JP5831825B2 - 露光装置及び液体供給方法 - Google Patents

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Description

本発明は、露光装置及び液体供給方法に係り、更に詳しくは、液体を介して物体を露光する露光装置、及び該露光装置に用いられる液体供給方法に関する。
従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスク（又はレチクル）のパターンの像を投影光学系を介して、レジスト（感応材）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感応性の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上の複数のショット領域の各々に転写するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
この種の投影露光装置では、集積回路の高集積化によるパターンの微細化に伴って、より高い解像力（解像度）が年々要求されるようになり、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）する方法として、液浸法を利用した露光装置が、注目されるようになってきた。この液浸法を利用した露光装置として、投影光学系の下面とウエハ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ものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この特許文献１に記載の露光装置では、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ倍（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させると共に、その解像度と同一の解像度が液浸法によらず得られる投影光学系（このような投影光学系の製造が可能であるとして）に比べて焦点深度をｎ倍に拡大する、すなわち空気中に比べて焦点深度を実質的にｎ倍に拡大することができる。
しかるに、前述の液浸露光装置においては、露光光が照射される物体（部材）上に液浸領域を形成した状態で露光に関する種々の計測が行われる。
また、液浸露光装置では、液体の一例として純水が提案されている。これは、純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がない利点があるからである。
しかしながら、純水は、比抵抗が高いため、配管、ノズルなどとの摩擦により静電気が発生し、この帯電した純水で物体（部材）上に液浸領域を形成した場合、その物体（部材）及びその物体（部材）表面の膜の少なくとも一方などが帯電する可能性がある。その場合、その液浸領域が形成された物体（部材）表面の膜が損傷する可能性がある。この膜の損傷は、その損傷部分と他の部分との光学特性の不均一性の発生や、水染み（ウォーターマーク）の発生などの要因となり、結果的に、計測精度の低下を招くおそれがある。また、その帯電により物体（部材）表面に異物が吸着され、その異物によって液体（純水）、ウエハなどが汚染され、欠陥などの露光不良が生じる可能性もある。
また、帯電した純水で露光対象の物体（例えば、ウエハ）上に液浸領域を形成した場合には、物体（ウエハ）上の膜（レジスト膜、及び／又はトップコート層）が帯電する可能性がある。その場合、物体（ウエハ）上の膜（レジスト膜、及び／又はトップコート層）に損傷、改質などが起こり、欠陥の発生原因となる可能性がある。
また、露光対象の物体（ウエハ）が帯電した場合、物体（ウエハ）の表面に異物が吸着され、液体（純水）、露光対象の物体（ウエハ）などが汚染され、欠陥などの露光不良が生じる可能性もある。
国際公開第９９／４９５０４号
本発明は、上述の事情の下でなされたもので、その第１の態様によれば、投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲む撥液性の上面とを有するステージと、比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、を備え、前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる第１の露光装置が、提供される。
本発明の第２の態様によれば、投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲んで前記保持された基板と同じ高さの上面を有するステージと、比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、を備え、前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる第２の露光装置が、提供される。
本発明の第３の態様によれば、投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、前記基板を保持可能なステージと、比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、前記所定物質が溶解した液体の温調を行なう温調装置と、を備え、前記温調が行なわれた後に前記所定物質が溶解した前記液体により前記液浸領域が形成されるとともに、前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる第３の露光装置が、提供される。
