JP5472101B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、エネルギビームを用いて物体を露光する露光装置及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、マスク（レチクル、フォトマスク等）に形成されたパターンを、投影光学系を介して、レジスト等の感応剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上に転写する、例えばステッパ又はスキャナなどの投影露光装置が用いられている。

半導体素子は、年々高集積化するとともにデバイスルール（実用最小線幅）が微細化し、これに伴って、投影露光装置には、より高い解像力（解像度）が年々要求されるようになってきた。かかる要請に応えるべく、露光装置メーカでは、露光波長の短波長化とともに、投影光学系の開口数（ＮＡ）の増大化（いわゆる高ＮＡ化）が推し進められてきた。そして、最近では、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を大きく（広く）する、特許文献１などに開示される液浸法を利用した液浸露光装置が実用化されるに至っている。特許文献１に開示される液浸露光装置は、投影光学系（投影レンズ）の下面と基板表面との間を水又は有機溶媒等の液体で局所的に満たした状態で露光を行う、局所液浸露光装置である。

この種の液浸露光装置を用いて基板の露光を行う際には、露光光の吸収などにより液体の温度が変化し、その液体の温度変化に伴ってその屈折率が変化し、この屈折率の変化は、投影レンズと液体とから成る光学系の光学特性（収差等）を露光中に変化させる。そこで、液体の温度変化を計測して、この計測結果に基づいて上記光学系の光学特性を調整することが望ましい。しかしながら、投影レンズと基板表面との間隙（ワーキングディスタンス）は非常に狭く、この部分に温度計を設置することは困難であった。この結果、投影レンズと基板表面との間の液体の温度変化（屈折率変化）を計測することは困難であった。

国際公開第９９／４９５０４号

本発明の第１の態様によれば、エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；前記エネルギビームを前記物体に投射する光学系と；少なくとも前記光学系と前記物体との間の空間に液体を供給する液体供給装置と；レーザ光を、計測光と参照光とに分離する分岐素子を含む光学ユニットを有し、前記液体中に設定された前記所定平面に平行な光路に沿って前記光学ユニットに所定距離隔てて配置された計測光反射面に垂直に前記計測光を照射するとともに、前記光学ユニットに設けられた参照光反射面に前記参照光を照射し、前記計測光の反射光と前記参照光の反射光との干渉に基づいて前記空間内に存在する前記液体の屈折率に関連する物理量の変化を、光学的に計測する干渉計と；を備え、前記空間内に前記液体が存在する状態で、前記光学ユニットのうち前記計測光の射出部と、前記計測光反射面とが前記液体中に設けられる露光装置が、提供される。

これによれば、干渉計により、光学系と物体との間の空間内に存在する液体の屈折率に関連する物理量の変化が、光学的に計測される。従って、液体の屈折率に関連する物理量の変化量に応じて光学系の光学特性、ひいては光学系と液体とから成る投影光学系の光学特性、及び／又は物体の投影光学系の光軸方向に関する位置などを調整することが可能となる。この結果、物体を投影光学系を介してエネルギビームにより露光することで、物体上に精度良くパターンを形成することが可能になる。

本発明の第２の態様によれば、本発明の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；前記パターンが形成された物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法が、提供される。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 液浸装置近傍の構成部分を一部断面して示す図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、レーザ干渉計の概略的な構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３（Ｂ）に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。また、露光装置１００は、後述するように光学系ＰＬの下面とウエハＷ表面との間を液体Ｌｑで局所的に満たした状態で露光を行う、局所液浸露光装置である。以下においては、光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、該照明系ＩＯＰからの露光用照明光（以下、「照明光」又は「露光光」と呼ぶ）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハステージＷＳＴ、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷと光学系ＰＬとの間の空間に液体Ｌｑを供給する局所液浸装置１４、及びこれらの制御系等を備えている。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが載置されている。

照明系ＩＯＰは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んでいる。この照明系ＩＯＰでは、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。

レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５５によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５３によって、移動鏡６５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。このレチクル干渉計５３の計測値は、主制御装置５０に送られ、主制御装置５０では、このレチクル干渉計５３の計測値に基づいてレチクルステージ駆動系５５を介してレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向の位置（及び速度）を制御する。

