢单元的另一方设置于工作台PST、MST的移动面侧即可。
为了使因基片台PST的移动而发生对反力不传给投影光学系统PL，也可以使用框架部件以机械方式释放到地面(大地)。该反力的处理方法，例如，在美国专利5,528,118(日本专利公开特开平8-166475号公报)中详细地进行了公开，在本国际申请所指定或选定的国家的法令中所允许的范围内，援引此文献的记载内容并作为本文记载的一部分。
为了使因掩模台MST的移动而发生对反力不传给投影光学系统PL，也可以使用框架部件以机械方式释放到地面(大地)。该反力的处理方法，例如，在美国专利第5,874,820(日本专利公开特开平8-330224号公报)中详细地进行了公开，在本国际申请所指定或选定的国家的法令中所允许的范围内，援引该文献的公开并作为本文记载的一部分。
如以上那样，本申请实施方式的曝光装置EX通过组装包含本申请专利要求的范围中列举的各构成要素的各种子系统以确保规定对机械精度、电气精度、光学精度来进行制造。为了确保这些各种精度，在此组装前后，对于各种光学系统进行为了达到光学精度的调整、对于各种机械系进行为了达到机械精度的调整、对于各种电气系统进行为了达到电气精度的调整。从各种子系统到曝光装置的组装工序，包含各种子系统相互的机械连接、电气电路的配线连接、气压电路的配管连接等。不言而喻在从此各种子系统到曝光装置的组装工序之前，有各子系统各自的组装工序。一旦各种子系统向曝光装置的组装工序结束，就进行综合调整，确保作为曝光装置全体的各种精度。此外，希望曝光装置的制造在管理了温度以及清洁度等的清洁室中进行。
半导体器件等的微器件，如图10所示经以下步骤来进行制造，即，进行微器件的功能·性能设计的步骤201，制作基于该设计步骤的掩模(网线)的步骤202、制造作为器件的基材的基片的步骤203、通过前述实施方式的曝光装置EX将掩模的图案在基片上进行曝光的曝光处理步骤204、器件组装步骤(包含切割工序、键合工序、封装工序)205以及检查步骤206等。此外，在曝光处理步骤204中，包含在曝光前为了对基片与液体的亲水性进行调整而进行基片的表面处理的步骤。
产业上的可利用性
根据本发明，在浸液曝光中，就能够在投影光学系统与基片之间对液体的剥离或气泡的发生、或者湍流的发生进行抑制，使液体以所希望的状态进行维持，所以能够在宽广聚焦深度之下准确地进行图案转印。从而，本发明对使用ArF等短波长光源的曝光而言极其有用，能够制造具有所希望的性能的高集成化器件。

Claims (10)

1.一种经由液体将图案像转印到基片上以对基片进行曝光的曝光装置，具备：
将上述图案像投影到基片的投影光学系统，
其中，上述投影光学系统具有：包含处于上述投影光学系统的前端的光学元件表面的第1表面区域；和第1表面区域周边的第2表面区域，
第1表面区域对于上述液体的亲和性高于第2表面区域对于上述液体的亲和性。
2.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：
通过使上述第1表面区域对于上述液体的亲和性比上述第2表面区域对于上述液体的亲和性还高，将上述液体保持在上述第1表面区域内。
3.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：
上述第1表面区域包括进行上述曝光的光束所透射的区域。
4.按照权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：
上述第2表面区域包括上述光学元件的除了上述第1表面区域的部分。
5.按照权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：
上述第2表面区域包括保持上述光学元件的保持部件的下面的除了上述第1表面区域的部分。
6.一种器件制造方法，其特征在于：
利用权利要求1所述的曝光装置来制造器件。
7.一种利用投影光学系统将图案像投影到基片上以对基片进行曝光的曝光方法，包括：
在曝光前对基片的周缘施加不沾液体的涂层；
将投影光学系统与基片之间的至少一部分空间用液体进行充满；以及
将图案像经由液体投影到基片上。
8.按照权利要求7所述的曝光方法，其特征在于：
一边将上述基片在扫描方向移动一边进行上述基片的曝光。
9.按照权利要求7所述的曝光方法，其特征在于：
上述表面处理依照上述液体的极性来进行。
10.一种器件制造方法，其特征在于：
利用权利要求7所述的曝光方法来制造器件。
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