以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。
<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態に係る露光装置EXを示す概略構成図である。図1において、露光装置EXは、マスクMを保持して移動可能なマスクステージMSTと、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に保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に保持されている基板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露光装置であって、基板P上に液体LQの液浸領域AR2を形成するための液浸機構100を備えている。液浸機構100は、投影光学系PLの像面側近傍に設けられ、液体LQを供給する供給口12を有する第1ノズル部材71と、投影光学系PLの光軸AXに対して第1ノズル部材71の外側に設けられ、液体LQを回収する回収口22を有する第2ノズル部材72と、第1ノズル部材71に設けられた供給口12を介して基板P上に液体LQを供給する液体供給機構10と、第2ノズル部材72に設けられた回収口22を介して基板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。第1ノズル部材71は、投影光学系PLを構成する複数の光学素子LS1〜LS6のうち、最も像面側に配置された第1光学素子LS1を保持しており、鏡筒PKの一部を構成している。第1ノズル部材71は、基板P(基板ステージPST)の上方において、投影光学系PLの一部である第1光学素子LS1を囲むように環状に形成されている。第2ノズル部材72は、基板P(基板ステージPST)の上方において、第1ノズル部材71の外側を囲むように環状に形成されている。第2ノズル部材72は支持機構81によって、第1ノズル部材71に対して離れた状態で支持されている。
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の像面側先端部の第1光学素子LS1と、その像面側に配置された基板P表面との間に液体LQを満たす局所液浸方式を採用し、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を通過した露光光ELを基板Pに照射することによってマスクMのパターンを基板Pに投影露光する。制御装置CONTは、液体供給機構10を使って基板P上に液体LQを所定量供給するとともに、液体回収機構20を使って基板P上の液体LQを所定量回収することで、基板P上に液体LQの液浸領域AR2を局所的に形成する。
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X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軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
露光装置EXは、床面上に設けられたベース9と、そのベース9上に設置されたメインコラム1とを備えている。メインコラム1には、内側に向けて突出する上側段部7及び下側段部8が形成されている。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って、メインコラム1の上部に固定された支持フレーム3により支持されている。
照明光学系ILは、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、及び露光光ELによるマスクM上の照明領域を設定する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。
本実施形態においては、液体LQとして純水を用いた。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。
マスクステージMSTは、マスクMを保持して移動可能である。マスクステージMSTは、マスクMを真空吸着(又は静電吸着)により保持する。マスクステージMSTの下面には非接触軸受である気体軸受(エアベアリング)45が複数設けられている。マスクステージMSTは、エアベアリング45によりマスク定盤4の上面(ガイド面)に対して非接触支持されている。マスクステージMST及びマスク定盤4の中央部にはマスクMのパターン像を通過させる開口部(開口部の側壁をMK1、MK2で表す)がそれぞれ形成されている。マスク定盤4は、メインコラム1の上側段部7に防振装置46を介して支持されている。すなわち、マスクステージMSTは、防振装置46及びマスク定盤4を介してメインコラム1(上側段部7)に支持された構成となっている。また、防振装置46によって、メインコラム1の振動が、マスクステージMSTを支持するマスク定盤4に伝わらないように、マスク定盤4とメインコラム1とが振動的に分離されている。
