JP3747566B2 - 液浸型露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レチクル上に描画されたパターンを投影光学系によってウエハに焼付ける露光装置に関し、特に液浸型の露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の最終レンズ面と像面との間の間隔をワーキングディスタンスというが、従来の露光装置の投影光学系のワーキングディスタンスは、空気で満たされていた。このワーキングディスタンスは、オートフォーカス光学系を介在させるなどの都合により、１０ｍｍ以上取るのが普通であった。
他方、ウエハに転写するパターンについては、その微細化がますます望まれており、そのためには露光波長の短波長化を図るか、あるいは開口数の増大を図る必要がある。しかるに短波長の光を透過するガラス材料の種類には限度があるから、ワーキングディスタンスを液体で満たして開口数の増大を図ることにより、露光パターンの微細化を図る液浸型の露光装置が提案されている。
【０００３】
液浸型の露光装置では、ワーキングディスタンスに介在させた液体の温度分布によって、屈折率に分布が生じるおそれがある。そこで液体の温度変化に起因する結像性能の劣化への対策として、次のような技術が提案されている。すなわち、（あ）液体の温度安定機構によって温度の安定化を図るものとして、米国特許４，３４６，１６４号の図３に開示された技術が提案されており、加振撹拌機構によって温度の均一化を図るものとして、特開平６−１２４８７３号公報に開示された技術が提案されている。また、（い）液体の温度モニター機構によって温度調節にフィードバックするものとして、同じく特開平６−１２４８７３号公報に温度、又は屈折率を計測することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし（あ）においては、温度をどの程度安定させれば実用上問題ないかと言った議論は成されておらず、実際には下記に示すように、現実的とは言いがたい精度での温度コントロールが必要になる。また、（い）についても、結像性能に最も影響するのが液体の温度不均一であることを考慮すると、有効な対策とは言い難い。
このように液浸型露光装置に関する従来公知の技術においては、ワーキングディスタンスのような投影光学系の光学パラメーターそのものについての制約に言及した例はなく、液浸型の特殊事情が考慮されているとは言えない状況であった。
したがって本発明は、ワーキングディスタンスを満たす液体の温度制御を容易にして、結像性能の劣化を招くことのない液浸型露光装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、レチクル上に描画されたパターンをウエハ上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面とウエハとの間のワーキングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、ワーキングディスタンスの長さをＬとし、露光光の波長をλとし、液体の屈折率の温度係数をＮ（１／℃）としたとき、
Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜）
となるように形成したことを特徴とする液浸型露光装置であり、また、前記液体として、純水の表面張力を減少させ又は純水の界面活性度を増大させる添加剤を純水に添加したものを用いたことを特徴とする液浸型露光装置である。
【０００６】
以下に本発明の作用を説明する。投影光学系の先端のガラス面から結像面までの距離、すなわちワーキングディスタンスをＬとし、ワーキングディスタンスＬを満たす媒質の温度分布の幅をΔＴとし、この温度分布ΔＴに起因する結像波面の収差をΔＦとし、液体の屈折率の温度係数をＮとすると、近似的に以下の式（１）が成立する。
ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×ΔＴ ‥‥（１）
【０００７】
媒質の温度分布ΔＴについては、その均一化を図るためにいかにコントロールしようとも、ΔＴ＝０．０１℃程度の温度分布が存在すると想定される。したがって、結像波面収差ΔＦは、少なくとも、
ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×０．０１ ‥‥（１ａ）
だけは存在する。ここでＮは、屈折率の温度係数を１／℃単位で表した値である。
【０００８】
屈折率の温度係数Ｎの値は液体と気体で大きく異なり、例えば空気ではＮ＝−９×１０-7／℃であるのに対して、水の場合はＮ＝−８×１０-5／℃であり、１００倍近い差がある。他方、縮小投影露光装置の投影光学系のワーキングディスタンスＬは、通常Ｌ＞１０ｍｍであるが、Ｌ＝１０ｍｍであるとしても、結像波面収差ΔＦは以下のようになる。
【０００９】
しかるに一般に結像波面収差ΔＦは、露光波長λの１／３０以下が望ましく、すなわち、
ΔＦ≦λ／３０ ‥‥（２）
が成立することが好ましい。例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるときには、ΔＦ＜６．４ｎｍが望ましい。ワーキングディスタンスを満たす媒質が水の場合には、従来技術のようにワーキングディスタンスＬがＬ＞１０ｍｍでは、媒質の温度分布による結像波面収差の発生量が大きすぎて、実用上問題を生ずることが分かる。
【００１０】
（１ａ）式と（２）式とから、
Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜） ‥‥（３）
を得る。したがって（３）式を満たすことにより、実現可能な温度安定性（温度分布）のもとに、浸液中の温度分布によって生じる波面収差発生量が露光波長の１／３０以下に抑えられた投影光学系を搭載した液浸型露光装置が得られる。
以上のように本発明においては、温度分布を持った媒質中を露光光が通過することで発生する波面収差量が、温度分布量と媒質中の光路長の積に依存することに着目し、光路長に上限を設けることにより、温度分布に対する要求を緩和している。これにより実現可能なレベルでの浸液の温度コントロールのもとで、液浸型露光装置を実用に供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に好適ないくつかの実施例を説明する。
【００１２】
【第１の実施例の説明】
図１は、本発明の第１の実施例による投影露光装置の全体構成を示し、ここでは、物体側と像側の両側においてテレセントリックに構成された円形イメージフィールドを有する縮小投影レンズ系ＰＬを介して、レチクルＲ上の回路パターンを半導体ウエハＷ上に投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影レンズ系ＰＬに対して相対走査するレンズ・スキャン方式の投影露光装置を示す。
図１において照明系１０は、波長１９３ｎｍのパルス光を放射するＡｒＦエキシマレーザ光源（不図示）、その光源からのパルス光の断面形状を整形するビームエクスパンダ（不図示）、その整形されたパルス光を入射して２次光源像（複数の点光源の集まり）を生成するフライ・アイレンズ等のオプチカルインテグレータ（不図示）、その２次光源像からのパルス光を均一な照度分布のパルス照明光にする集光レンズ系（不図示）、そのパルス照明光の形状を走査露光時の走査方向（Ｙ方向）と直交した方向（Ｘ方向）に長い矩形状に整形するレチクルブラインド（照明視野絞り、不図示）、及びそのレチクルブラインドの矩形状の開口からのパルス光ＩＬを図１中のコンデンサーレンズ系１２、ミラー１４と協働してレチクルＲ上にスリット状又は矩形状の照明領域ＡＩとして結像するためのリレー光学系（不図示）とを含んでいる。
【００１３】
レチクルＲは、走査露光時には大きなストロークで１次元方向に等速移動可能なレチクルステージ１６上に真空吸着（場合によっては静電吸着、機械締結）される。レチクルステージ１６は、図１においては装置本体のコラム構造体１９上を図中の左右（Ｙ方向）にスキャン移動するようにガイドされ、図の紙面と垂直な方向（Ｘ方向）にも移動するようにガイドされる。そのレチクルステージ１６のＸＹ平面内での座標位置や微小回転量は、レチクルステージ１６の一部に取り付けられた移動鏡（平面鏡やコーナーミラー）ＭＲｒにレーザビームを投射して、その反射ビームを受光するレーザ干渉計システム１７によって逐次計測される。
そしてレチクルステージ制御器２０は、干渉計システム１７によって計測されるＸＹ座標位置に基づいてレチクルステージ１６を駆動するためのリニアモータやボイスコイル等のモータ１８を制御し、レチクルステージ１６のスキャン方向の移動と非スキャン方向の移動とを制御する。
【００１４】
さて、コンデンサーレンズ系１２とミラー１４から射出された矩形状のパルス照明光ＩＬがレチクルＲ上の回路パターン領域の一部を照射すると、その照明領域ＡＩ内に存在するパターンからの結像光束が１／４倍の縮小投影レンズ系ＰＬを通して、ウエハＷの表面に塗布された感応性のレジスト層に結像投影される。その投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸは、円形イメージフィールドの中心点を通り、照明系１０とコンデンサーレンズ系１２の各光軸とも同軸になるように配置されている。
また投影レンズ系ＰＬは、波長１９３ｎｍの紫外線に対して高い透過率を有する石英と螢石の２種類の硝材で作られた複数枚のレンズ素子で構成され、螢石は主に正のパワーを持つレンズ素子に使われる。さらに投影レンズ系ＰＬの複数枚のレンズ素子を固定する鏡筒の内部は、波長１９３ｎｍのパルス照明光の酸素による吸収を避けるために窒素ガスに置換されている。このような窒素ガスによる置換は照明系１０の内部からコンデンサーレンズ系１２（又はミラー１４）までの光路に対しても同様に行われる。
【００１５】
ところで、ウエハＷはその裏面を吸着するホルダテーブルＷＨ上に保持される。このホルダテーブルＷＨの外周部全体には一定の高さで壁部ＬＢが設けられ、この壁部ＬＢの内側には液体ＬＱが所定の深さで満たされている。そしてウエハＷは、ホルダテーブルＷＨの内底部の窪み部分に真空吸着される。またホルダテーブルＷＨの内底部の周辺には、ウエハＷの外周を所定の幅で取り囲むような環状の補助プレート部ＨＲＳが設けられている。この補助プレート部ＨＲＳの表面の高さは、ホルダテーブルＷＨ上に吸着された標準的なウエハＷの表面の高さとほぼ一致するように定められている。
【００１６】
この補助プレート部ＨＲＳの主要な機能は、フォーカス・レベリングセンサーの検出点がウエハＷの外形エッジの外側に位置するような場合の代替のフォーカス検出面として利用されることである。
また補助プレート部ＨＲＳは、ウエハＷ上のショット領域とレチクルＲ上の回路パターンとを相対的に位置合わせするときに使われるアライメントセンサーのキャリブレーションや、ショット領域を走査露光するときに使われるフォーカス・レベリングセンサーのキャリブレーションにも兼用可能である。ただしアライメントセンサーやフォーカス・レベリングセンサーのキャリブレーションは、補助プレート部ＨＲＳと個別に設けられた専用の基準マーク板を使う方が望ましい。この場合、基準マーク板も液浸状態で投影レンズ系ＰＬの投影像面とほぼ同一の高さになるようにホルダテーブルＷＨ上に取り付けられ、アライメントセンサーは基準マーク板上に形成された各種の基準マークを液浸状態で検出することになる。
なお、テーブル上の基準マーク板を使ってフォーカスセンサーのシステム・オフセットをキャリブレーションする方法の一例は、例えば米国特許４，６５０，９８３号に開示され、各種アライメントセンサーのキャリブレーション方法の一例は、例えば米国特許５，２４３，１９５号に開示されている。
【００１７】
ところで図１に示した通り、本実施例では投影レンズ系ＰＬの先端部を液体ＬＱ内に浸けるので、少なくともその先端部は防水加工されて鏡筒内に液体が染み込まないような構造となっている。さらに、投影レンズ系ＰＬの先端のレンズ素子の下面（ウエハＷとの対向面）は平面、又は曲率半径が極めて大きい凸面に加工され、これにより、走査露光時にレンズ素子の下面とウエハＷの表面との間で生じる液体ＬＱの流れをスムーズにできる。
さらに本実施例では、後で詳細に説明するが、液浸状態における投影レンズ系ＰＬの最良結像面（レチクル共役面）が、先端のレンズ素子の下面から約２〜１ｍｍの位置に形成されるように設計されている。従って、先端のレンズ素子の下面とウエハＷの表面との間に形成される液体層の厚みも２〜１ｍｍ程度になり、これによって液体ＬＱの温度調整の制御精度が緩和されるとともに、その液体層内の温度分布ムラの発生も抑えることが可能となる。
【００１８】