本発明の第４の態様によれば、投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲む撥液性の上面とを有するステージを、前記投影光学系下へ位置づけることと、比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することと、前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体を吹き付けることと、を含む第１の液体供給方法が、提供される。
本発明の第５の態様によれば、投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲んで前記保持された基板と同じ高さの上面とを有するステージを、前記投影光学系下へ位置づけることと、比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することと、前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体を吹き付けることと、を含む第２の液体供給方法が、提供される。
本発明の第６の態様によれば、投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、前記基板を保持可能なステージを前記投影光学系下へ位置づけることと、比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、前記所定物質が溶解した前記液体の温調を行なうことと、前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することを含み、前記温調が行なわれた後に前記所定物質が溶解した前記液体により前記液浸領域が形成されるとともに、前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる第３の液体供給方法が、提供される。
一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１のステージ装置の平面図である。 液体供給装置の構成を概略的に示す図である。 計測テーブルを示す平面図である。 照度モニタ１２２近傍を示す計測テーブルの縦断面図である。 一実施形態の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図６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・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。
露光装置１００は、照明系ＩＬＳ、該照明系ＩＬＳからのエネルギビームとしての露光用照明光ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持して所定の走査方向（ここでは、図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された露光用照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置される物体ステージとしてのウエハステージＷＳＴ及び露光のための計測に用いられる計測ステージＭＳＴを含むステージ装置１５０、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系ＩＬＳに搭載された光源としては、一例として波長２００ｎｍ〜１７０ｎｍの真空紫外域の光を発するパルス光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。
また、照明系ＩＬＳは、所定の位置関係で配置された、ビーム整形光学系、エネルギ粗調器、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）、照明系開口絞り板、ビームスプリッタ、リレーレンズ、レチクルブラインド、光路折り曲げ用のミラー及びコンデンサレンズ（いずれも不図示）等を含んでいる。なお、照明系ＩＬＳの構成や各光学部材の機能などについては、例えば国際公開第２００２／１０３７６６号などに開示されている。
前記レチクルステージ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のステージ移動面内の位置（Ｚ軸回りの回転を含む）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０．５〜１ｎｍ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（Ｚ軸回りの回転方向）の位置（及び速度）を制御する。
レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマークとこれらに対応する計測ステージＭＳＴ上に設けられた基準マーク板ＦＭ（図２等参照）上の一対の基準マーク（以下、「第１基準マーク」と呼ぶ）とを同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系ＲＡａ，ＲＡｂがＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。これらのレチクルアライメント検出系ＲＡａ，ＲＡｂとしては、例えば特開平７−１７６４６８号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されるものと同様の構成のものが用いられている。
