WO2004086470A1

WO2004086470A1 - 露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: WO2004086470A1
Application number: PCT/JP2004/003928
Authority: WO
Inventors: Masaomi Kameyama
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US20060268249A1; US8018570B2; US20060012765A1; US20080030697A1; KR101345474B1; JP4353179B2; JP2012080148A; KR20050110033A; JP2009158977A; JP4858569B2; US7916272B2; KR101181688B1; JPWO2004086470A1; EP1610361A1; JP2014030061A; EP1610361B1; US8804095B2; JP5626230B2; US8558987B2; JP5333416B2

Abstract

この露光装置EXは、投影光学系PLと基板Pとの間を液体30で満たした状態で、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上に投影し、基板Pを露光する。この露光装置EXは、液体30の気化を抑制する気化抑制ユニット20を備えている。

Description

明細書 • 露光装置及びデバィス製造方法技術分野

本発明は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たした状態で投影光学系と液体とを介して基板にパターンを露光する露光装置及びこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

本出願は、 2003年 3月 25日に出願された日本国特許出願 2003-83 329号に対し優先権を主張し、その内容を本明細書に援用する。背景技術

半導体デバイスゃ液晶表示デバィスは、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置は、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。近年、デバ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くなるほど、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 248 n mであるが、更に短波長の A r Fエキシマレーザの 193 nm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（DOF) 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 _χ - λ/ΝΑ ■■■ (1)

δ =±k₂ · λ/ΝΑ² ··· (2)

ここで、えは露光波長、 Ν Αは投影光学系の開口数、 1^、 k₂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； L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恐れがある。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、例えば国際公開第 9 9 / 4 9 5 0 4号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、液体中での露光光の波長が、空気中の l Z n ( n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 n倍に拡大するというものである。

ところで、従来の露光装置（ドライ露光用露光装置）のチャンバ内は低湿度化されている上、空調により気流が生じており、液体が気化しやすい雰囲気が形成されている。したがって、従来の露光装置のチャンバ内と同様の環境下で液浸露光を行おうとすると、液浸露光用の液体が気化し、その液体やその液体が接触している投影光学系（一部の光学素子）、あるいは基板の温度の制御精度を維持できない可能性がある。また投影光学系の温度変化により投影像が劣化したり、基板の温度変化により基板の変形（伸縮）が生じ、パターンの重ね合わせ精度を悪化する可能性がある。

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、液浸法に基づいて露光処理する際、パターンの像を基板上に精度良く形成できる露光装置及ぴデパイス製造方法を提供することを目的とする。また、液浸露光用の液体温度や露光対象である基板温度を所望の温度に設定、維持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。発明の開示

本発明の露光装置は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、該基板を露光する露光装置であって、液体の気化を抑制する気化抑制装置を備える。

また、本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置を用いる。

本発明によれば、気化抑制装置により液浸露光用の液体の気化を抑制するようにしたので、液体の気化による投影光学系や基板、あるいは液浸露光用の液体の温度変化を抑えて所望の温度に設定、維持することができる。したがって、温度変化に起因する投影光学系の投影像の劣化や基板変形などが抑えられ、パターンの像を基板上に精度良く形成できる。

本発明の露光装置は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、該基板を露光する露光装置であって、液体との接触部分を取り囲む閉空間を形成する部材と、その閉空間内部の蒸気圧が、その閉空間外部の蒸気圧よりも高くする蒸気圧調整装置とを備える。

本発明によれば、液体との接触部分を含む閉空間の蒸気圧が高いので、液体の気化によって、投影光学系や基板などの液体接触部分の温度変化を抑制することができる。したがって、パターンの像を基板上に精度良く形成できる。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図である。

図 2は、投影光学系の先端部付近を示す要部の拡大図である。 ' 図 3は、供給ノズル及ぴ回収ノズルの配置例を示す図である。

図 4は、供給ノズル及ぴ回収ノズルの配置例を示す図である。

図 5は、本発明の露光装置の第 2実施形態の要部の拡大図である。

図 6は、半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせてもよいし、周知の他の構成を付加または置換してもよい。