さて、ホルダテーブルＷＨは、投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸに沿ったＺ方向への並進移動（本実施例では粗移動と微動）と、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に対する傾斜微動とが可能なように、ＸＹステージ３４上に取り付けられる。このＸＹステージ３４はベース定盤３０上をＸＹ方向に２次元移動し、ホルダテーブルＷＨはＸＹステージ３４上に３つのＺ方向用のアクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを介して取り付けられる。各アクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃは、ピエゾ伸縮素子、ボイスコイルモータ、ＤＣモータとリフト・カムの組合わせ機構等で構成される。そして３つのＺアクチュエータを同じ量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨをＺ方向（フォーカス方向）に平行移動させることができ、３つのＺアクチュエータを互いに異なる量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨの傾斜（チルト）方向とその量とが調整できる。
【００１９】
また、ＸＹステージ３４の２次元移動は、送りネジを回転させるＤＣモータや非接触に推力を発生させるリニアモータ等で構成される駆動モータ３６によって行われる。この駆動モータ３６の制御は、ホルダテーブルＷＨの端部に固定された移動鏡ＭＲｗの反射面のＸ方向、Ｙ方向の各位置変化を計測するレーザ干渉計３３からの計測座標位置を入力するウエハステージ制御器３５によって行われる。なお、駆動モータ３６をリニアモータとしたＸＹステージ３４の全体構成としては、例えば特開平８−２３３９６４号公報に開示された構成を使ってもよい。
【００２０】
さて、本実施例では投影レンズ系ＰＬのワーキングディスタンスが小さく、投影レンズＰＬの先端のレンズ素子とウエハＷとの間の２〜１ｍｍ程度の狭い間隔に液体ＬＱを満たすことから、斜入射光方式のフォーカスセンサーの投光ビームを投影レンズ系ＰＬの投影視野に対応したウエハ面上に斜めに投射することが難しい。このため本実施例では図１に示す通り、オフ・アクシス方式（投影レンズ系ＰＬの投影視野内にフォーカス検出点がない方式）のフォーカス・レベリング検出系と、オフ・アクシス方式でウエハＷ上のアライメント用のマークを検出するマーク検出系とを含むフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部周辺に配置する。
【００２１】
このフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤの先端に取り付けられた光学素子（レンズ、ガラス板、プリズム等）の下面は、図１に示すように液体ＬＱ中に配置され、その光学素子からはアライメント用の照明ビームやフォーカス検出用のビームが液体ＬＱを通してウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面上に照射される。そしてフォーカス・レベリング検出系はウエハＷの表面の最良結像面に対する位置誤差に対応したフォーカス信号Ｓｆを出力し、マーク検出系はウエハＷ上のマークの光学的な特徴に対応した光電信号を解析して、マークのＸＹ位置又は位置ずれ量を表すアライメント信号Ｓａを出力する。
【００２２】
そして以上のフォーカス信号Ｓｆとアライメント信号Ｓａは主制御器４０に送出され、主制御器４０はフォーカス信号Ｓｆに基づいて３つのＺアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃの各々を最適に駆動するための情報をウエハステージ制御器３５に送出する。これによってウエハステージ制御器３５は、ウエハＷ上の実際に投影されるべき領域に対するフォーカス調整やチルト調整が行われるように、各Ｚアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃを制御する。
【００２３】
また主制御器４０は、アライメント信号Ｓａに基づいて、レチクルＲとウエハＷとの相対的な位置関係を整合させるためのＸＹステージ３４の座標位置を管理する。さらに主制御器４０は、ウエハＷ上の各ショット領域を走査露光する際、レチクルＲとウエハＷとがＹ方向に投影レンズ系ＰＬの投影倍率と等しい速度比で等速移動するように、レチクルステージ制御器２０とウエハステージ制御器３５とを同期制御する。
【００２４】
なお、図１中のフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤは投影レンズ系ＰＬの先端部周辺の１ケ所にだけしか設けられていないが、投影レンズ系ＰＬの先端部を挟んでＹ方向に２ケ所、Ｘ方向に２ケ所の計４ケ所に設けておくのがよい。また図１中のレチクルＲの上方には、レチクルＲの周辺部に形成されたアライメント用のマークとウエハＷ上のアライメント用のマーク（又は基準マーク板上の基準マーク）とを投影レンズ系ＰＬを通して同時に検出して、レチクルＲとウエハＷとの位置ずれを高精度に計測するＴＴＲ（スルーザレチクル）方式のアライメントセンサー４５が設けられている。そしてこのＴＴＲアライメントセンサー４５からの位置ずれ計測信号は主制御器４０に送出され、レチクルステージ１６やＸＹステージ３４の位置決めに使われる。
【００２５】
ところで図１の露光装置は、ＸＹステージ３４をＹ方向に等速移動させて走査露光を行うものであるが、その走査露光時のレチクルＲ、ウエハＷのスキャン移動とステップ移動とのスケジュールを図２を参照して説明する。
図２において、図１中の投影レンズ系ＰＬは、前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとで代表的に表してあり、その前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとの間には、投影レンズ系ＰＬの射出瞳Ｅｐが存在する。また図２に示したレチクルＲには、投影レンズ系ＰＬの物体側の円形イメージフィールドの直径寸法よりも大きな対角長を有する回路パターン領域Ｐａが、遮光帯ＳＢによって区画された内側に形成されている。
【００２６】
そしてレチクルＲ上の領域Ｐａは、レチクルＲを例えばＹ軸に沿った負方向に一定速度Ｖｒでスキャン移動させつつ、ウエハＷをＹ軸に沿った正方向に一定速度Ｖｗでスキャン移動させることによって、ウエハＷ上の対応したショット領域ＳＡａに走査露光される。このとき、レチクルＲを照明するパルス照明光ＩＬの領域ＡＩは、図２に示すようにレチクル上の領域Ｐａ内でＸ方向に伸びた平行なスリット状又は矩形状に設定され、そのＸ方向の両端部は遮光帯ＳＢ上に位置する。
【００２７】
さて、レチクルＲ上の領域Ｐａ内のパルス光照明領域ＡＩに含まれる部分パターンは、投影レンズ系ＰＬ（レンズ系ＬＧａ、ＬＧｂ）によってウエハＷ上のショット領域ＳＡａ内の対応した位置に像ＳＩとして結像される。そしてレチクルＲ上のパターン領域ＰａとウエハＷ上のショット領域ＳＡａとの相対走査が完了すると、ウエハＷは例えばショット領域ＳＡａの隣りのショット領域ＳＡｂに対する走査開始位置にくるように、一定量だけＹ方向にステップ移動される。このステップ移動の間、パルス照明光ＩＬの照射は中断される。
次に、レチクルＲの領域Ｐａ内のパターンの像がウエハＷ上のショット領域ＳＡｂに走査露光されるように、レチクルＲをパルス光照明領域ＡＩに対してＹ軸の正方向に一定速度Ｖｒで移動させつつ、ウエハＷを投影像ＳＩに対してＹ軸の負方向に一定速度Ｖｗで移動させることで、ショット領域ＳＡｂ上に電子回路のパターン像が形成される。なお、エキシマレーザ光源からのパルス光を走査露光に用いる技術の一例は、例えば米国特許４，９２４，２５７号に開示されている。
【００２８】
ところで図１、２に示した投影露光装置は、レチクルＲ上の回路パターン領域の対角長が投影レンズ系ＰＬの円形イメージフィールドの直径よりも小さい場合、照明系１０内のレチクルブラインドの開口の形状や大きさを変えて、照明領域ＡＩの形状をその回路パターン領域に合わせると、図１の装置をステップ・アンド・リピート方式のステッパーとして使うことができる。この場合、ウエハＷ上のショット領域を露光している間は、レチクルステージ１６とＸＹステージ３４とを相対的に静止状態にしておく。
しかしながらその露光中にウエハＷが微動するときは、その微動をレーザ干渉計システム３３で計測して投影レンズ系ＰＬに対するウエハＷの微小な位置ずれ分をレチクルＲ側で追従補正するように、レチクルステージ１６を微動制御すればよい。またレチクルブラインドの開口の形状や大きさを変える場合は、開口形状やサイズの変更に合せて、レチクルブラインドに達する光源からのパルス光を調整後の開口に見合った範囲に集中させるようなズームレンズ系を設けてもよい。
【００２９】
なお、図２から明らかなように、投影像ＳＩの領域はＸ方向に延びたスリット状又は矩形状に設定されているため、走査露光中のチルト調整は本実施例では専らＹ軸回りの回転方向、すなわち走査露光の方向に対してローリング方向にのみ行われる。もちろん、投影像ＳＩの領域の走査方向の幅が大きく、ウエハ表面の走査方向に関するフラットネスの影響を考慮しなけばならないときは、当然にＸ軸回りの回転方向、すなわちピッチング方向のチルト調整も走査露光中に行われる。
【００３０】
ここで、本実施例による露光装置の特徴であるホルダテーブルＷＨ内の液体ＬＱの状態について、図３を参照して説明する。図３は投影レンズ系ＰＬの先端部からホルダテーブルＷＨまでの部分断面を表す。投影レンズ系ＰＬの鏡筒内の先端には、下面Ｐｅが平面で上面が凸面の正レンズ素子ＬＥ１が固定されている。このレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅは、鏡筒金物の先端部の端面と同一面となるように加工（フラッシュサーフェス加工）されており、液体ＬＱの流れが乱れることを抑えている。さらに投影レンズ系ＰＬの鏡筒先端部で液体ＬＱ内に浸かる外周角部１１４は、例えば図３のように大きな曲率で面取り加工されており、液体ＬＱの流れに対する抵抗を小さくして不要な渦の発生や乱流を抑える。
また、ホルダテーブルＷＨの内底部の中央には、ウエハＷの裏面を真空吸着する複数の突出した吸着面１１３が形成されてい。この吸着面１１３は、具体的には１ｍｍ程度の高さでウエハＷの径方向に所定のピッチで同心円状に形成された複数の輪帯状ランド部として作られる。そして各輪帯状ランド部の中央に刻設された溝の各々は、テーブルＷＨの内部で真空吸着用の真空源に接続される配管１１２につながっている。
【００３１】
さて、本実施例では図３に示したように、投影レンズ系ＰＬの先端のレンズ素子ＬＥ１の下面ＰｅとウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面とのベストフォーカス状態での間隔Ｌは、２〜１ｍｍ程度に設定される。そのため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの深さＨｑは、間隔Ｌに対して２〜３倍程度以上であればよく、従ってホルダテーブルＷＨの周辺に立設された壁部ＬＢの高さは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度でよい。このように本実施例では、投影レンズ系ＰＬのワーキングディスタンスとしての間隔Ｌを極めて小さくしたため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの総量も少なくて済み、温度制御も容易になる。
【００３２】
ここで本実施例で使う液体ＬＱは、入手が容易で取り扱いが簡単な純水を用いる。ただし本実施例では、液体ＬＱの表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させるために、ウエハＷのレジスト層を溶解させず、且つレンズ素子の下面Ｐｅの光学コートに対する影響が無視できる脂肪族系の添加剤（液体）をわずかな割合で添加しておく。その添加剤としては、純水とほぼ等しい屈折率を有するメチルアルコール等が好ましい。このようにすると、純水中のメチルアルコール成分が蒸発して含有濃度が変化しても、液体ＬＱの全体としての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点が得られる。
【００３３】
さて、液体ＬＱの温度はある目標温度に対して一定の精度で制御されるが、現在比較的容易に温度制御できる精度は±０．０１℃程度である。そこでこのような温調精度のもとでの現実的な液浸投影法を考えてみる。一般に空気の屈折率の温度係数Ｎaは約−９×１０-7／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎqは約−８×１０-5／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎqの方が２桁程度も大きい。
一方、ワーキングディスタンスをＬとすると、ワーキングディスタンスＬを満たす媒質の温度変化（温度むら）量ΔＴに起因して生じる結像の波面収差量ΔＦは近似的に次式で表される。
ΔＦ＝Ｌ・｜Ｎ｜・ΔＴ
【００３４】
ここで、液浸投影法を適用しない通常の投影露光の場合、ワーキングディスタンスＬを１０ｍｍ、温度変化量ΔＴを０．０１℃としたときの波面収差量ΔＦairは以下のようになる。
ΔＦair＝Ｌ・｜Ｎa｜・ΔＴ≒０．０９ｎｍ
また同じワーキングディスタンスＬと温度変化量ΔＴの下で、液浸投影法を適用した場合に得られる波面収差量ΔＦlqは以下のようになる。
