JP2005183744A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系と基板との間が液体で満たされていても、投影光学系と基板との間の距離を高い精度で求めることができる検出装置を備える露光装置、及び当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 投影光学系ＰＬの先端部に設けられた供給回収板４０は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に液体ｗを導くとともに液体ｗを液体回収装置２８に導く。また、液体ｗの周囲に窒素ガスを導くとともに窒素ガスを窒素ガス回収装置４３に導く。この供給回収板４０のウェハＷに対向する面にはウェハＷとの間の静電容量を検出する検出電極Ｄ２が設けられている。液体ｗの周囲に窒素ガスが供給されることで、二酸化炭素等の気体成分の液体ｗへの溶解が防止され、検出電極Ｄ２とウェハＷとの間の静電容量を精確に検出でき、その結果として投影光学系と基板との間の距離を高い精度で求めることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、投影光学系を介して基板を露光し、基板上にパターンを転写する露光装置及び当該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（charge Coupled Device）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、マスクに形成されたパターンを基板（レジストが塗布された半導体ウェハ又はガラスプレート等）上に転写する、所謂フォトグラフィーの手法により製造される。このフォトグラフィー工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、マスクステージ及び基板ステー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装置である。

露光装置を用いてマスクのパターンを基板上に忠実に転写するには、基板の表面を投影光学系の像面に合わせ込んだ状態で基板を露光する必要がある。このため、露光装置は、基板の表面に対して斜め方向から検出光を照射し、基板の表面で反射された検出光の受光位置に応じて投影光学系と基板との間の距離を調整し、自動的に基板の表面を投影光学系の像面に合わせ込むオートフォーカス機構を備えている。尚、かかる斜入射式のオートフォーカス機構を備えた露光装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。

また、近年においては、デバイスに形成する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光の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。このため、露光装置で使用される露光光の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。現在主流の露光装置は、光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を備えているが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を備える露光装置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（１）式及び（２）式で表される。
Ｒ＝ ｋ_１・λ／ＮＡ ……（１）
δ＝±ｋ_２・λ／ＮＡ^２ ……（２）
ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ_１，ｋ_２はプロセス係数である。

上記（１）式及び（２）式から、解像度Ｒを高めるために露光光の波長λを短波長化して開口数ＮＡ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が狭くなりすぎると、投影光学系の像面に対して基板の表面を合致させることが困難になり、露光動作時のマージンが不足する虞がある。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、例えば以下の特許文献２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の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１／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。
国際公開第ＷＯ００／３０１６３号パンフレット 国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット

ところで、上述した液浸法を用いた露光装置においてオートフォーカス機構を実現するためには、検出光を投影光学系の下面と基板の表面との間の液体を介して基板の表面に対して斜め方向から照射し、且つ基板の表面で反射した検出光を液体から射出させる必要がある。このため、投影光学系の下面の側方に検出光を液体内に導くとともに、基板の表面で反射した検出光を液体外に導く光学ウィンドウを設ける必要がある。

しかしながら、光学ウィンドウを設けると投影光学系の下面に設ける構造物が大型化してしまうという問題がある。また、光学ウィンドウは投影光学系の下面と基板の表面との間の液体に接した状態にあるため、液体の流れによって光学ウィンドウが振動すると、基板の表面に対する検出光の照射位置、又は基板で反射された検出光の射出方向が変化するため、基板の表面位置が誤って検出される虞がある。更に、液体の圧力又は温度の揺らぎによって液体の屈折率が変化し、これによっても基板の表面に対する検出光の照射位置及び基板の表面で反射された検出光の射出方向が変化する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、投影光学系と基板との間が液体で満たされていても、投影光学系と基板との間の距離を高い精度で求めることができる検出装置を備える露光装置、及び当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による露光装置は、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系と前記基板との間が液体（ｗ）で満たされている状態で、前記投影光学系と前記基板との間の電気容量を検出して前記投影光学系と前記基板との間の距離を求める検出装置（２５、Ｄ１、Ｄ２）と、前記投影光学系と前記基板との間を満たしている前記液体の周囲に不活性ガスを供給するガス供給装置（３７、４０、４１、ＷＣ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系と基板との間を満たす液体の周囲に不活性ガスが供給された状態で、液体を介して投影光学系と基板との間の電気容量が検出されて投影光学系と基板との間の距離が求められる。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による露光装置は、投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系の像面側に局所的に液体（ｗ）を満たした状態で、前記投影光学系の先端部に取り付けられた検出電極（Ｄ１１）と前記基板との間の電気容量を検出して前記投影光学系と前記基板との間の距離を求める検出装置（２５、Ｄ１０）と、前記基板の周囲に設けられ、表面位置が前記基板の表面位置とほぼ同一に設定された金属部材（５０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、投影光学系の先端部に取り付けられた検出電極が基板の端部付近に位置している場合に、検出電極からの電気力線は基板と表面位置が基板の表面位置とほぼ同一に設定された金属部材とにほぼ垂直に入射している状態で液体を介して投影光学系と基板との電気容量が検出されて投影光学系と基板との間の距離が求められる。
本発明のデバイス製造方法は、上記の何れかに記載の露光装置を用いて基板に対して露光処理を行う露光工程（Ｓ２６）と、前記露光工程を経た基板の現像を行う現像工程（Ｓ２７）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、上記の露光装置に設けられる検出装置の検出結果に基づいて基板の表面が投影光学系の像面に合わせ込まれた状態で基板が露光されて現像される。

本発明によれば、投影光学系と基板との間を満たす液体の周囲に不活性ガスを供給することで、二酸化炭素等の液体の電気伝導率又は誘電率を変化させる気体が液体に溶解しない状態にしているため、液体を介した投影光学系と基板との間の電気容量を精度良く検出することができ、この結果として投影光学系と基板との間が液体で満たされていても、投影光学系と基板との間の距離を高い精度で求めることができるという効果がある。
また、本発明によれば、投影光学系の先端部に取り付けられた検出電極が基板の端部付近に位置していても、検出電極からの電気力線は基板の縁に集中して電気力線が乱されることがなく、電気力線が基板及び金属部材にほぼ垂直に入射している状態にすることができるため、液体を介した投影光学系と基板との間の電気容量を精度良く検出することができ、その結果として投影光学系と基板との間が液体で満たされていても、投影光学系と基板との間の距離を高い精度で求めることができるという効果がある。
また、本発明によれば、液体を介した投影光学系と基板との間の距離が高い精度で求められ、基板の表面が投影光学系の像面に精確に合わせ込まれた状態で露光処理が行われるため、微細なパターンを基板上に忠実に転写することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による露光装置及びデバイス製造方法について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。尚、図１においては、露光装置ＥＸの一部を切り欠いて図示している。図１に示す露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に液体ｗを供給しつつ露光を行う液浸式の露光装置であって、図１中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに逐次転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。

