JP2012080148A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】液浸法に基づいて露光処理する際、パターンの像を基板上に精度良く形成できる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、基板を露光する。露光装置は、液体の気化を抑制する気化抑制装置を備え、気化抑制装置は、液体の周囲に蒸気を供給する供給装置を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たした状態で投影光学系と液体とを介して基板にパターンを露光する露光装置及びこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
本出願は、２００３年３月２５日に出願された日本国特許出願２００３−８３３２９号に対し優先権を主張し、その内容を本明細書に援用する。
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、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写する。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くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。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。
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、露光動作時のマージンが不足する恐れがある。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、例えば国際公開第９９／４９５０４号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、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
ところで、従来の露光装置（ドライ露光用露光装置）のチャンバ内は低湿度化されている上、空調により気流が生じており、液体が気化しやすい雰囲気が形成されている。したがって、従来の露光装置のチャンバ内と同様の環境下で液浸露光を行おうとすると、液浸露光用の液体が気化し、その液体やその液体が接触している投影光学系（一部の光学素子）、あるいは基板の温度の制御精度を維持できない可能性がある。また投影光学系の温度変化により投影像が劣化したり、基板の温度変化により基板の変形（伸縮）が生じ、パターンの重ね合わせ精度を悪化する可能性がある。
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、液浸法に基づいて露光処理する際、パターンの像を基板上に精度良く形成できる露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。また、液浸露光用の液体温度や露光対象である基板温度を所望の温度に設定、維持できる露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様に従えば、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、基板を露光する露光装置であって、液体の気化を抑制する気化抑制装置を備え、気化抑制装置は、液体の周囲に蒸気を供給する供給装置を有する露光装置が提供される。
本発明の第２の態様に従えば、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、基板を露光する露光装置であって、液体の気化を抑制する気化抑制装置を備え、気化抑制装置は、基板を含み、液体の周囲の空間を取り囲む隔壁部材を有する露光装置が提供される。
本発明の第３の態様に従えば、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、基板を露光する露光装置であって、液体の気化を抑制する気化抑制装置と、基板上の一部に液浸領域を形成するために、基板上に液体を供給する液体供給機構とを備える露光装置が提供される。
本発明の第４の態様に従えば、投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、投影光学系と液体とを介してパターンの像を基板上に投影し、基板を露光する露光装置であって、液体との接触部分を取り囲む閉空間を形成する部材と、その閉空間内部の蒸気圧が、その閉空間外部の蒸気圧よりも高くする蒸気圧調整装置とを備える露光装置が提供される。
本発明の第５の態様に従えば、第１〜第４の態様の露光装置を用いるデバイス製造方法が提供される。
本発明の露光装置の第１実施形態を示す概略図である。 投影光学系の先端部付近を示す要部の拡大図である。 供給ノズル及び回収ノズルの配置例を示す図である。 供給ノズル及び回収ノズルの配置例を示す図である。 本発明の露光装置の第２実施形態の要部の拡大図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせてもよいし、周知の他の構成を付加または置換してもよい。
図１は本発明の露光装置ＥＸの第１実施形態を示す概略図である。
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージ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。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型露光装置であって、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の少なくとも一部を液体３０で満たして液浸領域ＡＲ２を形成する液浸ユニット１０を備えている。
