JP3997244B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有し、前記基板と前記投影光学系の最終面との間隙に液体を満たした状態で前記原版を介して前記基板を露光する露光装置および方法、および当該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンで構成される半導体デバイスの製造工程において、マスクに形成されたパターンを感光剤が塗布された基板上に縮小投影して転写する縮小型投影露光装置が使用されている。半導体デバイスにおける集積密度の向上に伴いパターンの更なる微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応がなされてきた。

露光装置の解像力を向上させる手段としては、露光波長を短くする方法と、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法とが一般的である。

露光波長については、３６５ｎｍのｉ線から２４８ｎｍ付近の発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザ光に移行しつつあり、更には１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザの開発が進んでいる。更に、１５７ｎｍ付近の発振波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザの開発も行なわれている。

一方、これらとは全く別な解像力向上技術として液浸法を用いた投影露光方法が注目されつつある。従来は、投影光学系の最終面と露光対象基板（例えばウエハ）面との間の空間は気体で満たされていたが、液浸法では、この空間を液体で満たして投影露光を実施する。液浸法の利点は、例えば、投影光学系とウエハとの間の空間に提供される液体を純水（屈折率1.33）とし、ウエハに結像する光線の最大入射角が液浸法と従来法で等しいと仮定した場合において、同一波長の光源を用いても、液浸法の解像力が従来法の1.33倍に向上することである。これは従来法の投影光学系のＮＡを1.33倍にすることと等価であり、液浸法によれば、従来法では不可能なＮＡ＝１以上の解像力を得ることが可能である。

この投影光学系の最終面とウエハ面との間の空間を液体で満たす方法として、大別して二つの方法が提案されている。

一つの方法は、投影光学系の最終面とウエハ全体を液槽の中に配置する方法であり、この方法を用いた露光装置が特許文献１に開示されている。

もう一つは、投影光学系とウエハ面とで挟まれた空間だけに液体を流すローカルフィル法であり、この方法を用いた露光装置が特許文献２に開示されている。
特開平０６−１２４８７３号公報 再公表特許ＷＯ９９／４９５０４号公報

特許文献１に開示された方法では、ウエハを高速で動かすと液体が周囲に飛散するので、それを回収する装備が必要であり、また、液面が波立つことにより発生しうる微少な気泡が結像性能に悪影響を与えるという欠点がある。また、この方法では装置が複雑かつ大型化すると考えられる。

一方、特許文献２に開示された方法では、ウエハと投影光学系の間隙が狭い場合に、この間隙にノズルを向けて液体を供給しても、ノズルから放出された液体がうまくこの間隙に流れ込まないで気体が残り、このために十分な液浸ができないという不具合があった。また、うまく流れ込まない液体は、投影レンズ外周に衝突して外に逃げてしまい、この周囲に逃げた液体を回収するための装備が必要となり、露光装置が大がかりになってしまうという欠点があった。また、仮に狭い間隙に液体を流し込むことができるとしても、この間隙の内部における流動抵抗が外に比べて大きいためにノズルから放出される液体の流速が、間隙を流れる流速に比べて非常に早い。したがって、ノズル先端部や、液が投影レンズ外周に衝突する箇所で、液体の流速が極端に変化し、流れが大きく乱れ、気泡が発生しうる。この気泡が投影レンズとウエハとの間に入り込んで、光の透過を妨げ、露光装置としての結像性能に悪影響を与えうる。

更に、特許文献２に開示された方法では、少なくともウエハを交換する度に、ウエハ上に供給された液体を回収する必要があり、この液体の回収のために装置の生産性を犠牲にせざるを得なかった。しかも、ウエハ上の液体を回収することは、投影レンズ下面に満たされていた液体を回収することである。したがって、投影レンズ下面は、少なくともウエハを交換する度に、一部は液滴で濡れ、他の一部は薄い液体の膜で覆われ、更に他の一部は直接外気に触れた状態となりうる。そして、供給された液体に比べると、投影レンズやウエハを取り囲む環境中にはより多くの不純物が存在しており、投影レンズ下面の表面に付着している液体が、外気に含まれている不純物を取り込んでしまう。一方、投影レンズ下面に付着した液体自身は外気に向かって蒸発するため、元々液体中に含まれていた不純物や外気中から取り込んだ不純物が徐々に液中で濃縮され、結果として、投影レンズ表面に不純物が吸着して曇りを生じさせたり、完全に液体が蒸発・乾燥して残渣として不純物が投影レンズ表面に残って曇りを生じさせたりする可能性があった。

本発明は、投影光学系の最終面を液浸状態に維持し、または当該液浸状態を生成するための新規かつ有用な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の第１の側面は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の被露光面と実質的に同じ高さの面を有する平面板と、前記平面板に設けられた液体注入口から、前記液体を注入する液体注入手段と、を備え、前記液体注入手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体注入口から前記液体を注入することを特徴とする。

本発明の第２の側面は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、前記平面板に設けられた液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、前記液体吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする。

本発明の第３の側面は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、前記平面板に設けられた液体注入口から、前記液体を注入する液体注入手段と、前記平面板に設けられた液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、前記液体注入手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体注入口から前記液体を注入し、前記液体吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする。

本発明の第４の側面は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、前記平面板に設けられた開口から、前記液体の注入と前記液体の吸引とを選択的に行う液体注入吸引手段と、を備え、前記液体注入吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記開口から前記液体の注入と前記液体の吸引とを選択的に行うことを特徴とする。

本発明の第５の側面は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する複数の平面板と、前記複数の平面板に設けられた複数の液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、前記液体吸引手段は、前記複数の平面板のうち前記最終面に対向させた平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の最終面を液浸状態に維持し、または当該液浸状態を生成するための新規かつ有用な技術を提供することができる。

本発明の露光装置は、例えば、露光光として紫外光を用い、投影光学系と基板（例えば、ウエハ）間を液体で満たす液浸法が適用されるあらゆる露光方法及び露光装置に有用である。そのような露光装置には、例えば、基板を静止させた状態で該基板に原版のパターンを投影転写する露光装置や、基板と原版とを同期スキャンしながら該基板に該原版のパターンをスリット光によりスキャン露光する露光装置が含まれうる。

以下、本発明の好適な実施形態を例示的に説明する。図１は、本発明の好適な実施形態の構成を概略的に示す図である。図１において、ArFエキシマレーザやF2レーザなどの露光光源（不図示）から射出された光が照明光学系２に提供される。照明光学系２は、露光光源から提供された光を用いて、レチクル（原版）１の一部をスリット光（スリットを通過したような断面形状を有する光）により照明する。スリット光によってレチクル１を照明している間、レチクル１を保持しているレチクルステージ（原版ステージ）３とウエハ（基板）９を保持しているウエハステージ（基板ステージ）１０は、一方が他方に同期しながらスキャン移動する。このような同期スキャンを通して、結果としてレチクル１上のパターン全体が投影光学系４を介してウエハ９上に連続的に結像し、ウエハ９表面に塗布されたレジストを感光させる。

レチクルステージ３やウエハステージ１０の二次元的な位置は、参照ミラー１１とレーザー干渉計１２によってリアルタイムに計測される。この計測値に基づいて、ステージ制御装置１３は、レチクル１（レチクルステージ３）やウエハ９（ウエハステージ１０）の位置決めや同期制御を行う。ウエハステージ１０には、ウエハ９の上下方向（鉛直方向）の位置や回転方向、傾きを調整、変更或いは制御する駆動装置が内蔵されており、露光時は、この駆動装置により投影光学系４の焦点面にウエハ９上の露光領域が常に高精度に合致するようにウエハステージ１０が制御される。ここで、ウエハ９上の面の位置（上下方向位置と傾き）は、不図示の光フォーカスセンサーによって計測され、ステージ制御装置１３に提供される。

