JP2009176838A - 液浸露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

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Abstract


【課題】 液浸露光装置において液体支持板の劣化を抑えながら1枚の基板からより多くのショット数を確保する。
【解決手段】 原版を保持して移動する原版ステージと、基板保持領域の周囲に配置された表面が撥液性の液体支持板を有し前記基板保持領域で基板を保持した状態で前記原版の移動と同期して移動する基板ステージと、投影光学系とを備え、前記基板と前記投影光学系との間隙を液体で満たした状態で前記投影光学系によって前記原版のパターンを前記基板に投影しながら前記基板を走査露光する液浸露光装置であって、前記走査露光の走査方向と異なる方向に移動して露光光の照射範囲を絞る可動ブラインドと、前記液体支持板への前記露光光の入射が低減されるように走査露光に同期して前記可動ブラインドの移動を制御する制御部と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、基板と投影光学系との間隙を液体で満たした状態で投影光学系によって原版のパターンを基板に投影しながら基板を走査露光する液浸露光装置及びデバイス製造方法に関する。
半導体デバイス及び液晶表示デバイスは、原版(マスクまたはレチクルともいう)上に形成されたパターンを感光基板上に転写する手法、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、原版を支持する原版ステージ及び基板を支持する基板ステージを有する。そして、原版ステージ及び基板ステージを逐次移動しながら原版上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板に転写する。
近年、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するため、投影光学系は更なる高解像度化が必要となっている。投影光学系の解像度を高くするためには、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有利である。そのため、露光装置で使用される露光光は、短波長化しており、投影光学系の開口数も大きくなる傾向にある。現在主流の露光波長は、KrFエキシマレーザの248nm、更に短波長のArFエキシマレーザの193nmであり、実用化されている。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/NA・・・(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)式及び(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が浅くなることが分かる。
焦点深度δが浅くなると、投影光学系の像面に対して基板表面を安定して合致させることが困難となり、所望の解像度が得られなくなる。また、短波長化する露光光に対して使用可能な光学部品材料も限定される。このような観点から、投影光学系を通過後の露光光の波長を実質的に短くして、且つ焦点深度を深くする方法として、液浸法がある。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する。そして、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、解像度を向上し焦点深度を拡大(約n倍)する。
例えば特許文献1には、この液浸法を利用した投影光学系の最終面とウエハ面(基板面)との間の空間を液体で満たす方法が開示されている。
この方法は、液浸法を適用した露光装置において、投影光学系の最終面と基板との隙間をより確実に液体で満たすことを目的としている。露光装置には、投影光学系の周辺かつ投影光学系から見て第1方向に配置された液体供給ノズルを備える。基板ステージが基板を第1方向の反対方向である第2方向に向かって移動させる際に、液体供給ノズルを通して基板の表面上に液体が供給され表面上に液膜が形成される。ここで、基板の移動に伴って液膜が連続的に広がるように、液体供給ノズルを通して基板の表面上に液体が連続的に供給されるものである。このようにして、投影光学系の最終面と基板との隙間をより確実に液体で満たすことが可能となる。
ところで、この液体で満たされた領域(以降、液浸領域)は、基板または基板ステージに対する露光光の投影領域より広くなくてはならない。液浸法を採用した露光装置において、感光基板のエッジ領域を露光する場合、液浸領域の一部が感光基板の外側にはみ出し、液浸領域の一部が基板ステージ上に形成される。液浸領域の一部が基板ステージ上に形成されると、段差やギャップのため、良好に液浸領域に液体を保持することが困難となる。また、基板ステージ上に液体が残留する可能性が高くなる。そして、その液体の気化によって、例えば感光基板の置かれている環境(温度、湿度)が変動したり、基板ステージが熱変形したり、あるいは感光基板の位置情報などを計測する各種計測光の光路の環境が変動するなどして露光精度が低下する可能性がある。また、残留した液体が気化した後に、ウォーターマーク(水跡)が残り、感光基板や液体などの汚染要因や各種計測の誤差要因となる可能性もある。
