JP2006202825A

JP2006202825A - 液浸型露光装置

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Publication number: JP2006202825A
Application number: JP2005010232A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hieda; 克彦稗田
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】液浸法を適用した場合に、基板の端部を露光する際にも、液体が投影光学手段の下面と基板表面との間に留まり、液体を介して露光を行うことが可能であり、基板の端部を含み基板全面を露光することが出来る液浸型の露光手段を提供すること。
【解決手段】原版１０１を照明する照明手段２１１と、基板１１１を直接的にはＺステージ１１３に保持する基板保持手段１１２と、原版１０１のパターンを基板１１１の上に転写する投影光学手段１２１と、を備えるとともに、その投影光学手段１２１の基板１１１側の光学素子の先端部１２３と、基板１１１の表面と、の間が、液体３０１で満たされる液浸型露光装置１００の提供による。この液浸型露光装置１００は、基板保持手段１１２が、基板１１１の外周を囲う基板治具４０を有するところに特徴がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影光学手段の基板側の光学素子（レンズ等）の先端部と、ステージ上に配置された基板の表面と、の間を液体で満たしつつ、基板の側面、裏面に液体を漏洩することなく、基板の端部の露光を可能とした露光装置に関する。

半導体素子、撮像素子等の電子デバイスを製造する際に、原版（レチクル（又はマスクと呼ぶ））のパターンの像を投影光学手段を介して、感光材であるレジストが塗布された基板（ウェーハ、又は液晶表示素子等に用いられるガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する（投影型の）露光装置が使用されている。

電子デバイスには、より小型化、より高集積化が求められることから、電子デバイスの回路を、より微細化する必要が生じてくる。そして、この微細化の要求に応えるためには、露光装置に備えられている投影光学手段の解像度を向上させる必要がある。この投影光学手段の解像度は、使用する露光波長を短くする程、又、投影光学手段の開口数が大きい程、高くなるものである。従って、回路の微細化に伴って、露光装置で使用される露光波長は、より短波長化してきており、投影光学手段の開口数も、より増大してきている。近時の露光波長は、ＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍが主流であるが、より短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。一方、露光を行う際には、解像度と同様に、焦点深度も重要となる。ここで、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（ｉ）
δ＝ｋ２・λ／ＮＡ² （ｉｉ）

上記（ｉ）式及び（ｉｉ）式において、λは露光に用いるレーザ光源の真空中の波長、ＮＡは投影光学手段の開口数（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）、ｋ１，ｋ２はプロセス係数である。尚、ＮＡは、投影光学手段のレンズと基板との間の空間の屈折率をｎとし、（露光）光の（基板上に塗られた）レジスト表面への最大入射角をθとしたとき、次式で表される
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ （ｉｉｉ）

上記（ｉ）式及び（ｉｉ）式により、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が狭くなることが理解される。従って、半導体素子等の回路の一層の高集積化に対応するため、露光波長を更に短波長化していくと、焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のマージンが不足するおそれが生じてくる。

そこで、実質的に露光波長を短くし且つ焦点深度を広くする方法として、液浸型露光方法（液浸法ともいう）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法は、投影光学手段の下面と基板表面との間を液体で満たし、液体中での露光光源の波長が、液体の屈折率をｎとしたときに、空気中の１／ｎ倍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倍に拡大する方法である。即ち、液浸法によれば、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／ｎ）／ＮＡ（ｉｖ）
δ＝ｋ２・ｎλ／ＮＡ² （ｖ）
特開平１１−１７６７２７号公報

しかし、液浸法においては、投影光学手段の下面と基板表面との間を液体（液浸型露光用液体ともいう）で満たすことに由来して、基板（例えばシリコンウェーハ）の端部における露光が困難であるという解決すべき問題があった。

基板の中央部領域を露光する場合には、投影光学手段の下面と基板表面との間の距離（間隔）は、その全面で概ね一定であり、この間隔は、通常、極狭いことから、液体が自らの表面張力によって、その間に留まることが出来る。又、液体を供給しながら、同時に液体を回収することで、所望の領域を液体で満たすことが可能となる。従って、液体を介して、即ち、安定して存在するその液体に（露光）光を透過させて、露光を行うことが可能である。しかし、基板の端部（エッジ）領域を露光する場合には、その露光しようとする領域の一部において基板が存在しないため、露光しようとする領域におけるその基板が存在しない部分において段差が生じ、液体が自らの表面張力によって投影光学手段の下面と基板表面との間に留まることが出来なくなり、投影光学手段の下面と基板表面との間から供給した液体が流出してしまう。従って、液体を介して露光を行うことが不可能であり、原版のパターンはレジストが塗られた基板において結像せず、精度よくパターンを転写することが出来なくなる。加えて、流れ出た液体が、湿度、温度等の露光装置内の環境変化を招来させたり、露光装置における機械構造部分にダメージを与える（錆の発生等）等の問題を併発するおそれがある。又、基板の側面や裏面に残存した液体が、のちのベーク時の温度ムラの原因になるおそれがある。