前記投影ユニットＰＵは、図１においてレチクルステージＲＳＴの下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、該鏡筒１４０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投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍）を有する。このため、照明光学系１２からの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が表面にレジスト（感応材）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、「露光領域」とも呼ぶ）ＩＡに形成される。なお、本実施形態において、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハ側）の終端光学素子１９１は、屈折力を有するレンズであるが、無屈折力の平行平面板であっても良い。
また、投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズのうち、特定の複数のレンズは、主制御装置５０からの指令に基づいて、結像特性補正コントローラ５２によって制御され、投影光学系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）、例えば倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲（像面傾斜を含む）などを調整できる。
なお、本実施形態の露光装置１００では、後述するように液浸法を適用した露光が行われるため、開口数ＮＡが実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。このため、レンズのみで構成する屈折光学系においては、ペッツヴァルの条件を満足することが困難となり、投影光学系が大型化する傾向にある。かかる投影光学系の大型化を避けるために、ミラーとレンズとを含む反射屈折系（カタディ・オプトリック系）を用いても良い。
また、本実施形態の露光装置１００では、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の終端光学素子であるレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１の近傍には、液浸装置１３２の一部を構成する液体供給ノズル１３１Ａと、液体回収ノズル１３１Ｂとが設けられている。
前記液体供給ノズル１３１Ａには、その一端が液体供給装置１３８（図１では不図示、図６参照）の一部に接続された供給管７８（図１、図６では不図示、図３参照）の他端が接続されており、前記液体回収ノズル１３１Ｂには、その一端が液体回収装置１３９（図１では不図示、図６参照）に接続された不図示の回収管の他端が接続されている。
本実施形態では、液浸用の液体Ｌｑ（図１参照）は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水を使って作るものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハＷ上のレジスト及び光学レンズ等に対する悪影響が少ない利点がある。
図３には、液体供給装置１３８の構成の一例が示されている。この図３に示されるように、液体供給装置１３８は、一端が半導体製造工場の純水の工場配管に接続され、他端が液体のタンクを兼ねるＣＯ2溶解槽８２の一端に接続された純水供給管８４、該純水供給管８４の途中に設けられた流量制御用電磁弁８６Ａ、上記ＣＯ2溶解槽８２の一端と不図示のＣＯ2タンクとを接続するＣＯ2供給管８８、該ＣＯ2供給管８８の途中に設けられた流量制御用電磁弁８６Ｂ、前記ＣＯ2溶解槽８２の他端（純水供給管８４とは反対側）にその一端が接続された供給配管９０、該供給配管９０の他端にその一端が接続され、液体の温度調整を行う液体温度調整機構７２、該供給配管９０の途中に設けられた加圧ポンプ７４及び比抵抗計７６、上記液体温度調整機構７２の他端側にその一端が接続され、他端に液体供給ノズル１３１Ａが設けられた供給管７８、並びに液体温度調整機構７２、流量制御用電磁弁８６Ａ，８６Ｂ、加圧ポンプ７４、比抵抗計７６等が接続されたコントローラ８０等を備えている。
コントローラ８０は、加圧ポンプ７４を主制御装置５０からの指示に基づいて作動させるとともに、その作動中、比抵抗計７６で計測されるＣＯ2溶解槽８２からの液体（二酸化炭素が溶解した純水）の比抵抗値をモニタしつつ、その計測される比抵抗値が所定範囲内の値となるように、流量制御用電磁弁８６Ａ，８６Ｂを制御する。これにより、ＣＯ2溶解槽８２の内部で、工場配管を介して供給された純水中にＣＯ2タンクから供給された二酸化炭素（ＣＯ2）が混入し、溶解して、所望の比抵抗値の液体（純水、厳密に言えば炭酸水）Ｌｑが生成される。すなわち、本実施形態では、純水に比抵抗を低下させる二酸化炭素を混入して溶解させて、液体供給ノズル１３１Ａを介して計測テーブルＭＴＢ上又はウエハテーブルＷＴＢ上に液体Ｌｑとして供給する。なお、純水中への二酸化炭素（炭酸ガス）の混入（溶解）は、純水中に炭酸ガスを直接注入する方式、あるいは中空糸膜を介して純水中に二酸化炭素を混入させる方式など、各種の方式を採用することができる。なお、二酸化炭素を含む空気を純水中に溶解させても良い。