ΔＦlq＝Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ≒８ｎｍ
【００３５】
この波面収差量は、一般に使用波長λの１／３０ないしは１／５０〜１／１００程度が望ましいとされているから、ＡｒＦエキシマレーザを使った場合に許容される最大の波面収差量ΔＦmaxは、λ／３０ないしはλ／５０〜λ／１００程度の６．４３ないしは３．８６〜１．９３ｎｍに定められ、望ましくはλ／１００の１．９３ｎｍ以下に定められる。
ところで空気と水の０℃における各熱伝導率は、空気で０．０２４１Ｗ／ｍＫとなり、水で０．５６１Ｗ／ｍＫとなり、水の方が熱伝導が良く、水中に形成される光路内での温度むらは空気中のそれよりも小さくでき、結果的に液体中で発生する屈折率の揺らぎも小さくできる。しかしながら、式（３）に表したようにワーキングディスタンスＬが１０ｍｍ程度の場合、温度変化量ΔＴが０．０１℃であったとしても、発生する波面収差量ΔＦlqは許容収差量ΔＦmaxを大きく越えてしまう。
【００３６】
そこで以上の考察から、許容波面収差量ΔＦmaxを考慮した温度変化量ΔＴとワーキングディスタンスＬとの関係は、
ΔＦmax＝λ／３０≧Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ
ないしは、
ΔＦmax＝λ／１００≧Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ
となる。ここで、想定される温度変化量ΔＴを０．０１℃、波長λを１９３ｎｍ、そして液体ＬＱの屈折率変化量Ｎqを−８×１０-5／℃とすると、必要とされるワーキングディスタンス（液体層の厚み）Ｌは、８ｍｍないしは２．４ｍｍ以下となる。望ましくは、そのワーキングディスタンスＬを液体ＬＱがスムーズに流れる範囲内で２ｍｍよりも小さくした方がよい。
以上のように本実施例のように構成することにより、液体ＬＱの温度制御が容易になるとともに、液体層内の温度変化に起因した波面収差変化で生じる投影像の劣化が抑えられ、極めて高い解像力でレチクルＲのパターンを投影露光することが可能となる。
【００３７】
【第２の実施例の説明】
次に、本発明の第２の実施例について図４を参照して説明する。本実施例は、先の第１の実施例にも同様に適用可能な液体ＬＱの温度制御法とウエハＷの交換時の液体ＬＱの取り扱い方法とを示す。従って、図４において先の図１，３中の部材と同じものには同一の符号をつけてある。
さて、図４においてホルダテーブルＷＨの内底部に円形の凹部として形成されたウエハ載置部には複数の吸着面１１３が形成されている。そして円形のウエハ載置部の周辺には、液体ＬＱの供給と排出に用いる溝５１が環状に形成され、その溝５１の一部は、テーブルＷＨ内に形成された通路５２を介して、外部のパイプ５３につながれている。またホルダテーブルＷＨ内のウエハ載置部の直下と補助プレート部ＨＲＳの直下には、ペルチェ素子等の温度調整器５０Ａ，５０Ｂが埋め込まれ、ホルダテーブルＷＨ上の適当な位置（望ましくは複数ケ所）には温度センサー５５が取り付けられて、液体ＬＱの温度が精密に検出される。そして温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、温度センサー５５によって検出される液体ＬＱの温度が一定値になるように、制御器６０によって制御される。
【００３８】
一方、パイプ５３は、切り替えバルブ６２を介して、液体供給ユニット６４と排出ポンプ６６に接続されている。切り替えバルブ６２は、制御器６０からの指令に応答して、液体供給ユニット６４からの液体ＬＱをパイプ５３に供給する流路か、パイプ５３からの液体ＬＱを排出ポンプ６６を介して供給ユニット６４に戻す流路かを切り替えるように動作する。また供給ユニット６４内には、ホルダテーブルＷＨ上の液体ＬＱの全体を収容可能なリザーブタンク（不図示）と、このタンクから液体ＬＱを供給するポンプ６４Ａと、そのポンプ６４Ａを含めタンク内の液体ＬＱ全体を一定の温度に保つ温調器６４Ｂとが設けられている。さらに以上の構成において、バルブ６２、ポンプ６４Ａ、温調器６４Ｂ、排出ポンプ６６の各動作は、制御器６０によって統括的に制御される。
【００３９】
さて、このような構成において、ウエハＷがホルダテーブルＷＨの載置部上に搬送され、プリアライメントされた状態で複数の吸着面１１３上に載置されると、図３に示した真空吸着用の配管１１２を介して減圧固定される。この間、温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、目標となる温度に制御され続けている。
そしてウエハＷの真空吸着が完了すると、切り替えバルブ６２がクローズ位置から供給ユニット６４側に切り替わり、温度調整された液体ＬＱがポンプ６４Ａの作動によって、パイプ５３、通路５２、溝５１を介してホルダテーブルＷＨの壁部ＬＢの内部に一定量だけ注入されて、切り替えバルブ６２がクローズ位置に戻る。その後、ウエハＷに対する露光が完了すると、直ちに切り替えバルブ６２がクローズ位置から排出ポンプ６６側に切り替わり、排出ポンプ６６の作動によってテーブルＷＨ上の液体ＬＱが溝５１、パイプ５３を介して供給ユニット６４のリザーブタンク内に戻される。そのタンク内に戻された液体ＬＱは、リザーブタンク内の温度センサーからの検出信号に基づいて、次のウエハが準備できるまで温調器６４Ｂによって精密に温度制御される。
【００４０】
このように本実施例によれば、液浸露光中の液体ＬＱはホルダテーブルＷＨ内の温度調整器５０Ａ，５０Ｂによって温度制御され、ウエハ交換動作中は液体ＬＱを供給ユニット６４内に回収して温度制御するようにしたので、ウエハ交換が大気中で可能になるとともに、液体ＬＱの大きな温度変化を防止できると云った利点がある。さらに本実施例によれば、ウエハ交換後にホルダテーブルＷＨに注入される液体ＬＱは、たとえ設定温度に対して僅か（例えば０．５℃程度）に異なっていたとしても、液体層の深さＨｑ（図３参照）が総じて浅いために比較的早く設定温度に到達し得るから、温度安定を待つ時間も短縮され得る。
【００４１】
【第３の実施例の説明】
次に第３の実施例について図５を参照して説明する。図５は先の図３の構成を改良したホルダテーブルＷＨの部分断面を表し、この実施例のホルダテーブルＷＨは、ウエハＷを保持するウエハチャック９０と、フォーカス・レベリングのためのＺ方向移動とチルト移動を行うＺＬステージ８２とに別れており、ＺＬステージ８２上にウエハチャック９０が載置されている。そしてＺＬステージ８２は、３つのＺアクチュエータ３２Ａ，３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して、ＸＹステージ３４上に設けられる。そしてチャック９０には、図１、３、４と同様に、壁部ＬＢ、補助プレート部ＨＲＳ、真空吸着用の配管１１２、液体ＬＱの供給、排出用のパイプ５３（図４参照）に接続される通路５３Ａ，５３Ｂがそれぞれ形成されている。ただし、通路５３Ａはウエハチャック９０内部の補助プレート部ＨＲＳの周辺部分につながっており、通路５３Ｂはウエハチャック９０内底部のウエハ載置部の最も低い部分につながっている。このようにウエハチャック９０内の複数ケ所に液体排出、注入用の通路を形成しておくと、液体の出し入れが迅速に行われる。
【００４２】
さらに本実施例では、チャック９０の中央部に３つ（２つのみ図示）の貫通孔９１が形成され、この貫通孔９１を通って上下動する３つ（２つのみ図示）のセンターアップピン８３が、上下動駆動機構８５の上に設けられている。この上下動駆動機構８５は、ＸＹステージ３４側に固定される。その３つのセンターアップピン８３は、ウエハ交換時にチャック９０上のウエハＷを載置面から一定量だけ持ち上げたり、ウエハＷを載置面上に下ろしたりするためのものであり、ウエハＷがチャック９０の載置面に真空吸着された状態では、図５に示すようにセンターアップピン８３の先端面は、チャック９０の載置面よりも下がった位置に設定される。
【００４３】
一方、本実施例で使用する投影レンズ系ＰＬの先端部には、サブ鏡筒８０の先端に光軸ＡＸと垂直に固定された石英の平行平板ＣＧが取り付けられ、したがって先端のレンズ素子ＬＥ１（平凸レンズ）が液体ＬＱに浸かることがないように構成されている。本実施例では、この平行平板ＣＧの下面とウエハＷの表面との間隔が、見かけ上のワーキングディスタンスとなり、先の実施例と同様に２ｍｍ以下に設定される。またサブ鏡筒８０の平行平板ＣＧとの取付け面は防水加工され、サブ鏡筒８０の内部には窒素ガスが充填されている。
【００４４】
このように投影レンズ系ＰＬの先端に平行平板ＣＧを設けるようにすると、投影レンズ系ＰＬの実質的なバックフォーカス距離（屈折力を持つ先端の光学素子から像面までの距離）が１０〜１５ｍｍ程度であっても、容易にワーキングディスタンスＬを１〜２ｍｍ程度にして液体の温度変化の影響を低減させた液浸投影法が実現できる。また、平行平板ＣＧは後付けで設けることができるから、平行平板ＣＧの表面の一部分を波長の数分の１程度のオーダーで研磨することにより、投影像内で生じている局所的な微少歪曲収差（あるいはランダムなディストーション）を容易に修正することが可能となる。すなわち、平行平板ＣＧは投影レンズ系ＰＬの最先端のレンズ素子を液体から保護する窓としての機能と、ディストーション補正板としての機能とを兼ね備えることになる。
なお、別の見方をすれば平行平板ＣＧを含めて投影レンズ系ＰＬの結像性能が保証されているので、平行平板ＣＧが投影レンズ系ＰＬの最先端の光学素子であることに変わりはない。
【００４５】
【第４の実施例の説明】
次に本発明の第４の実施例について図６を参照して説明する。本実施例は、先の図５に示した実施例とも関連し、ワーキングディスタンスを極めて小さくした投影光学系を液浸投影露光法に使用した場合のウエハ交換に関するものである。図６において、投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部には、図１に示したレーザ干渉計３３からの参照用ビームＢＳｒを受けて反射する参照ミラーＭＬ（Ｘ方向用とＹ方向用）が固定されている。そしてレーザ干渉計３３からの測長用ビームＢＳｍは、先の図５に示したようなＺＬステージ８２の端部に固定された移動鏡ＭＲｗに投射され、その反射ビームはレーザ干渉計３３に戻り、参照用ビームＢＳｒの反射ビームと干渉して移動鏡ＭＲｗの反射面の座標位置、すなわちウエハＷのＸ，Ｙ方向の座標位置が、参照ミラーＭＬを基準として計測される。
さて、本実施例においても、ＺＬステージ８２は３つのＺアクチュエータ３２Ａ，３２Ｂ（３２Ｃは省略）を介してＸＹステージ３４上に取り付けられ、Ｚ方向とチルト方向とに移動可能となっている。ただし、ＺＬステージ８２は、その周辺の３ケ所で板バネ８４Ａ，８４Ｂ（８４Ｃは省略）を介してＸＹステージ３４と結合され、ＸＹステージ３４に対する水平方向（ＸＹ面内）の剛性が極めて大きくなるように支持される。
【００４６】
そして本実施例でも、先の図５と同様のウエハチャック９０がＺＬステージ８２上に設けられるが、図５と異なる点は、ウエハチャック９０を複数のＺ方向の駆動機構８８Ａ，８８Ｂによって比較的に大きなストローク（１０〜１５ｍｍ程度）でＺＬステージ８２に対してＺ方向に移動する構成にしたことである。この駆動機構８８Ａ，８８Ｂは、フォーカス・レベリングのためのＺアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃと異なり、ウエハチャック９０をそのストロークの両端間で移動させるだけでよく、エア・シリンダやリンク機構等を使った簡単なエレベーション機能でよい。
さらに図６の実施例では、先の図５に示したセンターアップピン８３がＸＹステージ３４上に上下動することなく固定されている。そして図６のようにウエハチャック９０が最も上昇した状態では、ウエハＷの表面が投影レンズ系ＰＬの先端の光学素子の面から１〜２ｍｍ程度に設定され、センターアップピン８３の先端面はウエハチャック９０のウエハ載置面よりもわずかに下側（２〜３ｍｍ程度）に下がっている。
【００４７】
以上のような構成で、図６はウエハＷに対する露光動作時の状態を表し、その露光動作が完了すると先の図４に示した液体ＬＱの排出操作によってウエハチャック９０上の液体ＬＱを一時的に排出する。その後、ウエハチャック９０の真空吸着が解除されると、駆動機構８８Ａ，８８Ｂを作動させてウエハチャック９０を図６の位置から最も下にダウンさせる。これによってウエハＷは３つのセンターアップピン８３の先端面上に載せ替えられるとともに、ウエハチャック９０周辺の壁部ＬＢの上端面が投影レンズ系ＰＬの先端面（図３中ではレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅ、図５中では平行平板ＣＧの下面）よりも低くなるように位置決めされる。
その状態でＸＹステージ３４をウエハ交換位置まで移動させると、ウエハＷは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出されて、搬送用のアーム９５の方に移動する。このときアーム９５は、ウエハチャック９０の壁部ＬＢの上端面よりは高く、且つセンターアップピン８３上のウエハＷよりは低くなるような高さに設定された状態で、ウエハＷの下側に入り込む。それからアーム９０はウエハＷを上方向にわずかに持ち上げつつ真空吸着を行い、所定のアンロード位置に向けてウエハＷを搬送する。ウエハＷの搬入は、以上のシーケンスとは全く逆に行われる。