この解決手段として、例えば特許文献2には、基板ステージ上に液体が残留することを防止する液浸露光装置が開示されている。
この液浸露光装置は感光基板を保持する基板ステージを備えている。また、基板ステージ上には、液体支持板として、液浸領域に液体を保持するために基板とほぼ同一な高さに配置された平面板(同面板)が設けられている。そして、この同面板に撥液性のコーティングを施すことで、エッジ領域を露光する場合も良好な液浸領域の保持を可能としている。なお、撥液性のコーティングとして、四フッ化エチレンに代表されるフッ素化合物のコーティングが開示されている。
また、原版の照明領域を規定するために視野を絞ることが行われている。例えば特許文献3には、走査露光の走査方向に移動可能な遮光板を有したマスキングブレードを備える露光装置が開示されている。
特開2005−19864号公報 特開2005―191557号公報 特開2005−93693号公報
上記の特許文献1及び特許文献2に開示されるような液浸法を採用した露光装置は、感光基板のエッジ領域を露光する場合に、良好に液浸領域を保持することが可能である。しかし、これらの露光装置により、例えば図5(a)に示されるような複数のチップのパターン(この場合2×3個)が描画された原版を用いて感光基板を露光した場合、図3(a)に示されるようにエッジ部のショット領域が感光基板からはみ出すことがあった。
この場合、エッジ部のショット領域を露光する際に、感光基板からはみだして基板ステージに露光光が投影される。液浸法を用いた露光装置では、フッ素化合物のコーティングが施された液体支持板上に露光光が照射されることになる。露光に使用される短波長のレーザ光の照射により、フッ素化合物のコーティングは、著しく劣化することが分かっている。レーザ光の照射による劣化のため、撥水性の低下はもちろん、フッ素化合物のコーティングの剥離等により、感光基板や液体などの汚染要因となる場合がある。このため、図3(a)のエッジ部のショットBは露光できない。つまり、これまでの露光装置では、図3(a)のショットA及びショットBの両方を含むようにショット配列が確保できたが、液浸法を用いた露光装置の場合は、図3(b)のようなショット配列となり、ショット数が大幅に減ってしまうという問題があった。
なお、上記特許文献3に開示される技術は、特に液浸露光装置を想定した技術ではなく、特許文献3は原版の照明領域を規定するために視野を絞る具体的な構成を示しているに過ぎない。このため、上記の課題を解決するための構成とはなっていない。
そこで、本発明は、例えば、液浸露光装置において液体支持板の劣化を抑えながら1枚の基板からより多くのショット数を確保することを目的とする。
本発明の1つの側面は、液浸露光装置に関する。前記液浸露光装置は、原版を保持して移動する原版ステージと、基板保持領域の周囲に配置された表面が撥液性の液体支持板を有し前記基板保持領域で基板を保持した状態で前記原版の移動と同期して移動する基板ステージと、投影光学系とを備え、前記基板と前記投影光学系との間隙を液体で満たした状態で前記投影光学系によって前記原版のパターンを前記基板に投影しながら前記基板を走査露光する。前記液浸露光装置は、前記走査露光の走査方向と異なる方向に移動して露光光の照射範囲を絞る可動ブラインドと、前記液体支持板への前記露光光の入射が低減されるように走査露光に同期して前記可動ブラインドの移動を制御する制御部とを備える。
本発明の他の側面は、デバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の液浸露光装置を用いて基板を露光する工程と、該基板を現像する工程と、を有する。
本発明によれば、例えば、液浸露光装置において液体支持板の劣化を抑えながら1枚の基板からより多くのショット数を確保することが可能となる。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明を好適に実施可能な露光装置の概略図である。
図1において、光源1からの照明光は、照明光整形光学系2からリレーレンズ8よりなる照明光学系を通って、原版Rの長方形のスリット状の照明領域21を均一な照度で照明する。そして、スリット状の照明領域21内の原版Rの回路パターン像が投影光学系13を介してウエハ(基板)W上に転写される。
光源1としては、Fエキシマレーザー、ArFエキシマレーザあるいはKrFエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源が使用出来る。また、金属蒸気レーザ光源、YAGレーザの高調波発生装置等のパルス光源、水銀ランプと楕円反射鏡とを組み合わせた構成等の連続光源も使用できる。