そして、コントローラ８０の指示の下、液体温度調整機構７２によりその液体Ｌｑの温度が、露光装置本体が収納されているチャンバ（不図示）内の温度と同程度の温度に調整される。ここで、コントローラ８０は、純水と二酸化炭素との流量の比を維持した状態で、流量制御用電磁弁８６Ａ，８６Ｂの開度を調整することで、液体供給ノズル１３１Ａを介して供給される液体Ｌｑの流量を調整する。但し、液体温度調整機構７２の内部又はその近傍に流量制御弁を設けて、液体の温度と流量とを調整するようにしても勿論良い。
前記液体回収装置１３９は、液体のタンク及び吸引ポンプ、並びに回収管を介した液体の回収・停止を制御するためのバルブ等を含む。バルブとしては、前述した液体供給装置１３８側のバルブに対応して流量制御弁を用いることが望ましい。
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である。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。本実施形態の場合、液体Ｌｑとして前述の二酸化炭素が溶解した水溶液が用いられるので、厳密に言えば、その混入した二酸化炭素の割合に応じて純水と屈折率が異なるが、二酸化炭素の混入割合は、小さいのでＡｒＦエキシマレーザ光に対する液体Ｌｑの屈折率は、上記の値とあまり異ならないものとする。
前記液体供給ノズル１３１Ａと前記液体回収ノズル１３１Ｂとを含む液浸装置１３２は、主制御装置５０によって制御される（図６参照）。主制御装置５０は、液体供給ノズル１３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給するとともに、液体回収ノズル１３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体Ｌｑを回収する。このとき、主制御装置５０は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体供給ノズル１３１Ａから供給される液体Ｌｑの量と、液体回収ノズル１３１Ｂを介して回収される液体Ｌｑの量とが常に等しくなるように制御している。従って、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１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、投影ユニットＰＵ下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に液体Ｌｑを満たすことが可能である。
なお、上記の説明では、その説明を簡単にするため、液体供給ノズルと液体回収ノズルとがそれぞれ１つずつ設けられているものとしたが、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。また、液浸装置１３２に、欧州特許出願公開第１，５９８，８５５号公報、あるいは国際公開第２００４／０９０６３４号などに開示されている構成を採用することもできる。要は、投影光学系ＰＬを構成する最下端の光学部材（先端レンズ）１９１とウエハＷとの間に液体を供給することができるのであれば、液浸装置１３２の構成はいかなるものであっても良い。
前記投影ユニットＰＵの＋Ｙ側には、図１に示されるように、ウエハＷ上のアライメントマークなどの検出対象マークを光学的に検出するオフアクシス・アライメント系（以下、「アライメント系」と略述する）ＡＬＧが設けられている。なお、アライメント系ＡＬＧとしては、各種方式のセンサを用いることができるが、本実施形態においては、画像処理方式のセンサが用いられている。なお、画像処理方式のセンサは、例えば特開平４−６５６０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４９３，４０３号明細書などに開示されている。アライメント系ＡＬＧからの撮像信号は、主制御装置５０に供給される（図６参照）。
図１及び図２に示されるように、前記ステージ装置１５０は、ベース盤１１２と、該ベース盤１１２の上面の上方に配置されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴと、これらのステージＷＳＴ、ＭＳＴの位置を計測する干渉計システム１１８（図６参照）と、リニアモータ等を使ってステージＷＳＴ、ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４（図６参照）と、を備えている。
ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの底面には、不図示の非接触軸受、例えば空気静圧軸受（すなわち、エアベアリング（エアパッドとも呼ばれる））が複数ヶ所に設けられており、これらの空気静圧軸受からベース盤１１２の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ベース盤１１２の上面の上方にウエハステージＷＳＴ、計測ステージＭＳＴが数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。また、ステージＷＳＴ、ＭＳＴのそれぞれは、ステージ駆動系１２４によって、ＸＹ面内で互いに独立して駆動（θｚ回転を含む）される。ウエハステージＷＳＴ、及び計測ステージＭＳＴのステージ移動面（ＸＹ平面）内の位置、及び各座標軸回りの回転位置は、干渉計システム１１８により検出される。なお、図１においては、説明を簡単にするために、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の位置を計測するためのＹ軸干渉計１１６、計測ステージＭＳＴのＹ軸方向の位置を計測するためのＹ軸干渉計１１７のみが図示されている。干渉計システム１１８（１１６，１１７）の計測値は、主制御装置５０に送られ、主制御装置５０は、干渉計システム１１８の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴ、及び計測ステージＭＳＴの位置（及び速度）を制御する。