このような問題に対し、基板の端部については露光を行わずパターン形成・現像をしないという対応が考えられるが、そうすると、露光を行った部分の間において、露光を行わなかった端部により近い部分と、そうではないより離れた中央部とで、パターン密度に大きな差が生じるために、露光後の現像・エッチングが良好に行えない、という問題が生じ得る。又、例えば、露光しなかったレジストで覆われた領域の酸化膜等の被エッチング膜が端部のみにおいて累積的に残存して基板内の段差が大きくなり、例えば、後のＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程において研磨が良好に行えず、基板レベルでの所望の平坦化が図れない、という問題が生じ得る。これらの問題が生じれば、何れにしても電子デバイスの歩留まりを悪化させるおそれが高まり好ましくない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液浸法を適用した場合に、基板の端部を露光する際にも、液体が投影光学手段の下面と基板表面との間に留まり、液体を介して露光を行うことが可能であり、基板の端部を含み基板全面を露光することが出来る液浸型の露光手段を提供することを目的とする。研究が重ねられた結果、以下に示す手段により、上記目的を達成出来ることが見出された。

即ち、先ず、本発明によれば、原版を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、原版のパターンを基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、その投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面と、の間が、液体で満たされる露光装置であって、基板保持手段が、基板の外周を囲う基板治具を有する液浸型露光装置が提供される。

本発明に係る液浸型露光装置においては、原版とはマスク及びレチクルを指し、基板とは例えばシリコンウェーハ、液晶等のディスプレイ素子用のガラスプレート、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウェーハ、あるいは露光装置で用いられる合成石英等からなる原版（マスク又はレチクル）等を指す。露光とはレジスト（感光剤）に光をあてることを意味するから、露光にかかる対象を単に基板と呼ぶ場合において、その基板とはレジストが塗布された基板であることは理解されるべきである。原版を照明するための露光の光（光源）は限定されず、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ₂エキシマレーザ（１５７ｎｍ）等を使用出来、水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）であってもよいが、短波長の方が微細なパターンを解像するには望ましい。投影光学手段とは、主に鏡筒で支持された複数の光学素子で構成され、その光学素子とは通常レンズやミラー等が単独に又は組み合わされたものである。基板保持手段は、限定されるものではないが、更に移動機能を備えるものであることが好ましく、例えば、基板を載置するステージと、そのステージを三次元方向に自由に精度よく位置決めし得る直動システムと、で構成することが出来る。投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間を満たす液体（液浸型露光用液体）は限定されず、純水を使用する場合も有効であるし、有機化合物を含む液体等であってもよい。又、本発明に係る液浸型露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置であってもよく、レチクルとウェーハとを同期走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であってもよい（上記内容は、後述の本発明に係る液浸型露光方法においても同様である）。本明細書における基板治具とは、基板にかかる治具であり、その治具とは、位置決め等の目的に限定されず広く製造・生産に用いて有用・便宜な道具（物）を意味する。

本発明に係る液浸型露光装置においては、基板治具の表面と基板の表面とが概ね一の平面を形成するように、基板治具が基板の外周を囲ってなるものであることが好ましい。

概ね一の平面とは、実際にはその平面が２つ以上の物（部材）の面で構成されているが、平らな面としては１つであり外見上１つの物（部材）で構成されているように評価出来る平面を意味し、ここで、２つ以上の物（部材）の面が、基板治具の表面と基板の表面とにあたる。例示すれば、一の物（部材）に他の物（部材）が接しており、一の物（部材）の面と他の物（部材）の面との段差が限りなく小さく、好ましくは面と面との間の平面度が挙げられる。尚、平面度は、日本工業規格Ｂ０６２１の定義に従い、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさを意味する。

又、本発明に係る液浸型露光装置においては、上記基板保持手段のステージに、基板の厚さ方向の概ね半分を嵌め込む凹部が形成されていることが好ましい。

基板の厚さ方向の概ね半分とは、（露光）光を受ける面である基板の表面に対し、基板保持手段を構成するステージに載置される基板の、そのステージに接する面を基板の裏面とし、裏面を基準として表面までの厚さを１００％としたときに、限定されるものではないが、５０〜８０％程度の嵌め込まれる（基板の）実体部分を意味する。凹部とは、嵌め込まれる基板の形状に合う相補的な形状の凹みである。