投影ユニットＰＵは、鏡筒１２と、該鏡筒１２内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る光学系ＰＬとを含む。光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸に平行な光軸ＡＸ方向に沿って配列された複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ）を含む屈折光学系が用いられている。光学系ＰＬは、例えば、両側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／４、１／５又は１／８など）を有する。このため、露光装置１００では、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによって照明領域ＩＡＲが照明されると、光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、光学系ＰＬ及び液体Ｌｑ（すなわち光学系ＰＬと液体Ｌｑとから成る投影光学系ＰＬＬ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、光学系の第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷ上の照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡに形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動するとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動することで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系ＩＯＰ、及び投影光学系ＰＬＬによってウエハＷ上にレチクルＲのパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズのうち、例えば物体面側（レチクルステージＲＳＴ側）の複数枚のレンズは、不図示の駆動素子、例えばピエゾ素子などによって、Ｚ軸方向（光学系ＰＬ（及び投影光学系ＰＬＬ）の光軸ＡＸ方向）にシフト駆動、及びＸＹ平面に対する傾斜方向（θｘ方向及びθｙ方向）に駆動可能な可動レンズとなっている。そして、各可動レンズが、主制御装置５０からの指示に基づき、結像特性補正コントローラ５１によって個別に駆動されることで、光学系ＰＬ、より正確には、光学系ＰＬと液体Ｌｑとから成る投影光学系ＰＬＬの種々の光学特性、例えば結像特性（倍率、ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（像面歪曲収差）など）が調整可能となっている。

なお、本実施形態の露光装置１００では、液浸法を適用した露光が行われるため、ペッツヴァルの条件を満足させ易くし、かつ光学系ＰＬの大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含んで構成される反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を用いても良い。また、光学系ＰＬの結像特性調整装置は、光学系ＰＬの少なくとも１つのレンズを移動する機構（アクチュエータ）に限られるものでなく、例えば照明光ＩＬの波長特性（中心波長、波長幅など）を可変とする装置などを含んでも良い。

局所液浸装置１４は、図２に示されるように、ノズルユニット（局所液浸ユニット）１６、液体供給装置１８、液体供給管２０、液体回収装置２２、及び液体回収管２４等を備えている。

ノズルユニット１６は、光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）２６を保持する鏡筒１２の下端部周囲を取り囲むように配置されている。ノズルユニット１６は、その中央部に−Ｚ方向に向かって内径が徐々に小さくなるように形成された貫通孔１６ａを有する略円環状の部材である。そして、貫通孔１６ａの近傍には、複数の液体供給路１６ｂが、貫通孔１６ａを取り囲むように形成されている（ただし、図２では、貫通孔１６ａの＋Ｙ側及び−Ｙ側近傍に形成された２つの液体供給路１６ｂのみが図示されている）。複数の液体供給路１６ｂそれぞれは、下側（−Ｚ側）の開口端が貫通孔１６ａの内壁面に形成され、上端の開口端は貫通孔１６ａに沿って設けられた環状の環状供給路（不図示）に接続されている。この環状供給路に液体供給管２０の一端が接続され、液体供給管２０の他端は、液体供給装置１８に接続されている。

ノズルユニット１６の下面（−Ｚ側の面）には、円環状の凹部から成る液体回収口１６ｃが形成されている。そして、液体回収口１６ｃの下端部には、円環状の多孔部材２８が取り付けられている。液体回収口１６ｃには、その一端が、液体回収装置２２に接続された液体回収管２４の他端が接続されている。

本実施形態においては、図２に示されるように、投影ユニットＰＵ下方にウエハＷが存在する場合に、主制御装置５０（図１参照）の指示の下、液体供給装置１８から、液体供給管２０、環状供給路（不図示）及び複数の液体供給路１６ｂを介して、先端レンズ２６とウエハＷとの間に液体が供給される。また、主制御装置５０の指示の下、供給される液体の量と同一量の液体が、先端レンズ２６とウエハＷとの間から液体回収口１６ｃ及び液体回収管２４を介して、液体回収装置２２によって回収される。これにより、先端レンズ２６とウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑが保持される。この液体Ｌｑにより形成される液浸領域（液浸空間）は、平面視（＋Ｚ方向から見て）円形となっている。この場合、先端レンズ２６とウエハＷとの間に保持された液体Ｌｑは、常に入れ替わっている。