露光装置本体は、不図示の環境チャンバの中に設置されており、露光装置本体を取り巻く環境が所定の温度に保たれる。レチクルステージ３、ウエハステージ１０、干渉計１２を取り巻く空間や、投影レンズ４を取り巻く空間には、更に個別に温度制御された空調空気が吹き込まれて、環境温度が更に高精度に維持される。

この実施形態では、投影光学系４とウエハ９との間の空間或いは間隙を液体で満たす液浸法は、ウエハ９の上方かつ投影光学系４の近傍に配置された液体供給ノズル５と、投影光学系４を挟んで液体供給ノズル５の反対側に配置された液体回収ノズル６によって実現される。

以下、この実施形態において実施される液浸法について詳細に説明する。露光中にウエハ９をスキャンする方向の上流側であって投影光学系４の近傍に液体供給ノズル５が配置されている。ここで、スキャン方向の上流側とは、例えば、ウエハを右から左に向かって左方向（第２方向）に移動させる場合について説明すると、その反対方向（第１方向）である右側である。すなわち、スキャン方向（第２方向）を矢印で示した場合に、矢印の始点側の方向（第１方向）が上流側である。投影光学系４を挟んで液体供給ノズル５の反対側（すなわち、スキャン方向の下流側）には、液体回収ノズル６が配置されている。

液体供給ノズル５は、供給管１６を介して液体供給装置７と接続されており、同様に液体回収ノズル６は、回収管１７を介して液体回収装置８と接続されている。液体供給装置７は、例えば、液体を貯めるタンク、液体を送り出す圧送装置、液体の供給流量の制御を行う流量制御装置を含みうる。液体供給装置７には、更に、液体の供給温度を制御するための温度制御装置を含むことが好ましい。液体回収装置８は、例えば、回収した液体を一時的に貯めるタンク、液体を吸い取る吸引装置、液体の回収流量を制御するための流量制御装置を含みうる。液浸制御装置１８は、更に、ウエハステージ１０の現在位置、速度、加速度、目標位置、移動方向といった情報をステージ制御装置１３から受けて、これらの情報に基づいて、液浸の開始や中止、流量等の制御指令を液体供給装置７や液体回収装置８に与える。

液浸用の液体は、露光光の吸収が少ないものから選ばれ、更に石英や蛍石などの屈折系光学素子とほぼ同程度の屈折率を有することが望まれる。具体的には、液浸用の液体としては、純水、機能水、フッ化液（例えば、フルオロカーボン）などが候補として掲げられる。液浸用の液体は、予め脱気装置を用いて溶存ガスが十分に取り除かれたものが好ましい。これは、気泡の発生を抑制し、また、気泡が発生しても即座に液体中に吸収できるからである。例えば、環境気体中に多く含まれる窒素、酸素を対象とし、液体に溶存可能なガス量の８０％以上を除去すれば、十分に気泡の発生を抑制することができる。もちろん、不図示の脱気装置を露光装置に備えて、常に液体中の溶存ガスを取り除きながら液体供給装置７に液体を供給してもよい。脱気装置としては、例えば、ガス透過性の膜を隔てて一方に液体を流し、もう一方を真空にして液体中の溶存ガスをその膜を介して真空中に追い出す、真空脱気装置が好適である。

次に、図２を参照しながら、投影光学系４とウエハ９の間に液を満たす工程を説明する。

まず、ウエハ９が静止した状態又は移動している状態で、液体供給ノズル５よりウエハ９上に、例えばほぼ一定流量で液体ｆを供給し、液体供給ノズル５の下面とウエハ９の上面に液体を密着させることで、十分な液膜を形成する（図２（ａ））。

次に、供給ノズル５より液体を供給し続けたまま、ウエハ９の移動を開始し又は更に移動させ、（図２（ａ））で形成した液膜を途切れさせることなく、ウエハ９の移動を利用して投影光学系４下面まで液膜を導く（図２（ｂ）、図２（ｃ））。

ウエハ９が更に移動して露光開始位置に至るとスリット光によるスキャン露光が開始される（図２（ｄ））。スリット露光中においても、図２（ｃ）と同様に、供給ノズル５より液体を供給し続け、更に、投影光学系４に対してスキャン方向Ｓの下流側（図２では、左側）より流出する液体を回収ノズル６で回収することにより、ウエハ９と投影光学系４の間が安定して液で満たされる（図２（ｄ））。

ウエハ９が更に移動して露光終了位置に至るとスリット光による露光が終了する（ｅ）。スリット光による露光が終了すると、液体供給ノズル５からの液体の供給を停止し（図２（ｅ））、ウエハ９をスキャン方向Ｓに移動させながら、ウエハ９上に残った液体を液体回収ノズル９によって回収する（図２（ｆ）、図２（ｇ））。

以上のように、ウエハ９の移動に伴って液膜が広がるように、ウエハ９を移動させながらウエハ９の表面上に連続的に液体を供給する方法によれば、投影光学系４の最終面とウエハ９との間隙を連続的な液膜（途切れない液膜）で満たすことができる。そして、このような方法によれば、投影光学系４とウエハ９との間隙にノズルを向けて該間隙に液体を供給する特許文献２に記載された方法に比べて、投影光学系とウエハとの間隙が小さい場合においてもその間隙に確実に液膜を形成することができ、しかも、その液膜中の存在しうる気泡を低減することができる。また、このような方法によれば、液膜はウエハに対する相対速度が遅いので、液体回収ノズル６を通して確実に回収されうる。したがって、外部への液体の飛散が効果的に防止されうる。

上記のような液体の供給・回収のシーケンスは、露光ショット領域毎（レチクル像の１回の転写毎）に実施されてもよいし、ウエハ上の全部又は一部の露光ショット領域を１つの単位として実施されてもよい。後者の場合、露光ショット領域間でのウエハのステップ移動時においても液体の供給及び回収を実施してもよいし、ステップ移動時においては液体の供給及び回収を停止してもよい。

上記のような液浸は、ウエハを静止させた状態で露光を実施する露光装置（いわゆるステッパー等）にも適用することができる。この場合は、例えば、露光ショット領域間でウエハをステップ移動させる際に、次に露光すべき露光ショット領域と投影光学系４の下面との間に液膜を広げるように液体の供給及び回収を制御すればよい。

次に、図３〜図７を参照しながら液体供給ノズル５と液体回収ノズル６の具体的な構成及び配置の好適な例を説明する。

図３は、図１の露光装置をウエハ９より上方で切断し、見下ろした平面図である。投影光学系４の最終面４ｓを挟んで、ウエハ９の移動方向Ｓ（投影光学系４から見て＋Ｘ方向）の上流側（投影光学系４から見て−Ｘ方向）に液体供給ノズル５が、下流側（投影光学系４から見て＋Ｘ方向）に液体回収ノズル６が配置されている。ウエハの移動方向は、露光装置がスキャナー（走査露光装置）である場合には、露光時のウエハのスキャン方向と同じにすることが安定して液膜を形成する上で望ましい。

液体供給ノズル５は、その下面（下端）が投影光学系４の最終面（下面）４ｓとほぼ同じ高さかそれよりも若干高くなるように配置されることが好ましく、これによって、空気層を排除しながら液体が投影レンズ４の最終面に十分密着しながらウエハとともに移動することができ、液膜への気泡の混入を防ぐことができる。

液体回収ノズル６は、その下面（下端）が投影光学系４の最終面（下面）４ｓとほぼ同じ高さかそれよりも若干低くなるように配置されることが好ましく、これにより液体の取りこぼし（完全に回収できないこと）を防止しながら、ウエハ上の液体を効率よく回収することができる。