更に、本発明に係る液浸型露光装置においては、上記基板治具が、少なくとも基板の表面側において一体的に形成されていることが好ましい。

一体的に形成されているとは、継ぎ目のない状態を意味し、表面側のみを認識する限りにおいては、基板治具が１つの物（部材）として構成されていると評価出来ることを意味する。少なくとも基板の表面側において、であるから、実際には、１つの物（部材）として構成されていなければならない必要はなく、例えば、厚さ方向に分割可能な物であってよい。

尚更には、本発明に係る液浸型露光装置においては、上記基板治具が、液体との接触角の比較において、基板と概ね同一の接触角を持つ主材料で形成されていることが好ましい。通常、基板表面にはレジスト（膜）や、更にそのレジスト（膜）上にトップコート膜が形成されるので、これらの材料と同じような接触角を持つような材料が好ましい。基板治具の主材料としては、シリコン、ガラス、合成石英、セラミック等が採用出来、又、それらを表面にコーティングして基板治具を形成することが可能である。

加えて、本発明に係る液浸型露光装置においては、基板治具の表面の少なくとも一部が、液体に対して撥水性を持つように処理されていることが好ましい。

次に、本発明によれば、原版を照明し、その原版のパターンを、投影光学手段と、その投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に満たされた液体と、を介して、基板の上に転写する露光方法であって、基板の外周を囲う基板治具を用いて露光を行う液浸型露光方法が提供される。

本発明に係る液浸型露光方法においては、基板治具の表面と基板の表面とが概ね一の平面を形成するように、基板治具で基板の外周を囲って露光を行うことが好ましい。

次に、本発明によれば、原版を照明し、その原版のパターンを、投影光学手段と、その投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に満たされた液体と、を介して、基板の上に転写する液浸型の露光装置又は露光方法に用いられる基板の治具であって、基板の外周を囲うように取り付けられ、基板の外周を囲ったときに基板の表面と合わせて概ね一の平面を形成し得る形状を有する液浸型露光用基板治具が提供される。

次に、本発明によれば、原版を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、原版のパターンを基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面と、の間が、液体で満たされる露光装置であって、基板保持手段が複数のステージを備えるとともに、個々のステージ毎に基板の外周を囲う基板治具を有し、一のステージにおいて基板の外周に基板治具を取り付け露光動作の準備を行っているときに、他のステージにおいて、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板治具で外周を囲われた基板の表面と、の間に、液体を供給して露光動作を行い得る液浸型露光装置が提供される。

本発明の液浸型露光装置は、液浸法を採用しているので、原版のパターンの像の焦点深度を、空気中における焦点深度の約ｎ倍以上に拡大出来、微細な回路等のパターンを、高ＮＡレンズの実現により高い解像度で安定的に転写することが可能である。そして、基板保持手段が、基板の外周を囲う基板治具を有するので、基板の端部（エッジ）領域を露光する場合にも、その露光しようとする領域の全てにおいて基板及び基板治具が存在し、露光しようとする領域において急激な段差は存在せず、液体が投影光学手段の下面と基板表面との間に容易に保持することが出来る。投影光学手段の下面と基板表面との間から流出する、といった事態が生じない。従って、基板の端部を含む基板の全面に対し、液体を介して露光を安定的に行うことが可能であり、上記液浸法の効果を失することなく原版のパターンを精度よく基板の上に（レジストに）転写することが出来る。液体の流出が防止されるので、露光装置内の環境変化を招来させたり、露光装置における機械構造部分にダメージを与える（錆の発生等）等の問題は発生しない。

基板の端部を含む基板の全面に露光が可能であるから、基板の所望の領域にパターンを形成出来、急激なパターン密度の変化を抑えることが可能となり、露光後の現像・エッチングが良好に行える。又、端部のみにおいて酸化膜等が累積的に残存することがないから、基板内は、回路形成に伴う僅かな凹凸形成に留まり、ＣＭＰ工程における研磨不良等が防止される。

本発明の液浸型露光装置は、その好ましい態様において、基板治具の表面と基板の表面とが概ね一の平面を形成するように、基板治具が基板の外周を囲ってなるものであるため、上記露光しようとする領域の全てにおいて基板及び基板治具による平面を存在させることが出来る。従って、液体が投影光学手段の下面と基板表面との間に容易に保持する、という上記効果を、より確実に享受出来る。

又、このような態様は、特に、基板を移動させながら露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置において、露光光の走査方向に合わせて、投影光学手段の下面と基板表面との間に連続的に液体の供給を行い、そこから（連続的に）液体の回収をする場合に好適に用いられる。液体が走査方向にリンクして基板及び基板治具の表面を移動することになるが、その表面が平面であるため、液体が障害にあたることなく滑らかに流れ得るからである。液体の流れが均一でなくなると気泡や液体の局所的な流れ（例えば渦）等が発生し、その気泡や渦等の存在によって、光学的にみた場合に液体の屈折率が局所的に変化し露光不良を招来したり、レジスト（膜）に到達する光の量が局所的に変化し、最適な転写速度に不均一を生じて最適な露光を補正する必要が生じ、スループットを低下させるおそれがあるが、本発明のこの態様によれば、そのおそれを排除出来る。従って、微細な寸法の電子デバイスの歩留まりを、従来より向上させ、生産効率をより高めることが可能である。

