JP2005310933A - Substrate-holding member, aligner, and device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置で使用される基板保持部材、露光装置及びデバイス製造方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate holding member used in an exposure apparatus that exposes a substrate through a projection optical system and a liquid, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.
半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを保持するマスクステージと基板を基板保持部材を介して保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ものである。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いほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長はKrFエキシマレーザの248nmであるが、更に短波長のArFエキシマレーザの193nm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=k1・λ/NA … (1)
δ=±k2・λ/NA2 … (2)
ここで、λは露光波長、NAは投影光学系の開口数、k1、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λを短くして、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。
Semiconductor devices and liquid crystal display devices are manufactured by a so-called photolithography technique in which a pattern formed on a mask is transferred onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus used in this photolithography process has a mask stage for holding a mask and a substrate stage for holding the substrate via a substrate holding member, and the mask pattern is generated while sequentially moving the mask stage and the substrate stage. The image is transferred to the substrate via the projection optical system. In recent years, in order to cope with higher integration of device patterns, higher resolution of the projection optical system is desired. The resolution of the projection optical system becomes higher as the exposure wavelength used is shorter and the numerical aperture of the projection optical system is larger. Therefore, the exposure wavelength used in the exposure apparatus is shortened year by year, and the numerical aperture of the projection optical system is also increasing. The mainstream exposure wavelength is 248 nm of the KrF excimer laser, but the 193 nm of the shorter wavelength ArF excimer laser is also being put into practical use. Also, when performing exposure, the depth of focus (DOF) is important as well as the resolution. The resolution R and the depth of focus δ are each expressed by the following equations.
R = k 1 · λ / NA (1)
δ = ± k 2 · λ / NA 2 (2)
Here, λ is the exposure wavelength, NA is the numerical aperture of the projection optical system, and k 1 and k 2 are process coefficients. From equations (1) and (2), it can be seen that if the exposure wavelength λ is shortened and the numerical aperture NA is increased to increase the resolution R, the depth of focus δ becomes narrower.
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、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば下記特許文献1に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成し、液体中での露光光の波長が空気中の1/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、液浸法においては、露光光の照射により基板が加熱され、その熱によって基板上の液浸領域の液体に温度変化や温度分布が生じる可能性がある。液体の温度変化や温度分布は液体の屈折率変化を引き起こすため、投影光学系の液体を介した結像特性に影響を与え、基板上に精度良くパターンを形成できないおそれがある。また、液体を介して各種光学的な計測を行う場合においても、液体の温度変化や温度分布が生じると、精度良く計測できないおそれがある。 By the way, in the immersion method, the substrate is heated by exposure light irradiation, and the heat may cause a temperature change or a temperature distribution in the liquid in the immersion region on the substrate. Since the temperature change and temperature distribution of the liquid cause a change in the refractive index of the liquid, the imaging characteristics through the liquid of the projection optical system are affected, and there is a possibility that the pattern cannot be formed on the substrate with high accuracy. Further, even when various optical measurements are performed via a liquid, there is a possibility that the measurement cannot be performed with high accuracy if a temperature change or a temperature distribution of the liquid occurs.
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、液浸法を適用する場合において、液体の温度変化や温度分布の発生を抑制し、露光精度及び計測精度を維持できる基板保持部材及び露光装置、並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in the case of applying the liquid immersion method, the substrate holding member that can suppress the temperature change and temperature distribution of the liquid and maintain the exposure accuracy and the measurement accuracy. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and a device manufacturing method.
上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図1〜図9に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の基板保持部材(PH)は、投影光学系(PL)と液体(LQ)とを介して基板(P)上に露光光(EL)を照射して基板(P)を露光する露光装置(EX)で使用される、基板(P)を保持するための基板保持部材において、基板(P)との接触面(34A)が、基板保持部材(PH)の基材(PB)よりも高い面精度で加工可能な材料の層(35)で被覆されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention adopts the following configuration corresponding to FIGS. 1 to 9 shown in the embodiment.
The substrate holding member (PH) of the present invention exposes the substrate (P) by irradiating the substrate (P) with exposure light (EL) via the projection optical system (PL) and the liquid (LQ). In the substrate holding member for holding the substrate (P) used in (EX), the contact surface (34A) with the substrate (P) is higher than the base material (PB) of the substrate holding member (PH). It is covered with a layer (35) of a material that can be processed with surface accuracy.
本発明によれば、基板保持部材の基板との接触面を高い面精度で加工可能な材料の層で被覆し、加工することで、接触面の面精度を向上することができる。そして、その高い面精度を有する接触面で基板を支持することにより、基板保持部材と基板との接触面積を増やすことができる。そのため、基板保持部材と基板との間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上することができる。したがって、基板が露光光の照射により加熱しても、その基板の熱を基板保持部材側に効率良く逃がすことができるので、基板の熱によって基板上の液浸領域の液体の温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。 According to the present invention, the surface accuracy of the contact surface can be improved by covering and processing the contact surface of the substrate holding member with the substrate with the layer of material that can be processed with high surface accuracy. And the contact area of a board | substrate holding member and a board | substrate can be increased by supporting a board | substrate with the contact surface which has the high surface precision. Therefore, the thermal conductivity (heat transfer coefficient) between the substrate holding member and the substrate can be improved. Therefore, even if the substrate is heated by exposure light irradiation, the heat of the substrate can be efficiently released to the substrate holding member side, so that the temperature change and temperature distribution of the liquid in the immersion area on the substrate by the substrate heat Can be suppressed. Therefore, exposure accuracy and measurement accuracy can be maintained.
本発明の基板保持部材(PH)は、投影光学系(PL)と液体(LQ)とを介して基板(P)上に露光光(EL)を照射して基板(P)を露光する露光装置(EX)で使用される、基板(P)を保持するための基板保持部材において、基板(P)との接触面(34A)を含む基板保持部材(PH)の表面(PBS)が、基板保持部材(PH)の基材(PB)よりも熱伝導率が高い材料の層(35)で被覆されていることを特徴とする。 The substrate holding member (PH) of the present invention exposes the substrate (P) by irradiating the substrate (P) with exposure light (EL) via the projection optical system (PL) and the liquid (LQ). In the substrate holding member for holding the substrate (P) used in (EX), the surface (PBS) of the substrate holding member (PH) including the contact surface (34A) with the substrate (P) is held by the substrate. It is characterized by being covered with a layer (35) of a material having a higher thermal conductivity than the base material (PB) of the member (PH).
本発明によれば、基板保持部材の基板との接触面を含む基板保持部材の表面を熱伝導率が高い材料の層で被覆することで、基板保持部材と基板との間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上することができる。したがって、基板が露光光の照射により加熱しても、その基板の熱を基板保持部材側に効率良く逃がすことができるので、基板の熱によって基板上の液浸領域の液体の温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。 According to the present invention, by covering the surface of the substrate holding member including the contact surface of the substrate holding member with the substrate with the layer of the material having high thermal conductivity, the thermal conductivity between the substrate holding member and the substrate ( Heat transfer coefficient). Therefore, even if the substrate is heated by exposure light irradiation, the heat of the substrate can be efficiently released to the substrate holding member side, so that the temperature change and temperature distribution of the liquid in the immersion area on the substrate by the substrate heat Can be suppressed. Therefore, exposure accuracy and measurement accuracy can be maintained.
本発明の基板保持部材(PH)は、投影光学系(PL)と液体(LQ)とを介して基板(P)上に露光光(EL)を照射して基板(P)を露光する露光装置(EX)で使用される、基板(P)を保持するための基板保持部材において、基板(P)との接触面(34A)が、基板保持部材(PH)の基材(PB)よりもやわらかい金属材料の層(35’)で被覆されていることを特徴とする。 The substrate holding member (PH) of the present invention exposes the substrate (P) by irradiating the substrate (P) with exposure light (EL) via the projection optical system (PL) and the liquid (LQ). In the substrate holding member for holding the substrate (P) used in (EX), the contact surface (34A) with the substrate (P) is softer than the base material (PB) of the substrate holding member (PH). It is characterized by being covered with a layer of metal material (35 ').
本発明によれば、基板保持部材の基板との接触面をやわらかい金属材料の層で被覆し、その接触面で基板を支持することにより、前記金属材料は、基板との接触面積が増加するように変形するので、基板保持部材と基板との接触面積を増やすことができる。そのため、基板保持部材と基板との間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上することができる。したがって、基板が露光光の照射により加熱しても、その基板の熱を基板保持部材側に効率良く逃がすことができるので、基板の熱によって基板上の液浸領域の液体の温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。 According to the present invention, the contact surface of the substrate holding member with the substrate is covered with the soft metal material layer, and the substrate is supported by the contact surface, so that the contact area between the metal material and the substrate is increased. Therefore, the contact area between the substrate holding member and the substrate can be increased. Therefore, the thermal conductivity (heat transfer coefficient) between the substrate holding member and the substrate can be improved. Therefore, even if the substrate is heated by exposure light irradiation, the heat of the substrate can be efficiently released to the substrate holding member side, so that the temperature change and temperature distribution of the liquid in the immersion area on the substrate by the substrate heat Can be suppressed. Therefore, exposure accuracy and measurement accuracy can be maintained.
本発明の露光装置(EX)は、投影光学系(PL)と液体(LQ)とを介して基板(P)上に露光光(EL)を照射して基板(P)を露光する露光装置において、基板(P)を保持するための基板保持部材(PH)を備え、基板保持部材(PH)と基板(P)との間に、空気よりも熱伝導率の高い流体を介在させることを特徴とする。 An exposure apparatus (EX) of the present invention is an exposure apparatus that exposes a substrate (P) by irradiating the substrate (P) with exposure light (EL) via a projection optical system (PL) and a liquid (LQ). And a substrate holding member (PH) for holding the substrate (P), and a fluid having a higher thermal conductivity than air is interposed between the substrate holding member (PH) and the substrate (P). And
本発明によれば、基板が露光光の照射により加熱しても、その基板の熱を熱伝導率の高い流体を介して基板保持部材側に効率良く逃がすことができるので、基板の熱によって基板上の液浸領域の液体の温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。 According to the present invention, even when a substrate is heated by irradiation with exposure light, the heat of the substrate can be efficiently released to the substrate holding member side through a fluid having high thermal conductivity. It is possible to suppress the temperature change and temperature distribution of the liquid in the upper immersion region. Therefore, exposure accuracy and measurement accuracy can be maintained.
本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置(EX)を用いることを特徴とする。本発明によれば、露光精度及び計測精度を維持することができ、所望性能を有するデバイスを製造することができる。 The device manufacturing method of the present invention uses the above-described exposure apparatus (EX). According to the present invention, exposure accuracy and measurement accuracy can be maintained, and a device having desired performance can be manufactured.