マスクステージMSTは、制御装置CONTにより制御されるリニアモータ等を含むマスクステージ駆動機構MSTDの駆動により、マスクMを保持した状態で、マスク定盤4上において、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方向に微少回転可能である。マスクステージMSTは、X軸方向に指定された走査速度で移動可能となっており、マスクMの全面が少なくとも投影光学系PLの光軸AXを横切ることができるだけのX軸方向の移動ストロークを有している。
マスクステージMST上には移動鏡41が設けられている。また、移動鏡41に対向する位置にはレーザ干渉計42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θZ方向の回転角(場合によってはθX、θY方向の回転角も含む)はレーザ干渉計42によりリアルタイムで計測される。レーザ干渉計42の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42の計測結果に基づいてマスクステージ駆動機構MSTDを駆動し、マスクステージMSTに保持されているマスクMの位置制御を行う。
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第1光学素子LS1を含む複数の光学素子LS1〜LS6で構成されており、それら光学素子LS1〜LS6は鏡筒PKで保持されている。鏡筒PKは、複数の分割鏡筒(サブバレル)SBを組み合わせたものである。そして、複数の分割鏡筒SBのうち、最も投影光学系PLの像面側(−Z側)に配置された分割鏡筒が、供給口12を有する第1ノズル部材71となっている。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、投影光学系PLは、反射素子を含まない屈折型、反射素子と屈折素子とを含む反射屈折型、及び屈折素子を含まない反射型のいずれであってもよい。
投影光学系PLを保持する鏡筒PKの外周にはフランジPFが設けられており、投影光学系PLはこのフランジPFを介して鏡筒定盤5に支持されている。鏡筒定盤5は、メインコラム1の下側段部8に防振装置47を介して支持されている。すなわち、投影光学系PLは、防振装置47及び鏡筒定盤5を介してメインコラム1(下側段部8)に支持された構成となっている。また、防振装置47によって、メインコラム1の振動が、投影光学系PLを支持する鏡筒定盤5に伝わらないように、鏡筒定盤5とメインコラム1とが振動的に分離されている。
基板ステージPSTは、基板Pを保持する基板ホルダPHを有し、基板ホルダPHは、例えば真空吸着等により基板Pを保持する。基板ステージPST上には凹部50が設けられており、基板Pを保持するための基板ホルダPHは凹部50に配置されている。そして、基板ステージPSTのうち凹部50以外の上面51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。
基板ステージPSTの下面には非接触軸受である気体軸受(エアベアリング)48が複数設けられている。基板ステージPSTは、エアベアリング48により基板定盤6の上面(ガイド面)に対して非接触支持されている。基板定盤6は、ベース9上に防振装置49を介して支持されている。また、防振装置49によって、ベース9(床面)やメインコラム1の振動が、基板ステージPSTを支持する基板定盤6に伝わらないように、基板定盤6とメインコラム1及びベース9(床面)とが振動的に分離されている。
基板ステージPSTは、制御装置CONTにより制御されるリニアモータ等を含む基板ステージ駆動機構PSTDの駆動により、基板Pを基板ホルダPHを介して保持した状態で、基板定盤6上において、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。更に基板ステージPSTは、Z軸方向、θX方向、及びθY方向にも移動可能である。したがって、基板ステージPSTに支持された基板Pの表面は、X軸、Y軸、Z軸、θX、θY、及びθZ方向の6自由度の方向に移動可能である。
基板ステージPSTの側面には移動鏡43が設けられている。また、移動鏡43に対向する位置にはレーザ干渉計44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44によりリアルタイムで計測される。
また、露光装置EXは、例えば特開平8−37149号公報に開示されているような、基板ステージPSTに支持されている基板P表面の面位置情報を検出する斜入射方式のフォーカス・レベリング検出系30を備えている。フォーカス・レベリング検出系30は、基板P表面に液体LQを介して検出光Laを照射する投光系31と、基板P表面に照射された検出光Laの反射光を受光する受光系32とを備えている。フォーカス・レベリング検出系30は、基板P表面のZ軸方向の位置情報、及び基板PのθX及びθY方向の傾斜情報を検出する。なお、フォーカス・レベリング検出系は、液体LQを介さずに基板P表面に検出光Laを投射するものを用いてもよいし、静電容量型センサを使った方式のものを採用してもよい。