液体供給ノズル５の液体を吐出する出口の総長Ｌ１は、少なくとも露光光束が通る領域の長さＬｅと同じかそれより長いことが好ましく、投影光学系４の最終面４ｓの幅と同じかそれより長いことが更に好ましい。液体回収ノズル６の長さＬ２は、液体供給ノズル５の液体吐出口の長さＬ１と同じかそれよりも長いことが好ましく、投影光学系最終面４ｓの幅と同じかそれより長いことが更に好ましい。

供給ノズル５からウエハ９と投影光学系４の下面との間の空間（液浸空間）に供給する液体の流量Ｖは、式（１）に従って決定することが望ましい。

Ｖ≧Ｌ１・ｄ・υ ・・・・式（１）
ここで、ｄは、ウエハと投影光学系最終面（下面）との間の液を満たす部分の間隔である。υは、液浸時のウエハの移動速度であり、スキャン露光時においてはウエハのスキャン速度が適用される。

さらに、液体供給ノズル５から液浸空間に供給する液体の流量Ｖは、供給ノズル５の液体吐出口での液体の平均流速をμとすると、式（２）で示される。

Ｖ＝Ｌ１・ｗ・μ ・・・・式（２）
ここで、ｗは、液体吐出口の幅である。式（１）と式（２）より式（３）が導かれる。

μ≧ｄ・υ／ｗ ・・・・式（３）
即ち、より一般的には、供給ノズル５の液体吐出口における液体の平均流速（即ち吐出口単位面積あたりの供給流量）が、投影光学系最終面４ｓとウエハ９との間隙の間隔ｄとウエハステージ１０の移動速度υとの積を吐出口の幅ｗで除した値と等しいかそれより大きくなるように、供給する液体の流量を決定すればよい。ここで、ｗを厳密に定義すると、対応する液体供給ノズル５におけるウエハ９の移動方向に沿った液体吐出口の幅の最小値となる。

ウエハの端部から露光を開始することを可能にするためには、ウエハの端部が露光領域（露光光が照射される領域）に到達する前に投影光学系４の最終面（下面）４ｓの下に液膜を十分成長させる必要がある。そこで、図３に示す構成例では、ウエハ９の外側に、ウエハ９とほぼ同じ高さの同面板（平面板）１９を設けることにより、ウエハ９の外側の領域においても液膜を形成することを可能にしている。

図４は、液体供給ノズル５及び液体回収ノズル６の構成及び配置に関する第２の構成例を示す図である。図４に示す第２の構成例は、液体供給ノズル５と液体回収ノズル６の口が連続部材２０ａ、２０ｂの面（ウエハステージ又はウエハに対向する対向面）内に設けられている点で図３に示す第１の構成例と異なる。

連続部材２０ａ及び２０ｂの底面（対向面）は、投影光学系最終面４ｓとほぼ同じ高さである。また、投影光学系最終面４ｓの外周端は、投影光学系４の鏡筒の外周部と密接するように配置されている。このような構成によれば、ウエハ９と液体供給ノズル５の底面との間隔、ウエハ９と液体回収ノズル６の底面との間隔、及びウエハ９と投影光学系最終面４ｓとの間隔をほぼ同一にし、更に、液体供給ノズル５の底面、投影光学系最終面４ｓ、液体回収ノズル６の底面を連続した面として構成することができる。

投影光学系最終面４ｓから連続した面内に各ノズル５、６を配置した構成は、次のような利点を有する。液体供給ノズル５から供給された液体は、液体供給ノズル５が開口した連続部材２０ａの底面とウエハ９とに密着して液膜を形成する。この液膜は、ウエハ９とともに、連続部材２０ａの底面に対して連続して繋がった投影光学系最終面４ｓに向かって進む。したがって、この液膜は、投影光学系４の最終面４ｓ、更には連続部材２０ｂの底面にスムーズに進入することができる。このように、投影光学系最終面４ｓとそれに連続した連続部材２０ａ、２０ｂは、それらとウエハ９との間隙のほぼ全面を液体で満たすことを可能にする。

また、液膜は常にその上面及び下面が平面と密着しながらウエハ９とともに移動するので、液膜を取り巻く環境（気体）との接触は実質的に液膜の側面のみとなる。したがって、液膜と気体との接触面積が小さく、更に液膜は、ほぼ一定の間隙を流れるために速度変化が少なく流れに乱れが起こりにくく、液膜中に気泡が発生しにくい。また、このことは液体中への気体の溶解を低減するため、温度や局所的な圧力変化に起因して液膜中に微少気泡が発生することを抑制することができる。

連続部材２０ａ、２０ｂは、その底面（下面）が投影光学系４の最終面（下面）４ｓと連続している限り、薄板形状であってもよいし、ブロック形状であってもよいし、その他の形状を有してもよい。また、連続部材２０ａ、２０ｂは、ノズル５、６の底面及び／又は投影光学系４の鏡筒の底面と一体化した部分として構成されてもよい。

図５は、液体供給ノズル５と液体回収ノズル６の構成及び配置に関する第３の構成例を示す図である。図５に示す第３の構成例は、液体供給ノズル５（５ａ、５ｂ）と液体回収ノズル６（６ａ、６ｂ）の双方を投影光学系最終面４ｓを挟んで両側に配置した点で、図４に示す第２の構成例と異なる。

液体供給ノズル５ａ、５ｂは、相対的に投影光学系４の最終面４ｓに近い位置に投影光学系４を挟むように配置され、液体回収ノズル６ａ、６ｂは、相対的に投影光学系４の最終面４ｓから遠い位置、すなわち液体供給ノズル５ａ、５ｂの外側に配置されうる。

図５に示す矢印の＋Ｘ方向にウエハ９が移動している際は、液体供給ノズル５ａからウエハ９と最終面４ｓとの間隙に液体を供給し、液体供給ノズル５ｂからの供給は停止する。このとき、液体回収ノズル６ｂにより殆どの液体は回収されうる。しかしながら、液体供給ノズル５ａから供給される液体の流量によっては反対方向にも液体が流れる可能性がある。そこで、液体回収ノズル６ｂの他、液体回収ノズル６ａも動作させ、逆方向に流れる液も回収することにより、液体の飛散やこぼれを防止することができる。このような効果を考慮すると、液体回収ノズルは、投影光学系最終面４ｓの周囲を取り囲むように全周に配置されることが好ましく、液体供給ノズルから液体が供給される際には常に液体回収ノズルを作動させることが好ましい。

一方、図５に示す矢印の−Ｘ方向にウエハ９が移動している際は、上記とは逆に、液体供給ノズル５ｂより液体を供給し、５ａからの液体の供給は停止する。これにより、ウエハの移動方向の正逆に関わらず、常にウエハ９と投影レンズ最終面４ｓとの間隙を液体で満たすことができる。また、双方のノズル５ａ、５ｂからの液体の供給を切り替えることで、ウエハの移動方向を反転させる際にも、液膜を途切れさせずに（液膜を分離させずに）、ウエハ９と投影レンズ最終面４ｓとの間隙を液体で満たすことができる。

投影レンズ最終面４ｓの形状は円形である必要はない。例えば、ノズルに面する部分を直線とし、例えば図５のような俵形にすることにより、液体供給ノズル５ａ、５ｂと液体回収ノズル６ａ、６ｂをより露光光束の光路に近づけることができる。これにより、液体を満たすために必要な時間やウエハの移動距置を少なくすることができる。特にスキャナーの場合は、露光光束がウエハ面上でスリット形状であり、それに近接する投影レンズ最終面４ｓにおいてもスキャン方向に短くスキャン方向に直交する方向に長い断面形状の光束が使われる。そこで、このような光束の断面形状に合わせて、投影光学系４の最終面の形状をスキャン方向の幅が狭い俵型等の形状にすることができる。もちろん、投影光学系の最終面の形状は俵型に限られるものではなく、矩形や円環弧（円環の一部分）の形状など、様々な形状にしうる。