図 1は本発明の露光装置 E Xの第 1実施形態を示す概略図である。

図 1において、露光装置 E Xは、マスク Mを支持するマスクステージ M S Tと、基板 Pを支持する基板ステージ P S Tと、マスクステージ M S Tに支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 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に支持されている基板 Pに投影露光する投影光学系 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。本実施形態の露光装置 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で満たして液浸領域 A R 2を形成する液浸ュニット 1 0を備えている。液浸ュニット 1 0は、基板 P上に液体 3 0を供給する液体供給装置 1と、基板 P上の液体 3 0を回収する液体回収装置 2とを備えている。露光装置 E Xは、少なくともマスク Mのパターン像を基板 P上に転写している間、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の投影領域 A R 1を含む基板 P上の一部に液浸領域 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の先端部の光学素子 P L aと基板 Pの表面との間に液体 3 0を満たし、この投影光学系 P Lの光学素子 P L aと基板 Pとの間の液体 3 0、及び投影光学系 P L を介してマスク Mのパターン像を基板 P上に投影し、基板 Pを露光する。更に露光装置 E Xは、後に詳述する液体 3 0の気化を抑制する気化抑制装置の少なくとも一部を構成する気化抑制ュニット 2 0を備えている。

本実施形態では、露光装置 E Xとしてマスク Mと基板 Pとを走查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に露光する走查型露光装置（所謂スキャニングステッパ）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軸方向及ぴ Y軸方向に垂直な方向（非走查方向）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、 0 X、 0 Y、及び Θ Ζ方向とする。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 M S Tに支持されているマスク Μを露光光 Ε 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ィンテグレータ、オプティカルィンテグレータからの露光光 ELを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光 EL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 EL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) 及ぴ？₂レーザ光（波長 1 57 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を支持するものであって、投影光学系 P の光軸 A Xに垂直な平面内、すなわち XY平面内で 2次元移動可能及ぴ 6 Z方向に微小回転可能である。マスクステージ MS Tはリニアモータ等で構成される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 T Dは制御装置 CONTにより制御される。マスクステージ MS T上には移動鏡⁵ 0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上のマスク 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 CO NTはレーザ干渉計 51の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置 M STDを駆動することでマスクステージ M S Tに支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 βで基板 Ρに投影露光するものであって、基板 Ρ側の先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 PKで支持されている。本実施形態において、投影光学系 PLは、投影倍率が例えば 1Z4あるいは 1ノ 5の縮小系である。投影光学系 P Lは等倍系及び拡大系のいずれでもよレ、。また、本実施形態の投影光学系 PLの先端部の光学素子 PL aは鏡筒 PKに対して着脱（交換）可能に設けられており、光学素子 PL aには液浸領域 AR 2 を形成する液体 30が接触する。基板ステージ P STは基板 Pを支持するものであって、基板 Pを基板ホルダを介して保持する Zステージ 52と、 Zステージ 52を支持する XYステージ 53 とを有しており、この基板ステージ P STの XYステージ 53はベース 54に支持されている。基板ステージ P STはリニアモータ等で構成される基板ステージ駆動装置 P STDにより駆動される。基板ステージ駆動装置 P S TDは制御装置 CONTにより制御される。 Zステージ 52を駆動することにより、 Zステージ 52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 0 X、 0 Y方向における位置が制御される。また、 XYステージ 53を駆動することにより、基板 Pの XY方向における位置（投影光学系 PL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 52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、及ぴ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、 XYステージ 53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 XY ステージとを一体的に設けてもよい。基板ステージ P ST (Zステージ 52) 上には移動鏡 55が設けられている。また、移動鏡 55に対向する位置にはレーザ干渉計 56が設けられている。基板ステージ P ST上の基板 Pの 2次元方向の位置、及ぴ回転角はレーザ干渉計 56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 C O N Tはレーザ干渉計 56の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置 P STDを駆動することで基板ステージ P S Tに支持されている基板 Pの位置決めを行う。