尚、以下の説明においては、図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウェハＷを移動させる方向（走査方向ＳＤ）をＹ方向に設定している。

図１に示した露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＳ、レチクル操作部ＲＯ、投影光学系ＰＬ、及びウェハ操作部ＷＯに大別されており、照明光学系ＩＳ、レチクル操作部ＲＯ、及び投影光学系ＰＬは、箱状の照明系チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣの内部に外気から隔離されて密閉度が高められた状態でそれぞれ収納されている。また、ウェハ操作部ＷＯ及び鏡筒ＰＣの下方部はウェハ室ＷＣの内部に外気から隔離されて密閉度が高められた状態で収納されている。尚、図示は省略しているが、本実施形態の露光装置ＥＸは、内部の気体の温度が所定の目標範囲内に制御された一つの大きなチャンバ内部に収納されている。

照明系チャンバＩＣの下部には露光光源１０が取り付けられている。この露光光源１０は、例えば真空紫外域の波長１９３ｎｍのパルスレーザ光を発生するＡｒＦエキシマレーザである。露光光源１０から照明系チャンバＩＣ内に射出された露光光ＩＬ（エネルギビーム）は、ミラー１１で＋Ｚ方向に偏向され、振動等による光軸ずれをあわせるための不図示の自動追尾部、及び照明系の断面形状の整形と光量制御とを行うビーム整形光学系１２を介してオプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ（又はロッドレンズ）１３に入射する。

フライアイレンズ１３の射出面、即ち照明光学系ＩＳの瞳面（投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な面）には開口絞り板（不図示）が駆動モータ（不図示）によって回転自在に配置されている。開口絞り板は回転軸の周りで回転自在に構成された円板からなり、通常照明用の円形の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、４極変形照明（４極照明）用の開口絞り、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小円形の開口絞り等の複数の開口絞りが周方向に沿って形成されている。開口絞り板の回転軸は駆動モータの回転軸に接続されており、駆動モータを駆動して開口絞り板を回転軸の周りで回転させることにより、フライアイレンズ１３の射出面に配置する開口絞りを切り替えることができる。駆動モータの駆動は露光装置ＥＸの全体の動作を統括制御する主制御系２５が制御する。

フライアイレンズ１３から射出されて開口絞り板に形成された開口絞りの何れか１つを通過した露光光ＩＬは、ミラー１４によって＋Ｙ方向に偏向されて、リレーレンズ１５を介して視野絞り（レチクルブラインド）１６に達する。この視野絞りは、レチクルＲのパターンが形成されている面（以下、レチクル面という）にて細長い長方形の照明領域の形状を規定する固定照明視野絞り（固定ブラインド）と、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光を防止するために移動可能に構成された可動照明視野絞り（可動ブラインド）からなる。固定照明視野絞りは走査方向ＳＤにおける積算光量むらを防止するためにレチクル面に対する共役面から僅かにずれた面上に配置されており、可動照明視野絞りはレチクル面に対する共役面に配置される。

視野絞り１６を通過した露光光ＩＬは、リレーレンズ１７、ミラー１８、及び照明系チャンバＩＣの先端部に固定されたコンデンサレンズ系１９を順に介してレチクルＲのレチクル面に設定された長方形（スリット状）の照明領域を均一な照度分布で照明する。露光光源１０からコンデンサレンズ系１９までの構成によって照明光学系ＩＳが構成され、照明光学系ＩＳ内の露光光ＩＬの光路、即ち露光光源１０からコンデンサレンズ系１９までの光路が照明系チャンバＩＣによって密閉されている。

照明光学系ＩＳからの露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）で、投影光学系ＰＬの像面に配置された基板としてのウェハＷ上のスリット状の露光領域（投影領域）に投影される。ウェハＷは例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（silicon on insulator）等の円板状の基板である。

投影光学系ＰＬは、レンズ等の複数の光学素子を含んで構成される。本実施形態では、露光光ＩＬとして真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光の光を用いている。このため、投影光学系ＰＬを構成する光学素子の硝材としては、例えば合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）が用いられる。投影光学系ＰＬが備える光学素子の一部は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能且つＸ軸に平行な軸又はＹ軸に平行な軸の周りでチルト可能に構成されており、これらの光学素子は不図示のレンズ制御系によって制御される。投影光学系ＰＬの内部は光学素子で仕切られており、これにより複数の空間が形成されている。尚、本実施形態の投影光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）や反射系も使用できることはいうまでもない。

レチクル操作部ＲＯにおいて、レチクルＲはレチクルステージ２０上に保持されている。レチクルステージ２０は不図示のレチクルベース上で後述のウェハステージと同期してＹ方向にレチクルＲを連続移動するとともに、同期誤差を低減させるようにＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りにレチクルＲを微小駆動する。レチクルステージ２０の位置及び回転角は不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測値及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２５からの制御情報に基づいてレチクルステージ２０が駆動される。

レチクルステージ２０、不図示のレチクルベース、及び不図示のレチクルローダ等からレチクル操作部ＲＯが構成され、レチクル操作部ＲＯ内の露光光ＩＬの光路、即ちコンデンサレンズ系１９から投影光学系ＰＬまでの光路がレチクル室ＲＣによって密閉されている。また、投影光学系ＰＬにおいて、レンズ等の複数の光学素子が鏡筒ＰＣ内に密閉されて収納されている。投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の光学部材からウェハ側の光学部材までの光路が鏡筒ＰＣ内に密閉されている。

ウェハ操作部ＷＯにおいて、ウェハＷはウェハホルダ２１上の載置面に吸着保持され、ウェハホルダ２１はウェハステージ２２上に固定されている。尚、ウェハＷがウェハホルダ２１上に保持されている状態においては、ウェハＷはその電位が接地電位と等しくなるようにアースされる。投影光学系ＰＬ（投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子）とウェハＷとの間の空間の少なくとも一部には、後述する液体供給装置２７から液体ｗが供給され、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の空間に供給された液体ｗは後述する液体回収装置２８により回収される。