図６は、液体供給ノズル及び液体回収ノズルの構成及び配置に関する第４の構成例を示す図である。図６に示す第４の構成例では、投影光学系最終面４ｓを取り囲む周囲４辺にそれぞれ液体供給ノズル５ａ〜５ｄを設け、更に、それらの外周を取り囲むように液体回収ノズル６ａ〜６ｄを設けている。図中矢印＋Ｘ方向にウエハが移動するときは、このウエハ移動方向における上流側に設けられた液体供給ノズル５ａより液体を供給し、矢印−Ｘ方向にウエハが移動するときは、液体供給ノズル５ｂより液体を供給する。また、矢印＋Ｙ方向にウエハが移動するときには、供給ノズル５ｃから液体を供給し、矢印−Ｙ方向にウエハが移動するときには、液体供給ノズル５ｄから液体を供給する。

液体の回収は、ウエハの移動方向における下流側に配置された液体回収ノズルによって殆どが行われるため、対象となる回収ノズルのみを作動させる構成であってもよい。しかしながら、誤動作などの不測の事態に備えて、液体回収ノズル６ａ〜６ｃは、この４つすべてを少なくとも液体を供給している間は同時に作動させた方が、液体の飛散やこぼれをより確実に防止することができる。もちろん、複数個の液体回収ノズルを配置する代わりに、投影光学系最終面４ｓの周囲を取り囲むように全周にわたった一つの液体回収ノズルを配置してもよい。液体供給ノズル６ａ〜６ｃから供給する液体の流量は、式（３）に従って決定すればよい。以上のような構成によれば、ウエハの移動方向は、Ｘ、Ｙ方向に制限されず、斜め方向への移動においても液膜の維持が可能となる。

このように、投影光学系最終面４ｓを取り囲むように複数の液体供給ノズルを配置し、更にウエハ移動時には、その移動方向における上流（投影光学系から見て移動方向の反対側）に配置された液体供給ノズルから液体が供給されるように、供給に使用する液体供給ノズルを切り替えることにより、ウエハの移動方向によらず投影光学系最終面４ｓとウエハとの間隙を常に液体で満たすことが可能となる。その結果、スキャン露光中だけでなくウエハ面内でのステップ移動中やウエハの移動方向を変える際においても、常に液膜を途切れさせずに、ウエハ９と投影レンズ最終面４ｓの間を液体で満たしておくことができる。これにより、一枚のウエハの中で露光開始からウエハ全面の露光が完了するまで、投影光学系最終面４ｓとウエハ９との間隙を液膜を途切れさることなく常に液体で満たすことが可能となる。その結果、ショット毎に液膜を形成する必要がなくなり、露光装置の生産性が大幅に向上する。

図７は、液体供給ノズル及び液体回収ノズルの構成及び配置に関する第５の構成例を示す図である。この構成例では、液体供給ノズル５ａ〜５ｈと液体回収ノズル６ａ〜６ｈが、投影光学系最終面４ｓの外周を取り囲むように、円周上に並べられている。液体供給ノズルは、液体回収ノズルの内側に配置される。このように、各ノズルを円周上に配置することで、ウエハステージ１０が斜めに移動する場合においても、その移動方向における上流にほぼ対応する液体供給ノズルから液体を供給し、少なくとも移動方向下流に位置する液体回収ノズルから液体を回収することで、投影光学系最終面とウエハとの間隙を液体で満たすことが可能となる。

例えば、ウエハが矢印で示すように＋Ｘ、＋Ｙ方向の斜め４５°に移動する場合は、少なくとも液体供給ノズル５ｂと５ｃから液体を供給し、少なくとも液体回収ノズル６ｆと６ｇから液体を回収するように各ノズルを制御すればよい。このように、各ノズルを円周上に配置することによって、より柔軟にウエハの様々な移動方向に対応して液膜を形成することが可能になる。図７では、複数個の分割された液体回収ノズルが示されているが、第４の構成例に関して説明したことと同様に、誤動作などの不測の事態に備えて、液体回収ノズル６ａ〜６ｈのすべてを少なくとも液体を供給している間は同時に作動させた方が液体の飛散やこぼれをより確実に防止することができる。もちろん、複数の液体回収ノズルを配置する代わりに、投影光学系最終面４ｓの周囲を取り囲むように全周にわたった一つの液体回収ノズルを配置してもよい。

ウエハと投影レンズ最終面４ｓとの間隙が液体で満たされていない状態や、液体の満たし方が不完全で未だ間隙に気体が存在する場合には、これまで説明したように、ウエハの移動方向の上流側から液体を供給することが好ましい。しかしながら、完全にウエハ９と投影レンズ最終面４ｓとの間隙が液体で満たされた後は、ウエハの移動方向に拘わらず、すべての液体供給ノズルから液体を供給してもよい。この場合、供給する液体の流量や回収流量が増え、ランニングコストが高くなる欠点がある反面、供給ノズルの切り替えを頻繁に行う必要がなくなるため、切り替えに要する時間がなくなり、露光装置の生産性が向上する。また、供給ノズルを高速で切り替える駆動装置が不要となり、更には液体供給装置を小型化できるという利点もある。このような液体の供給の制御は、図７に示す構成例に限られず、図５、図６に示すノズルの構成にも適用することができ、この場合においても同様の効果を得ることができる。

図７に示す構成例において、液体供給ノズルから供給する液体の流量については、基本的には、個々の液体供給ノズルに対してそれぞれ式（３）を適用して決定すればよい。また、これを簡略化して、すべての液体供給ノズルから同一流量の液体を均一に供給することができる。この場合は、図７に示す構成例においては液体供給ノズルの吐出口の形状が露光光束の中心の周りに同状に配置されているので、ウエハの移動方向によらず液体供給口の幅を一定値ｗ'とし、式（４）に従って総流量Ｖ'を決定すればよい。

Ｖ'≧π・Ｄ・ｄ・υ ・・・・式（４）
ここで、πは円周率、Ｄは吐出口の平均直径、ｄはウエハと投影光学系最終面との間隔、υは液浸時のウエハの移動速度である。

次に、本発明の他の好適な実施形態を図８と図９を参照しながら説明する。図８は、投影光学系最終面４ｓ及びその周辺に設けられた各ノズルの上方からウエハステージ１０を見た平面図である。なお、本来の作図法によれば、各ノズル５、６の吹き出し口は、ウエハ９に対向するように設けられているため、上方から見た平面図では隠れ線（破線）によって表されるべきであるが、解りやすくするために実線で表現している。

ウエハステージ上１０に吸着されたウエハ９に隣接して平面板２１が設けられている。平面板２１は、その上面がウエハステージ１０上に真空吸着などによって固定されるウエハ９の上面とほぼ同じ高さになるように、配置されている。投影光学系最終面４ｓの直下に平面板２１が位置している際に、ウエハ９をウエハステージ１０上から回収し、及び、ウエハ９をウエハステージ１０上に載置することができるように、不図示のウエハ搬送装置が配置されている。

図９を参照しながら本実施形態の工程を説明する。図９は、図８の主要部の横断面図を用いて各部の挙動を工程順に示している。

露光中は、必要に応じて液体供給ノズル５より液体が供給され、液体回収ノズル６により液体が回収されつつ、ウエハ９と投影光学系最終面４ｓとの間隙が液体で常に満たされた状態に維持される（図９（ａ））。一枚のウエハ９に対する一連の露光が終了した時点で、ウエハ９に隣接する平面板２１が投影光学系最終面４ｓの直下に位置するようにウエハステージ１０を移動する（図９（ｂ））。ウエハステージ１０を移動する際には液体供給ノズル５より液体を供給し、液体回収ノズル６より液体を回収し続けることにより、平面板２１が投影光学系最終面４ｓの下に位置した状態においても、投影光学系最終面４ｓの下は常に液体で満たされている。次に、この状態を維持しつつウエハステージ１０上に吸着固定されている露光済みのウエハ９をウエハステージ１０より不図示のウエハ収納部に回収する。更に、新しいウエハ９'をウエハステージ１０上に載置し、吸着固定させる（図９（ｃ））。