本発明の液浸型露光装置は、その好ましい態様において、基板保持手段のステージに、基板の厚さ方向の概ね半分を嵌め込む凹部が形成されているので、基板が嵌め込まれて位置決めされ固定され得るとともに、一般に、基板はその端面（厚さを認識させる側面）が丸みを帯びているものが多いから、概ね半分を埋め込むことによって基板治具の基板に対する脱着が容易になる。

本発明の液浸型露光装置は、その好ましい態様において、基板治具が、少なくとも基板の表面側において一体的に形成されているから、特に上記した投影光学手段の下面と基板表面との間に連続的に液体の供給を行い回収する液浸型の露光装置において、より液体の流れを円滑に出来、気泡発生等による露光不良の問題を回避出来る。

本発明の液浸型露光装置の好ましい態様は、基板治具が、液体との接触角の比較において、基板と概ね同一の接触角を持つ主材料で形成されているため、端部を含む基板の全面を露光したときに、基板端部表面や基板治具の表面の接触角が、基板中央部の接触角と概ね同一になり、液体の流れが概ね均一に保たれるような状態が実現出来る。従って、露光後の現像・エッチングが、より良好に行える。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。

図１は、本発明に係る液浸型露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図１に示される液浸型露光装置の基板保持手段のステージ（Ｚステージ）に載置された基板とその外周を囲う基板治具を示す拡大図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は側面図である。

図１に示される液浸型露光装置１００は、原版１０１（マスク）を支持する原版保持手段１０２と、予めレジストが塗布された基板１１１を支持する基板保持手段（ステージ）１１２と、原版保持手段１０２に支持されている原版１０１を露光光２０１で照明する照明手段２１１と、露光光２０１で照明された原版１０１のパターンの像を基板保持手段１１２に支持されている基板１１１に投影露光する投影光学手段１２１を備えている。この液浸型露光装置１００は、原版１０１と基板１１１とを、走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつ原版１０１に形成されたパターンを基板１１１に露光する走査型の液浸型露光装置の例である。尚、以下の説明においては、投影光学手段１２１の光軸２０２と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面において原版１０１と基板１１１との移動方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする（図１参照）。

照明手段２１１は、原版保持手段１０２に支持されている原版１０１を露光光２０１で照明する手段である。照明手段２１１から射出される露光光２０１は、（例えば）ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）である。原版保持手段１０２は、原版１０１を支持するものであり、原版保持手段１０２上の原版１０１の位置はレーザ干渉計等によりリアルタイムで計測され、所定位置に精度よく位置決めされる。投影光学手段１２１は、原版１０１のパターンを所定の投影倍率（例えば、縮小系）で基板１１１に投影露光するものであり、（例えば）ステンレスで形成された鏡筒１２２で支持された複数の光学素子（レンズ）で構成されている。投影光学手段１２１の先端部１２３は、光学素子と、これを保持する鏡筒１２２の一部により構成されている。

基板保持手段１１２は、基板１１１を保持するものであって、基板治具４０が基板１１の外周を囲っており、その基板治具４０によって外周を囲われた基板１１１を直接保持するＺステージ１１３と、Ｚステージ１１３を支持するＸＹステージ１１４と、ＸＹステージ１１４を支持する基台１１５とを備える直動システムであり、図示しない駆動装置によって駆動される。Ｚステージ１１３を駆動することにより、それに保持されている基板１１１のＺ軸方向における位置が制御され、ＸＹステージ１１４を駆動することにより、基板１１１のＸＹ方向における位置、即ち、投影光学手段１２１の像面と平行な面の位置、が制御される。

液浸型露光装置１００では、基板１１１の表面と投影光学手段１２１の先端部１２３との間に液体３０１が満たされる。上述したように、投影光学手段１２１の先端部１２３には鏡筒１２２及びそれに支持された光学素子の一部が配置されており、液体３０１は光学素子と鏡筒１２２の一部に接触する。液体３０１には、透過性に優れ、半導体工場で入手容易な、（例えば）予め脱酸素処理を施した超純水が用いられているが、純水よりも屈折率の大きな液体の方が望ましい。尚、使用中に気泡が現れて露光に悪影響を与えないように、液体３０１（例えば超純水や有機系液体等）には、その供給の直前に、脱酸素処理の他に脱気処理によって、液体中に溶存する気体を除いておくことが、より好ましい。液体３０１の製造過程において、シール等のために、不活性ガス（窒素等）が過飽和に含まれている場合があるからである。