尚、投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子とウェハＷとの間は０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度の間隔である。この液体ｗは、例えば純水である。液体ｗとして純水を用いる理由は、気体（空気又は窒素ガス）よりも屈折率が高く投影光学系ＰＬの開口数を向上させることができるとともに、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する吸収が少ないからである。

ウェハステージ２２は不図示のウェハベース上で前述したレチクルステージ２０と同期してＹ方向にウェハＷを連続移動するとともに、Ｘ方向及びＹ方向にウェハＷをステップ移動する。また、ウェハＷをＺ方向に移動させ、ウェハＷの姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転）を変化させる。ウェハステージ２２の上面の一端には移動鏡２３が取り付けられており、この移動鏡２８に向けてレーザ光を射出するレーザ干渉計２４が設けられている。ウェハステージ２２のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）、Ｙ軸の回りの回転角（ローリング量）、Ｚ軸の回りの回転角（ヨーイング量）はレーザ干渉計２４によって高精度に計測されており、このレーザ干渉計２４の計測値及び主制御系２５からの制御情報に基づいてステージ駆動系２６を介してウェハステージ２２が駆動される。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の電気容量を検出する静電容量センサを備えている。この静電容量センサは、投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子のウェハＷ側に向く面に取り付けられた検出電極Ｄ１を含んで構成される。主制御系２５が検出電極Ｄ１に所定の周波数を有する交流電圧を印加し、電流（変位電流）が一定となるように印加する電圧を制御することで、検出電極Ｄ１と接地電位にあるウェハＷとの間の電気容量を求め、この電気容量から投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を求める。そして、この距離に基づいてステージ駆動系２６を介してウェハステージ２２をＺ方向に移動させて、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む制御を行う。かかる構成により、オートフォーカス機構が実現されている。

尚、ウェハステージ２２に取り付けられ、レーザ干渉計２４からのレーザ光を反射する移動鏡２３は、別々の角柱状のミラーからなる構成、一体型のＬ字型のミラーからなる構成、ウェハステージ２２の側面を鏡面加工してミラーとして用いる構成等、様々の構成が適用されうる。また、ウェハホルダ２１、ウェハステージ２２、及び不図示のウェハベース等によりウェハ操作部ＷＯが構成され、ウェハ操作部ＷＯの側方に搬送系としてのウェハローダ等（不図示）が配置されている。

また、図１に示す例では、ウェハ操作部ＷＯを構成するウェハホルダ２１及びウェハステージ２２、移動鏡２３、レーザ干渉計２４、ステージ駆動系２６、液体供給装置２７及び液体回収装置２８から伸びる配管、並びに鏡筒ＰＣの下方部がウェハ室ＷＣによって密閉されている。尚、図１においては図示を簡略化しているが、ウェハステージ２２の移動に伴う振動、及び液体供給装置２７及び液体回収装置２８から伸びる配管中を液体が流れることにより生ずる振動がウェハ室ＷＣに伝わらないよう防振機構が設けられている。更に、ウェハ室ＷＣには、内部の気密性を保った状態でウェハＷの搬入及び搬出を行うためのロードロック室（不図示）が設けられている。また、図１においては、液体供給装置２７及び液体回収装置２８をウェハ室ＷＣの外側に設けているが、配管長を短くするためにウェハ室ＷＣ内に設けても良い。

液体供給装置２７は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の少なくとも一部を液体ｗで満たすためのものであって、液体ｗを収容するタンク、加圧ポンプ等を備えて構成される。この液体供給装置２７には供給管２９の一端部が接続されており、供給管２９の他端部には供給ノズル３０が接続されている。これら供給管２９及び供給ノズル３０を介して投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の空間に液体ｗが供給される。

液体回収装置２８は、吸引ポンプ、回収した液体ｗを収容するタンク等を備える。液体回収装置２８には回収管３１の一端部が接続され、回収管３１の他端部には回収ノズル３２が接続されている。投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の空間に供給された液体ｗは、回収ノズル３２及び回収管３１を介して液体回収装置２８に回収される。これら液体供給装置２７及び液体回収装置２８は、主制御系２５により制御される。

つまり、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の空間に液体ｗを供給する際に、主制御系２５は液体供給装置２７及び液体回収装置２８のそれぞれ対して制御信号を出力して、単位時間当たりの液体ｗの供給量及び回収量を制御する。かかる制御により、液体ｗは投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に必要十分な量だけ供給される。尚、図１に示す例では、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の液体ｗをウェハステージ２２の上方で回収しているが、ウェハＷの上面の周囲に回収部を設けてもよいし、それらを併用してもよい。

本実施形態の露光装置ＥＸは、露光光ＩＬの光路に沿った空間、即ち照明系チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣの各内部が、真空紫外域のビームに対してエネルギー吸収の少ない透過性ガスとしての窒素ガスで満たされ、その気圧が大気圧と同程度若しくはより高く（例えば、大気圧に対して０．００１〜１０％の範囲内で高く）設定される。照明系チャンバＩＣには給気管３３ａ，３３ｂが、レチクル室ＲＣには給気管３３ｃが、鏡筒ＰＣには不図示の給気管がそれぞれ接続されている。尚、鏡筒ＰＣに接続される不図示の給気管は投影光学系ＰＬに設けられる光学素子で仕切られる空間の数だけ更に分岐した構成になっている。

給気管３３ａ〜３３ｃの各々には、例えば流量可変バルブからなる流量調整機構３４ａ〜３４ｃが設けられており、投影光学系ＰＬに接続される不図示の給気管の分岐した各々の流路には流量可変バルブからなる流量調整機構（不図示）がそれぞれ設けられている。これらの流量調整機構３４ａ〜３４ｃ等は、照明チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣ内の光学素子で仕切られる各々の空間の気圧を調整するために設けられ、主制御系２５により各々の流量が制御される。

また、照明系チャンバＩＣには回収管３５ａ，３５ｂが、レチクル室ＲＣには回収管３５ｃが、鏡筒ＰＣには不図示の回収管がそれぞれ接続されている。尚、鏡筒ＰＣに接続される不図示の回収管は鏡筒ＰＣに接続される不図示の給気管と同様に、投影光学系ＰＬに設けられる光学素子で仕切られる空間の数だけ分岐した構成になっている。回収管３５ａ〜３５ｃの各々には、開閉機構３６ａ〜３６ｃが設けられており、鏡筒ＰＣに接続される不図示の回収管の分岐した各々の流路には不図示の開閉機構がそれぞれ設けられている。これらの開閉機構は、照明チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣ内の光学素子で仕切られる各々の空間に供給された窒素ガスを個別に排出するために設けられており、主制御系２５により各々の開閉動作が制御される。