なお、本実施形態では、液体Ｌｑとして、照明光ＩＬとして用いられるＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水を用いるものとする。ＡｒＦエキシマレーザ光に対する純水の屈折率ｎは、ほぼ１．４４であり、この純水の中では、照明光ＩＬの波長は、１９３ｎｍ×１／ｎ＝約１３４ｎｍに短波長化される。

本実施形態では、先端レンズ２６の下面（液体接触面）が液体Ｌｑとの親液性（親水性）を有するように、例えば、先端レンズ２６を純水との親和性が高い蛍石で形成するとともに、ノズルユニット１６の下面（液体接触面）が液体Ｌｑとの親液性（親水性）を有するように、例えば、ノズルユニット１６の下面に所定の親液化処理を施すこととしている。ノズルユニット１６の親液化処理としては、例えば、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などの親液性材料をノズルユニット１６の下面（液体接触面）にコーティングする処理を採用することができる。また、本実施形態のように液体Ｌｑとして純水を用いる場合には、純水の極性が大きいことを利用して、極性の大きい分子構造を有する物質（例えばアルコールなど）から成る薄膜を、ノズルユニット１６の下面に設ける処理を親液化処理として採用することも可能である。なお、先端レンズ２６は、水との親和性が高い石英で形成することとしても良い。また、先端レンズ２６の下面に、上述したノズルユニット１６と同様の親液化処理を施すこととしても良い。

このように、先端レンズ２６の下面及びノズルユニット１６の下面が親液性を有することにより、液体Ｌｑの表面張力を利用して、液体Ｌｑの液浸領域を、先端レンズ２６の下面及びノズルユニット１６の下面と、ウエハＷの上面及び後述する撥液プレートの上面との間で良好に形成することができる。

本実施形態の露光装置１００では、光学系ＰＬを保持する鏡筒１２の下面に所定の位置関係でそれぞれ固定された光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２を含むレーザ干渉計３０が設けられている。

光分岐ユニット３１と反射ミラー３２とは、ここではＸ軸方向に所定距離、例えば５０ｍｍ程度隔てて、かつ先端レンズ２６から射出される照明光ＩＬの照射領域を挟むように配置されている。また、光分岐ユニット３１と反射ミラー３２とは、光学系ＰＬのＹ軸方向（走査方向）のほぼ中央（本実施形態では露光領域ＩＡのＹ軸方向のほぼ中央に一致）に、それぞれ配置されている。

図３（Ａ）には、−Ｙ方向から見たレーザ干渉計３０の概略的な構成が示され、図３（Ｂ）には、＋Ｚ方向から見たレーザ干渉計３０の概略的な構成が示されている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を総合して見るとわかるように、光分岐ユニット３１は、偏向ミラー（折り曲げミラー）３１ａ、ビームスプリッタ３１ｂ、平面ミラーから成る参照鏡（固定鏡）３１ｃ及びハウジング３１ｄを有している。

ビームスプリッタ３１ｂは、図３（Ｂ）に示されるように、その分離面が、ＸＺ平面及びＹＺ平面に対し４５°を成す状態で配置され、中空の直方体状のハウジング３１ｄの＋Ｘ側の側壁の一部を兼ねている。勿論、ハウジング３１ｄの＋Ｘ側の側壁の一部をビームスプリッタ３１ｂと同じ屈折率及び熱膨張率等を有する素材により構成して、ハウジング３１ｄの内部にビームスプリッタ３１ｂを完全に収容しても良い。ビームスプリッタ３１ｂとしては、偏光ビームスプリッタ及びハーフプリズムのいずれをも用いることができる。