液浸型露光装置１００は、投影光学手段１２１の先端部１２３と基板１１１との間の空間１１６に所定の液体３０１を供給する液体供給装置１３１と、空間１１６の液体３０１を回収する液体回収装置１３２とを備えている。液体供給装置１３１は、投影光学手段１２１と基板１１１との間の少なくとも一部に、基板１１１の走査方向と平行に液体３０１を流す装置である。液体供給装置１３１は、液体３０１を収容するタンク、加圧ポンプ等を有し、供給管１３３を介して空間１１６に液体３０１を供給する。液体回収装置１３２は、吸引ポンプ、回収した液体３０１を収容するタンク等を有し、回収管１３４を介して空間１１６の液体３０１を回収する。液体３０１は、液体供給装置１３１から供給管１３３を介して空間１１６に対して単位時間当たり所定量だけ供給され、回収管１３４を介して液体回収装置１３２へ、同じく単位時間当たり所定量が回収される。これにより、投影光学手段１２１の先端面７と基板１１１との間の空間１１６に液体３０１が満たされる。

液浸型露光装置１００は、基板保持手段１１２が基板１１１の外周を囲う基板治具４０を有し、基板治具４０の表面と基板１１１の表面とが概ね一の平面を形成するように、基板治具４０が基板１１１の外周を囲っており、露光しようとする領域が基板１１１の端部の場合であっても、その領域は基板１１１及び基板治具４０による一体化した平面として存在し、液体を供給し回収する動作に影響を与えるような急激な段差は形成されておらず、液体３０１は投影光学手段１２１の先端部１２３（投影光学手段の下面）と基板１１１（の表面）との間に容易に保持することが出来る。

図２は、本発明に含まれない液浸型露光装置の一例を示す概略構成図である。図２に示される液浸型露光装置２００では、基板保持手段１１２に基板１１１の外周を囲う基板治具４０が備わっていないため、露光しようとする基板の領域の端部の一部において基板１１１が存在しなくなり、基板１１１の端部（端面）とＺステージ１１３との間で急激な段差が生じ、供給管１３３を介して空間１１６に対して供給された液体が、回収されるまでの間に投影光学手段１２１の先端部１２３と基板１１１との間（投影光学手段の下面と基板表面との間）に液体を保持することが出来なくなり、図２に示されるようにＸＹステージ１１４及び基台１１５側へ流出し、回収管１３４を介して液体回収装置１３２へ円滑に回収されなくなる。本発明に係る図１に示される液浸型露光装置１００では、このような事態は生じない。

尚、液浸型露光装置１００においては、投影光学手段１２１の先端部１２３に液体３０１との親和性に応じた表面処理が施され、基板１１１の表面にも液体３０１との親和性に合わせて表面処理（例えばトップコート膜）が施され、他方、それ以外の液体の周り（例えば投影光学手段１２１の先端部１２３以外の鏡筒１２２部分）には疎水（液）性（例えば撥液化処理）の表面処理が施される。従って、空間１１６から液体３０１が逃げ難くなっており、空間１１６内に安定して保持される。これら表面処理にかかる材料は、液体３０１に対して非溶解性の材料が用いられる。

露光時には、投影光学手段１２１の先端部１２３の直下の投影領域に、原版１０１の一部のパターン像が投影される。固定されている投影光学手段１２１に対して、原版１０１が（例えば）−Ｘ方向に所定の速度で移動し、それに同期して、ＸＹステージ１１４を介して基板１１１が（例えば）＋Ｘ方向に投影倍率を考慮した所定の速度で移動し、露光が行われる。そして、１つの領域の露光が終了したら、基板１１１を移動させて、次の領域が走査開始位置に移動し、同様に、走査露光が、順次、行われる（ステップ・アンド・スキャン方式）。尚、基板治具４０で囲われた基板１１１の移動方向と、液体３０１の流れる方向は概ね平行になっている。

液浸型露光装置１００の基板治具４０は、図３（ａ）に明示されるように、少なくとも基板１１１の表面側においては一体的に形成されている。しかし、基板１１１のうち特にシリコンウェーハでは、その端面（厚さを認識させる側面）が丸みを帯びていて、表面及び裏面に対し垂直に形成されていないので、基板治具４０が全体として一体的な形状であると、平面であるＺステージ１１３に載置された基板１１１の外周に基板治具４０を取り付ける場合、あるいは、平面であるＺステージ１１３に先に基板治具４０を置きその中へ基板１１１を載置する場合、の何れにおいても、その作業が困難になることがあり得る。図４〜図８は、このような問題を解決し得る基板治具を示す図である。