光源1がパルス光源の場合、露光のオン又はオフはパルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り換えられ、光源1が連続光源の場合、露光のオン又はオフは照明光整形光学系2内のシャッタにより切り換えられる。但し、本実施形態では後述の可動ブラインド(可変視野絞り)7(7A、7B、7C、7D)が設けられているため、可動ブラインド7の開閉によって露光のオン又はオフを切り換えてもよい。
図1において、光源1からの照明光は、照明光整形光学系2により光束径が所定の大きさに設定されてフライアイレンズ3に達する。フライアイレンズ3の射出面には多数の2次光源が形成され、これら2次光源からの照明光は、コンデンサーレンズ4によって集光され、固定の視野絞り5を経て可動ブラインド7に達する。
図1では視野絞り5は可動ブラインド7よりもコンデンサーレンズ4側に配置されているが、逆に、リレーレンズ8側へ配置してもよい。視野絞り5には、長方形のスリット状の開口部が形成され、この視野絞り5を通過した光束は、長方形のスリット状の断面を有する光束となり、リレーレンズ8に入射する。スリットの長手方向は図1中のX軸方向及びZ軸方向の両方に対して垂直方向となる紙面に対して垂直方向である。また、原版Rの移動方向(スリット状の照明領域21に対する原版Rの走査方向(以下、単に走査方向ともいう))は図1中の矢印の方向(X軸方向)である。
リレーレンズ8は露光光の照射範囲を絞る可動ブラインド7と原版Rのパターン形成面とを共役にするレンズである。
可動ブラインド7は、露光光の照射経路に関して光源1と原版Rとの間に設けられている。また、可動ブラインド7は、図4のように配置され、走査方向(図1中のX軸方向)の幅を規定する2枚の矩形の可動ブラインド(遮光板)7A及び7B、走査方向に垂直な非走査方向の幅を規定する2枚の矩形の可動ブラインド7C及び7Dより構成されている。走査方向の幅を規定する可動ブラインド7A及び7Bはそれぞれ可動ブラインド駆動部6A及び6Bにより独立に走査方向に移動できるように支持されている。また、7C及び7Dの非走査方向の幅を規定する2枚の可動ブラインドもそれぞれ独立に駆動できるように支持されている。
本実施形態では、固定の視野絞り5により設定される原版R上のスリット状の照明領域21内において、更に可動ブラインド7により設定される露光領域内にのみ照明光が照射される。
リレーレンズ8は両側テレセントリックな光学系であり、原版R上のスリット状の照明領域21ではテレセントリック性が維持されている。原版Rは原版ステージRSTに保持されている。原版ステージRSTは、干渉計22によりその位置が検出され、原版ステージ駆動部10により駆動される。原版ステージRST上には露光装置の校正のための基準マークが構成された基準プレートSPが構成されている。
スリット状の照明領域21内で且つ可動ブラインド7により規定された原版R上の回路パターンの像が、投影光学系13を介してウエハW上に投影露光される。
投影光学系13の光軸に垂直な2次元平面内で、スリット状の照明領域21に対する原版Rの走査方向をX軸方向(+X方向又は−X方向)として、投影光学系13の光軸に平行な方向をZ軸方向とする。
本実施形態では、主制御部12は露光装置全体の動作を制御する。原版ステージ駆動部10は、主制御部12の制御に従って原版ステージRSTを移動させることによって原版Rを走査方向(+X方向又は−X方向)に走査する。可動ブラインド制御部11は、主制御部12から受信した制御命令にしたがって、走査方向用の可動ブラインド7A及び7Bの駆動部である可動ブラインド駆動部6A及び6B、並びに非走査方向用の可動ブラインド7C及び7Dの駆動部を制御する。こうして、可動ブラインド制御部11の制御により、可動ブラインド7A、7B、7C及び7Dは移動する。
一方、ウエハWは不図示のウエハ搬送装置により搬送され、ウエハステージ(基板ステージ)WST上に構成されるウエハチャックWCに真空吸着されることによりウエハの保持領域(基板保持領域)に保持される。ウエハステージWSTは、投影光学系13の光軸に垂直な面内でウエハWの位置決めを行うと共に、ウエハWをX軸方向に走査するXYステージ、及びZ軸方向にウエハWの位置決めを行うZステージ等により構成されている。また、ウエハステージWSTの位置は干渉計23により検出される。
また、本実施形態の液浸露光装置は、ウエハステージWSTの位置はX軸方向の位置だけでなく、X軸とZ軸と共に垂直なY軸方向の位置、X軸まわりの回転方向及びY軸まわりの回転方向に対応する位置も検出できる構成となっている。ウエハステージWST上には装置の校正用あるいはウエハの位置合わせ用に使用するための基準マークFMが構成されている。ウエハWの周囲にはウエハWの表面とほぼ同じ高さに構成された撥液性の液体支持板としての同面板Pが構成され、ウエハステージWSTに真空吸着で保持されている。