これを更に詳述すると、ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、上記エアベアリングがその底面に設けられたウエハステージ本体９１と、該ウエハステージ本体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のアクチュエータを含んでいる）を介して搭載され、ウエハステージ本体９１に対してＺ軸方向、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に微小駆動されるウエハテーブルＷＴＢとを備えている。
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。このウエハホルダは、板状の本体部と、該本体部の上面に固定されその中央にウエハＷの直径より０．１〜２ｍｍ程度直径が大きな円形開口が形成されたプレート９３（図１、図２参照）とを備えている。プレート９３の円形開口内部の本体部の領域には、多数のピンが配置されており、その多数のピンによってウエハＷが支持された状態で真空吸着されている。この場合、ウエハＷが真空吸着された状態では、そのウエハＷ表面とプレート９３の表面とがほぼ同一の高さとなる。プレート９３全面の表面にフッ素系樹脂材料やアクリル系樹脂材料等の撥液性材料（撥水材料）がコーティングされ、撥液膜が形成されている。また、ウエハＷの表面には、レジスト（感応材）が塗布され、その塗布されたレジストによりレジスト膜が形成されている。この場合、レジスト膜は液浸用の液体Ｌｑに対して撥液性のものを用いることが望ましい。また、ウエハＷの表面にそのレジスト膜を覆うようにトップコート膜（層）を形成しても良い。このトップコート膜として液浸用の液体Ｌｑに対して撥液性のものが用いることが望ましい。なお、トップコート膜は、液体Ｌｑからレジスト膜を保護する保護機能、レジスト膜を構成する物質の液体Ｌｑへの溶出を防止する溶出防止機能、及び照明光ＩＬの反射を防止する反射防止機能の少なくとも一つを有している。
前記計測ステージＭＳＴは、図１に示されるように、上記エアベアリングがその底面に設けられた計測ステージ本体９２と、該計測ステージ本体９２上に不図示のＺ・レベリング機構を介して搭載された計測テーブルＭＴＢとを備えている。
計測テーブルＭＴＢは、上面が開口した中空直方体状の筐体１２０（図５参照）と、該筐体１２０の上面を閉塞する例えばポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））などの撥液性を有する材料によって形成される所定厚さのプレート部材１０１とを含み、高さ方向の寸法が幅方向及び奥行き方向の寸法に比べて格段に小さな直方体状の外見を有している。
前記プレート部材１０１は、計測テーブルＭＴＢの平面図である図４に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形の開口１０１ａ、該開口１０１ａとほぼ同一のＸ軸方向寸法を有しそのＸ軸方向を長手方向とする長方形の開口１０１ｂと、３つの円形開口１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆとが形成されている。
前記プレート部材１０１の開口１０１ｂの内側及び開口１０１ｂ下方の筐体１２０の内部には、図５に示されるように照度モニタ（照射量モニタ）１２２が、配置されている。この照度モニタ１２２は、図５に示されるように、合成石英又は蛍石などを素材とするガラスから成るガラス部材１２６、及び該ガラス部材１２６の下面にほぼ隙間なく固定された光センサ１２８等を備えている。光センサ１２８は、図５に示される前述の露光領域ＩＡ（図４参照）に照射された照明光ＩＬのほぼ全部を受光できる程度の所定面積の受光面を有し、照明光ＩＬと同じ波長域（例えば波長３００ｎｍ〜１００ｎｍ程度）で感度があり、且つ照明光ＩＬを検出するために高い応答周波数を有する複数のシリコン・フォト・ダイオード（又はフォト・マルチプライア・チューブ）などの受光素子群を含んでいる。
ガラス部材１２６は、図５に示されるように、プレート部材１０１の開口１０１ｂ部分の内側面及び下側面に対して所定のギャップを介して対向するような形状を有している。この場合、開口１０１ｂとガラス部材１２６の上部側面との間のギャップＢの幅寸法は、例えば０．３ｍｍ程度に設定されている。
ガラス部材１２６は、筐体１２０の底壁の上面に設けられた支持部材１３０に上方から係合している。すなわち、支持部材１３０は、光センサ１２８を取り囲む平面視（上方から見て）所定幅の枠状の形状を有しており、ガラス部材１２６の下面の外縁部には、支持部材１３０の上端部に係合する段部が形成されている。ガラス部材１２６には、その上面に照明光ＩＬを減光するクロム等の金属薄膜から成る減光膜１２９が全面に渡って形成され、さらにその減光膜の上部にフッ素系樹脂材料、あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料（撥水材料）がコーティングされ、これによって撥液膜ＷＲＦが形成されている。本実施形態では、この撥液膜ＷＲＦの上面とプレート部材１０１の上面とは、ほぼ同一面（面一）に設定されている。