図４は、基板治具の一の実施形態を示す図であり、基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図である。図４に示された断面は、図３（ｂ）に示される基板治具４０における丸で囲われたＡに相当する部分である。図４に示される態様では、Ｚステージ１１３ａには基板１１１の厚さ方向の概ね下半分を嵌め込む凹部１５１が形成されており、そこに基板１１１が嵌め込まれて、例えば真空チャック法等により固定され、基板治具４０ａは、基板１１１の厚さ方向の概ね上半分のみを囲っているため、図示されるように、基板１１１の端面（厚さを認識させる側面）が丸みを帯びていても、（図中の上方向へ）基板治具４０ａの脱着は容易に行える。

図５は、基板治具の他の実施形態を示す図である。図４と同様に、基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図であり、図５に示された断面は、図３（ｂ）に示される基板治具４０における丸で囲われたＡに相当する部分である。図５に示される基板治具４０ｂは、少なくとも基板１１１の表面側において一体的に形成されているものの、表面側の治具部材４１ａと裏面側（Ｚステージ１１３側）の治具部材４１ｂに分割されている。従って、基板１１１の端面（厚さを認識させる側面）が丸みを帯びていても、例えば取り付ける際には、先ず、治具部材４１ｂをＺステージ１１３におき、次に基板１１１を載せ、最後に治具部材４１ａを取り付けることで、基板治具４０ｂの脱着が行える。

図６は、基板治具の更に他の実施形態を示す図である。図４と同様に、基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図であり、図６に示された断面は、図３（ｂ）に示される基板治具４０における丸で囲われたＡに相当する部分である。図６に示される基板治具４０ｃは、全体が一体的に形成されているものであり、裏面側（Ｚステージ１１３側）の開口を、基板１１１の最大径（丸みを帯びた端面の最も突き出た部分における基板１１１の直径）より大きくすることで、基板１１１からの脱着を容易にしたものである。この態様において、基板治具の裏面と基板の裏面とは不連続になるが、基板治具の表面と基板の表面とは概ね一の平面を形成するように、基板治具が基板の外周を囲っているので、基板の端部を露光する場合においても液体が投影光学手段の下面と基板表面との間から流出しないという本発明の効果は享受出来る。

上記した図４、図５、及び図６に示される態様は、共通して、基板治具の表面と基板の表面とが概ね一の平面を形成するように、基板治具が基板の外周を囲っており、少なくとも表面側（図中における上側）において、基板治具と基板との間には、殆ど隙間が存在していないように設計されている。基板との間で、このような関係を実現し得る、大変に精密に加工された断面形状を有する基板治具は、一般に、ミクロンオーダーの精密機械加工手段で作製することが出来る。

図１１は、図６に示される基板治具の実施形態において基板と基板治具との間にＯリングを挿入した場合の、基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図である。図１１に示されるように、基板１１１と基板治具４０ｃとの間にＯリング４３を挿入すると、基板治具４０ｃの加工精度が劣ったときに、その誤差、即ち、設計値より大きくなってしまった基板と基板治具との間の隙間、をＯリング４３で調整することが出来る。Ｏリング４３は、液体に対して悪影響を与えないような材料でなるものが好ましく、例えばフッ素を含む材料で作製されたゴム等を採用することが出来る。Ｏリングという形態のシール材ではなく、他の形態を呈する弾力性のあるシール材を用いてもよい。

次に、図７及び図８は、基板治具の尚更に他の実施形態を示す図であり、図７は基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図であり、図８は平面図である。図７に示された断面は、図３（ｂ）に示される基板治具４０における丸で囲われたＡに相当する部分であり、図８は、図３（ａ）に相当する図である。図７及び図８に示される基板治具４０ｄは、治具部材４２ａと治具部材４２ｂに分割されており、基板１１１の端面（厚さを認識させる側面）が丸みを帯びていても、基板１１１の両側から挟み込んで外周を囲うように、基板治具４０ｄを容易に取り付けられる。この態様は、基板治具４０ｄが２つの治具部材４２ａ，４２ｂに分割されているから、基板治具４０ｄ側（外側）から基板１１１に対して一定の圧力をかけて密着させることが可能である。