更に、ウェハ室ＷＣには、上記の給気管３３ａ〜３３ｃ等とは別個に、ウェハ室ＷＣ内に温調された不活性ガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置３７と、ウェハ室ＷＣ内に供給された窒素ガスを回収する窒素ガス回収装置３８とがそれぞれ接続されている。尚、窒素ガスは、水分を含んでいないドライ窒素ガスであることが望ましい。これら窒素ガス供給装置３７及び窒素ガス回収装置３８は、ウェハ室ＷＣ内を窒素ガスで充満させることで、液体ｗの電気伝導率又は誘電率を変化させる気体成分（例えば、空気中の二酸化炭素）が投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に供給された液体ｗに溶解するのを防止するために設けられている。

前述した通り、静電容量センサは、投影光学系ＰＬに取り付けられた検出電極Ｄ１と接地電位に設定されたウェハＷとの間の電気容量を検出しており、液体ｗが純水等の不導体であれば検出電極Ｄ１とウェハＷとの間には変位電流のみが流れる。しかしながら、二酸化炭素等の気体成分が液体ｗに溶解すると液体ｗが電気伝導性を有し、検出電極Ｄ１とウェハＷとの間に変位電流のみならずリーク電流が流れるため、リーク電流の分だけ検出誤差が生ずる。純水を大気中に放置すると、純水は空気中の二酸化炭素を急激に溶解し、特に電気伝導率が急激に上昇することが知られているため、純水を大気に触れさせることは好ましくない。

検出電極Ｄ１を絶縁体で被覆すればリーク電流を防止することもできるが、絶縁体で被覆された検出電極Ｄ１を用いることができない場合もある。また、絶縁体で被覆された検出電極Ｄ１を用いた場合にはリーク電流は流れないものの、気体成分の溶解量によって液体ｗの誘電率が変化するため、これによっても検出誤差が生ずる。このため、本実施形態では、液体ｗ中にこれらの気体成分が溶解するのを防止すべくウェハ室ＷＣ内を窒素ガスで充満させている。窒素ガス供給装置３７による窒素ガスの供給量及び窒素ガス回収装置３８による窒素ガスの回収量は主制御系２５によって制御される。

次に、上記構成における露光装置の動作について説明する。まず、主制御系２５は、照明系チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣ内の光学素子で仕切られる各々の空間に設けられた不図示の圧力センサの検出結果に基づいて流量調整機構３４ａ〜３４ｃを調整して各々に流入する窒素ガスの流量を制御し、照明系チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣ内の光学素子で仕切られる各々の空間内の圧力を個別に制御する。また、窒素ガス供給装置３７及び窒素ガス回収装置３８の各々に制御信号を出力して、ウェハ室ＷＣ内に窒素ガスを供給するとともにウェハ室ＷＣに供給された窒素ガスを回収して、ウェハ室ＷＣ内を窒素ガスで充満させる。

次に、主制御系２５は、図示しないウェハローダ装置を制御し、露光対象のウェハＷを不図示のロードロック室を介してウェハ室ＷＣ内に搬入してウェハホルダ２１上に載置させる。また、ウェハＷの搬入を行っている間、主制御系２５は不図示のレチクルライブラリから所定のレチクルを搬入してレチクルステージ２０上に載置させる。主制御系２５の制御の下、照明系チャンバＩＣ、レチクル室ＲＣ、及び鏡筒ＰＣ内の光学素子で仕切られる各々の空間の圧力が一定に保たれ、ウェハ室ＷＣ内が窒素ガスで充満されている状態で、主制御系２５は液体供給装置２７及び液体回収装置２８に制御信号を出力する。

これにより、液体供給装置２７から供給管２９及び供給ノズル３０を順に介して投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の空間の少なくとも一部に液体ｗが供給される。ここで、ウェハ室ＷＣ内は窒素ガスで充満されているため、二酸化炭素等の気体成分が液体ｗに溶解することはなく、液体ｗの電気伝導性率及び誘電率は変化しない。投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に供給された液体ｗは回収ノズル３２及び回収管３１を順に介して液体回収装置２８に回収される。

投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に液体ｗが供給されている状態で、主制御系２５はレチクルステージ２０及びウェハステージ２２を走査方向ＳＤへ移動させ、所定の速度に達した後、露光光源１０に対して制御信号を出力して露光光ＩＬを射出させる。露光光源１０から射出された露光光ＩＬは、ミラー１１で＋Ｚ方向に反射され、ビーム整形光学系１２を介した後、フライアイレンズ１３に入射する。フライアイレンズ１３から射出されて開口絞り板に形成された開口絞りの何れか１つを通過した露光光ＩＬは、ミラー１４によってＹ＋方向に反射されて、リレーレンズ１５を介して視野絞り１６に達する。視野絞り１６を通過した露光光ＩＬは、リレーレンズ１７、ミラー１８、及び照明系チャンバＩＣの先端部に固定されたコンデンサレンズ系１９を順に介してレチクルＲのレチクル面に設定された長方形（スリット状）の照明領域を均一な照度分布で照明する。

レチクルＲを透過した露光光ＩＬは投影光学系ＰＬに入射して投影光学系ＰＬを介した後に、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に供給される液体ｗを透過してウェハＷ上に投影される。このとき、レチクルＲとウェハＷとが相対的に移動しているため、レチクルＲのパターンが逐次ウェハＷのショット領域に転写される。かかる露光処理を行っている間において、主制御系２５は検出電極Ｄ１とウェハＷとの間に流れる電流（変位電流）が一定となるよう検出電極Ｄ１に印加する交流電圧を制御し、流れている電流と印加している交流電圧とから検出電極Ｄ１と接地電位にあるウェハＷとの間の電気容量を検出し、この検出結果から投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を求める。そして、この距離に応じてウェハステージ２２をＺ方向に移動させ、ウェハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合わせ込んでいる。１つのショット領域に対する露光処理が完了すると、主制御系２５はウェハステージ２２をＸ方向又はＹ方向にステップ移動させて、次のショット領域に対して同様に露光処理を行う。