本発明によれば、液浸領域の液体の温度変化や温度分布の発生を抑制でき、露光精度及び計測精度を維持することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the temperature change and temperature distribution of the liquid in the immersion area, and it is possible to maintain the exposure accuracy and the measurement accuracy.
以下、本発明の露光装置について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 The exposure apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of the exposure apparatus of the present invention.
図1において、露光装置EXは、マスクMを支持して移動可能なマスクステージMSTと、基板Pを保持する基板ホルダPHを有し、基板ホルダPHに基板Pを保持して移動可能な基板ステージPSTと、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明する照明光学系ILと、露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像を基板ステージPSTに支持されている基板Pに投影露光する投影光学系PLと、露光装置EX全体の動作を統括制御する制御装置CONTとを備えている。後に詳述するように、基板Pを保持するための基板ホルダPHの基板Pとの接触面は、所定の材料の層で被覆されている。 In FIG. 1, an exposure apparatus EX includes a mask stage MST that can move while supporting a mask M, and a substrate holder PH that holds a substrate P, and a substrate stage that can move while holding the substrate P in the substrate holder PH. PST, illumination optical system IL for illuminating mask M supported on mask stage MST with exposure light EL, and substrate P supported on substrate stage PST for an image of the pattern of mask M illuminated with exposure light EL A projection optical system PL for performing projection exposure, and a control device CONT for controlling overall operation of the exposure apparatus EX. As will be described in detail later, the contact surface of the substrate holder PH for holding the substrate P with the substrate P is covered with a layer of a predetermined material.
本実施形態の露光装置EX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露光装置であって、基板P上に液体LQを供給する液体供給機構10と、基板P上の液体LQを回収する液体回収機構20とを備えている。本実施形態において、液体LQには純水が用いられる。露光装置EX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、液体供給機構10から供給した液体LQにより投影光学系PLの投影領域AR1を含む基板P上の少なくとも一部に、投影領域AR1よりも大きく且つ基板Pよりも小さい液浸領域AR2を局所的に形成する。具体的には、露光装置EXは、投影光学系PLの像面側先端部の光学素子2と基板Pの表面(露光面)との間に液体LQを満たした状態で露光光ELを照射し、この投影光学系PLと基板Pとの間の液体LQ及び投影光学系PLを介してマスクMのパターン像を基板P上に投影することによって、基板Pを露光する。
The exposure apparatus EX of the present embodiment is an immersion exposure apparatus to which an immersion method is applied in order to substantially shorten the exposure wavelength to improve the resolution and substantially increase the depth of focus. A
ここで、本実施形態では、露光装置EXとしてマスクMと基板Pとを走査方向(所定方向)における互いに異なる向き(逆方向)に同期移動しつつマスクMに形成されたパターンを基板Pに露光する走査型露光装置(所謂スキャニングステッパ)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、水平面内においてマスクMと基板Pとの同期移動方向(走査方向、所定方向)をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向(非走査方向)、X軸及びY軸方向に垂直で投影光学系PLの光軸AXと一致する方向をZ軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上に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。 Here, in the present embodiment, the pattern formed on the mask M is exposed to the substrate P while the mask M and the substrate P are synchronously moved in different directions (reverse directions) in the scanning direction (predetermined direction) as the exposure apparatus EX. An example of using a scanning exposure apparatus (so-called scanning stepper) will be described. In the following description, the synchronous movement direction (scanning direction, predetermined direction) of the mask M and the substrate P in the horizontal plane is the X axis direction, and the direction orthogonal to the X axis direction is the Y axis direction (non-scanning direction) in the horizontal plane. A direction perpendicular to the X-axis and Y-axis directions and coincident with the optical axis AX of the projection optical system PL is defined as a Z-axis direction. Further, the rotation (inclination) directions around the X axis, Y axis, and Z axis are the θX, θY, and θZ directions, respectively. Here, the “substrate” includes a semiconductor wafer coated with a resist, and the “mask” includes a reticle on which a device pattern to be reduced and projected on the substrate is formed.
照明光学系ILは、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光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IL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IL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KrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)や、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)及びF2レーザ光(波長157nm)等の真空紫外光(VUV光)などが用いられる。本実施形態では、ArFエキシマレーザ光が用いられる。上述したように、本実施形態における液体LQは純水であって、露光光ELがArFエキシマレーザ光であっても透過可能である。また、純水は紫外域の輝線(g線、h線、i線)及びKrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)も透過可能である。 The illumination optical system IL illuminates the mask M supported by the mask stage MST with the exposure light EL, and the exposure light source, and an optical integrator and an optical integrator for uniformizing the illuminance of the light beam emitted from the exposure light source A condenser lens that collects the exposure light EL from the light source, a relay lens system, a variable field stop that sets the illumination area on the mask M by the exposure light EL in a slit shape, and the like. A predetermined illumination area on the mask M is illuminated with the exposure light EL having a uniform illuminance distribution by the illumination optical system IL. As the exposure light EL emitted from the illumination optical system IL, for example, far ultraviolet light (g-line, h-line, i-line) and KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) emitted from a mercury lamp (e.g. DUV light), vacuum ultraviolet light (VUV light) such as ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and F 2 laser light (wavelength 157 nm), or the like is used. In this embodiment, ArF excimer laser light is used. As described above, the liquid LQ in the present embodiment is pure water and can be transmitted even if the exposure light EL is ArF excimer laser light. Further, pure water can transmit ultraviolet rays (g-rays, h-rays, i-rays) and far-ultraviolet light (DUV light) such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm).
マスクステージMSTは、マスクMを保持して移動可能であって、投影光学系PLの光軸AXに垂直な平面内、すなわちXY平面内で2次元移動可能及びθZ方向に微小回転可能である。マスクステージMSTはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置MSTDにより駆動される。マスクステージ駆動装置MSTDは制御装置CONTにより制御される。マスクステージMST上には移動鏡50が設けられている。また、移動鏡50に対向する位置にはレーザ干渉計51が設けられている。マスクステージMST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CONT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MSTDを駆動することでマスクステージMSTに支持されているマスクMの位置決めを行う。
The mask stage MST can move while holding the mask M, can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, in the XY plane, and can be rotated slightly in the θZ direction. The mask stage MST is driven by a mask stage driving device MSTD such as a linear motor. The mask stage driving device MSTD is controlled by the control device CONT. A