液浸ユニット１０は、基板Ｐ上に液体３０を供給する液体供給装置１と、基板Ｐ上の液体３０を回収する液体回収装置２とを備えている。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、液体供給装置１から供給した液体３０により、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を含む基板Ｐ上の一部に液浸領域ＡＲ２を形成する。具体的には、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子ＰＬａと基板Ｐの表面との間に液体３０を満たし、この投影光学系ＰＬの光学素子ＰＬａと基板Ｐとの間の液体３０、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上に投影し、基板Ｐを露光する。更に露光装置ＥＸは、後に詳述する液体３０の気化を抑制する気化抑制装置の少なくとも一部を構成する気化抑制ユニット２０を備えている。
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、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。ここでいう「基板」は半導体ウエハ上に感光性材料であるフォト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。
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。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。マスクステージＭＳＴはマスクＭを支持するものであって、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はリニアモータ等で構成される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。
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）ＰＬａ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あるいは１／５の縮小系である。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ＰＬａは鏡筒ＰＫに対して着脱（交換）可能に設けられており、光学素子ＰＬａには液浸領域ＡＲ２を形成する液体３０が接触する。
基板ステージＰＳＴは基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基板ホルダを介して保持するＺステージ５２と、Ｚステージ５２を支持するＸＹステージ５３とを有しており、この基板ステージＰＳＴのＸＹステージ５３はベース５４に支持されている。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等で構成される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ステージ５２を駆動することにより、Ｚ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方向における位置が制御される。また、ＸＹステージ５３を駆動することにより、基板ＰのＸＹ方向における位置（投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行な方向の位置）が制御される。すなわち、Ｚステージ５２は、基板Ｐのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込み、ＸＹステージ５３は基板ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。なお、ＺステージとＸＹステージとを一体的に設けてもよい。基板ステージＰＳＴ（Ｚ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基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤ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の位置決めを行う。
液浸ユニット１０の液体供給装置１は所定の液体３０を基板Ｐ上に供給して投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の少なくとも一部を液体３０で満たすものであって、液体３０を収容するタンク、液体３０内の異物を除去するフィルタ、及び加圧ポンプ等を備えている。更に液体供給装置１は、基板Ｐ上に供給する液体３０の温度を調整する温度調整装置を備えている。温度調整装置は供給する液体３０の温度を例えば露光装置ＥＸが収容されているチャンバ装置内部の空間の温度とほぼ同程度に設定する。液体供給装置１には供給管３の一端部が接続され、供給管３の他端部には供給ノズル４が接続されている。供給ノズル４は基板Ｐに近接して配置されており、液体供給装置１は供給管３及び供給ノズル４を介して投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体３０を供給する。また、液体供給装置１の液体供給動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御され、制御装置ＣＯＮＴは液体供給装置１による単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。
本実施形態において液体３０には純水が用いられる。純水はＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、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）も透過可能である。