そして、液体供給ノズル５から液体を供給し、液体回収ノズル６によって液体を回収しながらウエハステージ１０を移動し、投影光学系最終面４ｓの下に常に液体を満たし続けながら、ウエハ９'を投影光学系最終面４ｓの直下に送り込む（図９（ｄ））。

このように、露光終了後においても液体の供給と回収を続けながら平面板２１を露光位置に移動させることで、ウエハ上の液体の殆どを回収することができる。したがって、特別な液体の回収動作をすることなく、ウエハの交換をスムーズに行うことができるため、露光装置の生産性を向上させることができる。更に、投影光学系最終面４ｓはウエハの交換に関わらず常に液体で満たされるため、環境雰囲気に含まれる不純物が直接的に投影光学系最終面４ｓに触れることがない。しかも、液体と空気との接触部が最小限に抑えられるため、液体中に取り込まれる不純物の量が最小限に抑えることができる。したがって、不純物による投影光学系最終面４ｓの曇りを抑制することができる。

逆に、ウエハ交換の度に液体を回収した場合には、投影光学系最終面４ｓの表面は、一時的に薄い液膜が付いた状態に置かれる。液体が純水などの場合には、環境中に含まれる無機成分や親水性の有機成分が純水の膜の中に取り入れられやすく、純水が蒸発したときには、無機成分や有機成分が投影光学系の表面に残存し、曇りの原因となる可能性が非常に高い。

また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、ウエハステージ１０上のウエハを交換している最中には、投影光学系最終面４ｓと平面板２１との間に液膜が維持されている状態になっているが、この直前まで液膜はウエハ上に塗布された感光剤表面に接して露光光を受けていたことになる。感光剤が露光される時には多かれ少なかれ感光剤に含まれていた成分がガス状物質となって放出され、その上面に接している液膜にこのガス状物質が溶け込んでしまう。

露光直後の液膜にはこのガス状物質が溶け込んだ汚染された状態になっているため、次の露光開始前までに液膜を新しい液体に十分に置換した方がよい。さもなければ、溶け込んだ不純物によって液膜中の透過率が変化して露光量制御に悪影響を与え、線幅バラツキの増大など露光装置の生産性を悪化させる不具合が生じる可能性がある。更に、溶け込んだ不純物が過飽和の状態になって気泡として発生し結像不良が生じる懸念もある。液膜中に溶け込んだ不純物が露光光によって化学反応を引き起こし、それが投影光学系最終面の曇りの原因となる可能性もある。そこで、以下では、このような問題とその解決方法について考える。

液体供給ノズル５から絶えず新しい液体が供給され、液体回収ノズル６から絶えず回収されている状態であれば、置換速度が遅いとしても、一応液膜は新しい液体で置換されることになる。したがって、ウエハ９上あるいは平面板２１上において、ノズル５、６による供給と回収だけで次の露光に十分な液膜の純度が高められることもあると考えられる。また、供給及び回収の流量を露光直後に大きくし、露光直前に元の流量に戻すことにより、液膜の純度をさらに改善することができる。この場合において、流量の変更とともにウエハ９及び平面板２１を移動させ、さらに流量の変更量に応じてウエハ９及び平面板２１の移動速度も変更した方が液膜の置換速度が上がる。ウエハ９又は平面板２１を往復又は回転運動させながら液体の供給・回収を行えば、連続的に液膜を置換することができるので更によい。

このうような供給流量と回収流量の増減をショット領域毎に実施してもよいし、ウエハ毎に実施してもよいし、必要に応じて実施する間隔やタイミングを変えられるようにしても良い。しかし、使用する感光剤の材質よっては露光をしていない状態でもアウトガスが発生するため、感光剤上に液膜が接触するだけで汚染が進行する場合もあり、更に必要な露光量に対して非常にアウトガスの多いのものもある。したがって、予想以上に液膜が汚染されやすい場合もある。

そこで、より積極的に投影光学系最終面下の液膜を新しい液体と置換する別の方法として、図８のように平面板２１の中央などの適切な位置に液体吸引口２２を設けてもよい。この吸引口２２には不図示の吸引ポンプやシリンダーなどの吸引装置が接続されており、気体や液体を吸引することができる。即ち、図１０に示すように、投影光学系最終面４ｓ直下に平面板２１が送り込まれた状態で、吸引口２２から液体を回収すると同時に、液体供給ノズル５から供給される液体の流量を少なくとも吸引口２２から吸引される量と同じ流量だけ増やす。これにより投影光学系最終面下の液膜の殆どは、外周方向（液体回収ノズル６方向）ではなく中央の吸引口２２に向かう流れを持つこととなり、平板２１が静止している状態においても、この液膜を常に新しい液体で置換し続けることができる（図１０（ｂ）、図１０（ｃ））。

以上のような構成により、投影光学系最終面下における液体の置換速度が飛躍的に向上する。また、汚染の懸念のある感光剤上ではなくステンレス鋼やフッ素樹脂等の化学的に汚染されにくく清浄度を保ちやすい材質を適用できる平面板２１上で液膜の置換を行うので、非常に純度の高い液体で投影光学系最終面の下の間隙を満たすことができる。したがって、外気中に存在する不純物や感光剤表面から発生する不純物ガス成分が投影光学系最終面に与える曇りなどの影響を更に効果的に抑えることができる。

図９、図１０に示すような平面板２１上での液膜の置換は、ウエハ交換時に限定されるものではなく、一枚のウエハの一連の露光シーケンス中においても、定期・不定期に拘わらず、必要に応じて実施することができる。

図９、図１０に示す構成例では、ウエハステージ上に平面板２１を設け、ウエハステージと不図示のウエハ搬送装置との間でウエハを受け渡しする際に、投影光学系最終面４ｓ直下に平面板２１が位置する。しかしながら、平面板２１は、例えば、露光前に実施する不図示のオフアクシス顕微鏡による位置合わせ計測工程を行う際など、露光前後に必要な各種作業や露光装置の維持・管理に必要な各種作業を行う際においても、投影光学系最終面の直下に位置するように構成されてもよい。ここで、複数のウエハステージ位置において投影光学系最終面の直下に平面板２１や吸引口２２が必要な場合は、複数の平面板や吸引口をウエハステージ上に配置してもよい。もちろん、図３で示した同面板１９のように、ウエハを取り囲むように平面板を配置してよく、この平面板に複数の吸引口を各種工程を行う際の投影光学系最終面の位置に合わせて設けてもよい。

図９、図１０では、平面板２１がウエハステージ１０上に配置されているが、不図示の専用の駆動装置を設けて、平面板２１をウエハステージ１０から独立して移動できるように構成してもよい。ただし、この場合は、平面板２１は、ウエハステージ１０上に吸着固定されたウエハとの間に大きな間隙が形成されないように駆動されるべきである。例えば、図９（ａ）から（ｂ）の状態に移行する際や、図９（ｃ）から（ｄ）の状態に移行する際には、ウエハステージ１０と平面板２１は、互いに隣接する位置関係を保つように連携しながら投影光学系最終面付近を移動するように駆動されるべきである。ここで、少なくともウエハと平面板２１との間隙が投影光学系最終面の直下を通過する間は、平面板２１の高さがウエハー上面とほぼ同じ高さに維持されるべきである。

投影光学系最終面と平面板２１との間に液膜を移動させた後は、平面板２１についてはその位置を維持し、ウエハステージ１０についてはその位置を任意に変更し、種々の工程を行うことができる。このように平面板２１をウエハステージ１０から独立して移動させる機構を設けることにより、ウエハステージ１０が露光以外の種々の作業のために使用されている時間区間を利用して、投影光学系最終面の下を液体で満たし続けることができる利点がある。また、このような機構を設けることにより、複数の平面板や吸引口を設けたり、平面板を大きくしたりする必要がなくなるので、露光装置を小型化することができる。