液浸ュニット 10の液体供給装置 1は所定の液体 30を基板 P上に供給して投影光学系 P Lと基板 Pとの間の少なくとも一部を液体 30で満たすものであって、液体 30を収容するタンク、液体 30内の異物を除去するフィルタ、及ぴ加圧ポンプ等を備えている。更に液体供給装置 1は、基板 P上に供給する液体 30の温度を調整する温度調整装置を備えている。温度調整装置は供給する液体 30の温度を例えば露光装置 E Xが収容されているチヤンパ装置内部の空間の温度とほぼ同程度に設定する。液体供給装置 1には供給管 3の一端部が接続され、供給管 3 の他端部には供給ノズル 4が接続されている。供給ノズル 4は基板 Pに近接して配置されており、液体供給装置 1は供給管 3及び供給ノズル 4を介して投影光学系 P Lと基板 Pとの間に液体 3 0を供給する。また、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による単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。

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エキシマレ一ザ光のみならず、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 U V光）も透過可能である。

液体回収装置 2は基板 P上の液体 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、及び回収した液体 3 0を収容するタンク等を備えている。液体回収装置 2には回収管 6の一端部が接続され、回収管 6の他端部には回収ノズル 5が接続されている。回収ノズル 5は基板 Pに近接して配置されており、液体回収装置 2は回収ノズル 5及び回収管 6を介して液体 3 0を回収する。また、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。制御装置 C O N Tは液体供給装置 1を駆動 'し、供給管 3及び供給ノズル 4を介して基板 P上に単位時間あたり所定量の液体 3 0を供給するとともに、液体回収装置 2を駆動し、回収ノズル 5及び回収管 6を介して単位時間当たり所定量の液体 3 0を基板 P上より回収する。これにより、投影光学系 P Lの先端部 P L aと基板 Pとの間に液体 3 0が配置されて液浸領域 A R 2が形成される。

気化抑制ュ-ット 2 0は、液体 3 0の周囲を所定の蒸気圧よりも高くすることで液体 3 0の気化を抑制する。この気化抑制ュニット 2 0は、投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 3 0の周囲の空間を囲む隔壁部材 2 1と、隔壁部材 2 1により形成され、前記液体 3 0の周囲の空間を含む閉空間 2 4に蒸気を供給する供給装置の少なくとも一部を構成する加湿器 2 8とを備えている.。隔壁部材 2 1は、基板ステージ P S T ( Zステージ 5 2 ) の周縁部付近に基板 Pを取り囲むように取り付けられ、所定の高さの壁面を有する壁部材 2 2と、投影光学系 P Lの鏡筒 P Kに取り付けられ、 X Y平面とほぼ平行で所定の大きさの下面を有する蓋部材 2 3とを備えている。蓋部材 2 3は投影光学系 P L (鏡筒 P K) を支持する不図示の支持部材に取り付けられていてもよい。隔壁部材 2 1を構成する壁部材 2 2 及び蓋部材 2 3により、投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 3 0及び基板 Pを囲む閉空間 2 4が形成される。壁部材 2 2の上端部と蓋部材 2 3の下面との間には、基板ステージ P S Tの X軸、 Y軸、 Z軸方向への移動、及び基板ステージ P S Tの傾斜を妨げないように、僅かな隙間 2 5が形成されている。また、蓋部材 2 3の一部には供給管 3及び回収管 6をそれぞれ配置可能な貫通孔が設けられている。供給管 3及び回収管 6のそれぞれと貫通孔との間には流体の流通を規制するシール部材（図示略）が設けられている。

基板ステージ P S T上に設けられた壁部材 2 2の一部には貫通孔 2 6が形成されており、この貫通孔 2 6には伸縮自在に設けられた配管 2 7の一端部が接続されている。一方、配管 2 7の他端部には、閉空間 2 4に蒸気を供給する加湿器 2 8が接続されている。加湿器 2 8は高湿度気体を配管 2 7を介して閉空間 2 4に供給するものであって、液体 3 0と同じ物質の蒸気を供給する。本実施形態において液体 3 0は水（純水）であるため、加湿器 2 8は閉空間 2 4に水蒸気を供給する。加湿器 2 8の蒸気供給動作は制御装置 C O N Tに制御される。そして、気化抑制ュ-ット 2 0は加湿器 2 8によって閉空間 2 4に対して蒸気を供給することにより、隔壁部材 2 1の内側の閉空間 2 4内の蒸気圧（蒸気相の圧力）を、その外側（すなわちチャンバ装置内部）より高くする。