このように、本実施形態の露光装置ＥＸは、ウェハ室ＷＣ内を窒素ガスで充満させて液体ｗに二酸化炭素等の気体成分が溶解しないようにしているため、検出電極Ｄ１とウェハＷとの間の電気容量を精確に検出することができ、その結果として投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を高い精度で求めることができる。そして、求められた距離に応じてウェハステージ２２をＺ方向に移動させることで、精度良くウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むことができるため、微細なパターンを忠実にウェハＷ上に転写することができる。

〔第２実施形態〕
以上説明した第１実施形態は、ウェハステージ２２及び鏡筒ＰＣの下方部を含むウェハ室ＷＣ内に窒素ガスを供給する構成であったため、窒素ガスの消費量が多くなる。また、ウェハ室ＷＣ内部の気密性を保った状態でウェハＷの搬入及び搬出を行うためのロードロック室（不図示）を必要とする。このため、第１実施形態の構成では露光装置ＥＸのコスト及びランニングコストが高くなる。また、ウェハステージ２２等がウェハ室ＷＣ内に密閉された構造であるため、メンテナンス性も悪くなる。以下に説明する本発明の第２実施形態による露光装置は、以上の問題点を解消すべく、液体ｗの周囲に局所的に窒素ガスを供給している。

本発明の第２実施形態による露光装置の全体構成は、図１に示した本発明の第１実施形態による露光装置ＥＸから窒素ガス供給装置３７、窒素ガス回収装置３７、及びウェハ室ＷＣを省いた構成である。図２は、本発明の第２実施形態による露光装置の要部の概略構成を示す断面図である。尚、図２においては、図１に示した部材に相当する部材には同一の符号を付してある。図２に示す通り、本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬの像面側の先端部に、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に液体ｗを導くとともに供給した液体ｗを回収し、且つ液体ｗの周囲に局所的に窒素ガスを導くとともに供給した窒素ガスを回収する供給回収部材としての供給回収板４０を備えている。

図３は、供給回収板４０の構成を示す断面斜視図である。図３に示す通り、供給回収板４０は、例えば合成石英又は蛍石で形成された外形形状が略長方形形状の部材である。供給回収板４０のウェハＷに対向する面の中央部ＣＲは、投影光学系ＰＬを介した露光光ＩＬが通過する領域である。この中央部ＣＲのほぼ中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸが通るように、供給回収板４０は投影光学系ＰＬの像面側の先端部に配置されている。また、図２に示す通り、中央部ＣＲ上であって、露光光ＩＬを遮光しない部位に静電容量センサの一部をなす検出電極Ｄ２が形成されている。尚、本実施形態の投影光学系ＰＬは、図１に示した投影光学系ＰＬと光学特性が全く同一ではなく、供給回収板４０を含めた光学設計がなされている。

供給回収板４０のウェハＷに対向する面には、中央部ＣＲを取り囲むように複数の溝が形成されており、図３に示す通り、内側から順に液体供給溝Ｇ１、液体回収溝Ｇ２、窒素ガス供給溝Ｇ３、及び窒素ガス回収溝Ｇ４が形成されている。また、図２に示す通り、液体供給溝Ｇ１には供給管２９を介して液体供給装置２７が接続され、液体回収溝Ｇ２には回収管３１を介して液体回収装置２８が接続されている。また、窒素ガス供給溝Ｇ３には給気管４２を介して窒素ガス供給装置４１が接続され、窒素ガス回収溝Ｇ４には排気管４４を介して窒素ガス回収装置４３が接続されている。供給回収板４０の各々の溝には複数の孔（不図示）が形成されており、供給管２９、回収管３１、給気管４２、及び排気管４４の先端部は対応する溝に形成された孔の数だけ枝分かれして、それぞれ対応する溝の孔に接続されている。

液体供給溝Ｇ１及び液体回収溝Ｇ２を取り囲むように窒素ガス供給溝Ｇ３が形成されているのは、液体ｗの周囲に窒素ガスを局所的に導いて液体ｗの周囲の大気を押し出すことで、大気内の二酸化炭素等の気体成分が液体ｗに溶解するのを防止するためである。また、窒素ガス供給溝Ｇ３からの窒素ガスが大気中（露光装置ＥＸを収納する不図示の大きなチャンバ内）に拡散すると、窒素ガスと大気との屈折率との差からレーザ干渉計２４等の計測に影響が生ずる。かかる影響を防止するため、窒素ガス供給溝Ｇ３を取り囲むように窒素ガス回収溝Ｇ４が形成されており、窒素ガス供給溝Ｇ３から供給される窒素ガスを全て窒素ガス回収溝Ｇ４から回収して排気するようにしている。

上記構成において、ウェハＷに対する露光処理を行う場合には、まず主制御系２５はウェハＷ及びレチクルＲを搬入させて、レチクルステージ２０及びウェハホルダ２１上にそれぞれ保持させる。次に、主制御系２５は液体供給装置２７及び液体回収装置２８に制御信号を出力して、供給管２９を介して供給回収板４０に形成された液体供給溝Ｇ１から供給回収板４０とウェハＷとの間に液体ｗを供給するとともに、供給された液体ｗを液体回収溝Ｇ２から回収管３１を介して回収する。

また、主制御系２５は窒素ガス供給装置４１及び窒素ガス回収装置４３に制御信号を出力して、給気管４２を介して窒素ガス供給溝Ｇ３から液体ｗの周囲に窒素ガスを供給する。これにより液体ｗの周囲の大気が押し出され、液体ｗの周囲は局所的に窒素ガスで覆われる状態になる。液体ｗの周囲に局所的に供給された窒素ガスは窒素ガス回収溝Ｇ４から排気管４４を介して窒素ガス回収装置４３に回収して排気される。この状態で、主制御系２５はレチクルステージ２０及びウェハステージ２２を走査方向ＳＤへ移動させ、所定の速度になった後で露光光源１から露光光ＩＬを射出させることにより、第１実施形態と同様にウェハＷのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。