レーザ干渉計44の計測結果は制御装置CONTに出力される。フォーカス・レベリング検出系30の検出結果も制御装置CONTに出力される。制御装置CONTは、フォーカス・レベリング検出系30の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動機構PSTDを駆動し、基板Pのフォーカス位置(Z位置)及び傾斜角(θX、θY)を制御して基板P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の像面に合わせ込むとともに、レーザ干渉計44の計測結果に基づいて、基板PのX軸方向、Y軸方向、及びθZ方向における位置制御を行う。
液浸機構100の液体供給機構10は、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。供給管13の他端部は第1ノズル部材71に接続されている。液体供給部11は、液体LQを収容するタンク、加圧ポンプ、供給する液体LQの温度を調整する温調装置、及び液体LQ中の異物(気泡を含む)を除去するフィルタユニット等を備えている。液体供給部11の動作は制御装置CONTにより制御される。なお、タンク、加圧ポンプ、温調装置、フィルタユニット等の全てを露光装置EXの液体供給機構10が備えている必要は無く、それらの少なくとも一部を露光装置EXが設置される工場などの設備で代替してもよい。
液浸機構100の液体回収機構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。回収管23の他端部は第2ノズル部材72に接続されている。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。液体回収部21の動作は制御装置CONTにより制御される。なお、真空系、気液分離器、タンク等の全てを露光装置EXの液体回収機構20が備えている必要は無く、それらの少なくとも一部を露光装置EXが設置される工場などの設備で代替してもよい。
図2は投影光学系PLの像面側先端部近傍を示す側断面図である。上述したように、投影光学系PLを構成する光学素子を保持する鏡筒PKは複数の分割鏡筒SBによって構成されている。そして、複数の分割鏡筒SBのうち、最も投影光学系PLの像面側(−Z側)に設けられた分割鏡筒が第1ノズル部材71となっている。第1ノズル部材71は、投影光学系PLを構成する複数の光学素子のLS1〜LS6のうち、投影光学系PLの最も像面側に配置された第1光学素子LS1を保持する。投影光学系PLを構成する複数の光学素子のうち、第1ノズル部材71で保持される第1光学素子LS1以外の光学素子LS2〜LS6は、鏡筒PKのうち、第1ノズル部材71以外の分割鏡筒SBで保持される。そして、第1ノズル部材71はそれら分割鏡筒SBと一体化されて、全体として鏡筒PKを構成している。換言すれば、投影光学系PLを構成する光学素子LS1〜LS6を保持する鏡筒PKに、液体LQを供給するための第1ノズル部材が含まれた構成となっている。
第1光学素子LS1は、レンズ作用を有しない無屈折力の光学素子であって、平行平面板により構成されている。すなわち、光学素子LS1の下面T1及び上面T2のそれぞれは略平面であり、且つ、互いに略平行である。なお、第1光学素子LS1としては、その上面T2が投影光学系PLの物体面側(マスクM側)に向かって膨らむように形成され、屈折力を有した光学素子であってもよい。
光学素子LS1の上面T2の外径は下面T1の外径よりも大きく形成されており、光学素子LS1の上面T2近傍にはフランジ部F1が形成されている。第1ノズル部材71は、投影光学系PLを構成する第1光学素子LS1の外側面C1を囲むように環状に設けられており、第1ノズル部材71の内側には、第1光学素子LS1のフランジ部F1を支持する支持部71Fが設けられている。そして、第1ノズル部材71の下面(すなわち鏡筒PKの下面)71Aと、第1ノズル部材71に支持(保持)された第1光学素子LS1の下面T1とはほぼ面一となっている。
第1ノズル部材71の内側面71Sと第1光学素子LS1の外側面C1との間には所定の隙間(ギャップ)G1が設けられている。ギャップG1にはシール部材60が設けられている。シール部材60は、ギャップG1への液浸領域AR2の液体LQの浸入を抑制するとともに、ギャップG1に存在する気体の液浸領域AR2の液体LQへの混入を抑制するものである。ギャップG1に液体LQが浸入すると、第1光学素子LS1の外側面C1に対して力を作用する可能性があり、その力によって第1光学素子LS1が振動したり変形したりする不都合が生じる可能性がある。また、ギャップG1に存在する気体が液浸領域AR2の液体LQに混入し、混入した気体(気泡)が露光光ELの光路上に浸入する可能性がある。気体(気泡)は異物として作用するため、気体(気泡)が露光光ELの光路上に浸入すると、基板P上へのマスクMのパターンの転写精度が劣化する。本実施形態においては、第1ノズル部材71(鏡筒PK)の内側面71Sと第1光学素子LS1の外側面C1との間のギャップG1にはシール部材60が設けられているので、上述の不都合の発生を防止できる。