一方、ガラス部材１２６下面には、中央部の長方形領域を除く領域にクロムなどの金属膜から成る遮光膜１２７が形成されている。この遮光膜１２７により、図５に示されるようにギャップＢ部分を介してガラス部材１２６に入射した迷光（図５中の太線の実線矢印参照）がカット（遮光）される。
本実施形態の照度モニタ１２２は、例えば特開平６−２９１０１６号公報及びこれに対応する米国特許第５，７２１，６０８号明細書などに開示される照度モニタ（照射量モニタ）と同様の構成を有しており、投影光学系ＰＬの像面上で液体Ｌｑを介して照明光ＩＬの照度を計測する。照度モニタ１２２の一部を構成する光センサ１２８の検出信号（光電変換信号）が不図示のホールド回路（例えばピークホールド回路など）、及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して主制御装置５０に供給されている。
なお、ガラス部材１２６の側面の少なくともプレート部材１０１に対向する領域、並びにプレート部材１０１のガラス部材１２６に対向する開口１０１ｂの内壁面は、撥液処理されて撥液性となっている。撥液処理としては、前述したフッ素系樹脂材料、あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料を塗布する等して行うことができる。
また、筐体１２０底壁には、前述の支持部材１３０の近傍に、排出孔１２０ａが形成されており、この排出孔１２０ａは、不図示の配管を介して不図示の回収部に接続されている。この回収部は、真空系及び液体Ｌｑを収容可能なタンクを含む気液分離器等を備えている。上述した撥液処理にもかかわらず、ギャップＢを介して筐体１２０の内部に流入した液体Ｌｑは、その回収部で回収される。
前記プレート部材１０１の開口１０１ａの内部には、図４に示されるように、平面視長方形の基準マーク板ＦＭが配置されている。この場合、基準マーク板ＦＭとプレート部材１０１との間には例えば０．３ｍｍ程度のギャップＡが、基準マーク板ＦＭの周囲に形成されている。基準マーク板ＦＭの上面はプレート部材１０１表面とほぼ同じ高さ（面一）に設定されている。この基準マーク板ＦＭの表面には、前述の一対のレチクルアライメント検出系ＲＡａ，ＲＡｂによって一対ずつ同時計測が可能な３対の第１基準マークＲＭ11〜ＲＭ32と、アライメント系ＡＬＧにより検出される３つの第２基準マークＷＭ1〜ＷＭ3とが所定の位置関係で形成されている。これらの基準マークのそれぞれは、基準マーク板ＦＭを構成する部材（例えば極低膨張ガラスセラミック、例えばクリアセラム（登録商標）など）の表面にほぼ全面に渡って形成されたクロム層に上記所定の位置関係でパターニングよって形成された開口パターンによって形成されている。なお、各基準マークを、アルミニウムなどのパターン（残しパターン）によって形成しても良い。
本実施形態では、例えば特開平５−２１３１４号公報及びこれに対応する米国特許第５，２４３，１９５号明細書などに開示されるのと同様に、上記第１基準マークＲＭj1，ＲＭj2（ｊ＝１〜３）は、液体Ｌｑを介して前述の一対のレチクルアライメント検出系ＲＡａ，ＲＡｂによって同時に計測可能で、かつこの第１基準マークＲＭj1，ＲＭj2の計測と同時に第２基準マークＷＭjを液体Ｌｑを介さずにアライメント系ＡＬＧによって計測が可能になるように、上記各基準マークの配置が定められている。また、基準マーク板ＦＭの上面はほぼ平坦面となっており、多点焦点位置検出系の基準面として用いることとしても良い。この基準マーク板ＦＭの上面には、不図示ではあるが、前述のクロム層の上部に前述したフッ素系樹脂材料、あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料から成る撥液膜が形成されている。
基準マーク板ＦＭの側面の少なくともプレート部材１０１に対向する領域、並びにプレート部材１０１の基準マーク板ＦＭに対向する開口１０１ａの内壁面は、前述と同様の撥液処理が施されている。また、筐体１２０の底壁には、基準マーク板ＦＭの近傍にも前述の排出孔１２０ａと同様の排出孔が形成され、この排出孔が前述の回収部の真空系に接続されている。
前記プレート部材１０１の開口１０１ｄの内側及び開口１０１ｂ下方の筐体１２０の内部には、平面視円形のパターン板１０３を有する照度むら計測器１０４が配置されている。パターン板１０３とプレート部材１０１との間には例えば０．３ｍｍ程度の幅寸法のギャップＤが、パターン板１０３の周囲に形成されている。
照度むら計測器１０４は、上記パターン板１０３と、該パターン板の下方に配置された不図示の受光素子（前述のシリコン・フォト・ダイオードあるいはフォト・マルチプライア・チューブなど）から成るセンサとを有している。パターン板１０３は、前述のガラス部材１２６と同様に石英ガラスなどから成り、その表面にクロムなどの遮光膜が成膜され、該遮光膜の中央に光透過部としてピンホール１０３ａが形成されている。そして、その遮光膜の上に、前述したフッ素系樹脂材料、あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料から成る撥液膜が形成されている。
上述の照度むら計測器１０４は、特開昭５７−１１７２３８号公報及びこれに対応する米国特許第４，４６５，３６８号明細書などに開示される照度むら計測器と同様の構成を有しており、投影光学系ＰＬの像面上で液体Ｌｑを介して照明光ＩＬの照度むらを計測する。そして、照度むら計測器を構成するセンサの検出信号（光電変換信号）が不図示のホールド回路（例えばピークホールド回路など）、及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して主制御装置５０に供給されている。