【００４８】
ところで図６に示したように、レーザ干渉計３３が参照ビームＢＳｒを投影レンズ系ＰＬの参照ミラーＭＬに投射するような方式の場合、参照ビームＢＳｒの光路の直下に液体ＬＱのプールが広がっているため、その液体ＬＱの飽和蒸気の上昇によって参照ビームＢＳｒの光路に揺らぎを与えることが考えられる。そこで本実施例では、参照ビームＢＳｒの光路と液体ＬＱとの間にカバー板８７を配置し、液体ＬＱから上昇する蒸気流を遮断して参照ビームＢＳｒの光路で発生する揺らぎを防止する。
【００４９】
なお、カバー板８７の上部空間には、参照ビームＢＳｒの光路をより安定にするために、光路と交差する方向に温度制御された清浄な空気を送風してもよい。この場合、カバー板８７は光路空調用の空気が直接液体ＬＱに吹き付けられることを防止する機能も備えることになり、液体ＬＱの不要な蒸発を低減させることができる。また、単なるカバー板８７に代えて、参照ビームＢＳｒの光路全体を遮風筒で覆う構成にしてもよい。
【００５０】
【第５の実施例の説明】
次に本発明の第５の実施例を図７（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。本実施例は先の図１に示したホルダテーブルＷＨの構造に、図５に示したセンターアップ機構（ピン８３、Ｚ駆動部８５）を組合わせたものであり、ウエハ交換を簡単にするようにホルダテーブルＷＨを改良したものである。そして図７（Ｂ）はその改良されたホルダテーブルＷＨの平面を表し、図７（Ａ）は図７（Ｂ）中の７Ａ矢視の断面を表す。
その図７（Ａ），（Ｂ）から分かるように、ホルダテーブルＷＨは、ＸＹステージ３４上に３つのＺアクチュエータ３２Ａ、３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して保持され、ホルダテーブルＷＨの中央付近には３つの貫通孔９１が設けられている。この貫通孔９１には、駆動部８５によって上下動するセンターアップピン８３が通る。
【００５１】
先にも説明したように、投影レンズ系ＰＬの最下端面の高さは、そのままでは補助プレート部ＨＲＳ（ウエハＷ）の表面から２ｍｍ程度しか離れていない。さらにホルダテーブルＷＨの周辺に設けられた壁部ＬＢの上端は投影レンズ系ＰＬの最下端面よりも高い。従って、ウエハ交換のためにそのままＸＹステージ３４を移動させて投影レンズ系ＰＬの直下からウエハを引き出すように構成した場合、補助プレート部ＨＲＳの一部分の幅が投影レンズ系ＰＬの鏡筒の直径寸法程度必要となり、液体ＬＱが注入されるホルダテーブルＷＨの内容積を大きくすることになる。
【００５２】
そこで本実施例では、図７に示すようにホルダテーブルＷＨの壁部ＬＢの一部を切り欠いて、そこに開閉自在な液密ドア部ＤＢを設けた。この液密ドア部ＤＢは、液体ＬＱが注入されている間は常に図７（Ａ），（Ｂ）のように壁部ＬＢの切り欠き部を液密状態で閉じており、液体ＬＱがホルダテーブルＷＨ上から排出されると、図７（Ａ）中の破線のように開くようになっている。
その液密ドア部ＤＢは、開いた状態では補助プレート部ＨＲＳの表面の高さよりも若干低くなるように設定されている。また液密ドア部ＤＢの内壁と接するホルダテーブルＷＨ本体側の壁部分（壁部ＬＢの切り欠き部等）には、図７（Ｂ）のように液密性を確実にするＯリングＯＬが適宜の位置に設けられている。
【００５３】
以上のような構成において、ホルダテーブルＷＨ上のウエハを交換する場合は、まずホルダテーブルＷＨ内の液体ＬＱを排出してから、液密ドア部ＤＢを開く。その後、ＸＹステージ３４を図７中で右側に移動させると、ウエハは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出されることになる。このとき、投影レンズ系ＰＬは丁度開いた液密ドア部ＤＢの上方空間に位置する。それからセンターアップピン８３を上昇させてウエハを壁部ＬＢよりも高く持ち上げれば、ウエハは容易に交換することができる。
【００５４】
本実施例によれば、ホルダテーブルＷＨの周囲を取り囲む壁部ＬＢの直径を最小にすることが可能となり、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの総量を最小限に抑えることが可能となり、液体ＬＱの温度管理が容易になるだけでなく、液体ＬＱの注入排出時間も最小になるといった利点がある。
なお、前記第４の実施例の構成のときには、ウエハチャックが下降するから特に液密ドア部を設ける必要はないが、第４の実施例の構成において、なおも液密ドア部を設けても良い。
【００５５】
【第６の実施例の説明】
次に図８は本発明の第６の実施例を示し、この実施例では下部容器７と上部容器８を用いている。ウエハ３を載置するウエハホルダー３ａは下部容器７の内面底部に形成されており、下部容器７の上面は上部容器８の底面によって密閉されており、下部容器７の全容積は浸液７ａによって完全に満たされている。他方上部容器８にも浸液８ａが満たされており、その浸液８ａ内に投影光学系１の最終レンズ面１ａが浸されている。
【００５６】
下部容器７内の浸液７ａの一部分は、下部容器７の一側面に設けた排出口５より温度調節器６に導かれ、温度調節器６において温度調節を受けた後に、下部容器７の他側面に設けた注入口４より下部容器７に戻るように循環している。下部容器７内の複数箇所には温度センサー（図示せず）が取り付けられており、温度調節器６は温度センサーからの出力に基づいて、下部容器７内の浸液７ａの温度が一定となるように制御している。また上部容器８内の浸液８ａについても、同様の温度調節機構が設けられている。
【００５７】
この実施例においては、下部容器７と上部容器８を一体として移動することにより、ウエハ３を移動している。他方、ウエハ３を収容した下部容器内の浸液は実質的に密閉されているから、温度安定性の点で有利であるだけでなく、浸液中の渦等の流れによる圧力分布も発生しない。すなわち浸液中の圧力分布は、屈折率の揺らぎとなり結像波面収差悪化の要因となるが、この第６の実施例において圧力分布が問題になるのは、上部容器８に満たされた浸液８ａのみで、この部分の光路Ｌ8を充分に短く形成することにより、ウエハ移動時の浸液流れの影響を実用上問題にならないレベルまで緩和することが出来る。
【００５８】
なお本実施例では下部容器７と上部容器８を一体として移動したが、下部容器７のみを移動し、上部容器８を固定することもできる。この構成のときには、上部容器８内の浸液８ａは完全に停止することになる。したがってワーキングディスタンスＬのうちで、上部容器８内の浸液８ａの厚さＬ8よりも、下部容器７内の浸液７ａの厚さＬ7の方を十分に薄く形成することが好ましい。
【００５９】
【その他の変形例の説明】
以上、本発明の各実施例を説明したが、先の図１に示したように液浸投影露光時のワーキングディスタンスは１〜２ｍｍ程度と極めて小さいため、ウエハＷに対する焦点合せはオフ・アクシス方式のフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを使うものとした。しかしながら、例えば米国特許４，８０１，９７７号、米国特許４，３８３，７５７号等に開示されているように、投影レンズ系ＰＬの投影視野内の周辺部を介してフォーカス検出用のビームをウエハ上に投射してウエハ表面の高さ位置又は傾きを計測するＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のフォーカス検出機構を設けてもよい。
【００６０】
また、図１に示したフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤは、オフ・アクシス方式でウエハＷ上のアライメントマークを光学的に検出するものとしたが、このアライメントセンサーもレチクルＲと投影レンズ系ＰＬとを通してウエハＷ上のマークを検出する図１中のＴＴＲアライメントセンサー４５の他に、投影レンズ系ＰＬのみを通してウエハＷ上のマークを検出するＴＴＬ方式のアライメントセンサーとしてもよい。
さらに本発明は、紫外線域（波長４００ｎｍ以下）のもとで投影露光する投影光学系を備えていれば、どのような構成の露光装置であっても全く同様に適用し得る。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明により、実現可能な温度コントロールの範囲内で、充分な結像性能が保証された液侵型の露光装置が提供された。また、液侵型露光装置におけるウエハのローディングとアンローディングに適したウエハステージの構造も提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による走査型の投影露光装置の全体的な構成を示す図である。
【図２】走査露光のシーケンスを模式的に説明するための斜視図である。
【図３】図１中の投影レンズ系付近の詳細な構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例による液体の温度制御と液体供給システムとを模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例によるウエハホルダーと投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例によるウエハホルダーと投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例によるホルダテーブルの構造を示す（Ａ）断面図と、（Ｂ）平面図である。
【図８】本発明の第６の実施例の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…投影光学系 １ａ…最終レンズ面
７、８…容器 ７ａ、８ａ…浸液
３…ウエハ ３ａ…ウエハホルダー
４…注入口 ５…排出口
６…温度調節器 Ｌ…ワーキングディスタンス
１０…照明系 １２…コンデンサーレンズ系
１４…ミラー １６…レチクルステージ
１７…レーザ干渉計システム １８…モータ
１９…コラム構造体 ２０…レチクルステージ制御器
３０…ベース定盤 ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…アクチュエータ
３３…レーザ干渉計システム ３４…ＸＹステージ
３５…ウエハステージ制御器 ３６…駆動モータ
４０…主制御器 ５０Ａ、５０Ｂ…温度調整器
５１…溝５１ ５２…通路
５３…パイプ ５３Ａ、５３Ｂ…通路
５５…温度センサー ６０…制御器
６２…切り替えバルブ ６４…液体供給ユニット
６４Ａ…ポンプ ６４Ｂ…温調器
６６…排出ポンプ６６ ８０…サブ鏡筒
８２…ＺＬステージ ８３…センターアップピン
８４Ａ、８４Ｂ…板バネ ８５…上下動駆動機構
８７…カバー板 ８８Ａ，８８Ｂ…駆動機構
９０…ウエハチャック ９１…貫通孔
９５…アーム １１２…配管
１１３…吸着面 １１４…外周角部
ＩＬ…パルス照明光 ＡＩ…照明領域
Ｒ…レチクル Ｐａ…回路パターン領域
ＳＢ…遮光帯 ＰＬ…投影レンズ系
ＡＸ…光軸 ＬＧａ…前群レンズ系
ＬＧｂ…後群レンズ系 Ｅｐ…射出瞳
ＬＥ１…正レンズ素子 Ｐｅ…下面
ＣＧ…平行平板 Ｗ…ウエハ
ＳＡａ、ＳＡｂ…ショット領域 ＳＩ…投影像
ＷＨ…ホルダテーブル ＬＢ…壁部
ＬＱ…液体 ＨＲＳ…補助プレート部
ＤＢ…液密ドア部 ＯＬ…Ｏリング
ＦＡＤ…フォーカス・アライメントセンサー
ＭＲｒ、ＭＲｗ…移動鏡 ＭＬ…参照ミラー
ＢＳｒ…参照用ビーム ＢＳｍ…測長用ビーム
Ｓｆ…フォーカス信号 Ｓａ…アライメント信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、レチクル上に描画されたパターンを投影光学系によってウエハに焼付ける露光装置に関し、特に液浸型の露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の最終レンズ面と像面との間の間隔をワーキングディスタンスというが、従来の露光装置の投影光学系のワーキングディスタンスは、空気で満たされていた。このワーキングディスタンスは、オートフォーカス光学系を介在させるなどの都合により、１０ｍｍ以上取るのが普通であった。
他方、ウエハに転写するパターンについては、その微細化がますます望まれており、そのためには露光波長の短波長化を図るか、あるいは開口数の増大を図る必要がある。しかるに短波長の光を透過するガラス材料の種類には限度があるから、ワーキングディスタンスを液体で満たして開口数の増大を図ることにより、露光パターンの微細化を図る液浸型の露光装置が提案されている。
【０００３】
液浸型の露光装置では、ワーキングディスタンスに介在させた液体の温度分布によって、屈折率に分布が生じるおそれがある。そこで液体の温度変化に起因する結像性能の劣化への対策として、次のような技術が提案されている。すなわち、（あ）液体の温度安定機構によって温度の安定化を図るものとして、米国特許４，３４６，１６４号の図３に開示された技術が提案されており、加振撹拌機構によって温度の均一化を図るものとして、特開平６−１２４８７３号公報に開示された技術が提案されている。また、（い）液体の温度モニター機構によって温度調節にフィードバックするものとして、同じく特開平６−１２４８７３号公報に温度、又は屈折率を計測することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし（あ）においては、温度をどの程度安定させれば実用上問題ないかと言った議論は成されておらず、実際には下記に示すように、現実的とは言いがたい精度での温度コントロールが必要になる。また、（い）についても、結像性能に最も影響するのが液体の温度不均一であることを考慮すると、有効な対策とは言い難い。