液体回収装置２は基板Ｐ上の液体３０を回収するものであって、例えば真空ポンプ等の吸引装置、及び回収した液体３０を収容するタンク等を備えている。液体回収装置２には回収管６の一端部が接続され、回収管６の他端部には回収ノズル５が接続されている。回収ノズル５は基板Ｐに近接して配置されており、液体回収装置２は回収ノズル５及び回収管６を介して液体３０を回収する。また、液体回収装置２の液体回収動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御され、制御装置ＣＯＮＴは液体回収装置２による単位時間あたりの液体回収量を制御可能である。
制御装置ＣＯＮＴは液体供給装置１を駆動し、供給管３及び供給ノズル４を介して基板Ｐ上に単位時間あたり所定量の液体３０を供給するとともに、液体回収装置２を駆動し、回収ノズル５及び回収管６を介して単位時間当たり所定量の液体３０を基板Ｐ上より回収する。これにより、投影光学系ＰＬの先端部ＰＬａと基板Ｐとの間に液体３０が配置されて液浸領域ＡＲ２が形成される。
気化抑制ユニット２０は、液体３０の周囲を所定の蒸気圧よりも高くすることで液体３０の気化を抑制する。この気化抑制ユニット２０は、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体３０の周囲の空間を囲む隔壁部材２１と、隔壁部材２１により形成され、前記液体３０の周囲の空間を含む閉空間２４に蒸気を供給する供給装置の少なくとも一部を構成する加湿器２８とを備えている。隔壁部材２１は、基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５２）の周縁部付近に基板Ｐを取り囲むように取り付けられ、所定の高さの壁面を有する壁部材２２と、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに取り付けられ、ＸＹ平面とほぼ平行で所定の大きさの下面を有する蓋部材２３とを備えている。蓋部材２３は投影光学系ＰＬ（鏡筒ＰＫ）を支持する不図示の支持部材に取り付けられていてもよい。隔壁部材２１を構成する壁部材２２及び蓋部材２３により、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体３０及び基板Ｐを囲む閉空間２４が形成される。壁部材２２の上端部と蓋部材２３の下面との間には、基板ステージＰＳＴのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への移動、及び基板ステージＰＳＴの傾斜を妨げないように、僅かな隙間２５が形成されている。また、蓋部材２３の一部には供給管３及び回収管６をそれぞれ配置可能な貫通孔が設けられている。供給管３及び回収管６のそれぞれと貫通孔との間には流体の流通を規制するシール部材（図示略）が設けられている。
基板ステージＰＳＴ上に設けられた壁部材２２の一部には貫通孔２６が形成されており、この貫通孔２６には伸縮自在に設けられた配管２７の一端部が接続されている。一方、配管２７の他端部には、閉空間２４に蒸気を供給する加湿器２８が接続されている。加湿器２８は高湿度気体を配管２７を介して閉空間２４に供給するものであって、液体３０と同じ物質の蒸気を供給する。本実施形態において液体３０は水（純水）であるため、加湿器２８は閉空間２４に水蒸気を供給する。加湿器２８の蒸気供給動作は制御装置ＣＯＮＴに制御される。そして、気化抑制ユニット２０は加湿器２８によって閉空間２４に対して蒸気を供給することにより、隔壁部材２１の内側の閉空間２４内の蒸気圧（蒸気相の圧力）を、その外側（すなわちチャンバ装置内部）より高くする。
図２は、露光装置ＥＸの投影光学系ＰＬの先端部近傍を示す正面図である。投影光学系ＰＬの最下端の光学素子ＰＬａは、先端部が走査方向に必要な部分だけを残してＹ軸方向（非走査方向）に細長い矩形状に形成されている。走査露光時には、光学素子ＰＬａの直下の矩形の投影領域ＡＲ１にマスクＭの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対してマスク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、ＸＹステージ５３を介して基板Ｐが＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に速度β・Ｖ（βは投影倍率）で移動する。そして、１つのショット領域に対する露光終了後に、基板Ｐのステッピング移動により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・スキャン方式で各ショット領域に対する露光処理が順次行われる。本実施形態では、基板Ｐの移動方向と平行に、基板Ｐの移動方向と同一方向に液体３０を流すように設定されている。
図３は、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１と、液体３０をＸ軸方向に供給する供給ノズル４（４Ａ〜４Ｃ）と、液体３０を回収する回収ノズル５（５Ａ、５Ｂ）との位置関係を示す図である。図３において、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１はＹ軸方向に細長い矩形状となっており、投影領域ＡＲ１をＸ軸方向に挟むように、＋Ｘ方向側に３つの供給ノズル４Ａ〜４Ｃが配置され、−Ｘ方向側に２つの回収ノズル５Ａ、５Ｂが配置されている。供給ノズル４Ａ〜４Ｃは供給管３を介して液体供給装置１に接続され、回収ノズル５Ａ、５Ｂは回収管６を介して液体回収装置２に接続されている。また、供給ノズル４Ａ〜４Ｃと回収ノズル５Ａ、５Ｂとをほぼ１８０°回転した配置に、供給ノズル８Ａ〜８Ｃと、回収ノズル９Ａ、９Ｂとが配置されている。供給ノズル４Ａ〜４Ｃと回収ノズル９Ａ、９ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル８Ａ〜８Ｃと回収ノズル５Ａ、５ＢとはＹ軸方向に交互に配列され、供給ノズル８Ａ〜８Ｃは供給管１１を介して液体供給装置１に接続され、回収ノズル９Ａ、９Ｂは回収管１２を介して液体回収装置２に接続されている。
