JP5514857B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明はリソグラフィ投影装置およびデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は基板の目標部分に所望のパターンを与えるマシンである。リソグラフィ投影装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。この状況において、マスクであるようなパターニング手段は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用される。そして、放射線感光材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つまたは複数のダイの部分から成る）にこのパターンを結像することが可能である。一般的に、シングルウェハは、順次露光される近接目標部分のネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置には、全体パターンを目標部分に１回の作動にて露光することにより各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「スキャニング」方向）にパターンを投影ビーム下で徐々にスキャニングし、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは逆並行にスキャニングすることにより各目標部分が照射される、いわゆるスキャナーとが含まれる。

投影システムの最終構成要素と基板との間のスペースを充填するよう、リソグラフィ投影装置において基板を例えば水といったような比較的高い屈折率を有する液体に浸すことが提案されている。これのポイントは、露光放射線が液体においてより短い波長を有することから、より小さいフィーチャの結像を可能にすることにある。（液体の効果はまた、システムの有効ＮＡを増すと共に、焦点深度も増すと考えられる。）

しかしながら、基板、あるいは基板および基板テーブルを液槽に沈めることは（例えば米国特許出願番号第４，５０９，８５２号を参照にされたく、この全体内容を本明細書に引用するものとする）、液体の大部分が走査露光中に加速される必要があることを意味する。これには追加のモータかもしくはより強力なモータを必要とし、また、液体の乱流により望ましからざる、予測できない影響をもたらすことがある。

提案されている解決方法の１つに、液体供給システムにおいて、液体閉込めシステムを用い、基板の局所的領域だけに、かつ投影システムの最終構成要素と基板間に液体を供給するというものがある。（一般に基板は投影システムの最終構成要素よりも表面領域が大きい。）。この構成の一つが国際特許出願番号第ＷＯ９９／４９５０４号において開示されているので詳細は、当該文献を参照されたい。図２および図３において示されているように、望ましくは最終構成要素に対する基板の動作方向に沿って、少なくとも１つのインレットＩＮにより液体が基板に供給され、かつ、投影システム下を通過した後、液体は少なくとも１つのアウトレットＯＵＴにより取り除かれる。すなわち、基板が最終構成要素の下でＸ方向に走査されると、液体はこの構成要素の＋Ｘサイドにて供給され、−Ｘサイドにて取り出される。図２はこの構成を図示したものであり、ここで液体はインレットＩＮにより供給され、この構成要素の他方サイドにて低圧力源ソースに連結したアウトレットＯＵＴにより取り出される。図２においては、最終構成要素に対する基板の動作方向に沿って液体が供給されているが、これに限定される必要はない。最終構成要素の周りに配設されるインレットおよびアウトレットの位置およびその数はさまざまであり、その一例を図３に示している。ここで、両サイドにアウトレットを配設した４セットのインレットが最終構成要素のまわりに規則正しく配設されている。

提案のなされている他の解決方法は、投影システムの最終構成要素と基板テーブル間のスペースの境界の少なくとも一部分に沿って伸長するシール部材を有する液体供給システムを提供することである。Ｚ方向（光軸の方向）の相対動作が多少あるかもしれないが、シール部材はＸＹ面における投影システムに対してほぼ静止状態にある。シールはシール部材と基板表面間に設定される。好ましくは、シールはガスシールのような非接触シールである。

提案されているように基板が液体に浸される場合、投影システムによる基板の露光後に、液体が基板表面にいくらか残溜する。この液体が基板の後続する処理に問題を生じさせることがある。

本発明は、投影システムによる露光後に基板表面に残溜する液体を減じることを目的とする。

本発明の態様に従って、
放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、
所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する、光軸を有する投影システムと、
投影システムの最終構成要素と基板との間のスペースにおける基板上に浸液を供給する液体供給システムとから成るリソグラフィ投影装置が提供される。ここで、液体供給システムの少なくとも一部分が光軸の方向に自由に可動であり、かつ／または光軸に垂直な少なくとも１つの軸回りに回転することを特徴とする。

ゆえに、液体供給システムは基板表面に対し動作可能であり、液体供給システムと基板表面間に大きなクリアランスを必要とせず、基板の表面高さの変化に対応することが可能である。全体供給システムかまたは、基板表面と接触する可能性があるシール部材といったような部分だけが移動する。これは、基板の局所的領域のみに液体供給を行う液体供給システムを使用する場合に特に有効である。また、液体供給システムは、例えばＴＩＳ走査の間、ｚ方向にて基板から離れて移動可能であり、ｘ方向およびｙ方向に平行な軸回りに回転可能である。

好ましくは、装置はさらに、基板に対して上記液体供給システムの少なくとも一部分の高さおよび／または傾きを調整する作動手段を備える。これにより、液体供給システムの高さおよび／または傾向きを要求に応じて変えることが可能である。

好ましくは、装置はさらに、上記基板上の上記液体供給システムの所定の高さを維持するために上記作動手段を制御する制御システムを備える。これにより、液体供給システムの高さを所望の高さに維持することが可能である。この高さは、投影システム下で基板が走査されるときに基板に残溜する体を最小限とするよう選択される。

一実施形態において、装置はさらに、上記基板表面上の液体供給システムの少なくとも部分の高さを計測する、少なくとも１つのセンサを備える。ここで上記の制御システムは該少なくとも１つのセンサからの入力によるフィードバック制御方法を用いる。フィードバック制御方法により、投影システム下で基板が走査されるとき、基板の実際の表面高さに基づいて、この高さ調整が正確になされ得る。

別の実施形態において、装置はさらに、上記投影システムに上記基板を挿入する前に、該基板の表面高さを計測し、かつ、この計測された高さを格納手段に格納する計測システムを備える。ここで、上記制御システムは、該格納手段からの計測された高さの入力を使用するフォードフォワード制御を用いる。露光システム下での基板走査の前に基板の表面高さが分かっている場合、このデータは、液体供給システムの高さのフィードフォワード制御に使用可能である。