図 2は、露光装置 E Xの投影光学系 P Lの先端部近傍を示す正面図である。投影光学系 P Lの最下端の光学素子 P L aは、先端部が走査方向に必要な部分だけを残して Y軸方向（非走査方向）に細長い矩形状に形成されている。走査露光時には、光学素子 P L aの直下の矩形の投影領域 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がー 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— X方向）に速度 /3 - V ( j3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 Pのステッピング移動により次のショット領域が走査開始位置に移動し、以下、ステップ ·アンド ·スキャン方式で各シヨット領域に対する露光処理が順次行われる。本実施形態では、基板 Pの移動方向と平行に、基板 Pの移動方向と同一方向に液体 3 0を流すように設定されている。図 3は、投影光学系 PLの投影領域 AR 1と、液体 30を X軸方向に供給する供給ノズル 4 (4A〜4 C) と、液体 30を回収する回収ノズル 5 (5A、 5 B) との位置関係を示す図である。図 3において、投影光学系 PLの投影領域 λΐ ΐ は Y軸方向に細長い矩形状となっており、投影領域 A R 1を X軸方向に挟むように、 +X方向側に 3つの供給ノズル 4 A〜4 Cが配置され、一X方向側に 2つの回収ノズル 5 A、 5 Bが配置されている。供給ノズル 4 A〜 4 Cは供給管 3を介して液体供給装置 1に接続され、回収ノズル 5 A、 5 Bは回収管 6を介して液体回収装置 2に接続されている。また、供給ノズル 4 A〜4 Cと回収ノズル 5 A、 5 Bとをほぼ 1 80° 回転した配置に、供給ノズル 8 A〜 8 Cと、回収ノズル 9 A、 9Bとが配置されている。供給ノズル 4 A〜4Cと回収ノズル 9A、 9Bとは Y軸方向に交互に配列され、供給ノズル 8 A〜8 Cと回収ノズル 5 A、 5 Bとは Y軸方向に交互に配列され、供給ノズル 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、回収ノズル 9 A、 9 Bは回収管 12を介して液体回収装置 2に接続されている。

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に露光する手順について説明する。

マスク Mがマスクステージ MS T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は液浸ュニット 10の液体供給装置 1及び液体回収装置 2を駆動して投影光学系 P Lと基板 Pとの間に液浸領域 AR 2を形成する。また、制御装置。 ONTは気化抑制ュニット 20の加湿器 2 8を駆動し、液浸領域 AR 2を形成する液体 30の周囲の空間を含む閉空間 24 に対して蒸気を供給し、この閉空間 24の蒸気相の圧力を所定の蒸気圧よりも高くする。具体的には、気化抑制ュニット 20は閉空間 24に高湿度気体である水蒸気を供給することでこの閉空間 24を液体（純水） 30の飽和蒸気圧にする。閉空間 24の蒸気圧は、閉空間 24の外側の蒸気圧よりも高くなる。通常、閉空間 24の外側、すなわち露光装置 EXを収容するチャンバ装置内の湿度は 30 〜 40 %であるが、閉空間 24には気化抑制ュニット 20の加湿器 28により水蒸気の供給が続けられているため、空間 24内部は常に飽和蒸気圧近く（湿度 9 5 %程度）に維持される。壁部材 22の上端部と蓋部材 23との間に設けられている隙間 2 5は非常に僅かであるため、空間 2 4内を飽和蒸気圧近くに維持することが可能となっている。