このように液浸型露光装置に関する従来公知の技術においては、ワーキングディスタンスのような投影光学系の光学パラメーターそのものについての制約に言及した例はなく、液浸型の特殊事情が考慮されているとは言えない状況であった。
したがって本発明は、ワーキングディスタンスを満たす液体の温度制御を容易にして、結像性能の劣化を招くことのない液浸型露光装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、レチクル上に描画されたパターンをウエハ上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面とウエハとの間のワーキングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、ワーキングディスタンスの長さをＬとし、露光光の波長をλとし、液体の屈折率の温度係数をＮ（１／℃）としたとき、
Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜）
となるように形成したことを特徴とする液浸型露光装置であり、また、前記液体として、純水の表面張力を減少させ又は純水の界面活性度を増大させる添加剤を純水に添加したものを用いたことを特徴とする液浸型露光装置である。
【０００６】
以下に本発明の作用を説明する。投影光学系の先端のガラス面から結像面までの距離、すなわちワーキングディスタンスをＬとし、ワーキングディスタンスＬを満たす媒質の温度分布の幅をΔＴとし、この温度分布ΔＴに起因する結像波面の収差をΔＦとし、液体の屈折率の温度係数をＮとすると、近似的に以下の式（１）が成立する。
ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×ΔＴ ‥‥（１）
【０００７】
媒質の温度分布ΔＴについては、その均一化を図るためにいかにコントロールしようとも、ΔＴ＝０．０１℃程度の温度分布が存在すると想定される。したがって、結像波面収差ΔＦは、少なくとも、
ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×０．０１ ‥‥（１ａ）
だけは存在する。ここでＮは、屈折率の温度係数を１／℃単位で表した値である。
【０００８】
屈折率の温度係数Ｎの値は液体と気体で大きく異なり、例えば空気ではＮ＝−９×１０-7／℃であるのに対して、水の場合はＮ＝−８×１０-5／℃であり、１００倍近い差がある。他方、縮小投影露光装置の投影光学系のワーキングディスタンスＬは、通常Ｌ＞１０ｍｍであるが、Ｌ＝１０ｍｍであるとしても、結像波面収差ΔＦは以下のようになる。
しかるに一般に結像波面収差ΔＦは、露光波長λの１／３０以下が望ましく、すなわち、
ΔＦ≦λ／３０ ‥‥（２）
が成立することが好ましい。例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるときには、ΔＦ＜６．４ｎｍが望ましい。ワーキングディスタンスを満たす媒質が水の場合には、従来技術のようにワーキングディスタンスＬがＬ＞１０ｍｍでは、媒質の温度分布による結像波面収差の発生量が大きすぎて、実用上問題を生ずることが分かる。
【００１０】
（１ａ）式と（２）式とから、
Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜） ‥‥（３）
を得る。したがって（３）式を満たすことにより、実現可能な温度安定性（温度分布）のもとに、浸液中の温度分布によって生じる波面収差発生量が露光波長の１／３０以下に抑えられた投影光学系を搭載した液浸型露光装置が得られる。
以上のように本発明においては、温度分布を持った媒質中を露光光が通過することで発生する波面収差量が、温度分布量と媒質中の光路長の積に依存することに着目し、光路長に上限を設けることにより、温度分布に対する要求を緩和している。これにより実現可能なレベルでの浸液の温度コントロールのもとで、液浸型露光装置を実用に供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に好適ないくつかの実施例を説明する。
【００１２】
【第１の実施例の説明】
図１は、本発明の第１の実施例による投影露光装置の全体構成を示し、ここでは、物体側と像側の両側においてテレセントリックに構成された円形イメージフィールドを有する縮小投影レンズ系ＰＬを介して、レチクルＲ上の回路パターンを半導体ウエハＷ上に投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影レンズ系ＰＬに対して相対走査するレンズ・スキャン方式の投影露光装置を示す。
図１において照明系１０は、波長１９３ｎｍのパルス光を放射するＡｒＦエキシマレーザ光源（不図示）、その光源からのパルス光の断面形状を整形するビームエクスパンダ（不図示）、その整形されたパルス光を入射して２次光源像（複数の点光源の集まり）を生成するフライ・アイレンズ等のオプチカルインテグレータ（不図示）、その２次光源像からのパルス光を均一な照度分布のパルス照明光にする集光レンズ系（不図示）、そのパルス照明光の形状を走査露光時の走査方向（Ｙ方向）と直交した方向（Ｘ方向）に長い矩形状に整形するレチクルブラインド（照明視野絞り、不図示）、及びそのレチクルブラインドの矩形状の開口からのパルス光ＩＬを図１中のコンデンサーレンズ系１２、ミラー１４と協働してレチクルＲ上にスリット状又は矩形状の照明領域ＡＩとして結像するためのリレー光学系（不図示）とを含んでいる。
【００１３】
レチクルＲは、走査露光時には大きなストロークで１次元方向に等速移動可能なレチクルステージ１６上に真空吸着（場合によっては静電吸着、機械締結）される。レチクルステージ１６は、図１においては装置本体のコラム構造体１９上を図中の左右（Ｙ方向）にスキャン移動するようにガイドされ、図の紙面と垂直な方向（Ｘ方向）にも移動するようにガイドされる。そのレチクルステージ１６のＸＹ平面内での座標位置や微小回転量は、レチクルステージ１６の一部に取り付けられた移動鏡（平面鏡やコーナーミラー）ＭＲｒにレーザビームを投射して、その反射ビームを受光するレーザ干渉計システム１７によって逐次計測される。
そしてレチクルステージ制御器２０は、干渉計システム１７によって計測されるＸＹ座標位置に基づいてレチクルステージ１６を駆動するためのリニアモータやボイスコイル等のモータ１８を制御し、レチクルステージ１６のスキャン方向の移動と非スキャン方向の移動とを制御する。
【００１４】
さて、コンデンサーレンズ系１２とミラー１４から射出された矩形状のパルス照明光ＩＬがレチクルＲ上の回路パターン領域の一部を照射すると、その照明領域ＡＩ内に存在するパターンからの結像光束が１／４倍の縮小投影レンズ系ＰＬを通して、ウエハＷの表面に塗布された感応性のレジスト層に結像投影される。その投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸは、円形イメージフィールドの中心点を通り、照明系１０とコンデンサーレンズ系１２の各光軸とも同軸になるように配置されている。
また投影レンズ系ＰＬは、波長１９３ｎｍの紫外線に対して高い透過率を有する石英と螢石の２種類の硝材で作られた複数枚のレンズ素子で構成され、螢石は主に正のパワーを持つレンズ素子に使われる。さらに投影レンズ系ＰＬの複数枚のレンズ素子を固定する鏡筒の内部は、波長１９３ｎｍのパルス照明光の酸素による吸収を避けるために窒素ガスに置換されている。このような窒素ガスによる置換は照明系１０の内部からコンデンサーレンズ系１２（又はミラー１４）までの光路に対しても同様に行われる。
【００１５】
ところで、ウエハＷはその裏面を吸着するホルダテーブルＷＨ上に保持される。このホルダテーブルＷＨの外周部全体には一定の高さで壁部ＬＢが設けられ、この壁部ＬＢの内側には液体ＬＱが所定の深さで満たされている。そしてウエハＷは、ホルダテーブルＷＨの内底部の窪み部分に真空吸着される。またホルダテーブルＷＨの内底部の周辺には、ウエハＷの外周を所定の幅で取り囲むような環状の補助プレート部ＨＲＳが設けられている。この補助プレート部ＨＲＳの表面の高さは、ホルダテーブルＷＨ上に吸着された標準的なウエハＷの表面の高さとほぼ一致するように定められている。
【００１６】
この補助プレート部ＨＲＳの主要な機能は、フォーカス・レベリングセンサーの検出点がウエハＷの外形エッジの外側に位置するような場合の代替のフォーカス検出面として利用されることである。
また補助プレート部ＨＲＳは、ウエハＷ上のショット領域とレチクルＲ上の回路パターンとを相対的に位置合わせするときに使われるアライメントセンサーのキャリブレーションや、ショット領域を走査露光するときに使われるフォーカス・レベリングセンサーのキャリブレーションにも兼用可能である。ただしアライメントセンサーやフォーカス・レベリングセンサーのキャリブレーションは、補助プレート部ＨＲＳと個別に設けられた専用の基準マーク板を使う方が望ましい。この場合、基準マーク板も液浸状態で投影レンズ系ＰＬの投影像面とほぼ同一の高さになるようにホルダテーブルＷＨ上に取り付けられ、アライメントセンサーは基準マーク板上に形成された各種の基準マークを液浸状態で検出することになる。
なお、テーブル上の基準マーク板を使ってフォーカスセンサーのシステム・オフセットをキャリブレーションする方法の一例は、例えば米国特許４，６５０，９８３号に開示され、各種アライメントセンサーのキャリブレーション方法の一例は、例えば米国特許５，２４３，１９５号に開示されている。
【００１７】
ところで図１に示した通り、本実施例では投影レンズ系ＰＬの先端部を液体ＬＱ内に浸けるので、少なくともその先端部は防水加工されて鏡筒内に液体が染み込まないような構造となっている。さらに、投影レンズ系ＰＬの先端のレンズ素子の下面（ウエハＷとの対向面）は平面、又は曲率半径が極めて大きい凸面に加工され、これにより、走査露光時にレンズ素子の下面とウエハＷの表面との間で生じる液体ＬＱの流れをスムーズにできる。
さらに本実施例では、後で詳細に説明するが、液浸状態における投影レンズ系ＰＬの最良結像面（レチクル共役面）が、先端のレンズ素子の下面から約２〜１ｍｍの位置に形成されるように設計されている。従って、先端のレンズ素子の下面とウエハＷの表面との間に形成される液体層の厚みも２〜１ｍｍ程度になり、これによって液体ＬＱの温度調整の制御精度が緩和されるとともに、その液体層内の温度分布ムラの発生も抑えることが可能となる。
【００１８】
さて、ホルダテーブルＷＨは、投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸに沿ったＺ方向への並進移動（本実施例では粗移動と微動）と、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に対する傾斜微動とが可能なように、ＸＹステージ３４上に取り付けられる。このＸＹステージ３４はベース定盤３０上をＸＹ方向に２次元移動し、ホルダテーブルＷＨはＸＹステージ３４上に３つのＺ方向用のアクチュエータ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを介して取り付けられる。各アクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃは、ピエゾ伸縮素子、ボイスコイルモータ、ＤＣモータとリフト・カムの組合わせ機構等で構成される。そして３つのＺアクチュエータを同じ量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨをＺ方向（フォーカス方向）に平行移動させることができ、３つのＺアクチュエータを互いに異なる量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨの傾斜（チルト）方向とその量とが調整できる。
【００１９】
また、ＸＹステージ３４の２次元移動は、送りネジを回転させるＤＣモータや非接触に推力を発生させるリニアモータ等で構成される駆動モータ３６によって行われる。この駆動モータ３６の制御は、ホルダテーブルＷＨの端部に固定された移動鏡ＭＲｗの反射面のＸ方向、Ｙ方向の各位置変化を計測するレーザ干渉計３３からの計測座標位置を入力するウエハステージ制御器３５によって行われる。なお、駆動モータ３６をリニアモータとしたＸＹステージ３４の全体構成としては、例えば特開平８−２３３９６４号公報に開示された構成を使ってもよい。
【００２０】