また別の実施形態において、装置はさらに、露光位置における該基板の高さを計測する少なくとも１つのセンサを備え、ここで、該制御システムは、露光位置における該基板の高さの入力を使用するフィードフォワード制御方法を用いる。基板が投影システムにより露光される際に、装置による基板の高さ計測が可能となる。基板の一部が液体供給システムの下を通過するとき、この計測がフィードフォワード入力として使用可能である。もしくは、フィードバック制御方法を用いることも可能である。

好ましくは、非作動状態において、上記作動手段は、投影システムの光軸の方向にて上記基板表面から最も離れる、その最大の設定に上記液体供給システムを位置させる。これにより制御システムによって未然に危険を回避することが出来る。制御信号が作動手段に供給されていない（すなわち非作動状態にある）場合、浸液が液体供給システムと基板間を抜け出すほど遠くではないが、出来るだけ基板表面から離れて供給システムを位置させると、供給システムが基板と衝突する危険はない。

状況により、上記作動手段は上記液体供給システムの一部であり、該作動手段は、
上記投影システムの最終構成要素と上記基板テーブル間の上記スペースの境界の少なくとも一部分に沿って延在するシール部材と、
該シール部材と該基板表面間においてガスシールを形成するガスシール手段とから成り、ここで、上記ガスシールにおける圧力は、基板に対する該液体供給システムの高さおよび／または傾きを調整するように変えられる。ガスシールは所望のスペース内に液体を保持するように機能するとともに、投影システム下で基板が走査された後に基板上に残溜する液体も減じる。ガスシールは液体供給システムの高さを調整するためにも使用され、それにより専用アクチュエータを必要としないといったように、構成を単純化する。

作動手段は、液体供給システムと装置のベースフレーム間に連結される。あるいは、アクチュエータが液体供給システムと装置の基準フレーム間に連結される。（基準フレームはとりわけ投影システムを支持する。）

好ましくは、上記所定の高さは１０μｍから１０００μｍの範囲である。高さがこの記載範囲内であれば、走査後に基板に残溜する液体が減じられる。また、この高さを浸液の粘度により変えることも可能であり、あるいはスペースを充填する液体量を増す／減じるよう、この高さを増減させることも可能である。

本発明のさらなる態様に基づいて、次のステップからなるデバイス製造方法が提供される。すなわち、
放射線感光材料の層により少なくとも部分的に覆われた基板を提供するステップと、
放射線システムを用いて放射線の投影ビームを供給するステップと、
パターニング手段を用いて投影ビームのその断面にパターンを与えるステップと、
放射線感光材料の層の目標部分に放射線のパターン化されたビームを投影するステップと、
該投影ステップにおいて使用される投影システムの最終構成要素と該基板間のスペースを充填するよう、該基板上に液体を供給するステップとからなるデバイス製造方法であり、ここで、上記液体を供給するシステムは、該投影システムの光軸の方向に自由に動くようにされていることを特徴とする。

リソグラフィ装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細なる参照説明を行うものであるが、本文に記載のリソグラフィ装置は、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といったような他の用途においても使用可能であることは理解されるべきである。こうした代替的な用途においては、本文にて使用する「ウェハ」あるいは「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」あるいは「目標部分」といったより一般的な用語と同義とみなされることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。本文に述べるような基板は、例えばトラック（一般にレジストの層を基板に塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、あるいは計測もしくは検査ツールにおいて、露光の前、もしくは後に処理が施される。適用が可能な場合、ここに行う開示内容をこうした基板処理ツールおよび他の基板処理ツールに用いることも可能である。さらに、たとえば多層ＩＣを作り出すため、基板には幾度もの処理が施される。よって本文に使用する基板なる用語は、複数の処理層をすでに含んだ基板にも相当する。

本文において使用する「放射線」および「ビーム」なる用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）を含む、あらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものである。

本明細書において使用する「パターニング手段」なる用語は、基板の目標部分にパターンを作り出すべく、断面にパターンを有する投影ビームを与えるために使用可能な手段に相当するものとして広義に解釈されるべきである。投影ビームに与えられたパターンは、基板の目標部分における所望のパターンとは必ずしも完全には一致しないことを注記する。一般に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路といったような、目標部分に作り出されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニング手段は透過型か反射型である。パターニング手段の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラム可能ミラーアレイの例では、小さなミラーのマトリクス配列を用い、その各々に傾斜が個々にもうけられており、それによって入射の放射線ビームを異なる方向に反射させる。このようにして、反射されたビームはパターン化される。パターニング手段のそれぞれの例において、支持構造は例えばフレームもしくはテーブルであり、要求に応じ、固定されるか、あるいは可動式となる。それによりパターニング手段が例えば投影システムに対して所望の位置となるようにする。本文に使用する「レチクル」または「マスク」なる用語のどのような使用においても、より一般的な用語である「パターニング手段」と同義とみなされる。

本文に使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用される露光放射線に適する、もしくは浸液の使用または真空の使用といったような他のファクタに適した、屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含む様々なタイプの投影システムの網羅するものとして広義に解釈されるべきである。ここに使用する「レンズ」なる用語のどのような使用においても、より一般的な用語である「投影システム」と同義とみなされる。

照明システムもまた、放射線の投影ビームを誘導、成形、あるいは制御する、様々なタイプの屈折光学部品、反射光学部品、および反射屈折光学部品を網羅する。こうした部品はまた、以下において、集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。

リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）、またはそれ以上の基板テーブル（かつ／または２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」マシンにおいて追加のテーブルを並行して使用され得る。もしくは、１つ以上のテーブルが露光に使用されている間に、予備工程が他の１つ以上のテーブルにて実行され得る。