投影光学系PLは、マスクMのパターンを所定の投影倍率βで基板Pに投影露光するものであって、基板P側の先端部に設けられた光学素子(レンズ)2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βが例えば1/4、1/5、あるいは1/8の縮小系である。なお、投影光学系PLは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、本実施形態の投影光学系PLの先端部の光学素子2は鏡筒PKに対して着脱(交換)可能に設けられている。また、先端部の光学素子2は鏡筒PKより露出しており、液浸領域AR2の液体LQは光学素子2に接触する。これにより、金属からなる鏡筒PKの腐蝕等が防止されている。
The projection optical system PL projects and exposes the pattern of the mask M onto the substrate P at a predetermined projection magnification β, and includes a plurality of optical elements including an optical element (lens) 2 provided at the front end portion on the substrate P side. These optical elements are supported by a lens barrel PK. In the present embodiment, the projection optical system PL is a reduction system having a projection magnification β of, for example, 1/4, 1/5, or 1/8. Note that the projection optical system PL may be either an equal magnification system or an enlargement system. Further, the
基板ステージPSTは、基板Pを基板ホルダPHを介して保持するZチルトステージ52と、Zチルトステージ52を支持するXYステージ53とを備えている。XYステージ53はベース54上に支持されている。基板ステージPSTはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置PSTDにより駆動される。基板ステージ駆動装置PSTDは制御装置CONTにより制御される。Zチルトステージ52は基板ホルダPHに保持されている基板PをZ軸方向、及びθX、θY方向(傾斜方向)に移動可能である。XYステージ53は基板ホルダPHに保持されている基板PをZチルトステージ52を介してXY方向(投影光学系PLの像面と実質的に平行な方向)、及びθZ方向に移動可能である。なお、ZチルトステージとXYステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。
The substrate stage PST includes a
基板ステージPST上には凹部32が設けられており、基板ホルダPHは凹部32に配置されている。そして、基板ステージPST(Zチルトステージ52)のうち凹部32以外の上面31は、基板ホルダPHに保持された基板Pの表面とほぼ同じ高さ(面一)になるような平坦面(平坦部)となっている。また、移動鏡55の上面も、基板ステージPSTの上面31とほぼ同じ高さ(面一)となっている。基板Pの周囲に基板P表面とほぼ面一の上面31を設けたので、基板Pのエッジ領域Eを液浸露光するときにおいても、投影光学系PLの像面側に液体LQを保持して液浸領域AR2を良好に形成することができる。また、基板Pのエッジ部とその基板Pの周囲に設けられた平坦面(上面)31との間には0.1〜2mm程度のギャップが形成されるが、液体LQの表面張力によりそのギャップに液体LQが流れ込むことはほとんどなく、基板Pの周縁近傍を露光する場合にも、上面31により投影光学系PLの下に液体LQを保持することができる。
A
また、基板ステージPSTの上面31は撥液化処理されて撥液性を有している。上面31の撥液化処理としては、例えばポリ四フッ化エチレン(テフロン(登録商標))等のフッ素系樹脂材料あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料を塗布、あるいは前記撥液性材料からなる薄膜を貼付する処理が挙げられる。上面31を撥液性にすることで、液浸露光中においては基板ステージPST外側への液体LQの流出を防止でき、液浸露光後においては、上面31に残留した液体LQを良好に回収(除去)することができる。
Further, the
基板ステージPST(Zチルトステージ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PST上の基板Pの2次元方向の位置、及び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CONTはレーザ干渉計56の計測結果に基づいて、レーザ干渉計56で規定される2次元座標系内で基板ステージ駆動装置PSTDを介してXYステージ53を駆動することで基板ステージPSTに支持されている基板PのX軸方向及びY軸方向における位置決めを行う。
A
また、露光装置EXは、基板P表面の面位置情報を検出するフォーカス・レベリング検出系60を有している。フォーカス・レベリング検出系60は、投射部60Aと受光部60Bとを有し、投射部60Aから液体LQを介して基板P表面(露光面)に斜め方向から検出光Laを投射するとともに、その基板Pからの反射光を液体LQを介して受光部60Bで受光することによって、基板P表面の面位置情報を検出する。制御装置CONTは、フォーカス・レベリング検出系60の動作を制御するとともに、受光部60Bの受光結果に基づいて、所定基準面(像面)に対する基板P表面のZ軸方向における位置(フォーカス位置)を検出する。また、基板P表面における複数の各点での各フォーカス位置を求めることにより、フォーカス・レベリング検出系60は基板Pの傾斜方向の姿勢を求めることもできる。なお、フォーカス・レベリング検出系60の構成としては、例えば特開平8−37149号公報に開示されているものを用いることができる。
The exposure apparatus EX has a focus / leveling
制御装置CONTは、基板ステージ駆動装置PSTDを介して基板ステージPSTのZチルトステージ52を駆動することにより、Zチルトステージ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θX、θY方向における位置を制御する。すなわち、Zチルトステージ52は、フォーカス・レベリング検出系60の検出結果に基づく制御装置CONTからの指令に基づいて動作し、基板Pのフォーカス位置(Z位置)及び傾斜角を制御して基板Pの表面(露光面)を投影光学系PL及び液体LQを介して形成される像面に合わせ込む。
The control device CONT drives the
投影光学系PLの先端近傍には、基板P上のアライメントマークあるいはZチルトステージ52上に設けられた後述する基準部材上の基準マークを検出する基板アライメント系350が設けられている。本実施形態の基板アライメント系350では、例えば特開平4−65603号公報に開示されているような、基板ステージPSTを静止させてマーク上にハロゲンランプからの白色光等の照明光を照射して、得られたマークの画像を撮像素子により所定の撮像視野内で撮像し、画像処理によってマークの位置を計測するFIA(フィールド・イメージ・アライメント)方式が採用されている。
A
また、マスクステージMSTの近傍には、マスクMと投影光学系PLとを介してZチルトステージ52上に設けられた後述する基準部材上の基準マークを検出するマスクアライメント系360が設けられている。本実施形態のマスクアライメント系360では、例えば特開平7−176468号公報に開示されているような、マークに対して光を照射し、CCDカメラ等で撮像したマークの画像データを画像処理してマーク位置を検出するVRA(ビジュアル・レチクル・アライメント)方式が採用されている。
Further, in the vicinity of the mask stage MST, a
液体供給機構10は、所定の液体LQを投影光学系PLの像面側に供給するためのものであって、液体LQを送出可能な液体供給部11と、液体供給部11にその一端部を接続する供給管13とを備えている。液体供給部11は、液体LQを収容するタンク、加圧ポンプ、及び液体LQ中に含まれる異物や気泡を取り除くフィルタユニット等を備えている。液体供給部11の液体供給動作は制御装置CONTにより制御される。基板P上に液浸領域AR2を形成する際、液体供給機構10は液体LQを基板P上に供給する。
The
液体回収機構20は、投影光学系PLの像面側の液体LQを回収するためのものであって、液体LQを回収可能な液体回収部21と、液体回収部21にその一端部を接続する回収管23とを備えている。液体回収部21は例えば真空ポンプ等の真空系(吸引装置)、回収された液体LQと気体とを分離する気液分離器、及び回収した液体LQを収容するタンク等を備えている。なお真空系として、露光装置EXに真空ポンプを設けずに、露光装置EXが配置される工場の真空系を用いるようにしてもよい。液体回収部21の液体回収動作は制御装置CONTにより制御される。基板P上に液浸領域AR2を形成するために、液体回収機構20は液体供給機構10より供給された基板P上の液体LQを所定量回収する。
The
投影光学系PLを構成する複数の光学素子のうち、液体LQに接する光学素子2の近傍にはノズル部材70が配置されている。ノズル部材70は、基板P(基板ステージPST)の上方において、光学素子2の側面を囲むように設けられた環状部材である。ノズル部材70と光学素子2との間には隙間が設けられており、ノズル部材70は光学素子2に対して振動的に分離されるように所定の支持機構で支持されている。また、その隙間に液体LQが浸入しないように、且つその隙間から液体LQ中に気泡が混入しないように構成されている。ノズル部材70は、例えばステンレス鋼によって形成されている。
Of the plurality of optical elements constituting the projection optical system PL, a
ノズル部材70は、基板P(基板ステージPST)の上方に設けられ、その基板P表面に対向するように配置された供給口12を備えている。本実施形態において、ノズル部材70は2つの供給口12A、12Bを有している。供給口12A、12Bはノズル部材70の下面70Aに設けられている。
The
ノズル部材70の内部には、基板P上に供給される液体LQが流れる供給流路が形成されている。ノズル部材70の供給流路の一端部は供給管13の他端部に接続され、供給流路の他端部は供給口12A、12Bのそれぞれに接続されている。ここで、ノズル部材70の内部に形成された供給流路の他端部は、複数(2つ)の供給口12A、12Bのそれぞれに接続可能なように途中から分岐している。
A supply flow path through which the liquid LQ supplied onto the substrate P flows is formed inside the
また、ノズル部材70は、基板P(基板ステージPST)の上方に設けられ、その基板P表面に対向するように配置された回収口22を備えている。本実施形態において、回収口22は、ノズル部材70の下面70Aにおいて、投影光学系PLの光学素子2(投影領域AR1)及び供給口12を囲むように環状に形成されている。
The
また、ノズル部材70の内部には、回収口22を介して回収された液体LQが流れる回収流路が形成されている。ノズル部材70の回収流路の一端部は回収管23の他端部に接続され、回収流路の他端部は回収口22に接続されている。ここで、ノズル部材70の内部に形成された回収流路は、回収口22に応じた環状流路と、その環状流路を流れた液体LQを集合するマニホールド流路とを備えている。
In addition, a recovery flow path through which the liquid LQ recovered via the
本実施形態において、ノズル部材70は、液体供給機構10及び液体回収機構20それぞれの一部を構成している。液体供給機構10を構成する供給口12A、12Bは、投影光学系PLの投影領域AR1を挟んだX軸方向両側のそれぞれの位置に設けられており、液体回収機構20を構成する回収口22は、投影光学系PLの投影領域AR1に対して液体供給機構10の液体供給口12A、12Bの外側に設けられている。なお本実施形態における投影光学系PLの投影領域AR1は、Y軸方向を長手方向とし、X軸方向を短手方向とした平面視矩形状に設定されている。
In the present embodiment, the
液体供給部11の動作は制御装置CONTにより制御される。制御装置CONTは液体供給部11による単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。基板P上に液体LQを供給する際、制御装置CONTは、液体供給部11より液体LQを送出し、供給管13及びノズル部材70内部に形成された供給流路を介して、基板Pの上方に設けられている供給口12A、12Bより基板P上に液体LQを供給する。液体LQは、供給口12A、12Bを介して、投影領域AR1の両側から供給される。
The operation of the
液体回収部21の液体回収動作は制御装置CONTにより制御される。制御装置CONTは液体回収部21による単位時間あたりの液体回収量を制御可能である。基板Pの上方に設けられた回収口22から回収された基板P上の液体LQは、ノズル部材70内部に形成された回収流路、及び回収管23を介して液体回収部21に回収される。
The liquid recovery operation of the
投影光学系PLの光学素子2の液体接触面2A、及びノズル部材70の下面(液体接触面)70Aは親液性(親水性)を有している。本実施形態においては、光学素子2は、純水との親和性が高い蛍石で形成されている。なお光学素子2は、水との親和性が高い石英であってもよい。また光学素子2の液体接触面2A及びノズル部材70の液体接触面70Aに親水化(親液化)処理を施して、液体LQとの親和性をより高めるようにしてもよい。親液化処理としては、MgF2、Al2O3、SiO2などの親液性材料を前記液体接触面に設ける処理が挙げられる。あるいは、本実施形態における液体LQは極性の大きい水であるため、親液化処理(親水化処理)として、例えばアルコールなど極性の大きい分子構造の物質で薄膜を設けるようにしてもよい。
The
図2は基板ステージPSTのZチルトステージ52を上方から見た平面図である。なお図2においては、基板Pは破線で仮想的に図示されている。平面視矩形状のZチルトステージ52の互いに垂直な2つの縁部に移動鏡55が配置されている。また、Zチルトステージ52のほぼ中央部に凹部32が形成されており、この凹部32に基板Pを保持する基板ホルダPHが配置されている。