本実施形態においては、シール部材60はVリングによって構成されており、Vリングの本体部が第1ノズル部材71の内側面71Sに保持されている。また、Vリングのうち可撓性を有する先端部が第1光学素子LS1の外側面C1に接触している。なお、シール部材60としては、ギャップG1への液浸領域AR2の液体LQの浸入、及びギャップG1に存在する気体の液浸領域AR2への混入を抑制できるものであれば、例えばOリング、Cリングなど、所定のシール部材を使用することができる。
第2ノズル部材72は、支持機構81を介してメインコラム1の下側段部8に支持されている。支持機構81は、連結部材82と、連結部材82の一端部(上端部)と下側段部8との間に設けられたパッシブ防振機構84とを備えており、連結部材82の他端部(下端部)は第2ノズル部材72の上面に接続(固定)されている。支持機構81は、第2ノズル部材72を、第1ノズル部材71(鏡筒PK)に対して離した状態で支持する。
パッシブ防振機構84は、第2ノズル部材72の振動がメインコラム1の下側段部8に伝わらないように防振するものであって、連結部材82とメインコラム1の下側段部8との間に設けられた空気バネ(例えばエアシリンダやエアベローズ)等によって構成されており、気体(空気)の弾性作用によって第2ノズル部材72の振動がメインコラム1に伝わらないように防振する。なお、パッシブ防振機構84はコイルバネやゴムを含むものであってもよい。パッシブ防振機構84は、メインコラム1の下側段部8に対して、第2ノズル部材72を受動的に防振する。また、メインコラム1の下側段部8は、鏡筒定盤5を介して投影光学系PLも支持している。したがって、パッシブ防振機構84は、第2ノズル部材72の振動が投影光学系PLに伝わらないように防振する。
第2ノズル部材72は、第1ノズル部材71と同様、環状部材であって、投影光学系PLの像面側近傍において、第1ノズル部材71(鏡筒PK)の外側面71Cを取り囲むように設けられている。第2ノズル部材72は第1ノズル部材71(鏡筒PK)とは離れて設けられており、第1ノズル部材71(鏡筒PK)の外側面71Cと、支持機構81に支持された第2ノズル部材72の内側面72Sとの間には所定の隙間(ギャップ)G2が設けられている。
第1、第2ノズル部材71、72のそれぞれは、基板P表面と対向する下面71A、72Aを有している。第1ノズル部材71の下面71Aと、支持機構81に支持された第2ノズル部材72の下面72Aとはほぼ面一である。また、第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aと、第1ノズル部材71に保持された第1光学素子LS1の下面T1とはほぼ面一である。したがって、本実施形態においては、第1ノズル部材71の下面71A(鏡筒PKの下面)と、第2ノズル部材72の下面72Aと、第1光学素子LS1の下面T1とがほぼ面一となっている。
基板P上に液体LQを供給する供給口12は、第1ノズル部材71の下面71Aに設けられている。また、基板P上の液体LQを回収する回収口22は、第2ノズル部材72の下面72Aに設けられている。供給口12は、第1ノズル部材71の下面71Aにおいて、投影光学系PLの光軸AXを囲むように複数設けられている。また、回収口22は、第2ノズル部材72の下面72Aにおいて、第1ノズル部材71の下面71Aに設けられた供給口12よりも投影光学系PLの光軸AXに対して外側に設けられている。回収口22は、第2ノズル部材72の下面72Aにおいて、投影光学系PLの光軸AXを囲むように、例えば環状のスリット状に形成されている。また本実施形態においては、回収口22には多孔部材(メッシュ部材)22Pが配置されている。
第1ノズル部材71の内部には、複数の供給口12のそれぞれと供給管13とを接続する内部流路14が設けられている。第1ノズル部材71に形成された内部流路14は、複数の供給口12のそれぞれに接続可能なように途中から分岐している。また、第2ノズル部材72の内部には、環状の回収口22と回収管23とを接続する内部流路24が設けられている。内部流路24は、環状の回収口22に対応するように環状に形成され、その回収口22に接続した環状流路と、その環状流路の一部と回収管23とを接続するマニホールド流路とを備えている。基板P上に液体LQを供給するときには、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、及び第1ノズル部材71の内部流路14を介して、基板Pの上方に設けられている供給口12より基板P上に液体LQを供給する。基板P上の液体LQを回収するときには、制御装置CONTは液体回収部21を駆動する。液体回収部21が駆動することにより、基板P上の液体LQは、基板Pの上方に設けられた回収口22を介して第2ノズル部材72の内部流路24に流入し、回収管23を介して液体回収部21に回収される。
制御装置CONTは、液体LQの液浸領域AR2を形成する際、液浸機構100の液体供給機構10及び液体回収機構20を使って基板P上に対する液体LQの供給及び回収を行う。液体LQは、第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72A及び投影光学系PLの第1光学素子LS1の下面T1と、基板P表面との間に満たされて液浸領域AR2を形成する。