本発明の実施例についての詳細説明を、添付の図面を参照に、例示の方法においてのみ行うものとする。ここで、一致する参照符合はその対応一致する同様部分を示すものとする。

本発明の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示したものである。 １つの提案された液体供給システムの側面図である。 図２に示した、提案された液体供給システムの平面図である。 本発明の第一実施形態の液体リザーバを示したものである。 本発明の第一実施形態の液体リザーバの部分の拡大図である。 本発明の第二実施形態の液体リザーバを示したものである。 本発明の第二実施形態の液体リザーバの部分の拡大図である。 本発明の第三実施形態の液体リザーバを示したものである。 液体供給システムと基板テーブルの制御を図示したものである。

図１は、本発明の独自の実施形態に基づくリソグラフィ投影装置を示したものである。本装置は、
放射線（例えばＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給する照明システム（照明装置）ＩＬと、
パターニング手段（例えばマスク）ＭＡを支持し、また、品目ＰＬに対して正確にパターニング手段の位置決めを行う第一位置決め手段に連結を行った第一支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布ウェハ）を保持し、また、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め手段ＰＷに連結を行った基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、
パターニング手段ＭＡにより投影ビームＰＢに与えられたパターンを、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に像形成する投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬとにより構成されている。

ここで示しているように、この装置は透過タイプ（例えば透過マスクを用いる）である。もしくは、本装置は反射タイプの（例えば、上に記載を行ったタイプのプログラム可能ミラーアレイを用いる）ものであってもよい。

照明装置ＩＬは放射線源ＳＯから放射線のビームを受け取る。この放射線源とリソグラフィ装置は、例えばソースがエキシマレーザである場合、別々の構成要素である。こうしたケースでは、放射線源がリソグラフィ装置の一部を構成するとはみなされず、放射線ビームは、例えば適した誘導ミラーかつ／またはビームエキスパンダから成るビーム配給システムＢＤにより、放射線源ＳＯから照明装置ＩＬに進む。別のケースにおいては、例えば放射線源が水銀ランプである場合、放射線源は装置に統合された部分である。放射線源ＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム配給システムＢＤと共に、放射線システムとみなされる。

照明装置ＩＬは、ビームの角強度分布を調整する調整手段ＡＭを備える。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の少なくとも外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒに相当する）が調整可能である。さらに、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を備える。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する、投影ビームＰＢである放射線の調整ビームを供給する。

投影ビームＰＢはマスクテーブルＭＴに保持されたマスクＭＡに入射する。ビームＰＢはマスクＭＡを横断して基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計）により、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め手段ＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示しておらない）は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために使用され得る。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴおよびオブジェクト・テーブルＷＴの運動は、位置決め手段ＰＭおよびＰＷの部分を形成する、ロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。しかし、ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータのみに連結されるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせされる。

本記載の装置は次の望ましいモードにて使用可能である。
１． ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に維持されており、投影ビームに与えられた全体パターンが１回の作動（すなわちシングル静的露光）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが露光可能となる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズにより、シングル静的露光にて結像される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２． スキャンモードにおいて、投影ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは同時走査される（すなわちシングル動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性により判断される。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズにより、シングル動的露光における目標部分の幅（非走査方向における）が制限される。一方、走査動作長が目標部分の高さ（走査方向における）を決定する。
３． 他のモードにおいて、マスクテーブルＭＴは、プログラム可能パターニング手段を保持し、基本的に静止状態が維持される。そして、基板テーブルＷＴは、投影ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、移動あるいは走査される。このモードにおいては、一般にパルス放射線ソースが用いられ、プログラム可能パターニング手段は、基板テーブルＷＴの各運動後、もしくは走査中の連続的放射線パルスの間に、要求に応じて更新される。この稼動モードは、上述のようなタイプのプログラム可能ミラーアレイといった、プログラム可能パターニング手段を使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。

上に述べた使用モードを組み合わせたもの、かつ／または変更を加えたもの、あるいはそれとは全く異なる使用モードもまた使用可能である。

図４は、投影システムと基板ステージ間の液体リザーバ１０を示しており、詳細は欧州特許申請番号第０３２５２９５５．４号を参照されたい。液体リザーバ１０には、インレット／アウトレットダクト１３を介して供給された、例えば水といったような比較的高い屈折率を有する液体１１が充填されている。液体は、投影ビームの放射線が空気中や真空におけるよりも液体においてより短い波長を有し、より小さいフィーチャの解像を可能にするという効果がある。投影システムの解像度限界はとりわけ投影ビームの波長とシステムの開口数にて決定することは周知である。液体があることによって有効開口数も増すと考えられる。さらに、液体は、一定の開口数において焦点深度を増すことに有効である。

リザーバ１０は、投影システムのイメージフィールドの周りで基板への非接触シールを形成し、それにより液体が閉じ込められ、基板表面と投影システムの最終構成要素間のスペースが充填される。リザーバは、投影システムＰＬの最終構成要素の下で、これを囲んで配置されたシール部材１２によって形成されている。液体は投影システムの下、シール部材１２内のスペースに込められる。シール部材１２は投影システムの最終構成要素よりも少し上方に延在し、液面は最終構成要素よりも高くなっていることから、液体のバッファがもたらされる。シール部材１２は、その上端部で、投影システムのステップまたはその最終構成要素にきっちり一致する内周を有し、例えば丸みをおびている。その底面で、内周は、これに限定される必要はないが例えば長方形の、イメージフィールドの形状にきっちり一致する。