参照鏡３１ｃは、ビームスプリッタ３１ｂの＋Ｙ側の面に一体的に固定されている。

ハウジング３１ｄの−Ｘ側の側壁には、双方向に光の伝送が可能な例えば２芯の光ファイバ３３の一端が、ＸＹ平面に所定角度傾斜して気密状態で差し込まれている。光ファイバ３３によって導かれた光の進行方向が、偏向ミラー３１ａによって＋Ｘ方向へ偏向されるように、光ファイバ３３及び偏向ミラー３１ａの姿勢が設定されている。

光ファイバ３３の他端側には、不図示ではあるが、分岐部が設けられ、その分岐部の一端に受光系が光学的に接続され、分岐部の他端には、光の逆流を阻止するアイソレータを介して光源、例えば半導体レーザその他のレーザ光源が光学的に接続されている。

受光系は、偏光子と受光素子（例えばフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）など）とを有する。

このようにして構成されたレーザ干渉計３０によると、光源（不図示）から射出されたレーザ光が、光ファイバ３３によってハウジング３１ｄの内部に導かれ、偏向ミラー３１ａによって＋Ｘ方向へ偏向され、ビームスプリッタ３１ｂに入射する。

ビームスプリッタ３１ｂに入射したレーザ光は、ビームスプリッタ３１ｂの分離面を透過し＋Ｘ方向へ進行する計測光と、分離面で反射され＋Ｙ方向へ進行する参照光とに分岐される。

＋Ｘ方向へ進行する計測光は、反射ミラー３２の反射面で反射されて、元の光路を逆向きに進んで、光ファイバ３３に戻る。

一方、参照光は、参照鏡３１ｃの反射面で反射され、ビームスプリッタ３１ｂの分離面で再度反射されて、計測光と同軸に合成され、光ファイバ３３に戻る。

そして、光ファイバ３３内に入射した計測光と参照光の合成光は、光ファイバ３３の前述の分岐部を介して受光系に入射し、偏光子により偏向方向が揃えられ、相互に干渉して干渉光となり、この干渉光が受光素子によって検出され、干渉光の強度に応じた電気信号に変換され、不図示の信号処理回路で通常のマイケルソン干渉計と同様の処理が行われる。これにより、信号処理回路からの出力信号（以下、出力と略述する）を受信した主制御装置５０は、計測光の光路長の変化を計測する。

受光素子に入射する参照光と計測光との干渉光の干渉状態は、計測光と参照光との光路差、すなわち参照光の光路長はほぼ一定のため、計測光の光路長に応じて変化する。本実施形態では、光分岐ユニット３１と反射ミラー３２とは相互間の物理的距離が一定に維持された状態で鏡筒１２に固定され、計測光は液体Ｌｑ中を進行する。このため、計測光の光路長（光分岐ユニット３１と反射ミラー３２との間の光学的距離）は、液体Ｌｑの屈折率の変化に応じて変化し、結果的に干渉光の強度は、液体Ｌｑの屈折率の変化に応じて変化することとなる。従って、本実施形態では、受光素子からの電気信号を処理した信号処理回路からの出力をモニタすることで、液体Ｌｑの屈折率の変化（これに応じた液体Ｌｑの温度の変化）を検出することができる。なお、液体の屈折率は、圧力が一定であれば、温度に反比例する（温度が上昇すると低下する）ことが、一般に知られている。

図１に戻り、ウエハステージＷＳＴの底面には、例えば真空予圧型空気静圧軸受（以下、エアベアリングと呼ぶ）が複数ヶ所に設けられている。この複数のエアベアリングにより、ウエハステージＷＳＴは、不図示のベース盤上に数μｍ程度のクリアランスを介して非接触で支持されている。

ウエハステージＷＳＴは、例えば複数のリニアモータによりＸＹ平面内、すなわちＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向に移動可能なステージ本体９１と、該ステージ本体９１上に不図示のＺ・レベリング機構（例えばボイスコイルモータなど）を介して搭載され、ステージ本体９１に対してＺ軸方向、θｘ方向及びθｙ方向に相対的に微小駆動されるウエハテーブルＷＴＢとを含んでいる。

ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハＷとほぼ同一面を形成し、外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダよりも一回り大きな円形の開口が形成された撥液プレート１２８が設けられている。

ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ端面，−Ｘ端面には、それぞれ鏡面加工が施されて反射面が形成されている。これらの反射面には、干渉計システムを構成するウエハステージ位置計測用のＸ軸干渉計及びＹ軸干渉計（図１では、Ｙ軸干渉計１１６のみを図示）からの干渉計ビーム（測定ビーム）が照射され、その反射光を各干渉計で受光することにより、各反射面の基準位置（一般には投影ユニットＰＵ側面に設けられた固定鏡の鏡面を基準面とする）からの変位が計測され、この計測値が主制御装置５０に供給される。これにより、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの２次元位置を計測することができる。

本実施形態の露光装置１００では、図示が省略されているが、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の照射系と受光系とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が、さらに設けられている。

本実施形態の露光装置における制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置５０を中心として構成されている。

上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、主制御装置５０により、事前に行われた例えばエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）などのウエハアライメントの結果等に基づいて、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。このステップ・アンド・スキャン方式の露光は、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置（加速開始位置）へウエハステージＷＳＴを移動するショット間移動動作と、各ショット領域に対しレチクルＲのパターンを走査露光方式で転写する前述の走査露光動作とを繰り返すことにより行われる。

図１には、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに対するステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われている状態が示されている。

そして、ウエハＷに対する露光が終了した段階で、主制御装置５０は、Ｙ軸干渉計１１６を含む干渉計システムの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴを所定のウエハ交換位置に向けて駆動する動作を開始する。このようにして、主制御装置５０により、ウエハステージＷＳＴが駆動されると、そのウエハステージＷＳＴの移動に伴って、投影ユニットＰＵの先端レンズ２６とウエハＷとの間に保持されていた液体Ｌｑが、ウエハＷ上から撥液プレート１２８上に移動し、撥液プレート１２８の一部に設けられている所定領域と先端レンズ２６との間に液体Ｌｑが保持された状態となる。

主制御装置５０は、ウエハ交換位置で、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷから次の露光対象のウエハへの交換を行う。その後、主制御装置５０は、新たなウエハに対してウエハアライメント、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を実行し、ウエハ上の複数のショット領域にレチクルパターンを順次転写する。以降、同様の動作を繰り返し行う。

本実施形態の露光装置１００では、前述の走査露光中には、同時に前述の多点焦点位置検出系の出力と、レーザ干渉計３０の受光素子から出力される電気信号を処理した、信号処理回路からの出力（以下、単にレーザ干渉計３０の出力と略述する）とに基づいて、主制御装置５０により、露光領域ＩＡに対応するウエハＷ表面を、光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に極力一致させるべく、ウエハテーブルＷＴＢを、Ｚ軸方向、θｘ方向及びθｚ方向に微小駆動する、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御が行われている。

前述のフォーカス・レベリング制御と同時に、主制御装置５０は、レーザ干渉計３０の出力に基づいて、結像特性補正コントローラ５１を介して少なくとも１枚の可動レンズを駆動し、光学系ＰＬと液体Ｌｑとから成る投影光学系ＰＬＬの結像特性、例えば倍率、ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、及び像面湾曲（像面歪曲収差）の少なくとも１つを、調整することとしても良い。ここで、主制御装置５０は、上記結像特性を調整する際に、可動レンズの駆動に加えあるいは代えて、照明光ＩＬの波長を調整しても良い。

ここで、レーザ干渉計３０の出力が示す現象、すなわちレーザ干渉計３０の計測光の液体Ｌｑ中の光路長の変化（すなわち、液体Ｌｑの屈折率の変化）と投影光学系ＰＬＬの光学特性との関係は、予め実験（シミュレーションを含む）等により求められ、主制御装置５０内部のメモリ（不図示）に記憶されている。

以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１００では、先端レンズ２６を透過した露光光ＩＬの光路に交差するようにレーザ干渉計３０の計測光の光路が設定されていることから、主制御装置５０は、レーザ干渉計３０の受光素子から出力される電気信号を処理した、信号処理回路からの出力に基づいて、露光光ＩＬの光路上にある液体Ｌｑの屈折率、より正確にはレーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１からの計測光の光路上の液体の平均屈折率（の変化）を計測することができる。