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。
基板ホルダPHに基板Pがロードされた後、制御装置CONTは、液浸機構100の液体供給機構10及び液体回収機構20を使って基板P上に対する液体LQの供給及び回収を行う。液浸機構100による液体供給動作及び液体回収動作によって、投影光学系PLの下面T1、及び第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aと基板P表面との間に液体LQが満たされ、基板P上には液体LQの液浸領域AR2が局所的に形成される。
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、基板PはX軸方向に移動しながら走査露光される。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。
本実施形態においては、投影光学系PL(第1光学素子LS1)の下面T1と、第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aとがほぼ面一となっている。したがって、液浸領域AR2は、投影光学系PLの下面T1及び第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aと基板Pとの間に良好に形成される。なお、下面71A、下面72A、及び下面T1は、必ずしも面一になっている必要は無く、液浸領域AR2が良好に維持できるように各下面のZ方向の位置を設定することができる。また、液浸領域AR2の液体LQと接触する液体接触面である投影光学系PLの下面T1や第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aを液体LQに対して親液性にしておくことで、液浸領域AR2を更に良好に所望状態に維持することができる。また、基板Pの周囲には基板P表面とほぼ面一の上面51が設けられており、基板Pのエッジ部の外側には段差部がほぼ無い状態となっている。したがって、基板P表面のエッジ領域を液浸露光するとき等において、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)51との間には0.1〜1mm程度の隙間があるが、液体LQの表面張力によりその隙間に液体LQが浸入することは殆ど無い。なお、上面51を液体LQに対して撥液性にしておくことで、液浸領域AR2の一部が上面51上に配置された場合であっても、基板ステージPST外側への液体LQの流出を抑制することができ、上面51上に液体LQが残留する等の不都合も防止できる。
本実施形態においては、液体回収機構20は、液体回収部21に設けられた真空系を駆動することで、回収口22を介して液体LQを回収する構成である。その場合、液体LQは周囲の気体とともに回収口22を介して回収される可能性がある。換言すれば、回収口22は気体を噛み込むようにして液体LQを回収する可能性がある。液体LQがその周囲の気体とともに回収口22より回収された場合、複数の液滴に分割され、その液滴が第2ノズル部材72の内部流路24の内壁等に当たって振動が発生する可能性がある。すなわち、回収口22を有する第2ノズル部材72は、第1ノズル部材71に比べて振動が発生しやすい可能性がある。ところが、第1ノズル部材71と第2ノズル部材72との間にはギャップG2が設けられているので、第2ノズル部材72で発生した振動が、第1ノズル部材71(鏡筒PK)に直接的に伝達されることはない。
また、第2ノズル部材72は、パッシブ防振機構84を含む支持機構81によってメインコラム1(下側段部8)に支持されているので、第2ノズル部材72で発生した振動が、メインコラム1(下側段部8)に伝わることが抑制されている。また、メインコラム1(下側段部8)は投影光学系PLも支持しているが、第2ノズル部材72で発生した振動が、投影光学系PLに伝わることが抑制されている。したがって、第2ノズル部材72で発生した振動に起因して、基板P上へのマスクMのパターン転写精度が劣化することが防止される。
また、第2ノズル部材72を支持機構81を介して支持しているメインコラム1と、投影光学系PLの鏡筒PKをフランジPFを介して支持している鏡筒定盤5とは、防振装置47を介して振動的に分離されている。したがって、支持機構81のパッシブ防振機構84と防振装置47とのそれぞれの機能によって、第2ノズル部材72で発生した振動が投影光学系PLに伝わることが、より良好に防止されている。
また、メインコラム1と、基板ステージPSTを支持している基板定盤6とは、防振装置49を介して振動的に分離している。したがって、第2ノズル部材72で発生した振動が、メインコラム1及びベース9を介して基板ステージPSTに伝達されることも防止されている。また、メインコラム1と、マスクステージMSTを支持しているマスク定盤4とは、防振装置46を介して振動的に分離されている。したがって、第2ノズル部材72で発生した振動がメインコラム1を介してマスクステージMSTに伝達されることも防止されている。