液体は、シール部材１２の底面と基板Ｗの表面間のガスシール１６によりリザーバに閉じ込められている。ガスシールは例えば空気もしくは合成エアーのようなガスにより、しかし望ましくはＮ_２あるいは他の不活性ガスにより形成されており、加圧下でインレット１５を介してシール部材１２と基板間のギャップに供給され、第一アウトレット１４を介して抜き出される。ガスインレット１５の過圧、第一アウトレット１４の真空レベル、およびギャップのジオメトリは、液体を閉じ込める内側への高速の空気流をもたらすように調整される。これを図５においてより詳細に示している。

溝の周りにスペースをとって配置された一続きの小さなコンダクトによりそれぞれ第一インレット１５および第一アウトレット１４に連結した２つの環状の溝１８、１９によってこのガスシールが形成される。シール部材において大きな環状の窪みがインレットおよびアウトレットそれぞれに設けられ、マニフォールドを形成する。ガスシールは、ガスベアリングとして機能することにより、シール部材１２を支持するのにも有効である。

ガスインレット１５の外側にあるギャップＧ１は、外側への空気流に抵抗を与えるよう、望ましくは小さく、かつ長い。しかしこれに限定される必要はない。インレット１５の半径にあるギャップＧ２は少し大きく、シール部材の周りにガスを十分に分布させる。インレット１５はシール部材の周りの多数の小さな孔から形成されている。ギャップＧ３は、シールを通るガスの流れを調整するよう選択される。ギャップＧ４は真空をうまく分布するよう大きくなっている。アウトレット１４はインレット１５と同様の方法にて多数の小さな孔から形成されている。ギャップＧ５は、スペース内の液体にガス／酸素が拡散するのを防止するよう、また、多量の液体が真空に入って妨げになるのを防止するよう、かつ、毛管作用によってギャップＧ５が常に液体で満たされているよう小さくなっている。

よってガスシールは、液体をギャップ内に引き込む毛管力と液体を押し出す空気流とのバランスである。ギャップがＧ５からＧ４に広がるにつれ、毛管力が減り、空気流が増すことで、基板が投影システムＰＬ下で動作する場合であっても液体の境界はこの領域にあって、安定している。

ギャップ３のサイズおよびジオメトリを含め、Ｇ２のインレットとＧ４のアウトレットとの圧力差がシール１６を通るガスの流れを決定し、かつ、特定の実施形態に従い決定する。しかし、ギャップＧ３の長さが短く、Ｇ２における絶対圧力がＧ４における絶対圧力の２倍である場合、可能な優位性を得られる。この場合、ガスの速度はガス内において音速であり、それ以上になることはない。ゆえに、安定したガスの流れが達成される。

また、ガスインレット圧力を減じ、そして、液体をギャップＧ４に入らせ、真空システムで吸い上げることによってシステムから液体を完全に取り除くために、ガス排出システムを用いることも可能である。これは、シール形成に使用されるガス同様、液体を処理するために容易に調整可能である。ガスシールにおける圧力調節は、ギャップＧ５を通る液体の流れを確実にするためにも用いることが可能である。よって、基板が動作する際に摩擦によって熱せられるこのギャップ内の液体が、投影システム下のスペースにおける液体の温度を乱すことはない。

ガスインレットおよびアウトレットの周りのシール部材の形状は、乱流と振動を減じるよう、出来るだけ層流をもたらすように選択されるべきである。また、ガスの流れは、液面における流れの方向の変化が出来るだけ大きく、液体を閉じ込める力が最大になるように調整されるべきである。

液体供給システムはリザーバ１０の液体を循環させ、それにより新鮮な液体がリザーバ１０に供給される。

ガスシール１６はシール部材１２を支持するのに十分に大きい力を作り出すことが出来る。実際に、シール部材１２により支持される有効重量を上げるために、シール部材１２を基板方向にバイアスする必要がある。シール部材１２は、投影システムに対して、かつ、この下で、いかなる場合もＸＹ面（光軸に垂直）においてほぼ静止位置に保持されるが、投影システムとは切り離される。シール部材１２はＺ方向に自由可動であり、ゆえに、基板表面の高さの変化に対応するために動作することが出来る。

この第一実施形態の液体供給システムにおける１つの問題は、基板Ｗが動作している際に、剪断力がはたらき、液体供給システムと基板のギャップ内の液体の浸透面を外側あるいは内側（図示のように左または右）のいずれかに移動させようとすることである。これらの両方が望ましいものではない。すなわち、外側に向かう場合は漏れを生じ、内側に向かう場合は液体に気泡が生じる。これは、液体供給システムの高さが変わる際にも生じ得る。定位置に液体メニスカスを保持する一つの方法は、液体供給システムの下の液体の位置をモニターし、活発な調整を行うことである。この調整は、シール１６における空気圧と真空圧を局所的に増減させることで行われる。

モニタリングはいくつかの方法により実行可能である。一つの方法は、液体供給システムの底面に取付けされる隣り合う金属プレート間のキャパシタンスを計測するか、もしくは、こうしたプレートと、基板もしくは基板テーブル間のキャパシタンスを計測することである。他の方法は、空気であっても液体であっても媒体の磁気特性を計測することによるものである。磁気信号と同様、電気信号も液体位置に対応することから、正確な位置計測が可能である。

水のような導電性液体が使用されると、開閉される電気的接触を有することにより液体の導電特性を使用することが出来る。１つは開かれ、１つは閉じられる、最低限２つのペアの接触が必要とされる。接触の開閉を感知することにより、ガスシールの空気圧をそれぞれ減じるか、増し、あるいは、真空下の圧力をそれぞれ増すか、減じる。よりスムースな調整を必要とする場合、接触の数を増やすことが可能である。

もしくは、本実施形態あるいは次の実施形態２および実施形態３のいずれかに記載するように、シール部材１２の高さおよび傾きを調整することにより、こうした剪断力の影響を軽減することが出来る。また、液体供給システムの高さ調整がメニスカス動作をまねき、これを考慮してシールの圧力をフィードフォワード方式にて調整可能であることが予測出来る。