平面板２１の適当な箇所に露光光の照度分布を計測するための照度ムラセンサや、露光光の絶対照度を計測するための絶対照度計を設けてもよい。この場合、一旦液体を回収することなく投影光学系最終面下に液体を満たし続けたままで、しかも露光状態とほぼ同じ液浸状態で照度ムラや絶対照度を計測することができる。これにより、露光装置の生産性を落とすことなく、高い精度で照度ムラや絶対照度を計測することができる。以上のように、平面板はウエハステージとは個別に移動できることが生産性の点で好ましいが、走査型露光装置の場合においては、走査時の積算照度ムラを計測できる点で照度ムラセンサを平面板と一緒にウエハステージ上に配置することにも利点がある。

吸引口２２から気体や液体を吸引する機能を用いることにより、投影光学系最終面４ｓへの初期液膜の生成をより迅速に行うことができる。図１１を参照しながら吸引口２２を用いた初期液膜の生成方法を説明する。

初めに、投影レンズ最終面４ｓの外周を囲むように配置された液体供給ノズル５のほぼ中央の直下に、吸引口２２が位置するように平面板２１を移動させる。この状態において、液体供給ノズル５の全周から液体を平面板２１上に供給する（図１１（ａ））。

供給された液体は、投影レンズ最終面４ｓを含む平行平面（連続部材）２０と平面板２１の間に、中央に気体ｇを残したまま、液体供給ノズル５の配置に従って周状或いは環状に液膜ｆを形成する。このまま液体を供給し続けただけでは、液膜ｆの内側に気体ｇが封じ込められているため、気体ｇは外に排出されない。したがって、投影レンズ最終面４ｓの下の空間を何時まで経っても液体で完全に満たすことはできない。

そこで、液体供給ノズル５から液体を周状或いは環状に最終面４ｓ下の空間に供給した状態で吸引口２２を通して気体ｇを吸引する。この吸引によって気体ｇの圧力は外部環境の圧力よりも負圧になり、外周に形成されている液膜には、この圧力差によって、外周から吸引口２２に向かう力が働き、液膜は吸引口２２に向かって速やかに広がり始める（図１１（ｂ））。更に、吸引口２２を通して吸引を続けると、液体が吸引口２２を通して吸引され始める頃には、投影光学系最終面４ｓと平面板２１との間の隙間は、気体ｇのない液膜で満たされる（図１１（ｃ））。

次に、吸引口２２からの吸引を停止する。吸引を停止した状態では、ウエハステージ１０が停止している間は液体供給ノズル５からの液体の供給を停止してもよい。しかしながら、液体が静止した状態では、周囲環境を構成する気体や不純物が絶えず液体の中に取り込まれている。そのため、気泡や不純物の濃度が高くなり、発生した気泡が消失せずに露光時まで残ったり、露光によって微少な気泡が発生したり、更には取り込まれた不純物によって投影光学系最終面が曇ったりする不具合が生じうる。この不具合を避けるためには、ウエハステージ１０が停止している間も絶えず液体を供給し続け、この液体を供給している間は、少なくとも液体回収ノズル６により液体を回収することが好ましい。

図１１（ａ）〜（ｃ）の間は、液体回収ノズル６は停止しておいてもよいが、振動や突発的な液体供給量の変動などにより外部に液体が飛び散るのを防ぐためには、常に液体回収ノズル６は稼働させておくことが好ましい。

最後に、液体の供給と回収を続けたまま投影光学系最終面の直下にウエハ９が位置するようにウエハステージ２１を移動させる（図１１（ｄ））。

このように、吸引により、周状或いは環状に形成された液膜を中央に向かって成長させれば、より迅速に気泡の無い液膜を形成することが可能であり、ひいては露光装置の生産性を向上させる利点がある。また、この方法によれば、ステージの移動が不要であるため、より開口数の大きい投影光学系を採用した場合など、特に大きな面積の液膜を生成する方法としても適している。

もちろん、吸引口２２を用いることにより、液膜の回収を迅速に行うこともできる。即ち、投影光学系最終面４ｓと平面板２１との間に液膜を移した状態から、液体供給ノズル５からの液体の供給を停止し、吸引口２２より液体を吸引することで、投影光学系最終面４ｓと液体吸引板２１の間にあった液膜の殆どを迅速に回収することができる。この時、液体の回収をより完全に行うために、ウエハステージ１０を動かしながら液体を吸引してもよい。この液膜の回収機能を使用することによって、即座に液膜を回収することができるため、装置の保守・点検作業や故障時の対応作業を遅滞なく迅速に開始することが可能となる。

図１１を参照しながら、平面板２１に設けた吸引口２２を用いることにより、初期液膜を迅速に生成する方法を説明した。この方法とは別に、図１２に示すように、吸引口２２の代わりに液体注入口２３を平面板２１に設けて、不図示の液体供給装置から液体注入口２３を通して液体を供給しても、以下のように初期液膜を迅速に生成することができる。即ち、図１２において、まず初めに投影レンズ最終面４ｓの外周を囲むように配置された液体供給ノズル５のほぼ中央の直下に、液体注入口２３が位置するように平面板２１を移動させる。この状態から液体注入口２３を通して液体を平面板２１上に供給する。供給した液体は、投影レンズ最終面４ｓと液体注入口２３を含む平面板２１との間に、小さな液膜を形成する（図１２（ａ））。

さらに続けて液体注入口２３を通して液体を供給することにより、この小さな液膜ｆは放射状に広がり（図１２（ｂ））、投影光学系最終面４ｓと平面板２１との間隙が液体で満たされる。

必要に応じて液体回収ノズル６を通して液体を回収することにより、平面板２１や投影光学系最終面４ｓから液体がはみ出すことを防ぐことができる（図１２（ｃ））。

また、液体注入口２３を利用することでも、図１０を参照して説明したことと同様に、平面板２１を静止させた状態で、周囲に液体を飛散、漏出させることなく投影光学系最終面下の液膜を新しい液体で絶えず満たし続けることができる。具体的には、液体注入口２３より液体を供給すると同時に、液体回収ノズル６を通して液体を回収する。もちろん、このときには、液体供給ノズル５からの液体の供給は中断した方がよい。

このようにすれば、平面板２１と投影光学系最終面４ｓとの間の空間のほぼ中央より液体を満たし始めるので、吸引口２２を使って投影光学系最終面４ｓの外周より液体を満たし始める方法よりも、より周囲の気体との接触面積を小さくすることができる。したがって、初期液膜中に溶解する気体や気体中に含まれる不純物の量をより小さくすることができるため、より安定した露光・解像性能が得られ、また不純物による曇りに対する抑制効果を一層高めることができる。

また、液体注入口２３に加えて、図１０、図１１で示した液体吸引口２２を、平面板２１に設けて、初期液膜の生成や液膜の置換には液体注入口２２を使用し、液膜部を周囲の環境気体に置換するための液体の回収には液体吸引口２３を使用してもよい。液体注入口２２の機能と液体吸引口２３の機能を同じ開口部で実現することもできる。即ち、平面板２１に設けた開口に対して、吸引装置（不図示）及び液体供給装置（不図示）の両方を切換バルブを介して連通させ、この切換バルブを切り替えることにより、吸引口２２と注入口２３の機能を必要に応じて切り替えることができる。このようにすれば平面板２１をよりコンパクトにできる。

図８〜図１２を参照して説明した平面板２１、吸引口２２、注入口２３の適用は、本明細書において明示的に説明した液体供給ノズルや液体回収ノズルとの組み合わせにおいて使用されることに限定されず、例えばＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されている液体供給用や液体回収用の配管など、種々の液体供給・回収機構との組み合わせにおいて使用されうる。