矢印 X a (図 3参照）で示す走查方向（一 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、供給ノズル 4 A〜4 C、回収管 6、及ぴ回収ノズル 5 A、 5 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。一方、矢印 X bで示す走査方向（+ X方向）に基板 P を移動させて走査露光を行う場合には、供給管 1 1、供給ノズル 8 A〜8 C、回収管 1 2、及び回収ノズル 9 A、 9 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。このように、液浸ュニット 1 0 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。この場合、例えば液体供給装置 1 から供給ノズル 4 A〜4 Cを介して供給される液体 3 0は基板 Pの一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でも液体 3 0を投影光学系 P Lと基板 Pとの間に容易に供給できる。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方向あるいは一 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、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。また、壁部材 2 2の上端部と蓋部材 2 3との間に微小隙間 2 5が設けられているので、閉空間 2 4内を飽和蒸気圧近くに維持しつつ、基板ステージ P S Tを移動することもできる。以上説明したように、液浸領域 A R 2を形成する液体 3 0及び基板 Pの周囲に隔壁部材 2 1により閉空間 2 4を形成し、この閉空間 2 4内に水蒸気を供給するようにしたので、液体 3 0、あるいは投影光学系 P Lの先端部や基板 Pに付着した液体 3 0の気化を抑制することができ、液体 3 0、投影光学系 P L、及び基板 Pを所望の温度に維持することができる。特に、基板 P上の液体を回収しながら、基板 P上の一部に液浸領域を形成する場合に、基板 P上に回収しきれなかった残留液体が付着していても、その残留液体の気化を防止でき、基板 Pの温度変化や変形（伸縮）を抑制できる。また投影光学系 P Lの光学素子 P L aの側面に液体が付着しても、その付着した液体の気化を防止することができるので、光学素子 P L aの温度変化や変形を抑えることができる。

本実施形態においては、基板ステージ P. S Tに取り付けられている移動鏡 5 5 は、閉空間 2 4の外側に設けられているため、移動鏡 5 5を用いた干渉計 5 6による基板ステージ P S Tの位置計測が、閉空間 2 4内の環境の影響を受けることがない。また、閉空間 2 4を加湿するために、液体（純水） 3 0と同じ純水の水蒸気を閉空間 2 4に供給しているので、投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 (純水） 3 0の純度を低下させたり、透過率などの特 14を変化させることもない。本実施形態では、閉空間 2 4に供給される蒸気は液浸領域 A R 2を形成する液体 3 0と同じ物質であるが、投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 3 0の純度の低下がある程度許容される場合には、液体供給装置 1から供給される液浸領域 A R 2形成用の液体 3 0と閉空間 2 4内に供給される蒸気とは同じ物質でなくてもよい。

本実施形態においては、閉空間 2 4内をほぼ飽和蒸気圧（湿度 9 5 %程度）にしているが、それよりも低い例えば 6 0 %程度でもよレ、。すなわち、閉空間 2 4 の蒸気相の圧力を飽和蒸気圧より低い所定の蒸気圧にしてもよい。ここで、所定の蒸気圧は、液体 3 0の気化に起因する投影光学系 P Lの先端部や基板 P、あるいは液体 3 0の温度変動により生じるパターン転写精度変動を、許容範囲内に納めることができる圧力である。したがって、気化抑制ユニット 2 0は、液浸領域 A R 2を形成するための液体 3 0の周囲を前記所定の蒸気圧より高くすることにより、パターン転写精度を許容範囲内に納めることができる。

本実施形態の液体 3 0は水（純水）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 ₂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 3 0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の液体（例えば、フォンブリン、 P F P E ) であってもよい。その場合、基板 Pの周囲（閉空間 2 4 ) にはフッ素系の液体の蒸気が供給される。フッ素系の液体を液浸露光用に使用した場合、その液体と同じものを気化させてその蒸気を閉空間 2 4内に供給すればよい。また、液体 3 0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。

いずれの場合にも、基板 Pの周囲（閉空間 2 4 ) には、その液体と同じ物質の蒸気、あるいはその液体を気化させることによって生じる蒸気と同じ組成をもつ蒸気を供給すればよい。 . 上記各実施形態において、上述したノズルの形状は特に限定されるものでなく、例えば投影光学系 P Lの投影領域 A R 1の長辺について 2対のノズルで液体 3 0 の供給又は回収を行うようにしてもよい。この場合には、 + X方向または一 X方向のどちらの方向からも液体 3 0の供給及ぴ回収を行うことができるようにするため、供給ノズルと回収ノズルと上下に並べて配置してもよい。