次に、上述した露光装置ＥＸを用いてマスクＭのパターンを基板Ｐに露光する手順について説明する。
マスクＭがマスクステージＭＳＴにロードされるとともに、基板Ｐが基板ステージＰＳＴにロードされたら、制御装置ＣＯＮＴは液浸ユニット１０の液体供給装置１及び液体回収装置２を駆動して投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液浸領域ＡＲ２を形成する。また、制御装置ＣＯＮＴは気化抑制ユニット２０の加湿器２８を駆動し、液浸領域ＡＲ２を形成する液体３０の周囲の空間を含む閉空間２４に対して蒸気を供給し、この閉空間２４の蒸気相の圧力を所定の蒸気圧よりも高くする。具体的には、気化抑制ユニット２０は閉空間２４に高湿度気体である水蒸気を供給することでこの閉空間２４を液体（純水）３０の飽和蒸気圧にする。
閉空間２４の蒸気圧は、閉空間２４の外側の蒸気圧よりも高くなる。通常、閉空間２４の外側、すなわち露光装置ＥＸを収容するチャンバ装置内の湿度は３０〜４０％であるが、閉空間２４には気化抑制ユニット２０の加湿器２８により水蒸気の供給が続けられているため、空間２４内部は常に飽和蒸気圧近く（湿度９５％程度）に維持される。壁部材２２の上端部と蓋部材２３との間に設けられている隙間２５は非常に僅かであるため、空間２４内を飽和蒸気圧近くに維持することが可能となっている。
矢印Ｘａ（図３参照）で示す走査方向（−Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管３、供給ノズル４Ａ〜４Ｃ、回収管６、及び回収ノズル５Ａ、５Ｂを用いて、液体供給装置１及び液体回収装置２により液体３０の供給及び回収が行われる。一方、矢印Ｘｂで示す走査方向（＋Ｘ方向）に基板Ｐを移動させて走査露光を行う場合には、供給管１１、供給ノズル８Ａ〜８Ｃ、回収管１２、及び回収ノズル９Ａ、９Ｂを用いて、液体供給装置１及び液体回収装置２により液体３０の供給及び回収が行われる。このように、液浸ユニット１０は、液体供給装置１及び液体回収装置２を用いて、基板Ｐの移動方向に沿って基板Ｐの移動方向と同一方向へ液体３０を流す。この場合、例えば液体供給装置１から供給ノズル４Ａ〜４Ｃを介して供給される液体３０は基板Ｐの−Ｘ方向への移動に伴って投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に引き込まれるようにして流れるので、液体供給装置１の供給エネルギーが小さくでも液体３０を投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に容易に供給できる。そして、走査方向に応じて液体３０を流す方向を切り替えることにより＋Ｘ方向あるいは−Ｘ方向のどちらの方向に基板Ｐを走査する場合にも、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を液体３０で満たすことができ、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。また、壁部材２２の上端部と蓋部材２３との間に微小隙間２５が設けられているので、閉空間２４内を飽和蒸気圧近くに維持しつつ、基板ステージＰＳＴを移動することもできる。
以上説明したように、液浸領域ＡＲ２を形成する液体３０及び基板Ｐの周囲に隔壁部材２１により閉空間２４を形成し、この閉空間２４内に水蒸気を供給するようにしたので、液体３０、あるいは投影光学系ＰＬの先端部や基板Ｐに付着した液体３０の気化を抑制することができ、液体３０、投影光学系ＰＬ、及び基板Ｐを所望の温度に維持することができる。特に、基板Ｐ上の液体を回収しながら、基板Ｐ上の一部に液浸領域を形成する場合に、基板Ｐ上に回収しきれなかった残留液体が付着していても、その残留液体の気化を防止でき、基板Ｐの温度変化や変形（伸縮）を抑制できる。また投影光学系ＰＬの光学素子ＰＬａの側面に液体が付着しても、その付着した液体の気化を防止することができるので、光学素子ＰＬａの温度変化や変形を抑えることができる。
本実施形態においては、基板ステージＰＳＴに取り付けられている移動鏡５５は、閉空間２４の外側に設けられているため、移動鏡５５を用いた干渉計５６による基板ステージＰＳＴの位置計測が、閉空間２４内の環境の影響を受けることがない。また、閉空間２４を加湿するために、液体（純水）３０と同じ純水の水蒸気を閉空間２４に供給しているので、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体（純水）３０の純度を低下させたり、透過率などの特性を変化させることもない。
本実施形態では、閉空間２４に供給される蒸気は液浸領域ＡＲ２を形成する液体３０と同じ物質であるが、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体３０の純度の低下がある程度許容される場合には、液体供給装置１から供給される液浸領域ＡＲ２形成用の液体３０と閉空間２４内に供給される蒸気とは同じ物質でなくてもよい。
本実施形態においては、閉空間２４内をほぼ飽和蒸気圧（湿度９５％程度）にしているが、それよりも低い例えば６０％程度でもよい。すなわち、閉空間２４の蒸気相の圧力を飽和蒸気圧より低い所定の蒸気圧にしてもよい。ここで、所定の蒸気圧は、液体３０の気化に起因する投影光学系ＰＬの先端部や基板Ｐ、あるいは液体３０の温度変動により生じるパターン転写精度変動を、許容範囲内に納めることができる圧力である。したがって、気化抑制ユニット２０は、液浸領域ＡＲ２を形成するための液体３０の周囲を前記所定の蒸気圧より高くすることにより、パターン転写精度を許容範囲内に納めることができる。
本実施形態の液体３０は水（純水）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３０としてはＦ２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイル等のフッ素系の液体（例えば、フォンブリン、ＰＦＰＥ）であってもよい。その場合、基板Ｐの周囲（閉空間２４）にはフッ素系の液体の蒸気が供給される。フッ素系の液体を液浸露光用に使用した場合、その液体と同じものを気化させてその蒸気を閉空間２４内に供給すればよい。また、液体３０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。