尚、レチクルＲのパターンを転写している間において、主制御系２５は供給回収板４０に形成された検出電極Ｄ２とウェハＷとの間に流れる電流（変位電流）が一定となるよう検出電極Ｄ２に印加する交流電圧を制御し、流れている電流と印加している交流電圧とから検出電極Ｄ２と接地電位にあるウェハＷとの間の電気容量を検出し、この検出結果から投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を求める。そして、この距離に応じてウェハステージ２２をＺ方向に移動させ、ウェハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合わせ込んでいる。１つのショット領域に対する露光処理が完了すると、主制御系２５はウェハステージ２２をＸ方向又はＹ方向にステップ移動させて、次のショット領域に対して同様に露光処理を行う。

このように、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬ（供給回収板４０）とウェハＷとの間に供給される液体ｗの周囲に窒素ガスを局所的に供給することで液体ｗに二酸化炭素等の気体成分が溶解しないようにしているため、低コストで検出電極Ｄ２とウェハＷとの間の電気容量を精確に検出することができ、その結果として投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を高い精度で求めることができる。そして、求められた距離に応じてウェハステージ２２をＺ方向に移動させることで、精度良くウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むことができるため、微細なパターンを忠実にウェハＷ上に転写することができる。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、第１実施形態のように、ウェハ操作部ＷＯを密閉するウェハ室ＷＣを設けていないため、露光装置ＥＸのコスト上昇を抑えることができるとともに、窒素ガスの消費量が少ないことからランニングコストを低減することができ、更にメンテナンス性を悪化させることもない。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の露光装置の全体構成は、第２実施形態とほぼ同様である。つまり、図１に示した本発明の第１実施形態による露光装置ＥＸから窒素ガス供給装置３７、窒素ガス回収装置３７、及びウェハ室ＷＣを省いた構成である。図４は、本発明の第３実施形態による露光装置が備えるウェハステージを示す図であって、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）中に示したＡ−Ａ線の断面矢視図である。尚、図４おいても、図１に示した部材に相当する部材には同一の符号を付してある。

図４に示す通り、本実施形態の露光装置は、ウェハステージ２２上に、ウェハＷを取り囲むように配置された金属部材としての金属リング５０を備える。この金属リング５０は、ウェハＷの縁部において、投影光学系ＰＬに取り付けられた検出電極からの電気力線の乱れを防止するために設けられる。尚、電気力線の乱れ防止の詳細については後述する。金属リング５０は、その表面位置がウェハＷの表面位置とほぼ同一に設定されており、その電位が接地電位と等しくなるようにアースされている。ウェハＷには厚みの公差があるため、金属リング５０の表面位置を完全にウェハＷの表面位置に一致させる必要はない。この金属リング５０の材質は制限されないが、例えば耐食性を有するステンレスが望ましい。尚、ウェハステージ２２上の端部には、Ｘ方向の位置情報を計測するためのＹ方向に延びた移動鏡２３ＸとＹ方向の位置情報を計測するためのＸ方向に延びる移動鏡２３Ｙとが設けられている。

ここで、投影光学系ＰＬに設けられる検出電極について詳細に説明する。図５は、静電容量センサに設けられる検出電極の構成を示す図である。静電容量センサＤ１０は、投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子（所謂、先玉）Ｌ１のウェハＷ側に向く面に複数取り付けられている。図５に示す例では、静電容量センサＤ１０はＸ方向に伸びるスリット状の露光光ＩＬの通過領域ＴをＹ方向に挟んで、Ｘ方向に等間隔をもって配列されている。通過領域Ｔに対して−Ｙ方向に配列された静電容量センサＤ１０は、ウェハＷを＋Ｙ方向に移動しつつ露光するときに投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を測定するために用いられ、逆に通過領域Ｔに対して＋Ｙ方向に配列された静電容量センサＤ１０は、ウェハＷを−Ｙ方向に移動しつつ露光するときに投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離を測定するために用いられる。

静電容量センサＤ１０は、Ｙ方向に伸びる検出電極としてのセンサ電極Ｄ１１と、センサ電極Ｄ１１を取り囲むように設けられた補助電極としてのガード電極Ｄ１２とを含んで構成される。センサ電極Ｄ１１は、接地されたウェハＷとの間の電気容量を検出するために用いられる電極であり、ガード電極Ｄ１２は、センサ電極Ｄ１１からウェハＷに伸びる電気力線うちの端部における電気力線の曲がりを防止するための電極である。

ここで、センサ電極Ｄ１１と接地されたウェハＷとを平行極板コンデンサと見立てた場合に、平行極板コンデンサの電気容量Ｃは以下の（１）式で表される。
Ｃ＝ε_ｒ・ε_０・Ｓ／ｄ ……（１）
上記（１）式において、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒはセンサ電極Ｄ１１とウェハＷとの間に配置される物質（例えば、純水）の比誘電率、Ｓは、センサ電極Ｄ１１とウェハＷとが重なる部分の面積、ｄはセンサ電極Ｄ１１とウェハＷとの距離である。

上記（１）式は、センサ電極Ｄ１１とウェハＷとの間の電気力線が全て平行であるときに成り立つ式であり、平行極板コンデンサのみの場合には電気力線は平行極板コンデンサの端部において曲がるため、平行極板コンデンサの容量は上記（１）式からずれたものになる。本実施形態では、平行極板コンデンサに流れる電流が一定となるように印加する交流電圧を調整して平行極板コンデンサの電気容量を検出し、この検出結果から投影光学系ＰＬ（センサ電極Ｄ１１）とウェハＷとの間の距離を求めている。

このため、端部における電気力線の曲がりの影響によって平行極板コンデンサの電気容量の検出誤差が生ずると、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離の計測精度が悪化することになる。かかる計測精度の悪化を防止するために、本実施形態では、センサ電極Ｄ１１を取り囲むようにガード電極Ｄ１２を設け、センサ電極Ｄ１１に印加する交流電圧と同一（同相）の交流電圧をガード電極Ｄ１２に印加することで、センサ電極Ｄ１１からの電気力線の端部における電気力線の曲がりを防止している。

センサ電極Ｄ１１の一端には他の部分よりも面積が大きく設定された検出パッド部ＰＤ１が設けられており、他端にはセンサ電極Ｄ１１に交流電圧を印加するための信号線が接続される接続パッド部ＰＤ２が設けられている。また、ガード電極Ｄ１２は、パターンの幅がほぼ一定であり、センサ電極Ｄ１１に対して所定の隙間をもってセンサ電極Ｄ１１を取り囲む形状に設定され、その一端にはセンサ電極Ｄ１１に印加する交流電圧と同一（同相）の交流電圧をガード電極Ｄ１２に印加するための接続パッド部ＰＤ３が形成されている。