FIG. 2 is a plan view of the
基板ホルダPHは、略円環状の周壁部33と、この周壁部33の内側に配置され、基板Pを保持(支持)する複数のピン状の支持部34とを備えている。周壁部33は支持部34の周囲に配置されており、支持部34は周壁部33の内側において一様に配置されている。上述したように、基板ホルダPHに保持されている基板Pの側面とZチルトステージ52の上面31との間には所定のギャップが形成されている。なお図においては、周壁部33の上端面は比較的広い幅を有しているが、実際には1〜2mm程度の幅しか有していない。
The substrate holder PH includes a substantially annular
また、基板ステージPST上において、基板Pの外側の所定位置には、基準部材300が配置されている。基準部材300には、基板アライメント系350により検出される基準マークPFMと、マスクアライメント系360により検出される基準マークMFMとが所定の位置関係で設けられている。基準部材300の上面はほぼ平坦面となっており、基板ステージPSTに保持された基板P表面、及び基板ステージPSTの上面31とほぼ同じ高さ(面一)に設けられている。基準部材300の上面は、フォーカス・レベリング検出系60の基準面としての役割も果たすことができる。
Further, a
また、基板ステージPST上のうち、基板Pの外側の所定位置には、光計測部として例えば特開昭57−117238号公報に開示されているような照度ムラセンサ400、例えば特開2002−14005号公報に開示されているような空間像計測センサ500、及び例えば特開平11−16816号公報に開示されているような照射量センサ(照度センサ)600など、各種光計測部が設けられている。
Further, an
図3は基板Pを保持した基板ホルダPH及び基板ステージPSTの要部拡大断面図である。図3において、Zチルトステージ52の凹部32内部に、基板Pを保持する基板ホルダPHが配置されている。凹部32は上面31の内側に形成されており、凹部32の内側面36は上面31に隣接している。基板ホルダPHは、周壁部33及びその周壁部33の内側に配置されたピン状の支持部34を備えている。支持部34のそれぞれは、その上面34Aを基板Pの裏面に接触させて基板Pを保持する。すなわち、支持部34の上面34Aが、基板ホルダPHの基板Pとの接触面となっている。なお、図においては、支持部34は比較的大きく示されているが、実際には非常に小さなピン状の支持部が周壁部33の内側に多数形成されている。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the substrate holder PH holding the substrate P and the substrate stage PST. In FIG. 3, a substrate holder PH that holds the substrate P is disposed inside the
周壁部33及びその周壁部33の内側に配置されたピン状の支持部34を備えた基板ホルダPHの基材PBは、炭化シリコン(SiC)で形成されている。炭化シリコンは、熱伝導率が大きい材料であって、130W/(m・K)程度の熱伝導率を有している。
The base material PB of the substrate holder PH provided with the
図4はピン状の支持部34の拡大断面図である。図4において、基板ホルダPHの基板Pとの接触面である支持部34の上面34Aは、基板ホルダPH(支持部34)の基材PBとは別の材料の層35で被覆されている。以下の説明においては、支持部34の上面34Aを含む基板ホルダPHの表面に被覆された層35を適宜、「機能層35」と称する。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the pin-shaped
本実施形態においては、機能層35はシリコン(Si)で構成されている。機能層35の形成材料であるシリコン(Si)は、基材PBの形成材料である炭化シリコン(SiC)よりも高い面精度で加工可能な材料である。また、シリコンは、熱伝導率が大きい材料であって、148W/(m・K)程度の熱伝導率を有しており、基材PBの形成材料である炭化シリコンよりも高い熱伝導率を有している。またシリコンは、基板ホルダPHの基材PBである炭化シリコンとの接着性が良好であり、アウトガスが少ない等、露光装置の置かれている環境を汚染しないという利点もある。
In the present embodiment, the
なお、基板Pがシリコン(Si)で形成されている場合には、機能層35はシリコンで構成されているのがより望ましい。これは、基板Pを基板ホルダPH(支持部34)に吸着保持したときに、支持部34上面に被覆したシリコンが基板Pの裏面に付着しても、基板Pと同じ材質であるため、重金属等と異なり、基板Pの化学汚染の心配がないからである。
When the substrate P is made of silicon (Si), the
機能層35を有する基板ホルダPHを形成するためには、例えばスパッタリング法や蒸着法に基づいて、炭化シリコンからなる基材PB(支持部34)の上面34Aに対してシリコンを被覆し、シリコンからなる膜を形成する。その後、上面34Aに形成されたシリコン膜を鏡面研磨することで、高い面精度の表面35Aを有する機能層35が基材PBの上面34A上に形成される。
In order to form the substrate holder PH having the
機能層35の形成材料であるシリコンは、鏡面加工可能な材料であり、そのシリコンを基材PBの上面34A上に製膜し、鏡面加工することで、基板Pとの接触面となる表面35Aの面精度を高くすることができ、その高い面精度を有する表面35Aで基板Pを支持することにより、基板ホルダPHと基板Pとの接触面積を増やすことができる。
Silicon, which is a material for forming the
ここで、基材PBの上面34Aにシリコンを被覆せずに、炭化シリコンからなる基材PBの上面34Aを直接的に鏡面研磨する構成も考えられる。しかしながら、炭化シリコンからなる部材を研磨した場合、被研磨面が荒れる現象が生じ易く、炭化シリコンを鏡面加工することは比較的困難である。一方、シリコンは鏡面加工可能な材料である。シリコンが鏡面加工可能である理由の一つとして、被覆されたシリコンは、気孔(ポア)の無いあるいは少ないポアレス材料であるということが挙げられる。ポアレス材料は、良好に鏡面加工することができるため、炭化シリコンからなる基材PB上にポアレス材料であるシリコンを被覆し、鏡面加工することで、非常に高い面精度の表面35Aを有する接触面34Aを形成することができる。
Here, a configuration in which the
図3に戻って、周壁部33の上面33Aは平坦面となっている。周壁部33の高さは支持部34の高さよりも低くなっており、基板Pと周壁部33との間にはギャップBが形成されている。ギャップBは、凹部32の内側面36と基板Pの側面との間のギャップAより小さい。例えば、ギャップAは、基板Pの外形の製造誤差や基板Pの載置精度等を考慮すると、0.1〜1.0mm程度が好ましく、ギャップBは2.0〜5.0μm程度である。また、凹部32の内側面36と、この内側面36に対向する基板ホルダPHの側面37との間にギャップCが形成されている。ここで、基板ホルダPHの径は基板Pの径より小さく形成されており、ギャップAはギャップCより小さい。なお、本実施形態においては、基板Pには位置合わせのための切り欠き(オリフラ、ノッチ等)は形成されておらず、基板Pはほぼ円形であり、その全周にわたってギャップAは0.1mm〜1.0mmになっているため、液体LQの流入を防止できる。また、基板Pの側面を撥液化処理(撥水化処理)して撥液性にすることで、ギャップAからの液体LQの流入を更に確実に防止できる。もちろん、基板Pに切り欠きが形成されていても構わない。
Returning to FIG. 3, the
また、上述したように、Zチルトステージ52の上面31は撥液性を有しているが、本実施形態においては、Zチルトステージ52のうち、内側面36も撥液化処理されて撥液性を有している。更に、基板ホルダPHのうち、周壁部33の上面33A、及び側面37も撥液化処理されて撥液性を有している。
Further, as described above, the
基板ステージPSTは、基板ホルダPHの周壁部33に囲まれた第1空間38を負圧にする吸引装置40を備えている。吸引装置40は、基材PBの支持部34以外の上面に設けられた複数の吸引口41と、基板ステージPST外部に設けられた真空ポンプを含むバキューム部42と、基材PB内部に形成され、複数の吸引口41のそれぞれとバキューム部42とを接続する流路43とを備えている。吸引装置40は、周壁部33及び支持部34を含む基材PBと、支持部34に支持された基板Pとの間に形成された第1空間38内部のガス(空気)を吸引してこの第1空間38を負圧にすることで、支持部34に基板Pを吸着保持する。すなわち、本実施形態における基板ホルダPHは、所謂ピンチャック機構を備えた構成である。なお、基板Pの裏面PCと周壁部33の上面33AとのギャップBは僅かであるので、第1空間38の負圧は維持される。
The substrate stage PST includes a
基板ステージPSTは、凹部32の内側面36と基板ホルダPHの側面37との間の第2空間39に流入した液体LQを回収する回収部160を備えている。本実施形態において、回収部160は、液体LQを収容可能なタンク161と、Zチルトステージ52内部に設けられ、空間39とタンク161とを接続する流路162とを有している。そして、この流路162の内壁面にも撥液化処理が施されている。
The substrate stage PST includes a
Zチルトステージ52には、凹部32の内側面36と基板ホルダPHの側面37との間の第2空間39と、Zチルトステージ52外部の空間(大気空間)とを接続する流路45が形成されている。ガス(空気)は流路45を介して第2空間39とZステージ52外部とを流通可能となっており、第2空間39はほぼ大気圧に設定される。
The
次に、上述した構成を有する露光装置EXを用いてマスクMのパターン像を基板Pに露光する方法について説明する。 Next, a method for exposing the pattern image of the mask M onto the substrate P using the exposure apparatus EX having the above-described configuration will be described.
制御装置CONTは、液体供給機構10による基板P上に対する液体LQの供給と並行して、液体回収機構20による基板P上の液体LQの回収を行いつつ、基板Pを支持する基板ステージPSTをX軸方向(走査方向)に移動しながら、マスクMのパターン像を投影光学系PLと基板Pとの間の液体LQ及び投影光学系PLを介して基板P上に投影露光する。
In parallel with the supply of the liquid LQ onto the substrate P by the
液浸領域AR2を形成するために液体供給機構10の液体供給部11から供給された液体LQは、供給管13を流通した後、ノズル部材70内部に形成された供給流路を介して液体供給口12A、12Bより基板P上に供給される。液体供給口12A、12Bから基板P上に供給された液体LQは、投影光学系PLの先端部(光学素子2)の下端面と基板Pとの間に濡れ拡がるように供給され、投影領域AR1を含む基板P上の一部に、基板Pよりも小さく且つ投影領域AR1よりも大きい液浸領域AR2を局所的に形成する。
The liquid LQ supplied from the
本実施形態における露光装置EXは、マスクMと基板PとをX軸方向(走査方向)に移動しながらマスクMのパターン像を基板Pに投影露光するものであって、走査露光時には、液浸領域AR2の液体LQ及び投影光学系PLを介してマスクMの一部のパターン像が投影領域AR1内に投影され、マスクMが−X方向(又は+X方向)に速度Vで移動するのに同期して、基板Pが投影領域AR1に対して+X方向(又は−X方向)に速度β・V(βは投影倍率)で移動する。基板P上には複数のショット領域が設定されており、1つのショット領域への露光終了後に、基板Pのステッピング移動によって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・スキャン方式で基板Pを移動しながら各ショット領域に対する走査露光処理が順次行われる。 The exposure apparatus EX in the present embodiment projects and exposes a pattern image of the mask M onto the substrate P while moving the mask M and the substrate P in the X-axis direction (scanning direction). A pattern image of a part of the mask M is projected into the projection area AR1 via the liquid LQ in the area AR2 and the projection optical system PL, and is synchronized with the movement of the mask M in the −X direction (or + X direction) at the velocity V. Then, the substrate P moves in the + X direction (or −X direction) with respect to the projection area AR1 at the speed β · V (β is the projection magnification). A plurality of shot areas are set on the substrate P, and after the exposure to one shot area is completed, the next shot area is moved to the scanning start position by the stepping movement of the substrate P. Hereinafter, step-and-scan The scanning exposure process for each shot area is sequentially performed while moving the substrate P by the method.