いずれの場合にも、基板Ｐの周囲（閉空間２４）には、その液体と同じ物質の蒸気、あるいはその液体を気化させることによって生じる蒸気と同じ組成をもつ蒸気を供給すればよい。
上記各実施形態において、上述したノズルの形状は特に限定されるものでなく、例えば投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１の長辺について２対のノズルで液体３０の供給又は回収を行うようにしてもよい。この場合には、＋Ｘ方向または−Ｘ方向のどちらの方向からも液体３０の供給及び回収を行うことができるようにするため、供給ノズルと回収ノズルと上下に並べて配置してもよい。
また、図４に示すように、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を挟んでＹ軸方向両側のそれぞれに供給ノズル４１、４２及び回収ノズル４３、４４を設けることもできる。この供給ノズル及び回収ノズルにより、ステッピング移動する際の基板Ｐの非走査方向（Ｙ軸方向）への移動時においても、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間に液体３０を安定して供給することができる。また、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を取り囲むように液体３０の供給ノズル及び回収ノズルを設けておけば、基板ＰをＹ軸方向にステッピング移動させる際など、基板Ｐの移動方向に応じて、液体３０の流れる方向を切り替えることも可能である。
次に、本発明の露光装置ＥＸの第２実施形態について図５を参照しながら説明する。以下の説明において、上述した第１実施形態と同一又は同等の構成部分には同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
図５において、気化抑制ユニット２０は、ベース５４上に取り付けられた隔壁部材６０を有している。すなわち、上記第１実施形態に係る隔壁部材２１は壁部材２２及び蓋部材２３により構成され、隙間２５が形成されているが、本実施形態に係る隔壁部材６０には隙間が無く、この隔壁部材６０により形成される閉空間６１は略密閉空間である。この場合、基板ステージＰＳＴは閉空間６１内をベース５４上で移動することになる。閉空間６１を略密閉空間とすることにより、この閉空間６１内を液体３０の飽和蒸気圧近くに維持することが容易となるばかりでなく、閉空間６１の外側への影響を無くすことができる。ここで、基板ステージＰＳＴの位置計測に用いる干渉計の計測光は閉空間６１内を通過する場合があるが、閉空間６１内の蒸気により計測動作に影響を与えないように、計測光の光路を伸縮自在の管状部材で覆うことができる。
上記第１、第２実施形態では、液浸領域ＡＲ２を形成するための液体３０及び基板Ｐの周囲を閉空間にし、この閉空間内に蒸気を供給する構成であるが、閉空間を形成すること無しに、単に、液体３０の周囲（投影光学系ＰＬの先端部付近、基板Ｐの表面付近）に蒸気を吹き付けることにより、液浸領域ＡＲ２を形成するための液体３０の気化を抑制するようにしてもよい。この場合、上述同様、その蒸気によって干渉計の計測に影響を与えないように干渉計の光路（光束）を管状部材で覆うようにしてもよい。
また、上述の第１、第２実施形態において、閉空間２４、６１内に湿度センサを配置し、その湿度センサの出力に基づいて加湿器２８を制御するようにしてもよい。
また基板Ｐの露光終了後、閉空間２４，６１内の蒸気圧を、閉空間２４，６１の外側の空間の蒸気圧とほぼ同じにしてから、基板Ｐを閉空間２４，６１から搬出するようにしてもよい。
上記第１、第２実施形態においては、閉空間２４、６１内に蒸気を供給する加湿器２８を設けているがこれを省いても構わない。すなわち、閉空間２４、６１を形成するのみでも、基板Ｐや投影光学系ＰＬの先端付近に接触（付着）する液体を、装置を収容するチャンバ内の乾燥した空気、あるいはチャンバ内の気流との接触から守ることができるため、液体の気化を抑制することができる。
また、上記第１、第２実施形態においては、閉空間２４、６１を形成して、液体の気化を抑制するようにしているが、隔壁部材２１、６０を設けずに、投影光学系ＰＬの先端付近や基板Ｐ表面に向けて、高蒸気圧（高湿度）の蒸気を吹き付けるようにしてもよい。また、第１、第２実施形態のような大きな閉空間２４，６１に限らず、液体と接触（付着）する部分を囲むように局所的な閉空間を設けるようにしてもよい。
上述したように、本実施形態における液体３０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。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であるため、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。
上記各実施形態では、投影光学系ＰＬの先端に光学素子ＰＬａとしてレンズ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。光学素子ＰＬａとしては前記光学特性を調整する光学プレートであってもよい。一方、液体３０と接触する光学素子ＰＬａを、レンズより安価な平行平面板とすることも可能である。光学素子ＰＬａを平行平面板とすることにより、露光装置ＥＸの運搬、組立、調整時等において投影光学系ＰＬの透過率、基板Ｐ上での露光光ＥＬの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質（例えばシリコン系有機物等）がその平行平面板に付着しても、液体を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、液体と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。すなわち、露光光ＥＬの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または液体中の不純物の付着などに起因して液体に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト（ランニングコスト）の上昇やスループットの低下を抑えることができる。