実施形態２
第二実施形態を図６および図７において示しており、この実施形態は以下に記載する内容を除いて第一実施形態と同様である。

本実施形態においては、ガスインレット１５に対して第一ガスアウトレット１４の反対側に第２ガスアウトレット２１６が配設されている。この方法において、装置の光軸から外側に向かってガスインレット１５から抜け出すガスは、真空ソースに連結した第２ガスアウトレット２１６により吸い上げられる。このようにしてガスシールからのガスの抜け出しを防止することから、ガスが例えば干渉計読取りあるいは、投影システムおよび／または基板が収容された真空と干渉することはない。

２つのガスアウトレットを使用する実施形態のまた別の長所は、その設計が、リソグラフィ投影装置において前から使用されていたエアーベアリングの設計と非常に類似することである。よって、そうしたエアーベアリングから得られた経験を本実施形態のガスシールに直接適用することが出来る。第二実施形態のガスシールは、シール手段だけでなく、ガスベアリングとしての使用に特に適しており、よって、シール部材１２の重量を支持するために使用可能である。

好都合に、シール部材１２の底面と基板Ｗ間の距離を計測するか、または基板Ｗ上面のトポグラフィを計測するためにセンサを設けることが可能である。センサは、空気圧センサ、容量センサ、（レベルセンサまたは干渉計といったような）光センサ、電気センサ、磁気センサ、これらセンサを組み合わせたもの、もしくは他のセンサを使用することも可能である。ガスインレット１５およびガスアウトレット１４、２１６に印加される圧力を変えて、リザーバ内の液体１１を抑制する圧力Ｐ２と、シール部材１２を支持する圧力Ｐ１およびＰ３とを変えるために調節手段が使用され得る。このようにして、シール部材１２と基板Ｗ間の距離Ｄを変えるか、もしくは一定の距離に保つ。同様の調節手段がシール部材１２の高さを維持するために使用される。調節手段はフィードフォワード制御ループまたはフィードバック制御ループのいずれかで制御される。フィードフォワード制御システムにおいては、基板上面の計測されたトポグラフィが入力として供給される。計測は、投影システムにおける基板の液浸に先立ち別々の計測ステップにて行われるか、もしくは、像が基板の目標部分に投影される際にも可能である。フィードバック制御システムにおいて、センサはシール部材１２と基板上面間の距離を計測し、これが調節システムへの入力を形成する。

さらに、基板上の液体供給システムの高さは、基板テーブルＷＴの位置、計測ステップ間に作られた基板のレベルマップ、および、レンズＰＬ、測定基準フレームＲＦ、あるいはベースフレームＢＦに対する液体供給システムの高さの情報から計算可能である。

図７は、リザーバ内の液体１１を保持する圧力Ｐ２と、シール部材１２を保持するＰ３とを別々に調整するために、いかにガスシールが調整され得るかを詳細に示したものである。この特別な調節は、稼動中の液体損失を最小にする方法を提供し、それにより走査後に基板に残る残留液体を最小限にすることから有利である。第二実施形態においては、露光中のコンディションが変化しないよう、圧力Ｐ２とＰ３の調整を別々に行うことを可能にする。コンディションの変化とは、異なる走査スピードによる、またはおそらく基板Ｗのエッジがシール部材１２によりオーバラップすることによる、単位時間当たりの液体損失レベルが異なることであろう。これは、基板Ｗに面したシール部材１２の面において離散部分の基板Ｗまでの距離を変える手段を提供することによって達成される。これら部分には、第一ガスアウトレット１４とシール部材の光軸に最も近いエッジ間の部分２２０、ガスインレット１５と第一ガスアウトレット１４間の部分２３０、および第二ガスアウトレット２１６とガスインレット１５間の部分２４０が含まれる。これらの部分は、例えば圧電アクチュエータの使用により基板Ｗ方向に、もしくは基板Ｗから離れて移動する。すなわち、シール部材１２の底面は圧電アクチュエータ（望ましくはスタック）から成り、この圧電アクチュエータは、これらを横切る電位差を印加することで拡張／収縮が可能である。また他の機械的な手段を用いることも可能である。

ガスインレット１５の下で作られる圧力Ｐ３は、ガスインレット１５に印加されるガスの圧力Ｐ５と、第一ガスアウトレット１４および第二ガスアウトレット２１６にそれぞれ印加されるガスの圧力Ｐ６およびＰ４によって決定され、かつ、基板Ｗに面したシール部材１２の底面と基板Ｗ間の距離Ｄにより決定される。また、ガスインレットとガスアウトレット間の水平距離も影響する。

シール部材１２の重量は、シール部材１２が基板Ｗからの距離Ｄを安定させるよう、Ｐ３の圧力によって補正される。Ｄが減少するとＰ３が増し、Ｄが増すとＰ３が減少する。ゆえに、これは自己調整システムである。

圧力Ｐ３による一定の押し出し力において、距離Ｄは圧力Ｐ４、Ｐ５、およびＰ６によってのみ調整され得る。しかし、Ｐ５、Ｐ６、およびＤの組み合わせは、リザーバ内の液体１１を保持する圧力である圧力Ｐ２を作り出す。所定の圧力レベルにて液体容器から抜け出す液体の量を計算することが可能であり、液体Ｐ_ＬＩＱにおける圧力もまた重要である。Ｐ_ＬＩＱがＰ２よりも大きい場合、液体がリザーバから抜け出し、Ｐ_ＬＩＱがＰ２よりも小さい場合、液体に望ましからざる気泡が生じる。液体に気泡が出来ないようにするとともに、液体交換が必要である際にあまり多くの液体が抜け出さないようにするために、Ｐ２をＰ_ＬＩＱよりもわずかに小さい値に維持しておくことが望ましい。望ましくは、これは全て定数Ｄにてなされる。部分２２０とウェハＷ間の距離Ｄ１が変わると、抜け出す液体量が距離Ｄ１の二乗だけ変動するといったように、リザーバを抜け出す液体量は著しく変動する。必要とされる距離の変動はわずか１ｍｍのオーダのものであり、よってこれは、１００Ｖもしくはこれ以上のオーダの作動電圧を有する圧電スタックにより容易に達成可能である。