また、本実施形態に係る露光装置１００によると、露光動作中に、多点焦点位置検出系の出力と、レーザ干渉計３０の出力とに基づいて、主制御装置５０により、露光領域ＩＡに対応するウエハＷ表面を、光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に極力一致させるフォーカス・レベリング制御が行われる。

局所液浸露光装置において、上述のフォーカス・レベリング制御を行う際には、液体Ｌｑの温度変化を感度１／１０００℃程度で計測する必要があるが、液体Ｌｑの温度が１／１０００℃変化すると、レーザ干渉計３０の計測光の光路長は１０ｎｍ程度変化する。一般にレーザ光を用いた干渉計では、分解能が１ｎｍ程度以下であるため、露光装置１００では、液体Ｌｑの温度変化を感度１／１００００℃程度で計測することが可能である。このため、高精度にフォーカス・レベリング制御を行うことができ、ウエハＷ上の各ショット領域にパターンを精度良く形成することが可能になる。

また、本実施形態の露光装置１００では、温度センサなどに比べて、格段小型に製作可能な光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２を、光学系ＰＬの下端面に取り付けるだけで良いので、露光光ＩＬの光路上の液体Ｌｑの流れを殆ど阻害することなく、液体Ｌｑの温度（屈折率）を計測可能である。

なお、上記実施形態では、露光装置１００が一組の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２を有するレーザ干渉計３０を備えている場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、複数組の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２を設け、これらを光学系ＰＬの鏡筒１２の下面の、走査方向の異なる位置（露光領域ＩＡを横切る位置、及び露光領域ＩＡ外の位置のいずれでも良い）に配置し、それぞれの位置で、計測光の光路長の変化（液体Ｌｑの屈折率（温度）の変化）を計測することとしても良い。この場合、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの走査方向の移動に応じたタイミングで、複数の計測光路上の各２点間で、計測光の光路長の変化（液体Ｌｑの屈折率（温度）の変化）を計測することとしても良い。この場合において、主制御装置５０は、例えばウエハテーブルＷＴＢの傾斜駆動の制御遅れを考慮して、多点焦点位置検出系を用いたウエハの面位置の先読み制御と同様に、液体Ｌｑの屈折率変化に基づくウエハの面位置の先読み制御を、行うこととしても良い。また、例えば、Ｙ軸方向に移動するウエハＷの露光領域ＩＡ上の液体Ｌｑの屈折率の計測誤差を、複数の計測結果で補完することとしても良い。

この他、複数組の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２をＺ軸方向又はＸ軸方向に離間して配置しても良い。

なお、上記実施形態では、レーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２は、鏡筒１２に固定されていることとしたが、これに限らず、レーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２は、例えばノズルユニット１６、又は不図示の支持部材（例えば、メトロロジーフレームなど）によって支持されていても良い。要は、光分岐ユニット３１からの計測光の光路が液体Ｌｑの中に設定されていれば良い。

また、上記実施形態では、レーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２が、露光光ＩＬの光路を挟むように配置されているが、必ずしも計測光の光路が露光光ＩＬの光路と交差している必要はない。

また、上記実施形態では、レーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１及び反射ミラー３２を鏡筒１２に固定し、２芯の光ファイバ３３により光分岐ユニット３１と光源及び受光系とを光学的に接続するものとした。しかし、これに限らず、光源から光分岐ユニット３１に入射するレーザ光の光路と、光分岐ユニット３１から受光系に戻る合成光の光路とが別々の光路となるような、光分岐ユニットの構成（かかる構成は、ビームスプリッタ３１ｂとして偏光ビームスプリッタを用い、四分の一波長板を適宜配置することで実現できる）を採用し、その光分岐ユニットと反射ミラー３２とを、鏡筒１２に固定し、光源と受光系とをノズルユニット１６の下面に固定し、光源と光分岐ユニットとの間、及び光分岐ユニットと受光系との間で、光のいわゆる空中伝送（この場合液体Ｌｑ中の伝送）を行うこととしても良い。

また、上記実施形態では、Ｘ軸方向（スキャン方向に直交する方向）に沿って、レーザ干渉計３０の光分岐ユニット３１と反射ミラー３２とが配置されているが、これに限らず、光分岐ユニット３１と反射ミラー３２とは、Ｙ軸方向に沿って配置されていても良い。