さて、本実施例では投影レンズ系ＰＬのワーキングディスタンスが小さく、投影レンズＰＬの先端のレンズ素子とウエハＷとの間の２〜１ｍｍ程度の狭い間隔に液体ＬＱを満たすことから、斜入射光方式のフォーカスセンサーの投光ビームを投影レンズ系ＰＬの投影視野に対応したウエハ面上に斜めに投射することが難しい。このため本実施例では図１に示す通り、オフ・アクシス方式（投影レンズ系ＰＬの投影視野内にフォーカス検出点がない方式）のフォーカス・レベリング検出系と、オフ・アクシス方式でウエハＷ上のアライメント用のマークを検出するマーク検出系とを含むフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部周辺に配置する。
【００２１】
このフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤの先端に取り付けられた光学素子（レンズ、ガラス板、プリズム等）の下面は、図１に示すように液体ＬＱ中に配置され、その光学素子からはアライメント用の照明ビームやフォーカス検出用のビームが液体ＬＱを通してウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面上に照射される。そしてフォーカス・レベリング検出系はウエハＷの表面の最良結像面に対する位置誤差に対応したフォーカス信号Ｓｆを出力し、マーク検出系はウエハＷ上のマークの光学的な特徴に対応した光電信号を解析して、マークのＸＹ位置又は位置ずれ量を表すアライメント信号Ｓａを出力する。
【００２２】
そして以上のフォーカス信号Ｓｆとアライメント信号Ｓａは主制御器４０に送出され、主制御器４０はフォーカス信号Ｓｆに基づいて３つのＺアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃの各々を最適に駆動するための情報をウエハステージ制御器３５に送出する。これによってウエハステージ制御器３５は、ウエハＷ上の実際に投影されるべき領域に対するフォーカス調整やチルト調整が行われるように、各Ｚアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃを制御する。
【００２３】
また主制御器４０は、アライメント信号Ｓａに基づいて、レチクルＲとウエハＷとの相対的な位置関係を整合させるためのＸＹステージ３４の座標位置を管理する。さらに主制御器４０は、ウエハＷ上の各ショット領域を走査露光する際、レチクルＲとウエハＷとがＹ方向に投影レンズ系ＰＬの投影倍率と等しい速度比で等速移動するように、レチクルステージ制御器２０とウエハステージ制御器３５とを同期制御する。
【００２４】
なお、図１中のフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤは投影レンズ系ＰＬの先端部周辺の１ケ所にだけしか設けられていないが、投影レンズ系ＰＬの先端部を挟んでＹ方向に２ケ所、Ｘ方向に２ケ所の計４ケ所に設けておくのがよい。また図１中のレチクルＲの上方には、レチクルＲの周辺部に形成されたアライメント用のマークとウエハＷ上のアライメント用のマーク（又は基準マーク板上の基準マーク）とを投影レンズ系ＰＬを通して同時に検出して、レチクルＲとウエハＷとの位置ずれを高精度に計測するＴＴＲ（スルーザレチクル）方式のアライメントセンサー４５が設けられている。そしてこのＴＴＲアライメントセンサー４５からの位置ずれ計測信号は主制御器４０に送出され、レチクルステージ１６やＸＹステージ３４の位置決めに使われる。
【００２５】
ところで図１の露光装置は、ＸＹステージ３４をＹ方向に等速移動させて走査露光を行うものであるが、その走査露光時のレチクルＲ、ウエハＷのスキャン移動とステップ移動とのスケジュールを図２を参照して説明する。
図２において、図１中の投影レンズ系ＰＬは、前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとで代表的に表してあり、その前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとの間には、投影レンズ系ＰＬの射出瞳Ｅｐが存在する。また図２に示したレチクルＲには、投影レンズ系ＰＬの物体側の円形イメージフィールドの直径寸法よりも大きな対角長を有する回路パターン領域Ｐａが、遮光帯ＳＢによって区画された内側に形成されている。
【００２６】
そしてレチクルＲ上の領域Ｐａは、レチクルＲを例えばＹ軸に沿った負方向に一定速度Ｖｒでスキャン移動させつつ、ウエハＷをＹ軸に沿った正方向に一定速度Ｖｗでスキャン移動させることによって、ウエハＷ上の対応したショット領域ＳＡａに走査露光される。このとき、レチクルＲを照明するパルス照明光ＩＬの領域ＡＩは、図２に示すようにレチクル上の領域Ｐａ内でＸ方向に伸びた平行なスリット状又は矩形状に設定され、そのＸ方向の両端部は遮光帯ＳＢ上に位置する。
【００２７】
さて、レチクルＲ上の領域Ｐａ内のパルス光照明領域ＡＩに含まれる部分パターンは、投影レンズ系ＰＬ（レンズ系ＬＧａ、ＬＧｂ）によってウエハＷ上のショット領域ＳＡａ内の対応した位置に像ＳＩとして結像される。そしてレチクルＲ上のパターン領域ＰａとウエハＷ上のショット領域ＳＡａとの相対走査が完了すると、ウエハＷは例えばショット領域ＳＡａの隣りのショット領域ＳＡｂに対する走査開始位置にくるように、一定量だけＹ方向にステップ移動される。このステップ移動の間、パルス照明光ＩＬの照射は中断される。
次に、レチクルＲの領域Ｐａ内のパターンの像がウエハＷ上のショット領域ＳＡｂに走査露光されるように、レチクルＲをパルス光照明領域ＡＩに対してＹ軸の正方向に一定速度Ｖｒで移動させつつ、ウエハＷを投影像ＳＩに対してＹ軸の負方向に一定速度Ｖｗで移動させることで、ショット領域ＳＡｂ上に電子回路のパターン像が形成される。なお、エキシマレーザ光源からのパルス光を走査露光に用いる技術の一例は、例えば米国特許４，９２４，２５７号に開示されている。
【００２８】
ところで図１、２に示した投影露光装置は、レチクルＲ上の回路パターン領域の対角長が投影レンズ系ＰＬの円形イメージフィールドの直径よりも小さい場合、照明系１０内のレチクルブラインドの開口の形状や大きさを変えて、照明領域ＡＩの形状をその回路パターン領域に合わせると、図１の装置をステップ・アンド・リピート方式のステッパーとして使うことができる。この場合、ウエハＷ上のショット領域を露光している間は、レチクルステージ１６とＸＹステージ３４とを相対的に静止状態にしておく。
しかしながらその露光中にウエハＷが微動するときは、その微動をレーザ干渉計システム３３で計測して投影レンズ系ＰＬに対するウエハＷの微小な位置ずれ分をレチクルＲ側で追従補正するように、レチクルステージ１６を微動制御すればよい。またレチクルブラインドの開口の形状や大きさを変える場合は、開口形状やサイズの変更に合せて、レチクルブラインドに達する光源からのパルス光を調整後の開口に見合った範囲に集中させるようなズームレンズ系を設けてもよい。
【００２９】
なお、図２から明らかなように、投影像ＳＩの領域はＸ方向に延びたスリット状又は矩形状に設定されているため、走査露光中のチルト調整は本実施例では専らＹ軸回りの回転方向、すなわち走査露光の方向に対してローリング方向にのみ行われる。もちろん、投影像ＳＩの領域の走査方向の幅が大きく、ウエハ表面の走査方向に関するフラットネスの影響を考慮しなけばならないときは、当然にＸ軸回りの回転方向、すなわちピッチング方向のチルト調整も走査露光中に行われる。
【００３０】
ここで、本実施例による露光装置の特徴であるホルダテーブルＷＨ内の液体ＬＱの状態について、図３を参照して説明する。図３は投影レンズ系ＰＬの先端部からホルダテーブルＷＨまでの部分断面を表す。投影レンズ系ＰＬの鏡筒内の先端には、下面Ｐｅが平面で上面が凸面の正レンズ素子ＬＥ１が固定されている。このレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅは、鏡筒金物の先端部の端面と同一面となるように加工（フラッシュサーフェス加工）されており、液体ＬＱの流れが乱れることを抑えている。さらに投影レンズ系ＰＬの鏡筒先端部で液体ＬＱ内に浸かる外周角部１１４は、例えば図３のように大きな曲率で面取り加工されており、液体ＬＱの流れに対する抵抗を小さくして不要な渦の発生や乱流を抑える。
また、ホルダテーブルＷＨの内底部の中央には、ウエハＷの裏面を真空吸着する複数の突出した吸着面１１３が形成されてい。この吸着面１１３は、具体的には１ｍｍ程度の高さでウエハＷの径方向に所定のピッチで同心円状に形成された複数の輪帯状ランド部として作られる。そして各輪帯状ランド部の中央に刻設された溝の各々は、テーブルＷＨの内部で真空吸着用の真空源に接続される配管１１２につながっている。
【００３１】
さて、本実施例では図３に示したように、投影レンズ系ＰＬの先端のレンズ素子ＬＥ１の下面ＰｅとウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面とのベストフォーカス状態での間隔Ｌは、２〜１ｍｍ程度に設定される。そのため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの深さＨｑは、間隔Ｌに対して２〜３倍程度以上であればよく、従ってホルダテーブルＷＨの周辺に立設された壁部ＬＢの高さは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度でよい。このように本実施例では、投影レンズ系ＰＬのワーキングディスタンスとしての間隔Ｌを極めて小さくしたため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの総量も少なくて済み、温度制御も容易になる。
【００３２】
ここで本実施例で使う液体ＬＱは、入手が容易で取り扱いが簡単な純水を用いる。ただし本実施例では、液体ＬＱの表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させるために、ウエハＷのレジスト層を溶解させず、且つレンズ素子の下面Ｐｅの光学コートに対する影響が無視できる脂肪族系の添加剤（液体）をわずかな割合で添加しておく。その添加剤としては、純水とほぼ等しい屈折率を有するメチルアルコール等が好ましい。このようにすると、純水中のメチルアルコール成分が蒸発して含有濃度が変化しても、液体ＬＱの全体としての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点が得られる。
【００３３】
さて、液体ＬＱの温度はある目標温度に対して一定の精度で制御されるが、現在比較的容易に温度制御できる精度は±０．０１℃程度である。そこでこのような温調精度のもとでの現実的な液浸投影法を考えてみる。一般に空気の屈折率の温度係数Ｎaは約−９×１０-7／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎqは約−８×１０-5／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎqの方が２桁程度も大きい。
一方、ワーキングディスタンスをＬとすると、ワーキングディスタンスＬを満たす媒質の温度変化（温度むら）量ΔＴに起因して生じる結像の波面収差量ΔＦは近似的に次式で表される。
ΔＦ＝Ｌ・｜Ｎ｜・ΔＴ
【００３４】
ここで、液浸投影法を適用しない通常の投影露光の場合、ワーキングディスタンスＬを１０ｍｍ、温度変化量ΔＴを０．０１℃としたときの波面収差量ΔＦairは以下のようになる。
ΔＦair＝Ｌ・｜Ｎa｜・ΔＴ≒０．０９ｎｍ
また同じワーキングディスタンスＬと温度変化量ΔＴの下で、液浸投影法を適用した場合に得られる波面収差量ΔＦlqは以下のようになる。
ΔＦlq＝Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ≒８ｎｍ
【００３５】
この波面収差量は、一般に使用波長λの１／３０ないしは１／５０〜１／１００程度が望ましいとされているから、ＡｒＦエキシマレーザを使った場合に許容される最大の波面収差量ΔＦmaxは、λ／３０ないしはλ／５０〜λ／１００程度の６．４３ないしは３．８６〜１．９３ｎｍに定められ、望ましくはλ／１００の１．９３ｎｍ以下に定められる。
ところで空気と水の０℃における各熱伝導率は、空気で０．０２４１Ｗ／ｍＫとなり、水で０．５６１Ｗ／ｍＫとなり、水の方が熱伝導が良く、水中に形成される光路内での温度むらは空気中のそれよりも小さくでき、結果的に液体中で発生する屈折率の揺らぎも小さくできる。しかしながら、式（３）に表したようにワーキングディスタンスＬが１０ｍｍ程度の場合、温度変化量ΔＴが０．０１℃であったとしても、発生する波面収差量ΔＦlqは許容収差量ΔＦmaxを大きく越えてしまう。
【００３６】
そこで以上の考察から、許容波面収差量ΔＦmaxを考慮した温度変化量ΔＴとワーキングディスタンスＬとの関係は、
ΔＦmax＝λ／３０≧Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ
ないしは、
ΔＦmax＝λ／１００≧Ｌ・｜Ｎq｜・ΔＴ
となる。ここで、想定される温度変化量ΔＴを０．０１℃、波長λを１９３ｎｍ、そして液体ＬＱの屈折率変化量Ｎqを−８×１０-5／℃とすると、必要とされるワーキングディスタンス（液体層の厚み）Ｌは、８ｍｍないしは２．４ｍｍ以下となる。望ましくは、そのワーキングディスタンスＬを液体ＬＱがスムーズに流れる範囲内で２ｍｍよりも小さくした方がよい。