光学素子Ｌ１の中央部はほぼ平坦であり、周辺部は外側ほど表面位置が＋Ｚ方向に位置するよう傾斜している。検出パッド部ＰＤ１は光学素子Ｌ１の平坦部に形成されており、接続パッド部ＰＤ２，ＰＤ３は光学素子Ｌ１の傾斜している周辺部に形成されている。このため、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）にウェハＷを配置したときに、検出パッド部ＰＤ１は接続パッド部ＰＤ２，ＰＤ３よりもウェハＷに接近した位置に配置されることになるため、接続パッド部ＰＤ２，ＰＤ３からの電気力線が計測に与える影響を極めて少なくすることができる。尚、光学素子Ｌ１の平坦部には、通過領域Ｔ及び静電容量センサＤ１０の形成箇所以外の全面に亘って接地電極Ｄ２０が形成されている。

次に、静電容量センサＤ１０とウェハＷとの間の電気力線について考察する。図６は、静電容量センサＤ１０とウェハＷとの間の電気力線を説明するための図である。尚、図６においては、投影光学系ＰＬの図示を省略するとともに静電容量センサＤ１０を簡略化して図示しており、更に投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に供給される液体ｗも図示を省略している。

まず、図６（ａ）に示す通り、静電容量センサＤ１０の１つが、ウェハＷの中央部の上方に位置する場合を考える。この場合には、ガード電極Ｄ１２によって形成される電気力線により、センサ電極Ｄ１１からの電気力線はほぼ平行になる。このため、センサ電極Ｄ１１とウェハＷとを理想的な平行極板コンデンサと見なすことができ、上記の（１）式を適用することができる。

次に、図６（ｂ）に示す通り、静電容量センサＤ１０の１つがウェハＷの縁部の上方に位置している場合には、静電容量センサＤ１０からの電気力線の一部がウェハＷの側面に向かって入射するようになり、電気力線が著しく曲がってしまう。図６（ｂ）に示す例では、ガード電極Ｄ１２からの電気力線がウェハＷの側面に入射しており、センサ電極Ｄ１１の電気力線はウェハＷの側面には入射していない。しかしながら、ガード電極Ｄ１２からの電気力線の曲がりの影響を受けて、センサ電極Ｄからの電気力線も曲がってしまう。これによって、センサ電極Ｄ１１とウェハＷとの間の電気容量が変化し、その結果として投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離の計測誤差が生ずる。

これに対し、本実施形態では、図６（ｃ）に示す通り、ウェハステージ２２上に、ウェハＷを取り囲むように金属リング５０を設け、しかも金属リング５０の表面位置の高さをウェハＷの表面位置と同様にしている。このため、図６（ｂ）と同様に、静電容量センサＤ１０がウェハＷの縁部の上方に位置していても、ガード電極Ｄ１２からの電気力線は、大きく曲がることなく金属リング５０に入射し、ほぼ図６（ａ）に示した状態の電気力線が得られる。この結果、センサ電極Ｄ１１からの電気力線がガード電極Ｄ１２の電気力線の影響を受けて大きく曲がるという事態を防止することができ、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の距離の計測誤差は殆ど生じない。

ウェハＷの周囲に金属リング５０を設けることによって、静電容量センサＤ１０がウェハＷの中央部の上方に位置していても、端部の上方に位置していても精確に投影光学系ＰＬ（静電容量センサＤ１０）とウェハＷとの間の距離を測定することができる。その結果、ウェハＷの中央部に位置するショット領域及びウェハＷの端部に位置するショット領域の何れの領域を露光する場合であっても、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込んだ状態で露光することができる。

また、ウェハＷの周囲に金属リング５０を設けると、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に供給された液体ｗが金属リング５０上にも保持されることになる。このため、金属リング５０は、例えばフッ素コート等の撥水性コートが施されているのが望ましい。図７は、金属リング５０によって液体ｗが保持される様子を示す図である。金属リング５０の表面には撥水性を有する被覆５１が形成されている。ウェハＷの周囲に金属リング５０を設けることで、液体ｗがウェハＷの縁部から即座にウェハステージ２２上に漏れ落ちることを防止することができ、また金属リング５０に表面に撥水性を有する被覆５１を形成することで、液体ｗがウェハＷと金属リング５０との間の隙間に浸入するのを防止することができる。

液体ｗがウェハステージ２２上に漏れ落ちると、ウェハステージ２２内部に浸入してウェハステージ２２の部品を腐食させる虞がある。また、ウェハステージ２２上に液体ｗが残存すると、液体ｗが蒸発して投影光学系ＰＬに設けられた光学素子にウォータマークを形成し、又は気化熱を奪ってウェハステージ２２の温度変動を引き起こす要因となる。本実施形態では、これらの不具合を防止することができる。

尚、ここでは液体ｗとして純水を用いる場合を考えているため、撥水性を有する被覆５１を金属リング５０に形成していたが、液体ｗとして親油性のものを用いる場合には、被覆５１として撥油性を有するものを用いるのが望ましい。勿論、撥水性及び撥油性の両方の被覆がなされていても良い。また、上記の金属リング５０は全体が金属で形成されていても良いが、セラミックス等に金属メッキを施したものを用いれば金属リング５０の軽量化、ひいてはウェハステージ２２の軽量化を図ることができる。また、液体ｗが純水等の不導体ではない場合には、リーク電流を防止するために、金属の表面に絶縁膜をコートしたものを用いることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、前述した第１実施形態においては、ウェハ室ＷＣに供給する不活性ガスとして窒素ガスを用い、前述した第２実施形態においては、液体ｗの周囲に局所的に供給する不活性ガスを用いていたが、窒素ガス以外にハロゲンガス（Ａｒ、Ｋｒ）等を用いることもできる。

尚、上記実施形態においては、露光光源１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用しているため、液体ｗとして純水を用いている。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、ウェハＷ上のフォトレジストや光学素子（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、不純物の含有率が極めて低いため、ウェハＷ表面、及び投影光学系ＰＬ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。

波長が１９３ｎｍ程度の露光光に対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４であるため、露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合、ウェハＷ上では１／ｎ、即ち約１３４ｎｍ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、即ち約１．４４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ＰＬ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。