図１２及び図１３は、図７及び図８に示される実施形態と同様に、基板治具が２つの治具部材に分割されている態様の実施形態を示す図であり、図１２は基板と基板治具とが接する部分を拡大した断面図であり、図１３は斜視図である。上記基板治具４０ｄは基板１１１を外周で囲った状態で基板１１１と同様の円形を呈するが（図８参照）、図１３に示されるように、基板治具４０ｅは基板１１１を外周で囲った状態で四角形になるものである。図１２に示されるように、２つの治具部材４４ａ，４４ｂからなる基板治具４０ｅと、基板１１１と、の間に、２つのＯリング４３を挿入し、基板治具４０ｅ側（外側）から基板１１１に対して一定の圧力をかけて密着させると、基板治具４０ｅ（治具部材４４ａ，４４ｂ）と基板１１１との密着性が増し、両者の隙間を最小にすることに有効である。又、この態様を採用すると、基板１１１の外周に基板治具４０ｅを予め取り付けておいて、ステージ上に移動させ、露光を行った後に、基板１１１から基板治具４０ｅを外すことが容易に行える。このようにすると、液浸型露光装置の内部において、あるいは、露光装置の外部で、基板１１１に基板治具４０ｅを取り付けて外すという操作が可能となり露光処理のスループットが向上し、又、露光装置のシステムがより簡便になるというメリットがある。

尚、図３（ａ）及び図８では、基板治具の平面形状が円形として示されているが、本発明に係る液浸型露光装置において、基板治具の平面的な形状は限定されず、シリコンウェーハ等の基板と同じ円形であってもよく、基板が円形の場合に四角形であってもよい。図９は基板治具が円形の場合の一の実施形態を示す平面図である。図９において、投影光学手段及び基板保持手段を固定して行える露光領域９１は、基板１１１の端部を含めて全部で３１個存在し、基板治具５０は、円形を呈し、基板１１１の端部の露光を行う場合にも、その露光領域９１に余裕を持って含まれるような大きさであり、露光領域９１において、基板１１１のみが存在しあるいは基板１１１も基板治具５０も存在せずに急激な段差が生じてしまうという問題は生じない。図１０は基板治具が四角形の場合の一の実施形態を示す平面図である。図１０では、投影光学手段及び基板保持手段を固定して行える露光領域９２は、基板１１１の端部を含めて全部で１５個存在し、基板治具６０は、正方形を呈し、基板１１１の端部の露光を行う場合にも、その露光領域９２に余裕を持って含まれるような大きさであり、露光領域９２において、基板１１１のみが存在しあるいは基板１１１も基板治具６０も存在せずに段差が生じてしまうという問題は生じない。又、基板治具４０に基板１１１の熱歪み等の影響を低減出来るような材料を用いることにより、強度的な問題の解決ばかりでなく、熱的な歪みの問題等も緩和出来るメリットがある。

次に、上記した液浸型露光装置１００を用いた露光方法について説明する。先ず、原版１０１が原版保持手段１０２に送られ保持される。一方、予め所望のレジストが基板１１１の上に膜状に塗布され、必要に応じてレジストの上にレジストと液体３０１とを遮断する上層膜（トップコート膜とも呼ぶ）が形成された基板１１１が基板保持手段１１２に送られ、所定の場所に位置決めされる。そして、（例えば）基板治具４０ｃが基板１１１の外周を囲うように取り付けられる。

次に、液体供給装置１３１により、空間１１６へ液体３０１が供給され、同時に、液体回収装置１３２により液体３０１の回収が行われる。そして、所定時間が経過した後に、露光を行う。露光は、照明手段２１１から射出される露光光２０１（例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ））で原版１０１を照明し、投影光学手段１２１及び液体３０１を介して、基板１１１（レジスト（膜））に原版１０１のパターンを転写する。液浸型露光装置１００では、ステップ・アンド・スキャン方式により、順次、基板１１１の領域毎に走査露光が行われる。

全ての基板１１１上の所望の位置の露光が終了したら、先ず、液体供給装置１３１を停止して液体３０１の供給を止め、所定時間経過後に（あるいは液体３０１が投影光学手段１２１の先端部１２３と基板１１１との間に存在しなくなったことを確認して）、液体回収装置１３２を停止する。そして、基板１１１をカセットに回収し、必要であれば、次の基板をステージに移動させて同じ工程を行う。このようにして必要な全ての基板の露光工程を終了する。尚、原版１０１は所定の収容場所へ戻される。

図１４は、基板保持手段が２つのステージを備え、且つ、それぞれのステージに基板の外周を囲う基板治具が備わる液浸型露光装置の概略構成図である。この実施形態においては、１つのステージＡ（又はＢ）は、Ｚステージ１１３、ＸＹステージ１１４、及び基台１１５からなる１組のセットを意味している。図１４に示される液浸型露光装置では、基板保持手段１１２は２つのステージＡ，Ｂを有し、ステージＢにおいて基板１１１の外周に基板治具４０を取り付けて、例えば基板１１１とＺステージ１１３との間の位置合わせ等の露光動作の準備を行っているときに、ステージＡにおいて、投影光学手段１２１の基板１１１側の光学素子の先端部１２３と、基板治具４０で外周を囲われた基板１１１の表面と、の間に、液体を供給して、例えばステップ・アンド・スキャン方式で露光動作を行うことが可能である（尚、図１３では液体は省略し図中に示していない）。このような態様によれば、露光処理のスループットを増大することが可能である。