あるいは、抜け出る液体の量を、部分２３０の底部に圧電素子を配置することで調整することが可能である。距離Ｄ２を変えることは圧力Ｐ２を変えるのに有効である。しかし、この解決法では、Ｄを一定に保つためにガスインレット１５における圧力Ｐ５の調整が必要となる。

圧電素子は連結されており、それによりこれらに制御信号が与えられない場合、供給部材が基板上に配置されるようにする。これにより、故障が生じた際の損傷の可能性を減じる。すなわち、信号が供給されない場合、シール部材は基板表面上に配置され、これと衝突することはない。

もちろん、部分２４０の低部と基板Ｗ間の距離Ｄ３もまた同様の方法にて変えることが可能であり、Ｐ２およびＰ３を別々に調整するためにこの距離Ｄ３を使用することが可能である。Ｐ２およびＰ３を所望のように変えるために、圧力Ｐ４、Ｐ５、およびＰ６、かつ、距離Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３は全て別々に、あるいはこれら組み合わせにおいて調整可能であることは明らかである。

実際に、第二実施形態は、リザーバ１０の液体量の積極的に制御するために特に有効である。基板Ｗが結像されておらない投影装置の待機状態は、リザーバ１０に液体は入っていないが、ガスシールはアクティブであることにより、シール部材１２は支持されるということである。基板Ｗの載置後、液体がリザーバ１０に導入される。次に基板Ｗが結像される。基板Ｗが取り除かれる前に、液体をリザーバから取り除くことが可能である。最終基板が露光された後にリザーバ１０の液体は取り除かれる。液体が取り除かれるたびに、それまで液体が入っていた部分を乾燥させるためにガスパージを施す必要がある。第二実施形態で説明したように、上述のようにＰ３を一定に維持しながらＰ２を変えることにより、装置における液体を容易に取り除くことが可能であることは明らかである。別の実施形態において、Ｐ５およびＰ６（必要な場合、もしくは適用可能な場合はＰ４も）を変えることで同様の効果が達成される。

実施形態３
本発明の第三実施形態を図８において示している。この実施形態の構成は以下に記載の内容を除いて第一実施形態あるいは第二実施形態と同様である。

本実施形態において、例えば図２および図３に関連して詳述したように、液体閉込めシステムを形成し、少なくとも１つのインレットＩＮにより液体が供給され、かつ少なくとも１つのアウトレットＯＵＴにより液体が取り除かれる。液体は、基板の走査方向と同方向にて供給され、取り出される。液体供給および抜取りシステム３１０は、液体供給および抜取りシステム３１０をベースフレームＢＦに連結する支持部材３１２により、Ｘ−Ｙ面に水平に、基板表面に平行に配置される。支持部材３１２はアクチュエータとして、投影システムがＸ−Ｙ面に運動する場合、液体供給システムはＸ−Ｙ面において投影システムＰＬに対してほぼ静止状態に保持させるようにしても良い。アクチュエータのさらなるセット３１４が、液体供給および抜取りシステム３１０と、これも投影システムＰＬを支持している基準フレームＲＦ間に連結されている。これらアクチュエータ３１４は、投影システムの光軸に平行な、Ｚ方向の垂直位置を調整する。しかし、液体供給システムは、基準フレームＲＦとベースフレームＢＦのうちの１つのみ、もしくは両方に取り付け可能であり、これらのフレームへの連結のファンクションは上記に述べたものと逆になる。アクチュエータ３１４は、圧電、ローレンツモータ、傍心機構、リニア（電気、磁気、あるいはこれらの組み合わせ）、もしくは他のアクチュエータである。アクチュエータに信号が供給されない状況においては、液体供給および抜取りシステム３１０は基板上方に配置され、衝突のリスクが減じられる。液体供給および抜取りシステム３１０を基板表面近くに移動させるためには信号をアクチュエータに供給しなくてはならない。可能な垂直移動は望ましくは数百ミクロンのオーダのものである。

使用時、（上記の実施形態に関して記載を行ったような）フィードフォワードまたはフィードバック制御システムがアクチュエータ３１４を制御して、液体供給および抜取りシステム３１０を基板表面上の所定の高さに維持する。これにより、所望の場合にはクリアランスを小さくすることが可能であり、衝突のリスクを増すことなく、走査後に基板に残溜する液体を減じることが可能である。

アクチュエータ３１４を、液体供給および抜取りシステム３１０と投影システムＰＬもしくはベースフレームＢＦ間に連結することも可能である。アクチュエータは、第一実施形態および第二実施形態に関して上記で説明を行った空気圧システムもしくは圧電システムと組み合わせても動作可能である。

当然ながら、本実施形態の垂直位置決めシステムは、上記第一実施形態および第二実施形態にて詳述を行った、図４から図７において示した液体閉込めシステムのシール部材を位置決めするためにも使用可能である。この場合、インレット１５を有する必要はなく、シール部材１２と基板Ｗ間のシールはアウトレット１４を通る真空のみによって達成可能である。しかし、インレット１５による空気流の供給は、液体供給システムと基板間にエアークッションをもたらす安全対策として使用することが可能である。この場合、バリア部材１２に、望ましくはバリア部材１２の底面に、シール手段１６の半径方向外側にセンサ２０が配置されると有効である。センサはエアーゲージ、または容量センサ等が可能である。図８の実施形態に関して、液体供給システムと基準フレームＲＦまたはベースフレームＢＦ間の距離の差、および基板テーブルと同フレーム間の距離の差を計測することも可能である。