ウエハWの上方、投影光学系13の像面側には、投影光学系13の像面を液体に浸す(ウエハWとこれと対向する投影光学系13の最終面との間隙を液体で満たした状態とする)ための液体を供給および回収する液供給回収部NOZが構成されている。液供給回収部NOZは、不図示の液供給用配管、ポンプ、温調部、フィルタより構成される供給部と、液回収用配管、ポンプ、気液分離機より構成される回収部と、に接続されている。供給部及び回収部は、主制御部12により液体の供給及び回収が制御されている。
ウエハWの上方には、オフアクシス方式のアライメントセンサ16が構成されている。アライメントセンサ16により、ウエハ上のアライメントマークが検出され、制御部17の処理によってその検出結果が主制御部12に送られる。主制御部12は、ウエハステージ駆動部15を介してウエハステージWSTの位置決め動作及び走査動作を制御する。
原版R上のパターン像をスキャン露光方式で投影光学系13を介してウエハW上の各ショット領域に投影する際には、図1の視野絞り5により設定されるスリット状の照明領域21に対してX軸方向に、原版Rを速度VRで走査する。投影光学系13の投影倍率をβとすると、原版Rの走査と同期してX軸方向に、ウエハWを速度VW(=β・VR)で走査する。こうすることにより、ウエハW上のショット領域に原版Rの回路パターン像が逐次転写される。
図2にウエハステージWSTの平面図を示す。ウエハ露光時の液浸領域IMLに接する部分を接液領域IMWとして概念的に示す。接液領域IMWにおいて良好に液体を保持するため、同面板Pは接液領域IMWより大きな範囲を持っており、同面板Pの表面には、不図示の例えば四フッ化エチレンなどのフッ素化合物のコーティングが施されている。
図4の可動ブラインド7A及び7Bは、前述のように走査方向の幅を規定するのに使用され、露光開始時や露光終了時に隣接ショットへの投影光の照射を防ぐため、原版及びウエハと同期して駆動する。可動ブラインド7C及び7Dは、走査方向と垂直方向に移動可能であり、この方向の幅を規定するのに使用される。可動ブラインド7C及び7Dは、図3(a)のショットAのようなウエハの中心部のショットの露光の場合、走査露光中に駆動されることはない。別の表現をすると、エッジ部を含む領域以外の領域の走査露光の際は、可動ブラインド制御部11の制御により可動ブラインド7C及び7Dは停止される。しかし、図3(a)のショットBのようなウエハのエッジ領域のショットの露光の場合は、その露光光が同面板上にも照射されるのを防止する必要がある。このため、可動ブラインド制御部11は、走査露光中に図5(a)から図5(e)のように、照射範囲の一端がウエハのエッジの形状に沿うように可動ブラインド7Cまたは7Dの移動を制御する。
図5(a)から図5(e)を用いて、ウエハのエッジ部を含むショット領域を露光する際の可動ブラインド制御部11による可動ブラインド7C及び7Dの駆動の制御について説明する。露光光がウエハのエッジ部に差し掛かるまでの状態である図5(a)から図5(b)までの状態の走査露光中は、可動ブラインドは駆動されない。一方、ウエハのエッジ部を含む領域の走査露光をする際の状態である図5(b)から図5(d)までの状態の走査露光中は、ウエハのエッジ部の外側の同面板に露光光が入射されないように可動ブラインドはこのエッジ部の形状に沿って移動するように駆動される。こうして、同面板に入射される露光光を低減している。詳細には、可動ブラインド制御部11は、走査露光に同期して、照射範囲の一端がウエハのエッジ部に沿うようにウエハのエッジ部側の可動ブラインドを走査方向と垂直な方向に移動させる。なお、ここでの照射範囲とはウエハ上に照射される露光光の照射範囲であり、可動ブラインド制御部11は、この照射範囲がウエハのエッジ部の形状に沿うように可動ブラインドを移動させる。
図6(a)のように2×3個のパターンが描画されている原版では、図中の1、2、3、5、6の位置に描画されているパターンのいくつかが遮光されるため(ウエハ上の場所で異なる)、捨てショットが生じる。しかし、これまで、露光が不可能であった範囲からいくつかの露光ショットを確保できるようになる。可動ブラインド7C及び7Dの駆動は、ウエハの形状に沿わせて駆動させるほか、同面板の形状に沿わせて駆動するようにしてもよい。
上記のような、ウエハや同面板の形状に沿わせて可動ブラインドを駆動する場合、駆動の加減速が大きく高度な駆動制御が必要となる。駆動制御を簡単にするため、図6(b)のように捨てショットまたは駆動パタ−ンを予め設定して、可動ブラインドを等速で駆動してもよい。この場合、ウエハや同面板の形状に沿わせて可動ブラインドを駆動する場合に比べて捨てショットの数は多くなるが、従来の露光装置に比べて多くのショットを得ることができ、駆動制御を簡単にできるというメリットがある。