一方、第1ノズル部材71は、回収口を有しておらず、液体LQを供給する供給口12のみを有しており、供給口12を介して液体LQを供給するときには、露光精度に影響を及ぼす程度の振動が発生する可能性は殆ど無い。したがって、第1ノズル部材71が投影光学系PLを構成する第1光学素子LS1を保持していても、第1ノズル部材71に起因して露光精度に影響を及ぼす程度の振動が投影光学系PLを構成する光学素子に伝わる可能性は殆ど無い。したがって、露光精度は維持される。
また、ギャップG2に存在する気体が液浸領域AR2の液体LQに混入する可能性が考えられるが、ギャップG2は、露光光ELの光路(投影領域AR1)に対して、供給口12よりも外側に設けられており、図3の模式図に示すように、供給口12から供給された液体LQの一部は、供給口12よりも外側へ向かう液体の流れを形成している(図3中、矢印y1参照)。したがって、ギャップG2によって液浸領域AR2の液体LQ中に気泡が混入しても、供給口12より供給された液体LQの一部の流れによって、気泡を露光光ELの光路に対して外側に移動することができる。したがって、混入した気体(気泡)が露光光ELの光路上に配置されて基板P上へのマスクMのパターンの転写精度が劣化するといった不都合の発生を防止することができる。
一方、第1光学素子LS1と第1ノズル部材71との間のギャップG1にはシール部材60が設けられているため、ギャップG1に存在する気体が液浸領域AR2の液体LQに混入することは防止されている。液体LQの供給口12のみを有する第1ノズル部材71には振動が殆ど生じないため、第1光学素子LS1と第1ノズル部材71との間にシール部材60を設けても、第1光学素子LS1が振動することは殆ど無い。
また、走査露光のための基板Pの移動に伴って、投影光学系PLの下面T1、及び第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aと基板Pとの間の液浸領域AR2の液体LQが、移動する基板Pに引っ張られるように移動する可能性がある。例えば図4に示すように、基板Pの+X方向への移動に伴って、液浸領域AR2の液体LQの一部が+X方向に移動する可能性がある。ところが、第1ノズル部材71と第2ノズル部材72との間にはギャップG2が形成されており、そのギャップG2の上端部は大気開放されているので、液体LQはギャップG2に出入りすることができる。したがって、液浸領域AR2の巨大化を抑制し、ノズル部材70の大きさ(径)が小さくても、回収口22の外側への液体LQの流出を抑えることができる。
また、供給口12を、第1光学素子LS1を保持した第1ノズル部材71(鏡筒PK)に設けたことにより、液浸領域AR2の大きさを小さくすることができる。そして、液浸領域AR2の小型化に伴って、基板ステージPSTの移動ストロークを短くすることができ、ひいては露光装置EX全体の小型化を図ることができる。
<第2の実施形態>
次に、図5を参照しながら第2の実施形態について説明する。ここで、以下の説明において、上述した第1の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、その説明を簡略若しくは省略する。
第2の実施形態の特徴的な部分は、液体LQを供給する供給口12を有する第1ノズル部材71が、投影光学系PLを構成する複数の光学素子を保持する鏡筒PKとは別の部材として設けられている点にある。鏡筒PKの下端部は、第1光学素子LS1の側面C1を囲むように形成されており、第1ノズル部材71は、投影光学系PLの鏡筒PKを囲むように環状に形成されている。更に、第1ノズル部材71の外側を囲むように環状の第2ノズル部材72が設けられている。鏡筒PKに保持された第1光学素子LS1の下面T1と、鏡筒PKの下面PKAと、第1、第2ノズル部材71、72の下面71A、72Aとはほぼ面一である。そして、その鏡筒PKの下端部の外側面PKCと第1ノズル部材71の内側面71Sとは隙間無く接合されており、ほぼ一体となっている。したがって、液浸領域AR2の液体LQが、鏡筒PKの外側面PKCと第1ノズル部材71の内側面71Sとの間には浸入しないようになっている。また、鏡筒PKの外側面PKCと第1ノズル部材71の内側面71Sとの間に隙間があると、その隙間に存在する気体が液浸領域AR2の液体LQに混入する可能性があるが、鏡筒PKの外側面PKCと第1ノズル部材71の内側面71Sとの間には隙間が無いので、隙間に起因して液浸領域AR2の液体LQに気体が混入することも無い。
また、本実施形態の支持機構81’は、連結部材82と、連結部材82の上端部と下側段部8との間に設けられたアクティブ防振機構83とを備えている。アクティブ防振機構83は、メインコラム1の下側段部8に対して第2ノズル部材72を能動的に防振するものであって、例えばローレンツ力で駆動するボイスコイルモータやリニアモータ等のアクチュエータを備えている。ローレンツ力で駆動するボイスコイルモータ等はコイル部とマグネット部とを有し、それらコイル部とマグネット部とは非接触状態で駆動する。そのため、アクティブ防振機構83を、ボイスコイルモータ等のローレンツ力で駆動する駆動機構によって構成することで、振動の発生を抑制することができる。