以上のように本実施例のように構成することにより、液体ＬＱの温度制御が容易になるとともに、液体層内の温度変化に起因した波面収差変化で生じる投影像の劣化が抑えられ、極めて高い解像力でレチクルＲのパターンを投影露光することが可能となる。
【００３７】
【第２の実施例の説明】
次に、本発明の第２の実施例について図４を参照して説明する。本実施例は、先の第１の実施例にも同様に適用可能な液体ＬＱの温度制御法とウエハＷの交換時の液体ＬＱの取り扱い方法とを示す。従って、図４において先の図１，３中の部材と同じものには同一の符号をつけてある。
さて、図４においてホルダテーブルＷＨの内底部に円形の凹部として形成されたウエハ載置部には複数の吸着面１１３が形成されている。そして円形のウエハ載置部の周辺には、液体ＬＱの供給と排出に用いる溝５１が環状に形成され、その溝５１の一部は、テーブルＷＨ内に形成された通路５２を介して、外部のパイプ５３につながれている。またホルダテーブルＷＨ内のウエハ載置部の直下と補助プレート部ＨＲＳの直下には、ペルチェ素子等の温度調整器５０Ａ，５０Ｂが埋め込まれ、ホルダテーブルＷＨ上の適当な位置（望ましくは複数ケ所）には温度センサー５５が取り付けられて、液体ＬＱの温度が精密に検出される。そして温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、温度センサー５５によって検出される液体ＬＱの温度が一定値になるように、制御器６０によって制御される。
【００３８】
一方、パイプ５３は、切り替えバルブ６２を介して、液体供給ユニット６４と排出ポンプ６６に接続されている。切り替えバルブ６２は、制御器６０からの指令に応答して、液体供給ユニット６４からの液体ＬＱをパイプ５３に供給する流路か、パイプ５３からの液体ＬＱを排出ポンプ６６を介して供給ユニット６４に戻す流路かを切り替えるように動作する。また供給ユニット６４内には、ホルダテーブルＷＨ上の液体ＬＱの全体を収容可能なリザーブタンク（不図示）と、このタンクから液体ＬＱを供給するポンプ６４Ａと、そのポンプ６４Ａを含めタンク内の液体ＬＱ全体を一定の温度に保つ温調器６４Ｂとが設けられている。さらに以上の構成において、バルブ６２、ポンプ６４Ａ、温調器６４Ｂ、排出ポンプ６６の各動作は、制御器６０によって統括的に制御される。
【００３９】
さて、このような構成において、ウエハＷがホルダテーブルＷＨの載置部上に搬送され、プリアライメントされた状態で複数の吸着面１１３上に載置されると、図３に示した真空吸着用の配管１１２を介して減圧固定される。この間、温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、目標となる温度に制御され続けている。
そしてウエハＷの真空吸着が完了すると、切り替えバルブ６２がクローズ位置から供給ユニット６４側に切り替わり、温度調整された液体ＬＱがポンプ６４Ａの作動によって、パイプ５３、通路５２、溝５１を介してホルダテーブルＷＨの壁部ＬＢの内部に一定量だけ注入されて、切り替えバルブ６２がクローズ位置に戻る。その後、ウエハＷに対する露光が完了すると、直ちに切り替えバルブ６２がクローズ位置から排出ポンプ６６側に切り替わり、排出ポンプ６６の作動によってテーブルＷＨ上の液体ＬＱが溝５１、パイプ５３を介して供給ユニット６４のリザーブタンク内に戻される。そのタンク内に戻された液体ＬＱは、リザーブタンク内の温度センサーからの検出信号に基づいて、次のウエハが準備できるまで温調器６４Ｂによって精密に温度制御される。
【００４０】
このように本実施例によれば、液浸露光中の液体ＬＱはホルダテーブルＷＨ内の温度調整器５０Ａ，５０Ｂによって温度制御され、ウエハ交換動作中は液体ＬＱを供給ユニット６４内に回収して温度制御するようにしたので、ウエハ交換が大気中で可能になるとともに、液体ＬＱの大きな温度変化を防止できると云った利点がある。さらに本実施例によれば、ウエハ交換後にホルダテーブルＷＨに注入される液体ＬＱは、たとえ設定温度に対して僅か（例えば０．５℃程度）に異なっていたとしても、液体層の深さＨｑ（図３参照）が総じて浅いために比較的早く設定温度に到達し得るから、温度安定を待つ時間も短縮され得る。
【００４１】
【第３の実施例の説明】
次に第３の実施例について図５を参照して説明する。図５は先の図３の構成を改良したホルダテーブルＷＨの部分断面を表し、この実施例のホルダテーブルＷＨは、ウエハＷを保持するウエハチャック９０と、フォーカス・レベリングのためのＺ方向移動とチルト移動を行うＺＬステージ８２とに別れており、ＺＬステージ８２上にウエハチャック９０が載置されている。そしてＺＬステージ８２は、３つのＺアクチュエータ３２Ａ，３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して、ＸＹステージ３４上に設けられる。そしてチャック９０には、図１、３、４と同様に、壁部ＬＢ、補助プレート部ＨＲＳ、真空吸着用の配管１１２、液体ＬＱの供給、排出用のパイプ５３（図４参照）に接続される通路５３Ａ，５３Ｂがそれぞれ形成されている。ただし、通路５３Ａはウエハチャック９０内部の補助プレート部ＨＲＳの周辺部分につながっており、通路５３Ｂはウエハチャック９０内底部のウエハ載置部の最も低い部分につながっている。このようにウエハチャック９０内の複数ケ所に液体排出、注入用の通路を形成しておくと、液体の出し入れが迅速に行われる。
【００４２】
さらに本実施例では、チャック９０の中央部に３つ（２つのみ図示）の貫通孔９１が形成され、この貫通孔９１を通って上下動する３つ（２つのみ図示）のセンターアップピン８３が、上下動駆動機構８５の上に設けられている。この上下動駆動機構８５は、ＸＹステージ３４側に固定される。その３つのセンターアップピン８３は、ウエハ交換時にチャック９０上のウエハＷを載置面から一定量だけ持ち上げたり、ウエハＷを載置面上に下ろしたりするためのものであり、ウエハＷがチャック９０の載置面に真空吸着された状態では、図５に示すようにセンターアップピン８３の先端面は、チャック９０の載置面よりも下がった位置に設定される。
【００４３】
一方、本実施例で使用する投影レンズ系ＰＬの先端部には、サブ鏡筒８０の先端に光軸ＡＸと垂直に固定された石英の平行平板ＣＧが取り付けられ、したがって先端のレンズ素子ＬＥ１（平凸レンズ）が液体ＬＱに浸かることがないように構成されている。本実施例では、この平行平板ＣＧの下面とウエハＷの表面との間隔が、見かけ上のワーキングディスタンスとなり、先の実施例と同様に２ｍｍ以下に設定される。またサブ鏡筒８０の平行平板ＣＧとの取付け面は防水加工され、サブ鏡筒８０の内部には窒素ガスが充填されている。
【００４４】
このように投影レンズ系ＰＬの先端に平行平板ＣＧを設けるようにすると、投影レンズ系ＰＬの実質的なバックフォーカス距離（屈折力を持つ先端の光学素子から像面までの距離）が１０〜１５ｍｍ程度であっても、容易にワーキングディスタンスＬを１〜２ｍｍ程度にして液体の温度変化の影響を低減させた液浸投影法が実現できる。また、平行平板ＣＧは後付けで設けることができるから、平行平板ＣＧの表面の一部分を波長の数分の１程度のオーダーで研磨することにより、投影像内で生じている局所的な微少歪曲収差（あるいはランダムなディストーション）を容易に修正することが可能となる。すなわち、平行平板ＣＧは投影レンズ系ＰＬの最先端のレンズ素子を液体から保護する窓としての機能と、ディストーション補正板としての機能とを兼ね備えることになる。
なお、別の見方をすれば平行平板ＣＧを含めて投影レンズ系ＰＬの結像性能が保証されているので、平行平板ＣＧが投影レンズ系ＰＬの最先端の光学素子であることに変わりはない。
【００４５】
【第４の実施例の説明】
次に本発明の第４の実施例について図６を参照して説明する。本実施例は、先の図５に示した実施例とも関連し、ワーキングディスタンスを極めて小さくした投影光学系を液浸投影露光法に使用した場合のウエハ交換に関するものである。図６において、投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部には、図１に示したレーザ干渉計３３からの参照用ビームＢＳｒを受けて反射する参照ミラーＭＬ（Ｘ方向用とＹ方向用）が固定されている。そしてレーザ干渉計３３からの測長用ビームＢＳｍは、先の図５に示したようなＺＬステージ８２の端部に固定された移動鏡ＭＲｗに投射され、その反射ビームはレーザ干渉計３３に戻り、参照用ビームＢＳｒの反射ビームと干渉して移動鏡ＭＲｗの反射面の座標位置、すなわちウエハＷのＸ，Ｙ方向の座標位置が、参照ミラーＭＬを基準として計測される。
さて、本実施例においても、ＺＬステージ８２は３つのＺアクチュエータ３２Ａ，３２Ｂ（３２Ｃは省略）を介してＸＹステージ３４上に取り付けられ、Ｚ方向とチルト方向とに移動可能となっている。ただし、ＺＬステージ８２は、その周辺の３ケ所で板バネ８４Ａ，８４Ｂ（８４Ｃは省略）を介してＸＹステージ３４と結合され、ＸＹステージ３４に対する水平方向（ＸＹ面内）の剛性が極めて大きくなるように支持される。
【００４６】
そして本実施例でも、先の図５と同様のウエハチャック９０がＺＬステージ８２上に設けられるが、図５と異なる点は、ウエハチャック９０を複数のＺ方向の駆動機構８８Ａ，８８Ｂによって比較的に大きなストローク（１０〜１５ｍｍ程度）でＺＬステージ８２に対してＺ方向に移動する構成にしたことである。この駆動機構８８Ａ，８８Ｂは、フォーカス・レベリングのためのＺアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃと異なり、ウエハチャック９０をそのストロークの両端間で移動させるだけでよく、エア・シリンダやリンク機構等を使った簡単なエレベーション機能でよい。
さらに図６の実施例では、先の図５に示したセンターアップピン８３がＸＹステージ３４上に上下動することなく固定されている。そして図６のようにウエハチャック９０が最も上昇した状態では、ウエハＷの表面が投影レンズ系ＰＬの先端の光学素子の面から１〜２ｍｍ程度に設定され、センターアップピン８３の先端面はウエハチャック９０のウエハ載置面よりもわずかに下側（２〜３ｍｍ程度）に下がっている。
【００４７】
以上のような構成で、図６はウエハＷに対する露光動作時の状態を表し、その露光動作が完了すると先の図４に示した液体ＬＱの排出操作によってウエハチャック９０上の液体ＬＱを一時的に排出する。その後、ウエハチャック９０の真空吸着が解除されると、駆動機構８８Ａ，８８Ｂを作動させてウエハチャック９０を図６の位置から最も下にダウンさせる。これによってウエハＷは３つのセンターアップピン８３の先端面上に載せ替えられるとともに、ウエハチャック９０周辺の壁部ＬＢの上端面が投影レンズ系ＰＬの先端面（図３中ではレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅ、図５中では平行平板ＣＧの下面）よりも低くなるように位置決めされる。
その状態でＸＹステージ３４をウエハ交換位置まで移動させると、ウエハＷは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出されて、搬送用のアーム９５の方に移動する。このときアーム９５は、ウエハチャック９０の壁部ＬＢの上端面よりは高く、且つセンターアップピン８３上のウエハＷよりは低くなるような高さに設定された状態で、ウエハＷの下側に入り込む。それからアーム９０はウエハＷを上方向にわずかに持ち上げつつ真空吸着を行い、所定のアンロード位置に向けてウエハＷを搬送する。ウエハＷの搬入は、以上のシーケンスとは全く逆に行われる。
【００４８】
ところで図６に示したように、レーザ干渉計３３が参照ビームＢＳｒを投影レンズ系ＰＬの参照ミラーＭＬに投射するような方式の場合、参照ビームＢＳｒの光路の直下に液体ＬＱのプールが広がっているため、その液体ＬＱの飽和蒸気の上昇によって参照ビームＢＳｒの光路に揺らぎを与えることが考えられる。そこで本実施例では、参照ビームＢＳｒの光路と液体ＬＱとの間にカバー板８７を配置し、液体ＬＱから上昇する蒸気流を遮断して参照ビームＢＳｒの光路で発生する揺らぎを防止する。
【００４９】
なお、カバー板８７の上部空間には、参照ビームＢＳｒの光路をより安定にするために、光路と交差する方向に温度制御された清浄な空気を送風してもよい。この場合、カバー板８７は光路空調用の空気が直接液体ＬＱに吹き付けられることを防止する機能も備えることになり、液体ＬＱの不要な蒸発を低減させることができる。また、単なるカバー板８７に代えて、参照ビームＢＳｒの光路全体を遮風筒で覆う構成にしてもよい。
【００５０】
【第５の実施例の説明】
次に本発明の第５の実施例を図７（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。本実施例は先の図１に示したホルダテーブルＷＨの構造に、図５に示したセンターアップ機構（ピン８３、Ｚ駆動部８５）を組合わせたものであり、ウエハ交換を簡単にするようにホルダテーブルＷＨを改良したものである。そして図７（Ｂ）はその改良されたホルダテーブルＷＨの平面を表し、図７（Ａ）は図７（Ｂ）中の７Ａ矢視の断面を表す。
その図７（Ａ），（Ｂ）から分かるように、ホルダテーブルＷＨは、ＸＹステージ３４上に３つのＺアクチュエータ３２Ａ、３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して保持され、ホルダテーブルＷＨの中央付近には３つの貫通孔９１が設けられている。この貫通孔９１には、駆動部８５によって上下動するセンターアップピン８３が通る。