液体の流れによって生じる投影光学系ＰＬの先端の光学素子ＰＬａ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。
上記各実施形態では、投影光学系ＰＬと基板Ｐ表面との間は液体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を満たす構成であってもよい。
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。
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。また、本発明は基板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するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を局所的に液体で満たす露光装置を採用しているが、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や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報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。
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。
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。
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。
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。
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（米国特許５，５２８，１１８）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。
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。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。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図６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。
本発明によれば、気化した液体による投影光学系や基板、あるいは液浸露光用の液体の温度変動を抑えることができるので、温度変動に起因する投影光学系の投影像の劣化や基板変形を抑えることができ、精度良い露光処理を行うことができる。
１…液体供給装置、２…液体回収装置、１０…液浸ユニット、 ２０…気化抑制ユニット、２１…隔壁部材、２２…壁部材、 ２３…蓋部材、２４…閉空間、２８…加湿器、３０…液体、 ６０…隔壁部材、６１…閉空間、ＡＲ１…投影領域、ＡＲ２…液浸領域、 ＥＸ…露光装置、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系

Claims (9)

  1. 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、
    前記液体の気化を抑制する気化抑制装置を備え、
    前記気化抑制装置は、前記液体の周囲に蒸気を供給する供給装置を有する。
  2. 請求項１記載の露光装置であって、
    前記供給装置は、前記液体と同じ物質の蒸気、または前記液体が気化したときに生じる蒸気と同じ組成を有する蒸気を供給する。
  3. 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、
    前記液体の気化を抑制する気化抑制装置を備え、
    前記気化抑制装置は、前記基板を含み、前記液体の周囲の空間を取り囲む隔壁部材を有する。
  4. 請求項３記載の露光装置であって、
    前記気化抑制装置は、前記隔壁部材の内側の空間内の蒸気圧を、その外側より高くする。
  5. 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、
    前記液体の気化を抑制する気化抑制装置と、
    前記基板上の一部に液浸領域を形成するために、前記基板上に液体を供給する液体供給機構とを備える。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の露光装置であって、
    前記気化抑制装置は、前記液体の周囲を所定の蒸気圧よりも高くする。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置であって、
    前記気化抑制装置は、前記液体の周囲を、その液体の飽和蒸気圧にする。
  8. 投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介してパターンの像を前記基板上に投影し、前記基板を露光する露光装置であって、
    液体との接触部分を取り囲む閉空間を形成する部材と、
    その閉空間内部の蒸気圧が、その閉空間外部の蒸気圧よりも高くする蒸気圧調整装置とを備える。
  9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
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