前記プレート部材１０１の開口１０１ｅの内部には、平面視円形のスリット板１０５が、その表面がプレート部材１０１表面とほぼ同一面（面一）となる状態で配置されている。スリット板１０５とプレート部材１０１との間には例えば０．３ｍｍ程度の幅寸法のギャップＥが、スリット板１０５の周囲に形成されている。このスリット板１０５は、前述のパターン板１０３と同様に、石英ガラスと、該石英ガラスの表面に形成されたクロムなどの遮光膜とを有し、該遮光膜の所定箇所にＸ軸方向、Ｙ軸方向に伸びるスリットパターンが光透過部として形成されている。そして、その遮光膜の上に、前述したフッ素系樹脂材料やアクリル系樹脂材料等の撥液性材料から成る撥液膜が形成されている。このスリット板１０５は、投影光学系ＰＬにより投影されるパターンの空間像（投影像）の光強度を計測する空間像計測器の一部を構成するものである。本実施形態では、このスリット板１０５の下方の計測テーブルＭＴＢ（筐体１２０）の内部には、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介してプレート部材１０１に照射される照明光ＩＬを、前記スリットパターンを介して受光する受光系が設けられており、これによって、例えば特開２００２−１４００５号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書などに開示される空間像計測器と同様の空間像計測器が構成されている。
前記プレート部材１０１の開口１０１ｆの内部には、平面視円形の波面収差計測用パターン板１０７が、その表面がプレート部材１０１表面とほぼ同一面（面一）となる状態で配置されている。この波面収差計測用パターン板１０７は、前述のパターン板１０３と同様に、石英ガラスと、該石英ガラスの表面に形成されたクロムなどの遮光膜とを有し、該遮光膜の中央に円形の開口が形成されている。そして、その遮光膜の上に、前述したフッ素系樹脂材料、あるいはアクリル系樹脂材料等の撥液性材料から成る撥液膜が形成されている。この波面収差計測用パターン板１０７の下方の計測テーブルＭＴＢ（筐体１２０）の内部には、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介して照明光ＩＬを受光する例えばマイクロレンズアレイを含む受光系が設けられており、これによって例えば国際公開第９９／６０３６１号及びこれに対応する欧州特許第１，０７９，２２３号明細書などに開示される波面収差計測器が構成されている。
上述したパターン板１０３、スリット板１０５及び波面収差計測用パターン板１０７それぞれの側面の少なくともプレート部材１０１にそれぞれ対向する領域、並びにプレート部材１０１のパターン板１０３に対向する開口１０１ｄの内壁面、スリット板１０５に対向する開口１０１ｅの内壁面、及び波面収差計測用パターン板１０７に対向する開口１０１ｆの内壁面それぞれには、前述と同様の撥液処理がなされている。また、筐体１２０の底壁には、パターン板１０３の近傍、スリット板１０５の近傍、及び波面収差計測用パターン板１０７の近傍に前述の排出孔１２０ａと同様の排出孔がそれぞれ形成され、これらの排出孔が前述の回収部の真空系に接続されている。
なお、図示は省略されているが、本実施形態では、筐体１２０の内部に、前述した各種計測器を構成する受光素子（センサ）が配置されているので、それらの受光素子の発熱の影響を極力回避すべく、それらの受光素子及び筐体１２０の冷却機構が設けられている。受光素子の冷却機構としては、例えば筐体１２０の底壁に設けられたヒートシンク及びこれに接続されたペルチェ素子の組み合わせなどが挙げられる。また、筐体１２０そのものの冷却機構としては、例えば配管系の内部に冷却液を流す液冷方式の機構を採用することができる。
なお、熱の影響を抑制する観点から、上記の空間像計測器や波面収差計測器などでは、例えば光学系などの一部だけが計測ステージＭＳＴに搭載されていても良い。
さらに、本実施形態の露光装置１００では、図１では不図示であるが、照射系１１０ａ及び受光系１１０ｂ（図６参照）を含む、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応米国 特許第５，４４８，３３２号）等に開示されるものと同様の斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。
図６には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、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。この図６において、符号１４３は、前述の計測テーブルＭＴＢ上に設けられた照度モニタ１２２、照度むら計測器１０４、空間像計測器、波面収差計測器などの計測器群を示す。
次に、本実施形態の露光装置１００における、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴとを用いた並行処理動作について、図２等に基づいて説明する。なお、以下の動作中、主制御装置５０が、液浸装置１３２を制御して投影光学系ＰＬの先端レンズ１９１の直下に常時液体Ｌｑを満たしている。