尚、液浸露光に用いる露光光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＦ_２レーザ光源を用いることもできる。Ｆ_２レーザ光源を用いる場合、液浸露光用の液体としてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。また、その他にも、露光光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ＰＬやウェハＷ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。露光光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合には、大気による吸収が小さいため、照明系チャンバＩＣ及びレチクル室ＲＣを省略することができる。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウェハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。

特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。

また、露光光ＩＬとして波長１５７ｎｍの真空紫外光を用いる場合、この露光光ＩＬは酸素（Ｏ_２）、水（水蒸気：Ｈ_２Ｏ ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭酸ガス（二酸化炭素：ＣＯ_２）、有機物、及びハロゲン化物等によって吸収される。一方、この露光光ＩＬは、窒素ガス（Ｎ_２）及び水素（Ｈ_２）、並びにヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、及びラドン（Ｒｎ）等の希ガスには殆ど吸収されない。前述した実施形態では透過性ガスとして窒素ガスを用いた場合を例に挙げて説明したが、窒素ガス以外に水素ガス、又はこれらの希ガスを用いることもできる。

窒素ガスは波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対しては吸光物質として作用し、ヘリウムガスは波長１００ｎｍ程度まで透過性ガスとして使用することができる。また、ヘリウムガスは熱伝導率が窒素ガスの約６倍であり、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素ガスの約１／８であるため、特に高透過率と光学系の結像特性の安定性や冷却性とで優れている。尚、ヘリウムガスは高価であるため、露光光の波長がＦ_２レーザのように１５０ｎｍ以上であれば、運転コストを低減させるためにその透過性ガスとして窒素ガスを使用してもよい。

また、前述した実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも本発明を適用することができる。更に、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。

次に、本発明の実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造工程の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図９は、半導体デバイスの場合における、図８のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図９において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した本実施形態のマイクロデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ２６）において、ウェハＷが投影光学系ＰＬの像面に精確に合わせ込まれた状態で露光される。このため、レチクルＲに形成された微細なパターンをウェハＷ上へ精確に転写することができ、結果的に微細なパターンを有する高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。

本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による露光装置の要部の概略構成を示す断面図である。 供給回収板４０の構成を示す断面斜視図である。 本発明の第３実施形態による露光装置が備えるウェハステージを示す図である。 静電容量センサに設けられる検出電極の構成を示す図である。 静電容量センサＤ１０とウェハＷとの間の電気力線を説明するための図である。 金属リング５０によって液体ｗが保持される様子を示す図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 半導体デバイスの場合における、図８のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。

符号の説明

２５ 主制御系（検出装置）
３７ 窒素ガス供給装置（ガス供給装置）
３８ 窒素ガス回収装置（ガス回収装置）
４０ 供給回収板（ガス供給装置、ガス回収装置）
４１ 窒素ガス供給装置（ガス供給装置）
４３ 窒素ガス回収装置（ガス回収装置）
５０ 金属リング（金属部材）
Ｄ１ 検出電極（検出装置）
Ｄ２ 検出電極（検出装置）
Ｄ１０ 静電容量センサ（検出装置）
Ｄ１１ センサ電極（検出電極）
Ｄ１２ ガード電極（補助電極）
ＥＸ 露光装置
Ｇ１ 液体供給溝（第１溝）
Ｇ２ 液体回収溝（第２溝）
Ｇ３ 窒素ガス供給溝（第３溝）
Ｇ４ 窒素ガス回収溝（第４溝）
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ（基板）
ｗ 液体
ＷＣ ウェハ室（ガス供給装置）

Claims (16)

1. 投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
   前記投影光学系と前記基板との間が液体で満たされている状態で、前記投影光学系と前記基板との間の電気容量を検出して前記投影光学系と前記基板との間の距離を求める検出装置と、
   前記投影光学系と前記基板との間を満たしている前記液体の周囲に不活性ガスを供給するガス供給装置と
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記液体が満たされる空間を少なくとも含む空間を密閉するチャンバを備え、
   前記ガス供給装置は、前記チャンバ内に前記不活性ガスを供給することにより、前記液体の周囲に前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記ガス供給装置によって前記チャンバ内に供給された不活性ガスを回収するガス回収装置を備えることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記ガス供給装置は、前記不活性ガスを前記液体の周囲に局所的に供給することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記ガス供給装置によって前記液体の周囲に局所的に供給された不活性ガスを回収するガス回収装置を備えることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記投影光学系の先端部に取り付けられており、
   液体供給回収装置からの液体を前記投影光学系と前記基板との間に導く第１溝と、
   前記投影光学系と前記基板との間を満たしている前記液体を前記液体供給回収装置に導く第２溝と、
   前記ガス供給装置からの不活性ガスを前記液体の周囲に局所的に導く第３溝と、
   前記液体の周囲に局所的に供給された不活性ガスを前記ガス回収装置に導く第４溝と
   が形成されてなる供給回収部材を備えることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 前記第３溝は、前記第１溝及び第２溝を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
8. 前記第４溝は、前記第３溝を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項７記載の露光装置。
9. 前記供給回収部材の先端部に、前記投影光学系と前記基板との間の電気容量を検出する検出電極を備えることを特徴とする請求項６から請求項８の何れか一項に記載の露光装置。
10. 投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    前記投影光学系の像面側に局所的に液体を満たした状態で、前記投影光学系の先端部に取り付けられた検出電極と前記基板との間の電気容量を検出して前記投影光学系と前記基板との間の距離を求める検出装置と、
    前記基板の周囲に設けられ、表面位置が前記基板の表面位置とほぼ同一に設定された金属部材と
    を備えることを特徴とする露光装置。
11. 前記投影光学系の先端部に取り付けられ、前記検出電極の周囲を取り囲み、前記検出電極に印加される電気信号と同一の電気信号が印加される補助電極を備えることを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 前記金属部材は、セラミックス製の基材に金属メッキを施してなる部材であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の露光装置。
13. 前記金属部材は、その表面が絶縁物で被覆されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の露光装置。
14. 前記金属部材は、その表面に撥水性及び撥油性の少なくとも一方を有する被覆が形成されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の露光装置。
15. 前記投影光学系と前記基板との間に前記液体を供給するとともに、供給した前記液体を回収する液体供給回収装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の露光装置。
16. 請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の露光装置を用いて基板に対して露光処理を行う露光工程と、
    前記露光工程を経た基板の現像を行う現像工程と
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
    

Images