本発明の液浸型露光装置は、あらゆる用途の露光手段として利用出来る。特に、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスの製造に際し、原版のパターンを基板（ウェーハ）上の感光性材料に転写する露光工程に好適に利用される。

本発明に係る液浸型露光装置の一の実施形態を示す概略構成図である。従来の液浸型露光装置の一例を示す概略構成図である。図１に示される液浸型露光装置の基板保持手段のステージ（Ｚステージ）に載置された基板とその外周を囲う基板治具を示す平面図である。図１に示される液浸型露光装置の基板保持手段のステージ（Ｚステージ）に載置された基板とその外周を囲う基板治具を示す側面図である。基板の外周を囲う基板治具の一の実施形態を示す図であり、１部分を拡大した断面図である。基板の外周を囲う基板治具の他の実施形態を示す図であり、１部分を拡大した断面図である。基板の外周を囲う基板治具の更に他の実施形態を示す図であり、１部分を拡大した断面図である。基板の外周を囲う基板治具の尚更に他の実施形態を示す図であり、１部分を拡大した断面図である。図７に示される基板治具の平面図である。基板の外周を囲う基板治具が円形の場合の一の実施形態を示す平面図である。基板の外周を囲う基板治具が四角形の場合の一の実施形態を示す平面図である。基板の外周を囲う基板治具の一の実施形態を示す図であり、基板と基板治具との間にＯリングを挿入した一の態様の１部分を拡大した断面図である。基板の外周を囲う基板治具の一の実施形態を示す図であり、基板と基板治具との間にＯリングを挿入した他の態様の１部分を拡大した断面図である。図１２に示される基板治具の斜視図である。本発明に係る液浸型露光装置の他の実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，５０，６０…基板治具、４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ…治具部材、４３…Ｏリング、１００…液浸型露光装置、１１３…Ｚステージ、１１４…ＸＹステージ、１１５…基台、１２１…投影光学手段、１２３…（投影光学手段の）先端部、１３１…液体供給装置、１３２…液体回収装置、２００…（本発明に属さない）液浸型露光装置、３０１…液体。

Claims

原版を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、前記原版のパターンを前記基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、前記投影光学手段の前記基板側の光学素子の先端部と、前記基板の表面と、の間が、液体で満たされる露光装置であって、
前記基板保持手段が、前記基板の外周を囲う基板治具を有する液浸型露光装置。
前記基板治具の表面と前記基板の表面とが略一の平面を形成するように、前記基板治具が基板の外周を囲ってなる請求項１に記載の液浸型露光装置。
前記基板保持手段の前記ステージに、前記基板の厚さ方向の略半分を嵌め込む凹部が形成されている請求項１又は２に記載の液浸型露光装置。
前記基板治具が、少なくとも前記基板の表面側において一体的に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の液浸型露光装置。
前記基板治具が、前記液体との接触角の比較において、前記基板と略同一の接触角を持つ主材料で形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の液浸型露光装置。
前記基板治具の表面の少なくとも一部が、前記液体に対して撥水性を持つように処理されている請求項１〜５の何れか一項に記載の液浸型露光装置。
原版を照明し、その原版のパターンを、投影光学手段と、その投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に満たされた液体と、を介して、基板の上に転写する露光方法であって、
前記基板の外周を囲う基板治具を用いて露光を行う液浸型露光方法。
前記基板治具の表面と前記基板の表面とが略一の平面を形成するように、前記基板治具で前記基板の外周を囲って露光を行う請求項７に記載の液浸型露光方法。
原版を照明し、その原版のパターンを、投影光学手段と、その投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に満たされた液体と、を介して、基板の上に転写する液浸型の露光装置又は露光方法に用いられる前記基板の治具であって、
前記基板の外周を囲うように取り付けられ、前記基板の外周を囲ったときに前記基板の表面と合わせて略一の平面を形成し得る形状を有する液浸型露光用基板治具。
原版を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、前記原版のパターンを前記基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、前記投影光学手段の前記基板側の光学素子の先端部と、前記基板の表面と、の間が、液体で満たされる露光装置であって、
前記基板保持手段が複数のステージを備えるとともに、個々のステージ毎に前記基板の外周を囲う基板治具を有し、
一のステージにおいて前記基板の外周に前記基板治具を取り付け露光動作の準備を行っているときに、他のステージにおいて、前記投影光学手段の前記基板側の光学素子の先端部と、前記基板治具で外周を囲われた基板の表面と、の間に、液体を供給して露光動作を行い得る液浸型露光装置。