また、図 4に示すように、投影光学系 P Lの投影領域 A R 1を挟んで Y軸方向両側のそれぞれに供給ノズル 4 1、 4 2及び回収ノズル 4 3、 4 4を設けることもできる。この供給ノズル及ぴ回収ノズルにより、ステッピング移動する際の基板 Pの非走查方向（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、投影光学系 P Lの投影領域 A R 1を取り囲むように液体 3 0の供給ノズル及び回収ノズルを設けておけば、基板 Pを Y軸方向にステッピング移動させる際など、基板 Pの移動方向に応じて、液体 3 0の流れる方向を切り替えることも可能である。

次に、本発明の露光装置 E Xの第 2実施形態について図 5を参照しながら説明する。以下の説明において、上述した第 1実施形態と同一又は同等の構成部分に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において、気化抑制ュ-ット 2 0は、ベース 5 4上に取り付けられた隔壁部材 6 0を有している。すなわち、上記第 1実施形態に係る隔壁部材 2 1は壁部材 2 2及び蓋部材 2 3により構成され、隙間 2 5が形成されているが、本実施形態に係る隔壁部材 6 0には隙間が無く、この隔壁部材 6 0により形成される閉空間 6 1は略密閉空間である。この場合、基板ステージ P S Tは閉空間 6 1内をべース 5 4上で移動することになる。閉空間 6 1を略密閉空間とすることにより、この閉空間 6 1内を液体 3 0の飽和蒸気圧近くに維持することが容易となるばかりでなく、閉空間 6 1の外側への影響を無くすことができる。ここで、基板ステージ P S Tの位置計測に用いる干渉計の計測光は閉空間 6 1内を通過する場合があるが、閉空間 6 1内の蒸気により計測動作に影響を与えないように、計測光の光路を伸縮自在の管状部材で覆うことができる。

上記第 1、第 2実施形態では、液浸領域 A R 2を形成するための液体 3 0及び基板 Pの周囲を閉空間にし、この閉空間内に蒸気を供給する構成であるが、閉空間を形成すること無しに、単に、液体 3 0の周囲（投影光学系 P Lの先端部付近、基板 Pの表面付近）に蒸気を吹き付けることにより、液浸領域 A R 2を形成するための液体 3 0の気化を抑制するようにしてもよい。この場合、上述同様、その蒸気によって干渉計の計測に影響を与えないように干渉計の光路（光束）を管状部材で覆うようにしてもよい。

また、上述の第 1、第 2実施形態において、閉空間 2 4、 6 1内に湿度センサを配置し、その湿度センサの出力に基づいて加湿器 2 8を制御するようにしてもよい。

また基板 Pの露光終了後、閉空間 2 4， 6 1内の蒸気圧を、閉空間 2 4， 6 1 の外側の空間の蒸気圧とほぼ同じにしてから、基板 Pを閉空間 2 4 , 6 1から搬出するようにしてもよい。

上記第 1、第 2実施形態においては、閉空間 2 4、 6 1内に蒸気を供給する加湿器 2 8を設けているがこれを省いても構わない。すなわち、閉空間 2 4、 6 1 を形成するのみでも、基板 Pや投影光学系 P Lの先端付近に接触（付着）する液体を、装置を収容するチャンバ内の乾燥した空気、あるいはチャンバ内の気流との接触から守ることができるため、液体の気化を抑制することができる。

また、上記第 1、第 2実施形態においては、閉空間 2 4、 6 1を形成して、液体の気化を抑制するようにしているが、隔壁部材 2 1、 6 0を設けずに、投影光学系 P Lの先端付近や基板 P表面に向けて、高蒸気圧（高湿度）の蒸気を吹き付けるようにしてもよい。

また、第 1、第 2実施形態のような大きな閉空間 2 4 , 6 1に限らず、液体と接触（付着）する部分を囲むように局所的な閉空間を設けるようにしてもよい。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 1 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。