図１３は、液体供給ノズルと液体回収ノズルの構成及び配置に関する第６の構成例を示す斜視図である。図１３に示す構成例は、液体供給ノズル５が配置された液接触面２０ａの外周側に、液接触面２０ａよりもウエハに近い位置に配置された外周面（突出面）２０ｃが設けられている点、すなわち、段差がある点が図６に示す構成例と異なる。外周面２０ｃには、液体回収ノズル６が周状に配置されている。

このように、投影光学系最終面４ｓの液膜が形成される液接触面２０ａの外周側に、液接触面２０ａよりもウエハに近い位置に外周面２０ｃを設けることにより、液体が液接触面２０ａの外側に逃げにくくなる。これによって、液体回収ノズル６を通して液体を回収する能力を小さくことを可能にし、ひいては液体回収ノズル６や液体回収装置８を小型化することができる。ここで、図１３に示す構成例では、液体回収ノズル６が外側の面２０ｃ側に設けられているが、液体回収ノズルは、例えば２０ａ側に設けられてもよいし、より確実な液体の回収のために面２０ａ、２０ｃの双方に設けられてもよい。

また、図１３に示す構成例では、内側の面２０ａに対して段差をもって形成された外側の面２０ｃが投影光学系最終面４ｓを全周にわたって取り囲む用に設けたが、例えば液浸時のウエハの移動方向が限定される場合には、外側の面２０ｃ或いは段差部は、ウエハの移動方向の下流側のみに設けられてもよい。この場合、外側２０ｃ或いは段差部の長さは、液体回収ノズルの長さと同じか、それよりも長いことが望ましい。

液体供給ノズル５や液体回収ノズル６のノズル口は、単なる開口として構成してもよいが、液の供給量や回収量の場所ムラを少なくし、更に液ダレしにくくするという点では、微少な穴を複数有する多孔板や多孔質体をノズル口に設けることが望ましい。特に繊維状や粒状（粉状）の金属材料や無機材料を焼結した多孔質体が好適である。またこれらに使用される材料（少なくとも表面を構成する材質）としてはステンレス、ニッケル、アルミナ、石英ガラスが液浸用媒体として使用される純水やフッ化液との相性の点で好適である。

図１４は、液体供給ノズル及び液体回収ノズルの構成及び配置に関する第７の構成例を示す斜視図である。図１４に示す構成例は、投影光学系最終面４ｓを取り囲む最外周部に不活性ガス吹き出し部２４を設けた点で、これまでに挙げた第１〜第６の構成例と異なる。

不活性ガス吹き出し部（吹き出し環）２４は、不図示の不活性ガス供給装置と連通しており、その下方に配置されるウエハや平面板に向かって、ほぼ均一な速度で不活性ガスを吹き出すことができるように構成されている。投影光学系最終面４ｓとウエハや平面板との間に液膜が形成されている状態で、不活性ガス吹き出し部２４より不活性ガスを吹き出すことにより、この液膜に対してその外周側から不活性ガスにより圧力を加えることにより液膜を構成している液体が外に飛散することを防止することができる。この利点は、ウエハや平面板が移動している際に特に有効に機能する。また、不活性ガスを供給することにより、液膜が中心方向に押されるので、液膜がウエハや平面板の表面に付着したまま残ってしまうことを防止することができる。また、不活性ガスを供給することにより、ウエハや平面板の表面を乾燥させることができる。ここで、ウエハや平面板を乾燥させるためだけに不活性ガスを利用するのであれば、不活性ガスの圧力は低くてもよい。

また不活性ガス吹き出し部２４には吹き出し速度の場所ムラを抑えるために、液体供給ノズル５と同様、その吹き出し口に多孔板や多孔質体をノズル口に設けても良く、またおよそ０．１ｍｍ程度の微少な隙間から不活性ガスを吹き出すスリットノズルとすれば、さらに不活性ガスの消費量を抑える利点があり尚良い。

以上のような構成によれば、ウエハや平面板の上面に液体が残存することをより確実に防止することができる。これは、ウエハ交換時や保守点検時に、残存した液体を回収するためのユニットや作業が不要とし、露光装置の生産性を向上させること、及び、装置の大型化を防ぐことに寄与する。また、不活性ガスの供給により、ウエハ上面に塗布された感光剤表面が濡れた状態に置かれる時間を短時間に抑え、さらに即座に感光剤表面を乾燥させることができる。したがって、感光剤の露光後の現像工程に影響を与える、濡れ状態に対する依存性を極力低減することができるため、安定した解像性能を感光剤に期待することができる。

図１４に示す構成例では、投影光学系最終面４ｓとほぼ同面となる液接触面２０ａに液体供給ノズル５と液体回収ノズル６を設け、その外周側に平面２０ａよりもウエハに近い平面２０ｃを設け、平面２０ｃに不活性ガス吹き出し部を設けている。このように液接触面２０ａよりもウエハに近い面に不活性ガス吹き出し部を設けることにより、比較的少ないガス流量で、大きな圧力差を得ることができ、露光装置のランニングコストを抑え、また、不活性ガスが外部に与える影響を最小限に抑えることができる。もちろん、不活性ガス吹き出し部の効果は、これを液接触面２０ａ内に設けた場合においても、十分に発揮されうる。また、図３〜図５に示す構成例においても、液体供給口５や液体回収口６の外側であって、ウエハ移動方向の上流側に、それらと同じ長さかそれより長い不活性ガス吹き出し部を設けることができる。

図１４に示す不活性ガス吹き出し部２４の更に外周側に、不図示のガス吸い込み部（吸い込み環）を設けて、不活性ガス吹き出し部２４から吹き出された不活性ガスを、このガス吸い込み部によって吸い込んで回収し、露光領域の周囲に影響を及ぼさない場所にその吸い込んだ不活性ガスを排気することにより露光領域の周囲の領域に与える不活性ガスの影響を最小限に抑えることができる。ここで、露光領域の周囲に与える不活性ガスの影響の代表的な例としては、例えば、不活性ガスがウエハステージの位置を計測する干渉計の光路や、光学的フォーカスセンサの光路に流れ込んで、光路中の気体の成分が時間的、空間的に不均一となり、それが計測値の揺らぎ成分となって計測誤差の原因となることが挙げられる。

またこの不活性ガスには、有機物や酸性ガス、アルカリ性ガスなど光学系の曇りや感光剤に影響を与える不純物や水分を十分に取り除いた空気や窒素を使用するのが適当である。また特に窒素を使用すれば投影光学系最終面下に満たされた液体中に、大気中の酸素が溶け込むのを防ぐことができるため、特に液体として純水や機能水を使用する場合に、液体との接触面が酸化腐食するのを防止できる利点がある。

図１５は、液体供給ノズル５の好ましい構成例を示す図である。図３〜図８、図１３、図１４に示した液体供給ノズル５の吹き出し口形状はスリット状である。これに対して、図１５に示す構成例では、一つのノズルユニット（排出ユニット）５にｎ個（複数個）のノズルＪ１〜Ｊｎを備えている。これらのノズルＪ１〜Ｊｎは、それぞれ開閉バルブＶ１〜Ｖｎを介して液体供給装置７と接続されており、それぞれのノズルＪ１〜Ｊｎに対応した開閉バルブＶ１〜Ｖｎの動作を切り替えることにより、液体をそれぞれ個別に供給・停止することができる。

また、これらのノズル群は、一列だでなく、複数列に配置されてもよく、これによれば、供給流量を増やすことも可能であるし、さらには複雑な形状に液膜を形成することも可能である。

複数のノズルで構成されるノズルユニット５は、例えば図１６に示すようにウエハ外周境界部から液浸を行う場合において、下方にウエハがあるノズルに対応する開閉バルブのみ開いて液を供給し、さらにウエハの移動に伴って下方にウエハが入ってくるノズルに対応するバルブを順次開いてさらに液をウエハ上に供給するように制御されうる。これにより、液がウエハの外側にはみ出す事を防ぐことができる。これは、液体の回収のための装置負荷を低減する。