シール部材１２と基板Ｗ間にガスシール１６がない、第一実施形態あるいは第二実施形態のシール部材での実施形態もまた可能である。この場合、液体をシール部材１２と基板Ｗ間にて漏れるようにする。このようなシール部材が例えば、ＵＳＳＮ１０／７４３，２７１において開示されている。詳細は、当該文献を参照されたい。

本発明は、液体供給システムと基板間の距離を維持するために使用されるだけでなく、基板交換中に液体供給システムを移動させるためにも使用可能である。基板交換の間、液体供給システムのスイッチをオフにする必要がないよう、ディスクがダミー基板として作用するよう投影システム下にディスクが配置されるといったようにクロージャディスクが使用される場合、これは特に当て有効である。このようなシステムの詳細は欧州特許出願番号第０３２５４０５９．３を参照されたい。この方法において、液体供給システムは基板交換の間、基板から離れて移動することにより周期時間を減じる。

作動バリア部材または液体供給システムの制御プログラム
次における説明は、基板テーブルＷＴ上の液体供給システムの高さは、計測基準フレームＭＴまでの液体供給システムの距離と、計測基準フレームＭＴから基板テーブルＷＴの距離とを比較することによって計測されると仮定する。けれども、基板テーブルＷＴ上の液体供給システムの高さが直接計測される場合、もしくはこの高さが他のポイントかまたは装置の部分を参照にして間接的に計測される場合にも、同一制御プログラムの使用が可能である。

浸液リソグラフィマシンの最も大きな障害の一つは、マシン制御を失い、液体供給システムと基板もしくは基板テーブルが衝突してしまうことである。特に、ＴＩＳセンサあるいは位置決めミラーブロックがテーブルＷＴ上にある場合、液体供給システムとの衝突によってこれらに損傷を与えることになる。この障害を減じるよう、上記に述べたように液体供給システムと基板テーブルＷＴ間のギャプを継続的にモニターすることが提案されている。この位置信号が識別され、相対速度信号を得る。

液体供給システムと基板テーブルＷＴのジオメトリは、液体供給システムがその最上位置において、その最上位置にある基板テーブルと衝突不可能であるように調整される。逆に、液体供給システムが達成し得る最も低い位置においては、基板テーブルＷＴは液体供給システムとの衝突が生じないさらに低位置に移動することが可能である。さらに、基板テーブルのアクチュエータは、基板テーブルＷＴの下方への加速が液体供給システムの下方への最大加速よりも大きくなるように調整される。基板テーブル方向への液体供給システムの大きな加速が検出されると、基板テーブルＷＴは、液体供給システムから加速して離れ、液体供給システムから安全なその最も低位置に移動する。また、突然に基板テーブルＷＴが液体供給システムに向かって加速を始めた場合、液体供給システムはさらに大きな加速により基板テーブルＷＴから離れる。その逆も当てはまることから、液体供給システムの上方への最大加速は基板テーブルのそれよりも大きいが、下方向への加速は基板テーブルの最大加速よりもかなり小さい。

この制御に必要とされるセンサの全ては、通常の動作制御ハードウェアおよびソフトウェアに非依存のハードウェアにおいてモニターされ、処理される。センサからの信号のいずれかが失敗した場合、液体供給システムは、例えばメカニカルスプリングにより、自動的にその最上位置に移動する。また、このシステムへの電源障害があった場合にもこのメカニカルスプリング（あるいは磁力を用いても良い）が働く。

走査制御が開始した場合、液体供給システムのみを作動させるといったような簡単な予防措置もとられる。さらに、起こり得る他の状況には、基板テーブルＷＴに対する液体供給システムの相対速度が速すぎるということがある。この場合、液体供給システムと基板テーブルＷＴの両方が停止される。相対速度は許容制限内であるが、液体供給システムと基板テーブルＷＴ間の距離が小さすぎる場合、アクチュエータもまた停止される。相対速度および位置の両方が許容制限内である場合に通常稼動が可能である。

例えば上述のようにクロージャディスクを取り付けている間、セイフティアルゴリズムを無効にする必要がある場合がある。クロージャディスクを基板テーブルＷＴに載置することにより、クロージャディスク近接に液体供給システムを近づける必要があり、上述のセイフティアルゴリズムを無効にする必要がある。ただし上述のセイフティアルゴリズムの位置チェックを無効にするのみで、速度チェックは維持する必要があろう。

図９は、本発明の制御ループを図示したものである。望ましくはバリア部材タイプの液体供給システム４１２に、３つのアクチュエータから成るアクチュエータシステム４１４を配設し、ｚ、Ｒｘ、およびＲｙ方向の作動を可能にする。アクチュエータは例えば、動力補正に使用される永久磁石システムを有するローレンツアクチュエータである。バリア部材４１２は、ベースフレームＢＦ、基準フレームＲＦ、あるいはＸＹ面の計測基準フレームＭＦにコネクターにより拘束される。

アクチュエータ４１５は、ｚ方向にて基板テーブルＷＴを作動させるためのものである。液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴの相対位置の計測は、計測基準フレームＭＦまでの基板テーブルＷＴの相対位置（距離４１８）、および液体供給システム４１２と計測基準フレームＭＦ間の距離（４１６）を計測することでなされる。プロセッサ４２０はこの情報を処理し、以下に記載するような様々な他のコントローラにこれを供給する。この情報には少なくとも液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴの相対位置に関する情報が含まれ、さらに、２つの物体の相対速度に等しく、かつ基板テーブルＷＴと液体供給システム４１２それぞれの絶対速度に等しい、おそらくこれら距離におけるいずれかの時間差といった情報のみならず、距離４１８および／または４１６のような他の情報も含まれる。