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図7は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ2(原版作製)では設計した回路パターンに基づいて原版を作製する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記の原版とウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の組み立て工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体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。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷(ステップ7)する。
図8は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(CMP)ではCMP工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ16(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ17(露光)では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ18(現像)ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ19(エッチング)ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ20(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
本発明を好適に実施可能な露光装置の概略図である。 本発明の露光装置のウエハステージの平面図である。 従来の露光装置のショット配列及び従来の液浸露光装置のショット配列を説明する図である。 本発明の可動ブラインドを説明する図である。 本発明の露光装置における露光中の可動ブラインドの駆動方法を説明する図である。 本発明の露光装置により遮光した場合の捨てショットを説明する図である。 デバイスの製造方法のフローチャートである。 図7ウエハプロセスを示す図である。
符号の説明
1 光源
6A、6B 可動ブラインド駆動部
7A、7B、7C、7D 可動ブラインド
11 可動ブラインド制御部
12 主制御部
13 投影光学系
WST ウエハステージ
R 原版
W ウエハ
P 同面板

Claims (6)

  1. 原版を保持して移動する原版ステージと、基板保持領域の周囲に配置された表面が撥液性の液体支持板を有し前記基板保持領域で基板を保持した状態で前記原版の移動と同期して移動する基板ステージと、投影光学系とを備え、前記基板と前記投影光学系との間隙を液体で満たした状態で前記投影光学系によって前記原版のパターンを前記基板に投影しながら前記基板を走査露光する液浸露光装置であって、
    前記走査露光の走査方向と異なる方向に移動して露光光の照射範囲を絞る可動ブラインドと、
    前記液体支持板への前記露光光の入射が低減されるように走査露光に同期して前記可動ブラインドの移動を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする液浸露光装置。
  2. 前記可動ブラインドは、前記走査方向と垂直な方向に移動可能であり、
    前記制御部は、前記基板のエッジ部を含む領域の走査露光の際、前記液体支持板への前記露光光の入射が低減されるように前記可動ブラインドを前記走査方向と垂直な方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載の液浸露光装置。
  3. 前記制御部は、前記基板のエッジ部を含む領域以外の領域を走査露光している間は、前記可動ブラインドを停止させることを特徴とする請求項2に記載の液浸露光装置。
  4. 前記可動ブラインドは、前記照射範囲における前記走査方向に関する幅を規定し、
    前記制御部は、前記基板のエッジ部を含む領域の走査露光の際、前記照射範囲の一端が前記エッジ部に沿うように前記可動ブラインドを前記走査方向と垂直な方向に移動させることを特徴とする請求項2または3に記載の液浸露光装置。
  5. 前記制御部は、前記基板のエッジ部を含む領域の走査露光の際、前記可動ブラインドを等速で移動させることを特徴とする請求項2または3に記載の液浸露光装置。
  6. デバイス製造方法であって、
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液浸露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    該基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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