図１６では、ウエハが移動してノズル列の下方の領域内に入ってゆくケースを示しているが、ウエハがノズル列の下方の領域から外れるケースについても適用しうる。また、ウエハの外側に同面板を設けてもよく、この場合は、同面板の外縁に対応して各ノズルからの液体の供給を制御すればよく、これにより同面板の大きさを最小化することができる。したがって、ウエハステージの移動距離を小さくすることができ、装置サイズを小型化することができる。

また、図１５に示す構成例では、ノズルユニット５の各ノズルからの液の供給・停止が対応する開閉バルブの開閉によって行われる。これに代えて、例えばインクジェットプリンターで利用されているように、ノズルユニットの各ノズルに液滴を吐出・停止する機能を埋め込むことも可能であり、また連続して液体を供給する他に、液滴を高周波で吐出させることによって、実質的に連続した液膜をウエハ上に形成させることも可能である。具体的にはバブルジェット(登録商標)ノズルやサーマルジェットノズル、あるいはピエゾジェットノズルなどの構造及び機能を適用することができる。

本発明の好適な実施の形態によれば、液浸法を適用した投影露光装置において、液滴を周囲に飛散させることなく、投影光学系最終面と基板との間に短時間で液膜を形成することが可能であり、更に投影露光時に問題となる微少な気泡の発生を抑制することが可能である。また、基板毎に、又は、露光に先立って実施する位置合わせ工程毎に、又は、露光装置の性能を維持するための各種工程毎に、個別に液体を回収する作業が不要になる。また、投影光学系最終面を常に純度の高い液体で覆うことができ、しかも環境雰囲気との接触面積を小さくすることができるため、所定の露光・解像性能を安定して得ることが可能となり、更には環境中や感光剤中に含まれる不純物による曇りを抑制あるいは防止することができる。これらにより、露光装置の規模を大きくすることなく、また露光装置の生産性を損なうことなく、高精度かつ安定した投影露光が可能になり、微細なパターンを安定してかつ良好に基板に転写することができる。

次に、上述した露光装置を利用して、マイクロデバイス等のデバイスの一例としての半導体デバイスを製造するプロセスを説明する。図１７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（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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。

本発明によれば、液浸法を適用した露光装置及び露光方法の実用性を高めること、例えば、投影光学系の最終面と基板との間隙をより確実に液体で満たすこと、又は、投影光学系の最終面がそれを取り巻く雰囲気に晒される可能性を低減すること、又は、露光装置の構造を簡単化し、露光装置を小型化することができる。

本発明の好適な実施形態の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施の形態において投影光学系とウエハとの間隙を液体で満たす工程を模式的に示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第１の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第２の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第３の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第４の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第５の構成例を示す図である。 本発明の好適な他の実施形態の一部構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な他の実施の形態の露光装置において投影光学系下に平面板を送り込む工程を示す図である。 本発明の好適な他の実施の形態の露光装置において投影光学系下に平面板を送り込む他の工程を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置において投影光学系下に液膜を生成する工程を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置において投影光学系下に液膜を生成する他の工程を示した図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第６の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置における液体供給ノズル及び液体回収ノズルの第７の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態の露光装置におけるノズルユニット（複数ノズルで構成されたノズルユニット）の構成例を示す図である。 図１５に示すノズルユニットの適用例を示す図である。 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。

符号の説明

１：レチクル
２：照明系
３：レチクルステージ
４：投影光学系
４ｓ：投影光学系最終面
５,５ａ,５ｂ,５ｃ,５ｄ,５ｅ,５ｆ,５ｇ,５ｈ：液体供給ノズル
６,６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄ,６ｅ,６ｆ,６ｇ,６ｈ：液体回収ノズル
７：液体供給装置
８：液体回収装置
９：ウエハ
１０：ウエハステージ
１１：参照ミラー
１２：測距用レーザー干渉計
１３：ステージ制御装置、
１４,１５：定盤
１６：供給管
１７：回収管
１８：液浸制御装置
１９：同面板
２０,２０ａ，２０ｂ：連続部材（液接触面）
２０ｃ：外周面
２１：平面板
２２：吸引口
２３：液体注入口
２４：不活性ガス吹き出し部
ｆ：液浸用液体
ｇ：気体
ｅａ：露光スリット領域
Ｊ１,Ｊ２・・・Ｊｎ：ノズル
Ｖ１,Ｖ２・・・Ｖｎ：開閉バルブ

Claims (17)

1. 原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の被露光面と実質的に同じ高さの面を有する平面板と、
   前記平面板に設けられた液体注入口から、前記液体を注入する液体注入手段と、を備え、
   前記液体注入手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体注入口から前記液体を注入することを特徴とする露光装置。
2. 原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、
   前記平面板に設けられた液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、
   前記液体吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする露光装置。
3. 前記最終面を取り囲むように配置された供給口から、前記間隙に前記液体を供給する供給手段をさらに備え、
   前記供給手段により前記供給口から前記平面板に対し前記液体を供給しながら、前記液体吸引手段を用いて前記液体吸引口から気体を吸引すること、前記間隙に前記液体を満たすことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記最終面を取り囲むように配置された供給口から、前記間隙に前記液体を供給する供給手段をさらに備え、
   前記供給手段により前記供給口から前記平面板に対し前記液体を供給することなく、前記液体吸引手段を用いて前記液体吸引口から前記液体を吸引することにより、前記最終面と前記平面板との間隙から前記液体を回収することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
5. 前記最終面と前記平面板との間隙からの前記液体の回収は、前記基板ステージの移動と並行して行うことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、
   前記平面板に設けられた液体注入口から、前記液体を注入する液体注入手段と、
   前記平面板に設けられた液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、
   前記液体注入手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体注入口から前記液体を注入し、前記液体吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする露光装置。
7. 原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、
   前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する平面板と、
   前記平面板に設けられた開口から、前記液体の注入と前記液体の吸引とを選択的に行う液体注入吸引手段と、を備え、
   前記液体注入吸引手段は、前記最終面に対向させた前記平面板の前記開口から前記液体の注入と前記液体の吸引とを選択的に行うことを特徴とする露光装置。
8. 前記液体注入吸引手段は、前記液体の注入および前記液体の吸引を切替えるバルブを有することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記平面板は、前記基板ステージ上に配されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記平面板は、前記基板ステージとは独立して移動することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記平面板を前記最終面に対向させている間に、前記基板ステージに対する前記基板の供給または回収を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の露光装置。
12. 前記平面板を前記最終面に対向させている間に、前記基板ステージに保持された前記基板の位置合わせ計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 前記平面板を前記最終面に対向させている間に、前記露光装置の維持または管理のための作業を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の露光装置。
14. 前記平面板は、ステンレス鋼およびフッ素樹脂のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の露光装置。
15. 原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終面と前記基板との間隙に液体を満たした状態で、前記基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板を保持する基板ステージと、
    前記投影光学系に対して移動可能で、前記基板ステージに保持された前記基板の上面と実質的に同じ高さの上面を有する複数の平面板と、
    前記複数の平面板に設けられた複数の液体吸引口から、前記液体を吸引する液体吸引手段と、を備え、
    前記液体吸引手段は、前記複数の平面板のうち前記最終面に対向させた平面板の前記液体吸引口から前記液体を吸引することを特徴とする露光装置。
16. 前記投影光学系に対して移動可能で、前記原版を保持する原版ステージをさらに備え、
    前記原版および前記基板を前記投影光学系に対してスキャン移動させながら、前記原版のパターンを介し前記基板を露光することを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の露光装置。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    前記ステップにおいて露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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