液浸露光中において、露光光ELの照射により基板Pが加熱され、その熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQに温度変化や温度分布が生じる可能性がある。液体LQの温度変化や温度分布は液体LQの屈折率変化を引き起こすため、投影光学系PLの液体LQを介した結像特性に影響を与え、基板P上に精度良くパターンを形成できないおそれがある。また、フォーカス・レベリング検出系60が液体LQを介して基板Pの面位置情報を計測する場合においても、液体LQの温度変化や温度分布が生じると、基板Pの面位置情報を精度良く計測できず、投影光学系PLの液体LQを介した像面の位置と基板P表面とを合致することができないおそれがある。
During immersion exposure, the substrate P is heated by irradiation with the exposure light EL, and the heat may cause a temperature change or a temperature distribution in the liquid LQ in the immersion area AR2 on the substrate P. Since the temperature change and temperature distribution of the liquid LQ cause a change in the refractive index of the liquid LQ, the imaging characteristics through the liquid LQ of the projection optical system PL are affected, and the pattern may not be formed on the substrate P with high accuracy. . Further, even when the focus / leveling
ところが、本実施形態においては、基板ホルダPHの基板Pとの接触面となる表面35Aは鏡面加工されており、基板ホルダPHと基板Pとの接触面積が増加されているため、基板ホルダPHと基板Pとの間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上することができる。したがって、基板Pが露光光ELの照射により加熱しても、図4の模式図に示すように、その基板Pの熱を機能層35を介して基板ホルダPH(支持部34)側に効率良く逃がすことができるので、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQが温度変化や温度分布を発生することを抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。
However, in the present embodiment, the
また、液浸領域AR2を基板ステージPST上に設けられている基準部材300や光計測部400、500、600上に形成し、その液浸領域AR2の液体LQを介して各種計測処理を行う構成も考えられる。その場合においても、上記基準部材のうち液体LQに接触する上板を支持する支持部材や、光計測部のうち液体LQに接触する上板を支持する支持部材の前記上板との接触面に、機能層35を設けておくことで、上板の熱を支持部材側に効率良く逃がすことができる。したがって、上板の熱によって上板上の液浸領域AR2の液体LQが温度変化や温度分布を発生することを抑制することができ、高い計測精度を維持することができる。
Further, the liquid immersion area AR2 is formed on the
なお、図3に示すように、基板Pのエッジ領域Eを液浸露光する際、液浸領域AR2の液体LQが、基板Pの表面の一部及びZチルトステージ52の上面31の一部に配置される。このとき、基板Pの側面及びこの側面に対向する内側面36は撥液性なので、液浸領域AR2の液体LQはギャップAに浸入し難く、その表面張力によりギャップAに流れ込むことがほとんどない。したがって、基板Pのエッジ領域Eを露光する場合にも、投影光学系PLの下に液体LQを良好に保持しつつ液浸露光できる。このとき、Zチルトステージ52の上面31も撥液性なので、液浸領域AR2を形成する液体LQの上面31上での過剰な濡れ拡がりが防止され、液浸領域AR2を良好に形成可能であるとともに、液体LQの流出や飛散等の不都合を防止することができる。
As shown in FIG. 3, when the edge region E of the substrate P is subjected to immersion exposure, the liquid LQ in the immersion region AR2 is applied to a part of the surface of the substrate P and a part of the
また、液浸領域AR2の液体LQがギャップAを介して第2空間39に僅かに流入した場合でも、基板Pの裏面及び周壁部33の上面33Aのそれぞれには撥液処理が施され、ギャップBは十分小さいので、基板Pを支持部34に対して吸着保持するために負圧に設定されている第1空間38に液体LQは流入しない。これにより、吸引口41に液体LQが流入して基板Pを吸着保持できなくなるといった不都合を防止することができる。
Further, even when the liquid LQ in the liquid immersion area AR2 slightly flows into the
そして、第2空間39に流入した液体LQは、流路162を介して回収部160のタンク161に回収され、周辺装置への液体LQの流出(漏洩)や飛散等を抑えることができる。このとき、第2空間39を形成する凹部32の内側面36や基板ホルダPHの側面37、あるいは流路162は撥液性となっているので、第2空間39に流入した液体LQはこの第2空間39に留まることなく、流路162を円滑に流れてタンク161に回収される。
Then, the liquid LQ that has flowed into the
ところで、吸引装置40の吸引動作により、第2空間39のガス(空気)がギャップBを介して第1空間38に流入し、これに伴って液浸領域AR2の液体LQがギャップAを介して第2空間39に浸入して液浸領域AR2の形成が不安定になる可能性が考えられる。しかしながら、凹部32の内側面36と基板ホルダPHの側面37との間のギャップCが、基板Pの側面PBと凹部32の内側面36との間のギャップAより大きく設定されており第2空間39は流路45を介して大気開放されているので、ギャップBを通過する空気は、流路45を介して外部から流入しギャップCを通過した空気が大部分であり、ギャップAを通過した空気(液体LQ)は僅かであるばかりでなく、ギャップAを介した吸引力を液体LQの表面張力より小さくすることができ、ギャップAを介して液浸領域AR2の液体LQが第2空間39に流入する不都合を抑制することができる。
By the way, due to the suction operation of the
なおこのとき、流路45のうち第2空間39に接続する一端部とは反対の他端部にガス(空気)供給装置45’を接続し、凹部32の内側面36と基板ホルダPHの側面37との間の第2空間39を陽圧化、具体的には大気圧より僅かに高く設定するようにしてもよい。これにより、液浸領域AR2の液体LQがギャップAを介して空間39に流入する不都合を抑えることができる。なおこの場合、第2空間39を過剰に陽圧化すると、第2空間39内部のガス(空気)がギャップAを介して液浸領域AR2の液体LQに流入し、液体1に気泡が混入する不都合が生じるため、第2空間39はほぼ大気圧(大気圧より僅かに高い程度)に設定されることが好ましい。
At this time, the gas (air)
以上説明したように、基板ホルダPHの支持部34(基材PB)の上面34Aを、基材PBよりも高い面精度で加工可能なシリコン材料で被覆して機能層35を形成したので、その機能層35を鏡面加工することで、接触面となる表面35A(上面34A)の面精度を向上することができる。そして、その高い面精度の表面35Aを有する上面34Aで基板Pを支持することにより、基板ホルダPHと基板Pとの接触面積を増やすことができ、基板ホルダPHと基板Pとの間の熱伝導率を向上することができる。そして、基材PBを熱伝導率の高い炭化シリコンで形成したので、基材PBは、機能層35を介して基板Pより伝達された熱を効率良く逃がすことができる。したがって、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。
As described above, since the
なお本実施形態においては、基材PBの形成材料を炭化シリコンとし、鏡面加工可能な材料としてシリコンを例に説明しているが、基材PBとの密着性が良く、鏡面加工可能な材料であれば、シリコン以外の任意の材料を使用することができる。ここで、基材PBの上面34Aに被覆する材料としては、鏡面加工容易性の観点から、ポアレス材料を採用することが望ましい。
In the present embodiment, the material for forming the base material PB is silicon carbide, and silicon is described as an example of the material that can be mirror-finished. However, the material that has good adhesion to the base material PB and that can be mirror-finished is used. If desired, any material other than silicon can be used. Here, as a material for covering the
また、基材PBの形成材料は、炭化シリコンに限らず、基板ホルダPHの形成材料として所望の材質(強度など)を有していれば、任意の材料を採用可能である。例えば、ゼロデュア(ショット社製、登録商標)などの低熱膨張光学ガラスを基材PBとして使用することも可能である。 The material for forming the base material PB is not limited to silicon carbide, and any material can be used as long as it has a desired material (strength or the like) as the material for forming the substrate holder PH. For example, low thermal expansion optical glass such as Zerodur (manufactured by Schott, registered trademark) can be used as the substrate PB.
一方で、上記ゼロデュア(低熱膨張光学ガラス)などは、熱伝導率が比較的低い材料であるため、そのような熱伝導率の低い材料を基材PBとして使用する場合には、図5に示すように、基材PBの支持部34の上面34Aを含む、基材PBの上面PBS全面に、その基材PBよりも熱伝導率が高い材料、例えば上記シリコン(Si)からなる機能層35を設けることが望ましい。こうすることにより、基板ホルダPHで保持されている基板Pに露光光ELが照射されて基板Pが熱せられても、その基板Pの熱を基板ホルダPH側に効率良く逃がすことができるので、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。
On the other hand, since the above-mentioned zerodur (low thermal expansion optical glass) is a material having a relatively low thermal conductivity, when such a material having a low thermal conductivity is used as the substrate PB, it is shown in FIG. As described above, a
また、基板ホルダPHと基板Pとの間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上する手段として、基板ホルダPHのピン状支持部34の接触面34A(35A)の基板Pに対する接触面積の総量を増加させることが挙げられる。基板Pの裏面に接触する接触面34Aの接触面積を増加することで、基板Pの熱を基板ホルダPH側に効果的に逃がすことができる。基板ホルダPHの基板Pとの接触面積を増やすためには、例えばピン状支持部34の数を増やして基板Pの単位面積あたりの接触面34Aの数(密度)を増やしたり、あるいはピン状支持部34を太くするなどしてピン状支持部34の一本あたりの接触面34Aの面積を大きくすればよい。また、基板P裏面に接触する複数のピン状支持部34の接触面34Aの総和が増えればよく、基板P裏面の全域のうち例えば特定領域におけるピン状支持部34の数を増やすようにしてもよい。一方で、ピン状支持部34の数を増やしすぎたり、ピン状支持部34の一本あたりの接触面34Aの面積を大きくしすぎると、上面34Aに異物が付着して上面34Aと基板Pとの間に異物が挟み込まれる確率が高くなり、保持した基板Pの平坦度(フラットネス)を維持できない確率が高くなったり、基板ホルダPHの基板Pに対する真空吸着力が弱くなる等の不都合が生じる。そこで、基板Pの裏面の単位面積あたりの接触面34Aとの接触面積の総量(密度)を20%程度に設定することで、基板Pの平坦度を維持しつつ、基板Pの熱を基板ホルダPH側に効果的に逃がすことができる。露光光ELの照射により基板Pが加熱されて基板Pの温度が1℃変化したとき、その基板Pに接触している液浸領域AR2の液体LQの温度変化量は、上記接触面34Aの上記密度が1〜2%の場合においては、0.1℃程度であるが、上記密度を20%程度とすることで、液体LQの温度変化量を0.09℃程度に軽減することができる。
Further, as a means for improving the thermal conductivity (heat transfer coefficient) between the substrate holder PH and the substrate P, the total contact area of the
また、基板ホルダPHと基板Pとの間の熱伝導率(熱伝達係数)を向上する手段として、基板ホルダPHのピン状支持部34の高さを低くすることが挙げられる。ピン状支持部34の高さを低くすることで(ピン状支持部34を短くすることで)、基板Pの熱を基板ホルダPH側に効果的に逃がすことができる。一方で、ピン状支持部34の高さを低くしすぎると、ピン状支持部34とそれに隣接するピン状支持部34との間に異物が入り込んだとき、その異物が基板ホルダPHに保持された基板Pの裏面に接触する確率が高くなり、保持した基板Pの平坦度(フラットネス)を維持できない確率が高くなる。そこで、ピン状支持部34の高さを10μm程度に設定することで、基板Pの平坦度を維持しつつ、基板Pの熱を基板ホルダPH側に効果的に逃がすことができる。露光光ELの照射により基板Pが加熱されて基板Pの温度が1℃変化したとき、その基板Pに接触している液浸領域AR2の液体LQの温度変化量は、上記高さが100μm程度の場合においては、0.1℃程度であるが、上記高さを10μm程度とすることで、液体LQの温度変化量を0.09℃程度に軽減することができる。
Further, as a means for improving the thermal conductivity (heat transfer coefficient) between the substrate holder PH and the substrate P, there is a method of reducing the height of the pin-shaped
なお、支持部34の数などによって規定される基板Pの裏面の単位面積あたりの接触面34Aの総量(密度)や、支持部34の高さは、支持部34(基材PB)の熱伝導率、露光光ELの照射量、基板Pの材質、基板Pの表面に塗布されているフォトレジスト(感光剤)、その感光剤の上に設けられる保護膜、液体LQの材質、基板P上を流れる液体LQの流速など、種々のパラメータと異物の影響を考慮して、液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布などを引き起こさないように最適に設定される。
The total amount (density) of the
また、図6(a)に示すように、支持部34(基材PB)の上面34Aを、基材PBよりもやわらかい金属材料の層35’で被覆してもよい。そのような金属材料としては、例えば金、インジウムなどが挙げられる。基板ホルダPHの基板Pとの接触面に設けられる機能層35’を、やわらかい金属材料で形成することで、図6(b)に示すように、基板Pを保持したとき、機能層35’は僅かに押しつぶされるように変形し、基板Pとの接触面積を増加させる。
Further, as shown in FIG. 6A, the
このように、やわらかい金属材料からなる機能層35’を上面34Aに設けることによっても、基板ホルダPHと基板Pとの接触面積を増やすことができる。そのため、基板ホルダPHと基板Pとの間の熱伝導率を向上することができる。したがって、基板Pが露光光ELの照射により加熱しても、その基板Pの熱を基板ホルダPH側に効率良く逃がすことができるので、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布の発生を抑制することができる。したがって、露光精度及び計測精度を維持することができる。
Thus, the contact area between the substrate holder PH and the substrate P can also be increased by providing the functional layer 35 'made of a soft metal material on the
なお、上述した各実施形態において、基板ホルダPHの内部に冷媒を流す内部流路を形成し、その内部流路に冷媒を流すようにしてもよい。こうすることにより、基板Pの温度上昇、ひいては基板P上の液体LQの温度変化を抑えることができる。 In each of the above-described embodiments, an internal flow path for flowing a coolant inside the substrate holder PH may be formed, and the coolant may flow through the internal flow path. By doing so, the temperature rise of the substrate P, and hence the temperature change of the liquid LQ on the substrate P can be suppressed.