図示を行ったダンパＤとスプリングＫは液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴ間にて作用するものとして示されている。これらは、液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴ間の力を伝える浸液の特性を表している。浸液の物理的特性、液体供給システム４１２における液体のジオメトリ、および液体供給システム４１２それ自体のジオメトリの知識から、予想される減衰係数Ｄとスプリング定数Ｋを計算することが可能である。以下に記載を行うようにこの知識は、液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴ間の力の伝達がフィルタされるような範囲までＤを増すよう液体供給システム４１２のジオメトリを設計するために使用されるか、あるいは、液体供給システム４１２がアクチュエータ４１４により作動する際、減衰係数Ｄとスプリング定数Ｋを補正するために使用される。

液体供給システム４１２のアクチュエータ４１４と基板テーブルＷＴのアクチュエータ４１５の両方の標準的制御システムは、液体供給システム４１２あるいは基板テーブルＷＴの所望の加速を表す信号（それぞれ４２２、４３２とする）を受信する加速コントローラに加え、シャワーヘッドあるいは基板テーブルの所望の位置を表す信号を受信する位置コントローラ（液体供給システム４１２と基板テーブルの位置コントローラをそれぞれ４２４、４３４とする）から成る。

図９により分かるように、位置コントローラ４２４、４２３は基板テーブルＷＴと液体供給システム４１２に関する位置情報を表す信号をプロセッサ４２０から受け取る。

制御システムにさらに２つの構成要素が配備され、その性能を改善する。その１つは、液体供給システム位置コントローラ４２４の出力に等しいが、望ましくは液体供給システム４１２の閉ループ特性を補正するためにフィルタされるような信号であるフィルタフィードフォワード補正器４５０である。

もう一つの構成要素は、液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴ間における浸液の硬度Ｋと減衰係数Ｄに対する、位置コントローラ４２４および加速コントローラ４２２の出力を補正する補正器４６０である。このコントローラは、液体供給システム４１２による液体とガスを除去することにより、液体供給システム４１２と基板テーブルＷＴ間において伝達される力を減じる。上記の実施例１および実施例２にて記載を行ったように、これら力の伝達は、ガスシールを有するバリアタイプ液体供給システム４１２で特別に問題となる。

液体供給システム４１２のアクチュエータ４１４への入力が低帯域幅（１０から３０Ｈｚ）を有し、減衰係数Ｄが約１ｘ１０^３Ｎ（ｍ／ｓ）を上回る場合、リソグラフィマシンの性能が改善されることを本発明者は発見した。これは機械的設計によって達成され、それゆえ非常に費用効果が高い。０．１ｍｍの浸液の厚さにおいて、基板Ｗ上の液体供給システムにより制限される液体領域は８，０００ｍｍ^２の領域となるべきである。

上記説明においては基板テーブルＷＴについて述べた。これは、上部の微動位置決め要素および底部の粗動位置決め要素、あるいはこれら両方の要素の組み合わせから成るか、もしくは、粗動要素のみ、あるいは装置の基板位置決めメカニズムである他の適した要素から成る、基板テーブルの微動位置決め上部要素についても同様である。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は上述以外の他の方法でも具体化できることは当業者にとって明らかである。ここに行った詳細説明は本発明を制限する意図ではない。

Claims (4)

1. 基板を支持する基板支持体と、
   基板のターゲット部分にパターン化されたビームを投影する投影システムと、
   前記投影システムと、前記基板および／または基板テーブルとによって少なくとも部分的に画定されたスペースに対し、液体を供給するまたは液体を少なくとも部分的に含ませる液体取扱構造と、
   前記投影システムの光学軸を横切る方向に前記液体取扱構造を直線的に移動させるアクチュエート可能部材と、
   を有する、リソグラフィ装置。
2. 基板を支持する基板支持体と、
   基板のターゲット部分にパターン化されたビームを投影する投影システムと、
   前記投影システムと、前記基板および／または基板テーブルとによって少なくとも部分的に画定されたスペースに対し、液体を供給するまたは液体を少なくとも部分的に含ませる液体取扱構造と、
   その最上の位置で、前記液体取扱構造が前記基板および／または基板テーブルと衝突し得ないように、前記基板テーブルに対して実質的に垂直な方向に前記液体取扱構造を移動させるアクチュエータと、
   を有する、リソグラフィ装置。
3. 基板を支持する基板支持体と、
   基板のターゲット部分にパターン化されたビームを投影する投影システムと、
   前記投影システムと、基板テーブル、前記基板、もしくは前記基板テーブルおよび基板の双方とによって少なくとも部分的に画定されたスペースに対し、液体を供給するまたは液体を少なくとも部分的に含ませる液体取扱構造であって、前記基板支持体が、前記パターン化されたビームの投影の間、前記液体取扱構造に対して、かつ、前記液体取扱構造の下で、変位可能である、液体取扱構造と、
   前記基板テーブルに対して前記液体取扱構造を傾斜および／または直線変位させるアクチュエータと、
   を有する、リソグラフィ装置。
4. 基板テーブルによって保持された基板のターゲット位置上に、液体を介して、パターン化されたビームを投影するステップであって、前記液体は、前記パターン化されたビームを投影するのに用いられる投影システムと、前記基板テーブル、前記基板、または前記基板テーブルと基板の双方とによって少なくとも部分的に画定されるスペースに対し、液体取扱構造によって供給された、または少なくとも部分的に含められたものである、ステップと、
   前記投影システムの光学軸を横切る方向に前記液体取扱構造を直線的に移動させるステップと、
   を含むデバイス製造方法。

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