アクティブ防振機構83は例えば6箇所に設けられており(図5では簡略化して図示してある)、アクティブ防振機構83のそれぞれの動作は制御装置CONTに制御されるようになっている。制御装置CONTは、それらアクティブ防振機構83を使って、連結部材82に接続されている第2ノズル部材72を、メインコラム1の下側段部8に対して、6自由度の方向(X軸、Y軸、Z軸、θX、θY、及びθZ方向)に関して適宜駆動可能である。第2ノズル部材72には、この第2ノズル部材72の加速度情報を計測する加速度計測器73が設けられている。加速度計測器73は、第2ノズル部材72の6自由度の方向に関する加速度情報を計測可能なように複数設けられている。制御装置CONTは、加速度計測器73の計測結果に基づいて、アクティブ防振機構83を駆動し、第2ノズル部材72で発生した振動がメインコラム1(下側段部8)に伝わらないようにアクティブ防振する。また、アクティブ防振機構83には、ゴムやバネ等のパッシブ防振部材(減衰部材)も含まれており、そのパッシブ防振部材によって、第2ノズル部材72からメインコラム1に伝わろうとする振動の高周波成分を良好に低減できる。また、アクティブ防振機構83の駆動によって振動の比較的低周波成分を低減することで、アクティブ防振機構83は広い周波数帯域において防振効果を得ることができる。なお、第2ノズル部材72の振動成分のうち、非常に低い周波数成分(例えば1Hz以下の周波数成分)は、基板P上へのパターン転写精度に影響が少ないと考えられるため、その周波数成分に対する防振制御は行わないようにアクティブ防振機構83の制御系を構築することもできる。こうすることにより、制御系の発振等の不都合を防止し、制御系を比較的簡易な構成で構築することができる。
なおここでは、第2ノズル部材72の加速度情報に基づいてアクティブ防振しているが、例えば第2ノズル部材72とメインコラム1(下側段部8)との位置関係を計測可能な位置計測器を設け、その位置計測器の計測結果に基づいて、アクティブ防振機構83を使ってアクティブ防振するようにしてもよい。あるいは、加速度計測器の計測結果と位置計測器の計測結果との双方に基づいて、アクティブ防振機構83を使ってアクティブ防振するようにしてもよい。
なお、アクティブ防振機構83を上述した第1の実施形態の露光装置EXに適用することが可能であり、パッシブ防振機構84を第2の実施形態の露光装置EXに適用することも可能である。
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。
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。
本実施形態では、投影光学系PLの先端に光学素子LS1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。
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。
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。
また、上述の実施形態の投影光学系は、先端の光学素子の像面側の光路空間を液体で満たしているが、国際公開第2004/019128号パンフレットに開示されているように、先端の光学素子のマスク側の光路空間も液体で満たす投影光学系を採用することもできる。
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。
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。
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、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。
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。
更に、特開平11−135400号公報に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材や各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。
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(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。
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。
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。
1…メインコラム(支持部材)、8…下側段部(支持部材)、10…液体供給機構、12…供給口、20…液体回収機構、22…回収口、71…第1ノズル部材(鏡筒)、71A…下面、72…第2ノズル部材、72A…下面、81…支持機構、83…アクティブ防振機構、100…液浸機構、84…パッシブ防振機構、AR1…投影領域、AR2…液浸領域、AX…光軸、EX…露光装置、LQ…液体、LS1…第1光学素子、P…基板、PK…鏡筒(保持部材)、PL…投影光学系