以下、本発明の別の実施形態について図7を参照しながら説明する。以下の説明において上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。 Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
本実施形態の特徴的な部分は、基板ホルダPHと基板Pとの間の第1空間38に、空気よりも熱伝導率の高い気体を供給可能な気体供給装置80を設け、その気体供給装置80を使って、基板ホルダPHと基板Pとの間に前記気体を介在させる点にある。ここで、空気は、露光装置の置かれている環境ガスであって、露光装置EXが収容されているチャンバ装置内部に満たされたガスであり、基板Pよりも上部空間は空気で満たされている。空気よりも熱伝導率の高い気体としては、水素又はヘリウムが挙げられる。0℃において、空気の熱伝導率は0.0241W/(m・K)程度であるのに対して、水素の熱伝導率は0.1682W/(m・K)程度、ヘリウムの熱伝導率は0.1422W/(m・K)程度である。本実施形態においては、気体供給装置80はヘリウムを供給する。第1空間38はヘリウムで置換される。
A characteristic part of this embodiment is that a
気体供給装置80は、ヘリウムを送出する気体供給部81と、その一端部を気体供給部81に接続し、他端部を流路43の途中に接続(合流)している供給流路82とを備えている。供給流路82と流路43との合流部には、流路を切り替えるバルブ83が設けられている。バルブ83によって流路43とバキューム部42とが接続されているとき、流路43と供給流路82(気体供給部81)との間の流路は閉じられ、流路43とバキューム部42との間の流路が閉じられているとき、流路43と供給流路82(気体供給部81)とが接続される。そして、バルブ83によって流路43とバキューム部42とを接続した状態で、バキューム部42が駆動することにより、吸引口41を介して第1空間38のガスが吸引され、第1空間38が負圧化されて支持部34に基板Pが吸着保持される。一方、バルブ83によって流路43と気体供給部81とを接続した状態で、気体供給部81が駆動することにより、吸引口41を介して第1空間38に対してヘリウムが供給される。
The
第1空間38をヘリウムで置換するとき、制御装置CONTは、まず、バルブ83によって流路43とバキューム部42とを接続した状態で、バキューム部42を駆動し、第1空間38のガスを吸引することで、支持部34に基板Pを吸着保持する。その後、制御装置CONTは、バルブ43を切り替えて、流路43と気体供給部81とを接続した状態で、気体供給部81を駆動し、第1空間38にヘリウムを供給する。このとき、制御装置CONTは、第1空間38の負圧が維持される程度に(基板Pの支持部34に対する吸着保持が解除されない程度に)、気体供給部81よりヘリウムを所定量供給する。そして、上記第1空間38のガスの吸引動作と、第1空間38に対するヘリウムの供給動作とを交互に所定回数繰り返し、第1空間38を負圧に維持することで、第1空間38をヘリウムで満たした状態で基板Pを基板ホルダPHで吸着保持することができる。
When replacing the
以上説明したように、基板ホルダPHと基板Pとの間の空間38に、空気よりも熱伝導率の高い気体を介在させることによって、基板Pが露光光ELの照射により加熱しても、その基板Pの熱を熱伝導率の高い気体(水素又はヘリウム)を介して基板ホルダPH側に効率良く逃がすことができる。したがって、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布の発生を抑制することができ、露光精度及び計測精度を維持することができる。
As described above, even if the substrate P is heated by irradiation with the exposure light EL by interposing a gas having a higher thermal conductivity than air in the
なお、空間38に満たす気体の温度は、液浸領域AR2の液体LQの温度、ひいては露光装置EXが収容されているチャンバ装置内の温度とほぼ同じ温度であることが好ましい。基板Pの下側の空間38の温度と基板P上の液体LQとの温度が異なると、基板P上の液浸領域AR2の液体LQに温度変化や温度分布が生じるが、基板Pの下側の空間38の温度と基板P上の液浸領域AR2の液体LQとの温度とをほぼ同じにすることで、基板P上の液浸領域AR2の液体LQに温度変化や温度分布が生じる不都合を防止することができる。
Note that the temperature of the gas filling the
次に、本発明の別の実施形態について図8を参照しながら説明する。本実施形態の特徴的な部分は、基板ホルダPHと基板Pとの間の第1空間38に、空気よりも熱伝導率の高い液体を供給可能な液体供給装置90を設け、その液体供給装置90を使って、基板ホルダPHと基板Pとの間に液体を介在させる点にある。本実施形態においては、基板ホルダPHと基板Pとの間の第1空間38には、液浸領域AR2を形成するための露光用の液体LQと同じ液体(純水)が満たされる。0℃において、空気の熱伝導率は0.0241W/(m・K)程度であるのに対して、水の熱伝導率は0.561W/(m・K)程度である。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A characteristic part of this embodiment is that a
液体供給装置90は、純水を送出する液体供給部91と、その一端部を液体供給部91に接続し、他端部を第1空間38に接続した供給流路92とを備えている。供給流路92は、Zチルトステージ52及び基板ホルダPHの内部に形成されている。
The
第1空間38を純水で置換するとき、制御装置CONTは、バキューム部42を駆動し、第1空間38のガスを吸引しつつ、液体供給部91より液体(純水)を第1空間38に対して供給する。バキューム部42が第1空間38のガスを吸引することで、第1空間38が負圧化され、基板Pは吸着保持される。また、バキューム部42の吸引動作と並行して、液体供給部91より液体(純水)を供給することで、第1空間38は短時間で液体(純水)で満たされる。このとき、吸引口41には、液体供給部91より供給された液体が流入するが、流路43の所定位置(バキューム部42の上流側の所定位置)に気液分離器を設けておくことにより、バキューム部42への液体の流入を防止することができる。
When the
以上説明したように、基板ホルダPHと基板Pとの間の空間38に、空気よりも熱伝導率の高い液体(純水)を介在させることによって、基板Pが露光光ELの照射により加熱しても、その基板Pの熱を熱伝導率の高い液体(純水)を介して基板ホルダPH側に効率良く逃がすことができる。したがって、基板Pの熱によって基板P上の液浸領域AR2の液体LQの温度変化や温度分布の発生を抑制することができ、露光精度及び計測精度を維持することができる。また、基板Pと基板ホルダPHとの間に液体を介在させることにより、液体の表面張力によって、基板Pを基板ホルダPHにより強固に吸着することができる。これにより、基板Pと基板ホルダPHとの間に異物が挟み込まれても、その異物をある程度押しつぶし、基板Pの平坦度を維持することができる。また、基板ホルダPHの接触面34A(35A)に対して基板Pの裏面が押し当てられる力が向上されることで、支持部34の上面を変形させて、支持部34の基板Pとの接触面積を増加させることができる。
As described above, by interposing a liquid (pure water) having a higher thermal conductivity than air in the
なお、空間38に液体LQを満たす場合、液体LQの液浸領域AR2をギャップAの上方に配置した状態で、バキューム部42などを駆動し、ギャップA及びギャップBを介して液浸領域AR2の液体LQを空間38に流入させるようにしてもよい。
When the
なお、本実施形態においては、基板Pと基板ホルダPHとの間に介在させる液体として、液浸領域AR2を形成するための液体(純水)LQを使用しているが、熱伝導率の高いオイルやグリスであってもよい。熱伝導率の高い液体を使用することで、基板Pの熱を更に効果的に逃がすことができる。一方で、基板Pと基板ホルダPHとの間に介在させる液体と液浸領域AR2を形成するための露光用の液体LQとが異なる場合、基板Pと基板ホルダPHとの間に介在させた液体が例えばギャップAなどを介して液浸領域AR2の液体LQに混入すると、液浸領域AR2の液体が淀んで露光光ELや計測光Laが基板P上に良好に到達しない等の不都合が生じる可能性がある。そこで、基板Pと基板ホルダPHとの間に介在させる液体と、液浸領域AR2を形成するための露光用の液体LQとを同じ液体(純水)にすることで、上記不都合の発生を防止することができる。 In the present embodiment, the liquid (pure water) LQ for forming the liquid immersion area AR2 is used as the liquid interposed between the substrate P and the substrate holder PH. However, the thermal conductivity is high. Oil or grease may be used. By using a liquid having a high thermal conductivity, the heat of the substrate P can be released more effectively. On the other hand, when the liquid interposed between the substrate P and the substrate holder PH is different from the exposure liquid LQ for forming the immersion area AR2, the liquid interposed between the substrate P and the substrate holder PH. If, for example, mixed into the liquid LQ in the liquid immersion area AR2 through the gap A or the like, the liquid in the liquid immersion area AR2 may stagnate so that the exposure light EL or the measurement light La does not reach the substrate P well. There is sex. Therefore, the occurrence of the above inconvenience is prevented by making the liquid interposed between the substrate P and the substrate holder PH and the exposure liquid LQ for forming the liquid immersion area AR2 the same liquid (pure water). can do.