【００５１】
先にも説明したように、投影レンズ系ＰＬの最下端面の高さは、そのままでは補助プレート部ＨＲＳ（ウエハＷ）の表面から２ｍｍ程度しか離れていない。さらにホルダテーブルＷＨの周辺に設けられた壁部ＬＢの上端は投影レンズ系ＰＬの最下端面よりも高い。従って、ウエハ交換のためにそのままＸＹステージ３４を移動させて投影レンズ系ＰＬの直下からウエハを引き出すように構成した場合、補助プレート部ＨＲＳの一部分の幅が投影レンズ系ＰＬの鏡筒の直径寸法程度必要となり、液体ＬＱが注入されるホルダテーブルＷＨの内容積を大きくすることになる。
【００５２】
そこで本実施例では、図７に示すようにホルダテーブルＷＨの壁部ＬＢの一部を切り欠いて、そこに開閉自在な液密ドア部ＤＢを設けた。この液密ドア部ＤＢは、液体ＬＱが注入されている間は常に図７（Ａ），（Ｂ）のように壁部ＬＢの切り欠き部を液密状態で閉じており、液体ＬＱがホルダテーブルＷＨ上から排出されると、図７（Ａ）中の破線のように開くようになっている。
その液密ドア部ＤＢは、開いた状態では補助プレート部ＨＲＳの表面の高さよりも若干低くなるように設定されている。また液密ドア部ＤＢの内壁と接するホルダテーブルＷＨ本体側の壁部分（壁部ＬＢの切り欠き部等）には、図７（Ｂ）のように液密性を確実にするＯリングＯＬが適宜の位置に設けられている。
【００５３】
以上のような構成において、ホルダテーブルＷＨ上のウエハを交換する場合は、まずホルダテーブルＷＨ内の液体ＬＱを排出してから、液密ドア部ＤＢを開く。その後、ＸＹステージ３４を図７中で右側に移動させると、ウエハは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出されることになる。このとき、投影レンズ系ＰＬは丁度開いた液密ドア部ＤＢの上方空間に位置する。それからセンターアップピン８３を上昇させてウエハを壁部ＬＢよりも高く持ち上げれば、ウエハは容易に交換することができる。
【００５４】
本実施例によれば、ホルダテーブルＷＨの周囲を取り囲む壁部ＬＢの直径を最小にすることが可能となり、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの総量を最小限に抑えることが可能となり、液体ＬＱの温度管理が容易になるだけでなく、液体ＬＱの注入排出時間も最小になるといった利点がある。
なお、前記第４の実施例の構成のときには、ウエハチャックが下降するから特に液密ドア部を設ける必要はないが、第４の実施例の構成において、なおも液密ドア部を設けても良い。
【００５５】
【第６の実施例の説明】
次に図８は本発明の第６の実施例を示し、この実施例では下部容器７と上部容器８を用いている。ウエハ３を載置するウエハホルダー３ａは下部容器７の内面底部に形成されており、下部容器７の上面は上部容器８の底面によって密閉されており、下部容器７の全容積は浸液７ａによって完全に満たされている。他方上部容器８にも浸液８ａが満たされており、その浸液８ａ内に投影光学系１の最終レンズ面１ａが浸されている。
【００５６】
下部容器７内の浸液７ａの一部分は、下部容器７の一側面に設けた排出口５より温度調節器６に導かれ、温度調節器６において温度調節を受けた後に、下部容器７の他側面に設けた注入口４より下部容器７に戻るように循環している。下部容器７内の複数箇所には温度センサー（図示せず）が取り付けられており、温度調節器６は温度センサーからの出力に基づいて、下部容器７内の浸液７ａの温度が一定となるように制御している。また上部容器８内の浸液８ａについても、同様の温度調節機構が設けられている。
【００５７】
この実施例においては、下部容器７と上部容器８を一体として移動することにより、ウエハ３を移動している。他方、ウエハ３を収容した下部容器内の浸液は実質的に密閉されているから、温度安定性の点で有利であるだけでなく、浸液中の渦等の流れによる圧力分布も発生しない。すなわち浸液中の圧力分布は、屈折率の揺らぎとなり結像波面収差悪化の要因となるが、この第６の実施例において圧力分布が問題になるのは、上部容器８に満たされた浸液８ａのみで、この部分の光路Ｌ8を充分に短く形成することにより、ウエハ移動時の浸液流れの影響を実用上問題にならないレベルまで緩和することが出来る。
【００５８】
なお本実施例では下部容器７と上部容器８を一体として移動したが、下部容器７のみを移動し、上部容器８を固定することもできる。この構成のときには、上部容器８内の浸液８ａは完全に停止することになる。したがってワーキングディスタンスＬのうちで、上部容器８内の浸液８ａの厚さＬ8よりも、下部容器７内の浸液７ａの厚さＬ7の方を十分に薄く形成することが好ましい。
【００５９】
【その他の変形例の説明】
以上、本発明の各実施例を説明したが、先の図１に示したように液浸投影露光時のワーキングディスタンスは１〜２ｍｍ程度と極めて小さいため、ウエハＷに対する焦点合せはオフ・アクシス方式のフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを使うものとした。しかしながら、例えば米国特許４，８０１，９７７号、米国特許４，３８３，７５７号等に開示されているように、投影レンズ系ＰＬの投影視野内の周辺部を介してフォーカス検出用のビームをウエハ上に投射してウエハ表面の高さ位置又は傾きを計測するＴＴＬ（スルーザレンズ）方式のフォーカス検出機構を設けてもよい。
【００６０】
また、図１に示したフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤは、オフ・アクシス方式でウエハＷ上のアライメントマークを光学的に検出するものとしたが、このアライメントセンサーもレチクルＲと投影レンズ系ＰＬとを通してウエハＷ上のマークを検出する図１中のＴＴＲアライメントセンサー４５の他に、投影レンズ系ＰＬのみを通してウエハＷ上のマークを検出するＴＴＬ方式のアライメントセンサーとしてもよい。
さらに本発明は、紫外線域（波長４００ｎｍ以下）のもとで投影露光する投影光学系を備えていれば、どのような構成の露光装置であっても全く同様に適用し得る。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明により、実現可能な温度コントロールの範囲内で、充分な結像性能が保証された液侵型の露光装置が提供された。また、液侵型露光装置におけるウエハのローディングとアンローディングに適したウエハステージの構造も提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による走査型の投影露光装置の全体的な構成を示す図である。
【図２】走査露光のシーケンスを模式的に説明するための斜視図である。
【図３】図１中の投影レンズ系付近の詳細な構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例による液体の温度制御と液体供給システムとを模式的に示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施例によるウエハホルダーと投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例によるウエハホルダーと投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例によるホルダテーブルの構造を示す（Ａ）断面図と、（Ｂ）平面図である。
【図８】本発明の第６の実施例の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…投影光学系 １ａ…最終レンズ面
７、８…容器 ７ａ、８ａ…浸液
３…ウエハ ３ａ…ウエハホルダー
４…注入口 ５…排出口
６…温度調節器 Ｌ…ワーキングディスタンス
１０…照明系 １２…コンデンサーレンズ系
１４…ミラー １６…レチクルステージ
１７…レーザ干渉計システム １８…モータ
１９…コラム構造体 ２０…レチクルステージ制御器
３０…ベース定盤 ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…アクチュエータ
３３…レーザ干渉計システム ３４…ＸＹステージ
３５…ウエハステージ制御器 ３６…駆動モータ
４０…主制御器 ５０Ａ、５０Ｂ…温度調整器
５１…溝５１ ５２…通路
５３…パイプ ５３Ａ、５３Ｂ…通路
５５…温度センサー ６０…制御器
６２…切り替えバルブ ６４…液体供給ユニット
６４Ａ…ポンプ ６４Ｂ…温調器
６６…排出ポンプ６６ ８０…サブ鏡筒
８２…ＺＬステージ ８３…センターアップピン
８４Ａ、８４Ｂ…板バネ ８５…上下動駆動機構
８７…カバー板 ８８Ａ，８８Ｂ…駆動機構
９０…ウエハチャック ９１…貫通孔
９５…アーム １１２…配管
１１３…吸着面 １１４…外周角部
ＩＬ…パルス照明光 ＡＩ…照明領域
Ｒ…レチクル Ｐａ…回路パターン領域
ＳＢ…遮光帯 ＰＬ…投影レンズ系
ＡＸ…光軸 ＬＧａ…前群レンズ系
ＬＧｂ…後群レンズ系 Ｅｐ…射出瞳
ＬＥ１…正レンズ素子 Ｐｅ…下面
ＣＧ…平行平板 Ｗ…ウエハ
ＳＡａ、ＳＡｂ…ショット領域 ＳＩ…投影像
ＷＨ…ホルダテーブル ＬＢ…壁部
ＬＱ…液体 ＨＲＳ…補助プレート部
ＤＢ…液密ドア部 ＯＬ…Ｏリング
ＦＡＤ…フォーカス・アライメントセンサー
ＭＲｒ、ＭＲｗ…移動鏡 ＭＬ…参照ミラー
ＢＳｒ…参照用ビーム ＢＳｍ…測長用ビーム
Ｓｆ…フォーカス信号 Ｓａ…アライメント信号
Claims (12)
- レチクル上に描画されたパターンをウエハ上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面と前記ウエハとの間のワーキングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、
前記ワーキングディスタンスの長さをＬとし、前記露光光の波長をλとし、前記液体の屈折率の温度係数をＮ（１／℃）としたとき、
Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜）
となるように形成したことを特徴とする液浸型露光装置。 - レチクル上に描画されたパターンをウエハ上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面と前記ウエハとの間のワーキングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、
前記液体として、純水の表面張力を減少させ又は純水の界面活性度を増大させる添加剤を前記純水に添加したものを用いたことを特徴とする液浸型露光装置。 - 前記ワーキングディスタンスの長さＬが２ｍｍ以下である、請求項１又は２記載の液浸型露光装置。
- 前記レチクルとウエハを前記投影光学系の倍率に対応した速度比にて同期して等速に走査可能に配置した、請求項１、２又は３記載の液浸型露光装置。
- 前記露光光として紫外域の光を用いた、請求項１、２、３又は４記載の液浸型露光装置。
- 前記投影光学系の最もウエハ側の先端光学素子のウエハ側の光学面を平面状に形成し、前記先端光学素子を保持する鏡筒の下端面を前記光学面と同一平面をなすように形成し、前記鏡筒の下端外周面に面取りを施した、請求項１、２、３、４又は５記載の液浸型露光装置。
- 前記先端光学素子が平行平板である、請求項６記載の液浸型露光装置。
- 前記ウエハをホルダテーブルによって保持し、前記液体によってワーキングディスタンスを満たすことができるように前記ホルダテーブルの上面外周に壁部を立設し、前記ホルダテーブル内に前記液体を供給し且つ回収できるように液体供給ユニットを設け、前記ホルダテーブルと液体供給ユニットとの双方に温度調整器を設けた、請求項１〜７のいずれか１項記載の液浸型露光装置。
- 前記ウエハをウエハチャックによって保持し、前記液体によってワーキングディスタンスを満たすことができるように前記ウエハチャックの上面外周に壁部を立設し、前記ウエハチャックを貫通して少なくとも３本のピンを設け、前記ウエハを前記ウエハチャックの上方に持ち上げることができるように、前記ピンに昇降駆動装置を取り付けた、請求項１〜７のいずれか１項記載の液浸型露光装置。
- 前記ウエハをウエハチャックによって保持し、前記液体によってワーキングディスタンスを満たすことができるように前記ウエハチャックの上面外周に壁部を立設し、前記ウエハチャックを貫通して少なくとも３本のピンを設け、ウエハチャックの前記壁部の上端を前記投影光学系の下端よりも低くすることができるように、前記ウエハチャックに昇降駆動装置を取り付けた、請求項１〜７のいずれか１項記載の液浸型露光装置。
- 前記壁部の一部分に開閉自在な液密ドア部を設けることにより、投影光学系の下端部分との干渉を回避した、請求項１〜１０のいずれか１項記載の液浸型露光装置。
- 前記投影光学系の側面に干渉計用のミラーを取り付け、該ミラーに入射して反射する光束を前記液体から発する蒸気より離隔するように防護手段を設けた、請求項１〜１１のいずれか１項記載の液浸型露光装置。
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