なお、上記実施形態では、レーザ干渉計３０の出力と多点焦点位置検出系との出力とに基づいて、走査露光中などのウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行うものとしたが、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御には、多点焦点位置検出系を必ずしも用いなくても良い。すなわち、事前に（露光に先立って、例えばウエハのアライメント時などに）、面位置センサなどを用いて、ウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する位置情報（面位置情報）を、Ｚセンサを用いて計測されるウエハテーブル表面の面位置情報（又はＺ干渉計などを用いて計測されるウエハテーブルのＺ位置情報）を基準として計測しておき、露光時に、その計測情報とＺセンサ（又はＺ干渉計）による実際の計測情報とを用いて、上述と同様の制御を行なっても良い。

なお、上記実施形態では、ウエハが対向して配置される下面を有するノズルユニットを用いるものとしたが、これに限らず、例えば、国際公開第９９／４９５０４号に開示されるように、ノズルを多数有する構成を採用することとしても良い。要は、光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）２６とウエハＷとの間に液体を供給することができ、かつその液体によって形成される液浸領域に存在する液体の屈折率に関連する物理量の変化を、光学的に計測するための装置の一部を、液浸領域に少なくとも一部が接した状態で配置できるのであれば、その構成はいかなるものであっても良い。例えば、国際公開第２００４／０５３９５５号に開示されている液浸機構、欧州特許公開第１４２０２９８号公報に開示されている液浸機構も本実施形態の露光装置に適用することができる。

なお、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴが、ステージ本体９１とウエハテーブルＷＴＢとを含むものとしたが、これに限らず、６自由度で移動可能な単一のステージをウエハステージＷＳＴとして採用しても良い。また、反射面に代えて、ウエハテーブルＷＴＢに平面ミラーから成る移動鏡を設けても良い。

なお、上記実施形態では、液体として純水（水）を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。液体としては、化学的に安定で、照明光ＩＬの透過率が高く安全な液体、例えばフッ素系不活性液体を使用しても良い。このフッ素系不活性液体としては、例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。このフッ素系不活性液体は冷却効果の点でも優れている。また、液体として、照明光ＩＬに対する屈折率が、純水（屈折率は１．４４程度）よりも高い、例えば１．５以上の液体を用いても良い。この液体としては、例えば、屈折率が約１．５０のイソプロパノール、屈折率が約１．６１のグリセロール（グリセリン）といったＣ−Ｈ結合あるいはＯ−Ｈ結合を持つ所定液体、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体（有機溶剤）が挙げられる。あるいは、これら所定液体のうち任意の２種類以上の液体が混合されたものであっても良いし、純水に上記所定液体が添加（混合）されたものであっても良い。あるいは、液体としては、純水に、Ｈ^＋、Ｃｓ^＋、Ｋ^＋、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^２−等の塩基又は酸を添加（混合）したものであっても良い。更には、純水にＡｌ酸化物等の微粒子を添加（混合）したものであっても良い。これら液体は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過可能である。また、液体としては、光の吸収係数が小さく、温度依存性が少なく、光学系（先端レンズ）、及び／又はウエハの表面に塗布されている感光剤（又は保護膜（トップコート膜）あるいは反射防止膜など）に対して安定なものであることが好ましい。また、Ｆ₂レーザを光源とする場合は、フォンブリンオイルを選択すれば良い。

また、上記実施形態で、回収された液体を再利用するようにしても良く、この場合は回収された液体から不純物を除去するフィルタを液体回収装置、又は回収管等に設けておくことが望ましい。さらに、上記実施形態では露光装置が前述した局所液浸装置１４の全てを備えるものとしたが、局所液浸装置１４の一部（例えば、液体供給装置及び／又は液体回収装置など）は、露光装置が備えている必要はなく、例えば露光装置が設置される工場等の設備を代用しても良い。