また、基板Pと基板ホルダPHとの間に介在させる液体の温度は、液浸領域AR2の液体LQの温度、ひいては露光装置EXが収容されているチャンバ装置内の温度とほぼ同じ温度であることが好ましい。基板Pの下側の液体の温度と基板P上の液浸領域AR2の液体LQとの温度が異なると、基板P上で液体LQに温度変化や温度分布が生じるが、基板Pの下側の液体の温度と基板P上の液体LQとの温度とをほぼ同じにすることで、基板P上の液浸領域AR2の液体LQに温度変化や温度分布が生じる不都合を防止することができる。 Further, the temperature of the liquid interposed between the substrate P and the substrate holder PH is substantially the same as the temperature of the liquid LQ in the liquid immersion area AR2, and thus the temperature in the chamber apparatus in which the exposure apparatus EX is accommodated. Is preferred. If the temperature of the liquid on the lower side of the substrate P and the temperature of the liquid LQ in the immersion area AR2 on the substrate P are different, a temperature change or temperature distribution occurs in the liquid LQ on the substrate P. By making the temperature of the liquid and the temperature of the liquid LQ on the substrate P substantially the same, it is possible to prevent inconveniences in which a temperature change and a temperature distribution occur in the liquid LQ in the liquid immersion area AR2 on the substrate P.
なお、図7と図8の実施形態においては機能層35を併用しているが、機能層35を使わなくても、基板Pと基板ホルダPHとの間に気体や液体を介在させることによって基板Pの熱を効率良く基板ホルダPH側へ逃がすことができる。
7 and FIG. 8, the
また、図7、図8の実施形態において、基板Pと基板ホルダPHとの間の温まった気体や液体が、温まっていない気体や液体と置換できる構成になっていれば、より効率良く基板Pの熱を逃がすことができる。 In the embodiment of FIGS. 7 and 8, the substrate P is more efficiently provided that the heated gas or liquid between the substrate P and the substrate holder PH can be replaced with the unheated gas or liquid. Can release the heat.
また、上述の実施形態において、基板ホルダPHの周壁部33を支持部34とほぼ同じ高さにして、基板Pと接触するようにしてもよい。この場合は、周壁部33の上面33Aにも機能層35を形成することが望ましい。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態においては、複数のピン状支持部34で基板Pを保持する基板ホルダPHを採用しているが、基板ホルダPHの支持部の形状や配置は、上述の実施形態に限るものではない。
Further, in the above-described embodiment, the substrate holder PH that holds the substrate P by the plurality of pin-shaped
また、上述の実施形態においては、基板ホルダPHの支持部34の上面に機能層35を形成して、基板Pと基板ホルダPHとの熱伝導率を高くしているが、基板ホルダPHの機能層35の代わりに、基板Pの裏面を基板ホルダPHとの熱伝導率を高めるような材料で被覆してもよい。もちろん、基板ホルダPHの機能層35と併用してもよい。
In the above-described embodiment, the
上述したように、本実施形態における液体LQ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、不純物の含有量が極めて低いため、基板Pの表面、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。なお工場等から供給される純水の純度が低い場合には、露光装置が超純水製造器を持つようにしてもよい。 As described above, the liquid LQ in the present embodiment is composed of pure water. Pure water has an advantage that it can be easily obtained in large quantities at a semiconductor manufacturing factory or the like and has no adverse effect on the photoresist, optical element (lens), etc. on the substrate P. In addition, pure water has no adverse effects on the environment, and since the impurity content is extremely low, it can be expected to clean the surface of the substrate P and the surface of the optical element provided on the front end surface of the projection optical system PL. . When the purity of pure water supplied from a factory or the like is low, the exposure apparatus may have an ultrapure water production device.
そして、波長が193nm程度の露光光ELに対する純水(水)の屈折率nはほぼ1.44と言われており、露光光ELの光源としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)を用いた場合、基板P上では1/n、すなわち約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、すなわち約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。 The refractive index n of pure water (water) with respect to the exposure light EL having a wavelength of about 193 nm is said to be approximately 1.44. When ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used as the light source of the exposure light EL, On the substrate P, the wavelength is shortened to 1 / n, that is, about 134 nm, and a high resolution can be obtained. Furthermore, since the depth of focus is enlarged by about n times, that is, about 1.44 times compared with that in the air, the projection optical system PL can be used when it is sufficient to ensure the same depth of focus as that in the air. The numerical aperture can be further increased, and the resolution is improved in this respect as well.
なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系の開口数NAが0.9〜1.3になることもある。このように投影光学系の開口数NAが大きくなる場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク(レチクル)のライン・アンド・スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク(レチクル)のパターンからは、S偏光成分(TE偏光成分)、すなわちラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分の回折光が多く射出されるようにするとよい。投影光学系PLと基板P表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系PLと基板P表面に塗布されたレジストとの間が空気(気体)で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与するS偏光成分(TE偏光成分)の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光学系の開口数NAが1.0を越えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。また、位相シフトマスクや特開平6−188169号公報に開示されているようなラインパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法(特にダイボール照明法)等を適宜組み合わせると更に効果的である。特に、直線偏光照明法とダイボール照明法との組み合わせは、ライン・アンド・スペースパターンの周期方向が所定の一方向に限られている場合や、所定の一方向に沿ってホールパターンが密集している場合に有効である。例えば、透過率6%のハーフトーン型の位相シフトマスク(ハーフピッチ45nm程度のパターン)を、直線偏光照明法とダイボール照明法とを併用して照明する場合、照明系の瞳面においてダイボールを形成する二光束の外接円で規定される照明σを0.95、その瞳面における各光束の半径を0.125σ、投影光学系PLの開口数をNA=1.2とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度(DOF)を150nm程度増加させることができる。 As described above, when the liquid immersion method is used, the numerical aperture NA of the projection optical system may be 0.9 to 1.3. When the numerical aperture NA of the projection optical system becomes large in this way, the imaging performance may deteriorate due to the polarization effect with random polarized light conventionally used as exposure light. desirable. In that case, linearly polarized illumination is performed in accordance with the longitudinal direction of the line pattern of the mask (reticle) line-and-space pattern. From the mask (reticle) pattern, the S-polarized light component (TE-polarized light component), that is, the line pattern It is preferable that a large amount of diffracted light having a polarization direction component is emitted along the longitudinal direction. When the space between the projection optical system PL and the resist applied on the surface of the substrate P is filled with a liquid, the space between the projection optical system PL and the resist applied on the surface of the substrate P is filled with air (gas). Compared with the case where the transmittance of the diffracted light of the S-polarized component (TE-polarized component) contributing to the improvement of the contrast is high on the resist surface, the numerical aperture NA of the projection optical system exceeds 1.0. Even in this case, high imaging performance can be obtained. Further, it is more effective to appropriately combine a phase shift mask or an oblique incidence illumination method (particularly a die ball illumination method) or the like according to the longitudinal direction of the line pattern as disclosed in JP-A-6-188169. In particular, the combination of the linearly polarized illumination method and the diball illumination method is used when the periodic direction of the line-and-space pattern is limited to a predetermined direction, or when the hole pattern is densely aligned along the predetermined direction. It is effective when For example, when illuminating a halftone phase shift mask with a transmittance of 6% (a pattern with a half pitch of about 45 nm) using both the linearly polarized illumination method and the dieball illumination method, a dieball is formed on the pupil plane of the illumination system. If the illumination σ defined by the circumscribed circle of the two luminous fluxes is 0.95, the radius of each luminous flux on the pupil plane is 0.125σ, and the numerical aperture of the projection optical system PL is NA = 1.2, the randomly polarized light is The depth of focus (DOF) can be increased by about 150 nm rather than using it.
また、例えばArFエキシマレーザを露光光とし、1/4程度の縮小倍率の投影光学系PLを使って、微細なライン・アンド・スペースパターン(例えば25〜50nm程度のライン・アンド・スペース)を基板P上に露光するような場合、マスクMの構造(例えばパターンの微細度やクロムの厚み)によっては、Wave guide効果によりマスクMが偏光板として作用し、コントラストを低下させるP偏光成分(TM偏光成分)の回折光よりS偏光成分(TE偏光成分)の回折光が多くマスクMから射出されるようになる。この場合、上述の直線偏光照明を用いることが望ましいが、ランダム偏光光でマスクMを照明しても、投影光学系PLの開口数NAが0.9〜1.3のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。 Further, for example, an ArF excimer laser is used as the exposure light, and a fine line and space pattern (for example, a line and space of about 25 to 50 nm) is formed on the substrate by using the projection optical system PL with a reduction magnification of about 1/4. When exposing on P, depending on the structure of the mask M (for example, the fineness of the pattern and the thickness of chrome), the mask M acts as a polarizing plate due to the Wave guide effect, and the P-polarized component (TM polarized light) that lowers the contrast. More diffracted light of the S-polarized component (TE polarized component) is emitted from the mask M than the diffracted light of the component. In this case, it is desirable to use the above-mentioned linearly polarized illumination, but even if the mask M is illuminated with random polarized light, it is high even when the numerical aperture NA of the projection optical system PL is as large as 0.9 to 1.3. Resolution performance can be obtained.
また、マスクM上の極微細なライン・アンド・スペースパターンを基板P上に露光するような場合、Wire Grid効果によりP偏光成分(TM偏光成分)がS偏光成分(TE偏光成分)よりも大きくなる可能性もあるが、例えばArFエキシマレーザを露光光とし、1/4程度の縮小倍率の投影光学系PLを使って、25nmより大きいライン・アンド・スペースパターンを基板P上に露光するような場合には、S偏光成分(TE偏光成分)の回折光がP偏光成分(TM偏光成分)の回折光よりも多くマスクMから射出されるので、投影光学系PLの開口数NAが0.9〜1.3のように大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。 When an extremely fine line-and-space pattern on the mask M is exposed on the substrate P, the P-polarized component (TM-polarized component) is larger than the S-polarized component (TE-polarized component) due to the Wire Grid effect. For example, an ArF excimer laser is used as exposure light, and a line and space pattern larger than 25 nm is exposed on the substrate P using the projection optical system PL with a reduction magnification of about 1/4. In this case, since the diffracted light of the S polarization component (TE polarization component) is emitted from the mask M more than the diffracted light of the P polarization component (TM polarization component), the numerical aperture NA of the projection optical system PL is 0.9. High resolution performance can be obtained even when the value is as large as -1.3.