上記各実施形態では、投影光学系 P Lの先端に光学素子 P L aとしてレンズが取り付けられており、このレンズにより投影光学系 P Lの光学特性、例えば収差

(球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができる。光学素子 P L aとしては前記光学特性を調整する光学プレートであってもよい。一方、液体 3 0と接触する光学素子 P L aを、レンズより安価な平行平面板とすることも可能である。光学素子 P L aを平行平面板とすることにより、露光装置 E Xの運搬、組立、調整時等において投影光学系 P Lの透過率、基板 P上での露光光 E Lの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質（例えばシリコン系有機物等）がその平行平面板に付着しても、液体を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、液体と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。すなわち、露光光 E Lの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または液体中の不純物の付着などに起因して液体に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト（ラン- ングコスト）の上昇やスループットの低下を抑えることができる。

液体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 P L a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、その圧力によつて光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。

上記各実施形態では、投影光学系 P Lと基板 P表面との間は液体で満たされて、る構成であるが、例えば基板 Pの表面に平行平面板からなる力バーガラスを取り付けた状態で液体を満たす構成であってもよい。

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ウェハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミツクウェハ、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 E Xとしては、マスク Mと基板 Pとを同期移動してマスク Mのパターンを走查露光するステップ '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。

上述の実施形態においては、投影光学系 P Lと基板 P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— 1 2 4 8 7 3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 1 0— 3 0 3 1 1 4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。

また、本発明は、特開平 1 0— 1 6 3 0 9 9号公報、特開平 1 0— 2 1 4 7 8 3号公報、特表 2 0 0 0— 5 0 5 9 5 8号公報などに開示されているツインステージ型の露光装置にも適用できる。

露光装置 E Xの種類としては、基板 Pに半導体素子パタ一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（C C D) 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 M S 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よびロー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 PST、 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ユニットと、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 PST、 MSTを駆動する平面モータを用いてもよい。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ージ P S T、 MS Τ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 ST、 MSTの移動面側に設ければよレ、。

基板ステージ P STの移動により発生する反力は、投影光学系 PLに伝わらないように、特開平 8— 1 66475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 MS Tの移動により発生する反力は、投影光学系 PLに伝わらないように、特開平 8— 330224号公報（米国特許 5， 528, 1 1 8) 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。

以上のように、本願実施形態の露光装置 EX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。露光装置の製造は温度おょぴ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パイスは、図 6に示すように、マイクロデバイスの機能 ·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、気化した液体による投影光学系や基板、あるいは液浸露光用の液体の温度変動を抑えることができるので、温度変動に起因する投影光学系の投影像の劣化や基板変形を抑えることができ、精度良い露光処理を行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、前記液体の気化を抑制する気化抑制装置を備える。

2 . 請求項 1記載の露光装置であって、前記気化抑制装置は、前記液体の周囲を所定の蒸気圧よりも高くする。

3 .請求項 1記載の露光装置であって、前記気化抑制装置は、前記液体の周囲を、その液体の飽和蒸気圧にする。

4 . 請求項 1記載の露光装置であって、前記気化抑制装置は、前記液体の周囲に蒸気を供給する供給装置を有する。

5 . 請求項 4記載の露光装置であって、前記供給装置は、前記液体と同じ物質の蒸気、または前記液体が気化したときに生じる蒸気と同じ組成を有する蒸気を供給する。

6 . 請求項 1記載の露光装置であって、前記気化抑制装置は、前記基板を含み、前記液体の周囲の空間を取り囲む隔壁部材を有する。

7 . 請求項 6記載の露光装置であって、前記気化抑制装置は、前記隔壁部材の内側の空間内の蒸気圧を、その外側より高くする。

8 . 請求項 1記載の露光装置であって、前記基板上の一部に液浸領域を形成するために、前記基板上に液体を供給する液体供給機構を更に備える。

9 . 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、

液体との接触部分を取り囲む閉空間を形成する部材と、

その閉空間内部の蒸気圧が、その閉空間外部の蒸気圧よりも高くする蒸気圧調整装置とを備える。

1 0 . 請求項 1〜請求項 9のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。