また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。さらに、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許第６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応米国特許第５，９６９，４４１号）、米国特許第６，２０８，４０７号などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。この場合、投影光学系ＰＬＬの下方に、常時、いずれかのウエハステージを交換的に配置することで、計測ステージと液浸ユニット（光学系ＰＬ）との間に液体を保持することとしても良い。これにより、ウエハ交換毎に、液体の回収と供給を行う動作が不要となり、スループットを向上させることができるとともに、光学系ＰＬの先端レンズ表面に水染み（ウォーターマーク）が発生するのを回避することができる。

また、上記実施形態では、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号、国際公開第１９９９／２３６９２号、米国特許第６,８９７,９６３号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に計測ステージを設け、ウエハの交換動作時などにウエハステージとの交換で計測ステージを投影光学系ＰＬＬの直下に配置して計測ステージと液浸ユニットとの間に液体を保持することとしても良い。この場合も、ウエハ交換毎に、液体の回収と供給を行う動作が不要となり、スループットを向上させることができるとともに、先端レンズ表面にウォーターマークが発生するのを回避することができる。

また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍系及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系、反射屈折系のみならず反射系でも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写形成する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄型磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開公報、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、上記実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンをウエハ等の物体上に転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハ（物体）を現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去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除去ステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて、上述の露光方法により、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスの生産性を向上することが可能である。

以上説明したように、本発明の露光装置は、ウエハ等の物体の露光に適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

Claims (12)

1. エネルギビームにより物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
   物体を保持して所定平面に沿って移動する移動体と；
   前記エネルギビームを前記物体に投射する光学系と；
   少なくとも前記光学系と前記物体との間の空間に液体を供給する液体供給装置と；
   レーザ光を、計測光と参照光とに分離する分岐素子を含む光学ユニットを有し、前記液体中に設定された前記所定平面に平行な光路に沿って前記光学ユニットに所定距離隔てて配置された計測光反射面に垂直に前記計測光を照射するとともに、前記光学ユニットに設けられた参照光反射面に前記参照光を照射し、前記計測光の反射光と前記参照光の反射光との干渉に基づいて前記空間内に存在する前記液体の屈折率に関連する物理量の変化を、光学的に計測する干渉計と；を備え、
   前記空間内に前記液体が存在する状態で、前記光学ユニットのうち前記計測光の射出部と、前記計測光反射面とが前記液体中に設けられる露光装置。
2. 請求項１に記載の露光装置において、
   前記干渉計は、前記エネルギビームの経路の少なくとも一部を挟む２点間で、前記液体の屈折率に関連する物理量の変化を計測する露光装置。
3. 請求項２に記載の露光装置において、
   前記物理量は、前記２点間の計測光の光路長である露光装置。
4. 請求項２又は３に記載の露光装置において、
   前記２点は、前記液体中の前記所定平面に略平行な計測光路上に位置する露光装置。
5. 請求項４に記載の露光装置において、
   前記移動体は、前記物体に対するパターンの形成のため、前記エネルギビームに対して前記所定平面内の走査方向に相対移動し、
   前記計測光路は、前記所定平面に平行な面内で前記走査方向に直交する露光装置。
6. 請求項５に記載の露光装置において、
   前記干渉計は、前記走査方向に離れた複数の計測光路上の各２点間で、前記液体の屈折率に関連する物理量の変化を計測する露光装置。
7. 請求項６に記載の露光装置において、
   前記干渉計は、前記移動体の前記走査方向の移動に応じたタイミングで、前記複数の計測光路上の各２点間で、前記物理量の変化を計測する露光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置において、
   前記干渉計の計測結果に基づいて、前記光学系と液体とを含む投影光学系の光学特性及び前記エネルギビームの波長の少なくとも一方を調整する調整装置を更に備える露光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置において、
   前記干渉計の計測結果に基づいて、前記移動体の前記所定平面に直交する方向の位置及び前記所定平面に対する傾斜の少なくとも一方を制御する制御装置を更に備える露光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記光学ユニットは、前記投影光学系の前記物体に対向する対向面の一端部近傍に設けられ、
    前記計測光反射面は、前記投影光学系の前記対向面の他端部近傍に設けられる露光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置において、
    前記干渉計は、前記レーザ光を、前記光学ユニットまで導く光ファイバを含む露光装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装置を用いて物体上にパターンを形成する工程と；
    前記パターンが形成された物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法。

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