更に、マスク(レチクル)のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明(S偏光照明)だけでなく、特開平6−53120号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線(周)方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合わせも効果的である。特に、マスク(レチクル)のパターンが所定の一方向に延びるラインパターンだけでなく、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在(周期方向が異なるライン・アンド・スペースパターンが混在)する場合には、同じく特開平6−53120号公報に開示されているように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数NAが大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。例えば、透過率6%のハーフトーン型の位相シフトマスク(ハーフピッチ63nm程度のパターン)を、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法(輪帯比3/4)とを併用して照明する場合、照明σを0.95、投影光学系PLの開口数をNA=1.00とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度(DOF)を250nm程度増加させることができ、ハーフピッチ55nm程度のパターンで投影光学系の開口数NA=1.2では、焦点深度を100nm程度増加させることができる。 Further, not only linearly polarized illumination (S-polarized illumination) matched to the longitudinal direction of the line pattern of the mask (reticle) but also a circle centered on the optical axis as disclosed in JP-A-6-53120. A combination of the polarization illumination method that linearly polarizes in the tangential (circumferential) direction and the oblique incidence illumination method is also effective. In particular, when the pattern of the mask (reticle) is not only a line pattern extending in a predetermined direction but also a plurality of line patterns extending in different directions (a mixture of line and space patterns having different periodic directions) Similarly, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-53120, an aperture of the projection optical system can be obtained by using both the polarization illumination method that linearly polarizes in the tangential direction of the circle centered on the optical axis and the annular illumination method. Even when the number NA is large, high imaging performance can be obtained. For example, a polarized illumination method and an annular illumination method (annular ratio) in which a half-tone phase shift mask having a transmittance of 6% (a pattern having a half pitch of about 63 nm) is linearly polarized in a tangential direction of a circle around the optical axis. 3/4), when the illumination σ is 0.95 and the numerical aperture of the projection optical system PL is NA = 1.00, the depth of focus (DOF) is more than that of using randomly polarized light. If the projection optical system has a numerical aperture NA = 1.2 with a pattern with a half pitch of about 55 nm, the depth of focus can be increased by about 100 nm.
本実施形態では、投影光学系PLの先端に光学素子2が取り付けられており、このレンズにより投影光学系PL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。なお、投影光学系PLの先端に取り付ける光学素子としては、投影光学系PLの光学特性の調整に用いる光学プレートであってもよい。あるいは露光光ELを透過可能な平行平面板であってもよい。
In the present embodiment, the
なお、液体LQの流れによって生じる投影光学系PLの先端の光学素子と基板Pとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。 When the pressure between the optical element at the tip of the projection optical system PL generated by the flow of the liquid LQ and the substrate P is large, the optical element is not exchangeable but the optical element is moved by the pressure. It may be fixed firmly so that there is no.
なお、本実施形態では、投影光学系PLと基板P表面との間は液体LQで満たされている構成であるが、例えば基板Pの表面に平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体LQを満たす構成であってもよい。 In the present embodiment, the space between the projection optical system PL and the surface of the substrate P is filled with the liquid LQ. However, for example, the liquid with the cover glass made of a plane-parallel plate attached to the surface of the substrate P is used. The structure which satisfy | fills LQ may be sufficient.
なお、本実施形態の液体LQは水であるが、水以外の液体であってもよい、例えば、露光光ELの光源がF2レーザである場合、このF2レーザ光は水を透過しないので、液体LQとしてはF2レーザ光を透過可能な例えば、過フッ化ポリエーテル(PFPE)やフッ素系オイル等のフッ素系流体であってもよい。この場合、液体LQと接触する部分には、例えばフッ素を含む極性の小さい分子構造の物質で薄膜を形成することで親液化処理する。また、液体LQとしては、その他にも、露光光EL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。この場合も表面処理は用いる液体LQの極性に応じて行われる。 The liquid LQ of the present embodiment is water, but may be a liquid other than water. For example, when the light source of the exposure light EL is an F 2 laser, the F 2 laser light does not pass through water. The liquid LQ may be, for example, a fluorinated fluid such as perfluorinated polyether (PFPE) or fluorinated oil that can transmit F 2 laser light. In this case, the lyophilic treatment is performed by forming a thin film with a substance having a molecular structure having a small polarity including fluorine, for example, at a portion in contact with the liquid LQ. In addition, as the liquid LQ, the liquid LQ is transmissive to the exposure light EL, has a refractive index as high as possible, and is stable with respect to the photoresist applied to the projection optical system PL and the surface of the substrate P (for example, Cedar). Oil) can also be used. Also in this case, the surface treatment is performed according to the polarity of the liquid LQ to be used.
なお、上記各実施形態の基板Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、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ックウエハ、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、シリコンウエハ)等が適用される。 The substrate P in each of the above embodiments is not only a semiconductor wafer for manufacturing a semiconductor device, but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin film magnetic head, or an original mask or reticle used in an exposure apparatus. (Synthetic quartz, silicon wafer) or the like is applied.
露光装置EXとしては、マスクMと基板Pとを同期移動してマスクMのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニングステッパ)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(ステッパ)にも適用することができる。 As the exposure apparatus EX, in addition to the step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper) that scans and exposes the pattern of the mask M by moving the mask M and the substrate P synchronously, the mask M and the substrate P Can be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper) in which the pattern of the mask M is collectively exposed while the substrate P is stationary and the substrate P is sequentially moved stepwise.
また、露光装置EXとしては、第1パターンと基板Pとをほぼ静止した状態で第1パターンの縮小像を投影光学系(例えば1/8縮小倍率で反射素子を含まない屈折型投影光学系)を用いて基板P上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この場合、更にその後に、第2パターンと基板Pとをほぼ静止した状態で第2パターンの縮小像をその投影光学系を用いて、第1パターンと部分的に重ねて基板P上に一括露光するスティッチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、スティッチ方式の露光装置としては、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し、基板Pを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。 Further, as the exposure apparatus EX, a reduced image of the first pattern is projected with the first pattern and the substrate P substantially stationary (for example, a refractive projection optical system that does not include a reflecting element at 1/8 reduction magnification). The present invention can also be applied to an exposure apparatus that performs batch exposure on the substrate P using the above. In this case, after that, with the second pattern and the substrate P substantially stationary, a reduced image of the second pattern is collectively exposed onto the substrate P by partially overlapping the first pattern using the projection optical system. It can also be applied to a stitch type batch exposure apparatus. Further, the stitch type exposure apparatus can be applied to a step-and-stitch type exposure apparatus in which at least two patterns are partially overlapped and transferred on the substrate P, and the substrate P is sequentially moved.
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。 The present invention can also be applied to a twin stage type exposure apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-163099, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-214783, and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2000-505958.
また、上述の実施形態においては、投影光学系PLと基板Pとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平6−124873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にも適用可能である。 In the above-described embodiment, an exposure apparatus that locally fills the liquid between the projection optical system PL and the substrate P is employed. However, the present invention is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-124873. It is also applicable to an immersion exposure apparatus that moves a stage holding a substrate to be exposed in a liquid tank.
露光装置EXの種類としては、基板Pに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。 The type of the exposure apparatus EX is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element that exposes a semiconductor element pattern on the substrate P, but an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, an image sensor (CCD). ) Or an exposure apparatus for manufacturing reticles or masks.
基板ステージPSTやマスクステージMST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。 When using a linear motor (see USP5,623,853 or USP5,528,118) for the substrate stage PST and mask stage MST, use either an air levitation type using air bearings or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force. Also good. Each stage PST, MST may be a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not have a guide.
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ユ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、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージPST、MST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PST、MSTの移動面側に設ければよい。 As a driving mechanism for each stage PST, MST, a planar motor that drives each stage PST, MST by electromagnetic force with a magnet unit having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil facing each other is provided. It may be used. In this case, either one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stages PST and MST, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stages PST and MST.
基板ステージPST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8−166475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。 As described in JP-A-8-166475 (USP 5,528,118), the reaction force generated by the movement of the substrate stage PST is not transmitted to the projection optical system PL, but mechanically using a frame member. You may escape to the floor (ground).
マスクステージMST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(US S/N 08/416,558)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。 As described in JP-A-8-330224 (US S / N 08 / 416,558), a frame member is used so that the reaction force generated by the movement of the mask stage MST is not transmitted to the projection optical system PL. May be mechanically released to the floor (ground).
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。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 As described above, the exposure apparatus EX according to the present embodiment maintains various mechanical subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図9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201、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202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置EX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204、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)205、検査ステップ206等を経て製造される。
As shown in FIG. 9, a microdevice such as a semiconductor device includes a
33…周壁、34…ピン状支持部、34A…上面(接触面)、35、35’…機能層、35A…表面(接触面)、EL…露光光、EX…露光装置、LQ…液体、P…基板、PH…基板ホルダ(基板保持部材)、PL…投影光学系
33 ... peripheral wall, 34 ... pin-shaped support, 34A ... upper surface (contact surface), 35, 35 '... functional layer, 35A ... surface (contact surface), EL ... exposure light, EX ... exposure apparatus, LQ ... liquid, P ... Substrate, PH ... Substrate holder (substrate holding member), PL ... Projection optical system
Claims (15)
前記基板との接触面が、前記基板保持部材の基材よりも高い面精度で加工可能な材料の層で被覆されていることを特徴とする基板保持部材。 In a substrate holding member for holding the substrate, which is used in an exposure apparatus that exposes the substrate by irradiating the substrate with exposure light via a projection optical system and a liquid,
The substrate holding member, wherein the contact surface with the substrate is coated with a layer of a material that can be processed with higher surface accuracy than the base material of the substrate holding member.
前記基板との接触面を含む前記基板保持部材の表面が、前記基板保持部材の基材よりも熱伝導率が高い材料の層で被覆されていることを特徴とする基板保持部材。 In a substrate holding member for holding the substrate, which is used in an exposure apparatus that exposes the substrate by irradiating the substrate with exposure light via a projection optical system and a liquid,
The substrate holding member, wherein a surface of the substrate holding member including a contact surface with the substrate is covered with a layer of a material having a higher thermal conductivity than a base material of the substrate holding member.
前記基板との接触面が、前記基板保持部材の基材よりもやわらかい金属材料の層で被覆されていることを特徴とする基板保持部材。 In a substrate holding member for holding the substrate, which is used in an exposure apparatus that exposes the substrate by irradiating the substrate with exposure light via a projection optical system and a liquid,
The substrate holding member, wherein a contact surface with the substrate is covered with a layer of a metal material that is softer than a base material of the substrate holding member.
前記基板との接触面は、前記ピン状支持部の上面を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項記載の基板保持部材。 Having a peripheral wall and a plurality of pin-like support portions arranged inside the peripheral wall;
The contact surface with the said board | substrate contains the upper surface of the said pin-shaped support part, The board | substrate holding member as described in any one of Claims 1-9 characterized by the above-mentioned.
前記基板を保持するための基板保持部材を備え、
前記基板保持部材と前記基板との間に、空気よりも熱伝導率の高い流体を介在させることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that exposes the substrate by irradiating the substrate with exposure light via a projection optical system and a liquid,
A substrate holding member for holding the substrate;
An exposure apparatus, wherein a fluid having a higher thermal conductivity than air is interposed between the substrate holding member and the substrate.
15. A device manufacturing method using the exposure apparatus according to any one of claims 11 to 14.
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