図２には、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ（ここでは、一例として、あるロット（１ロットは２５枚又は５０枚）の最後のウエハとする）に対するステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われている状態が示されている。このとき、計測ステージＭＳＴは、ウエハステージＷＳＴと衝突しない所定の待機位置にて待機している。
上記の露光動作は、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が移動されるショット間移動動作と、各ショット領域に対するレチクルＲに形成されたパターンを走査露光方式で転写する走査露光動作とを繰り返すことにより、行われる。なお、上記の露光動作は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑを保持した状態で行われる。
そして、ウエハステージＷＳＴ側で、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、干渉計システム１１８の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を制御して、計測ステージＭＳＴ（計測テーブルＭＴＢ）を露光終了位置にあるウエハステージＷＳＴの−Ｙ側に近接する位置まで移動させる。このとき、主制御装置５０は、干渉計システム１１８のうち、各テーブルのＹ軸方向位置を計測する干渉計の計測値をモニタして計測テーブルＭＴＢとウエハテーブルＷＴＢとをＹ軸方向に関して例えば３００μｍ程度離間させて、非接触の状態を保っている。なお、これに限らず、主制御装置５０は、計測テーブルＭＴＢの−Ｙ側面とウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ側面とを接触させても良い。
次いで、主制御装置５０は、ウエハテーブルＷＴＢと計測テーブルＭＴＢとのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、両ステージＷＳＴ、ＭＳＴを＋Ｙ方向に同時に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、計測ステージＭＳＴが同時に移動されると、そのウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの＋Ｙ側への移動に伴って、投影ユニットＰＵの先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持されていた液体Ｌｑが、ウエハＷ→プレート９３→計測テーブルＭＴＢ上を順次移動する。すなわち、計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に液体Ｌｑが保持された状態となる。
次いで、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの位置を干渉計システム１１８の計測値に基づいてステージ駆動系１２４を制御して、所定のウエハ交換位置にウエハステージＷＳＴを移動させるとともに次のロットの最初のウエハへの交換を行い、これと並行して、計測ステージＭＳＴを用いた所定の計測を必要に応じて実行する。
上記の所定の計測としては、例えばアライメント系ＡＬＧのベースライン計測が一例として挙げられる。
具体的には、主制御装置５０では、計測テーブルＭＴＢ上に設けられた基準マーク板ＦＭ上の一対の第１基準マークと対応するレチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマークを前述のレチクルアライメント系ＲＡａ、ＲＡｂを用いて同時に検出して一対の第１基準マークと対応するレチクルアライメントマークの位置関係を検出する。このとき、第１基準マークは投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介して検出される。また、これと同時に、主制御装置５０では、上記基準マーク板ＦＭ上の第２基準マークをアライメント系ＡＬＧで検出することで、アライメント系ＡＬＧの検出中心と第２基準マークとの位置関係を検出する。
そして、主制御装置５０は、上記一対の第１基準マークと対応するレチクルアライメントマークの位置関係とアライメント系ＡＬＧの検出中心と第２基準マークとの位置関係と、既知の一対の第１基準マークと第２基準マークとの位置関係とに基づいて、投影光学系ＰＬによるレチクルパターンの投影中心とアライメント系ＡＬＧの検出中心との距離（又は位置関係）、すなわちアライメント系ＡＬＧのベースラインを求める。
そして、上述した両ステージＷＳＴ、ＭＳＴ上における作業が終了した段階で、主制御装置５０は、計測ステージＭＳＴとウエハステージＷＳＴとを、前述の近接状態に設定して、ウエハステージＷＳＴと計測ステージＭＳＴのＹ軸方向の位置関係を保ちつつ、投影光学系ＰＬの下に液体Ｌｑを保持したまま先程とは逆に両ステージＷＳＴ、ＭＳＴを−Ｙ方向に同時に駆動して、ウエハステージＷＳＴ（ウエハ）を投影光学系ＰＬの下方に移動させた後、計測ステージＭＳＴを所定の位置に退避させる。
その後、主制御装置５０では、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。
なお、上記の説明では、計測動作として、ベースライン計測を行う場合について説明したが、これに限らず、ウエハステージＷＳＴ側で各ウエハの交換を行っている間に、計測ステージＭＳＴの計測器群を用いて、照度計測、照度むら計測、空間像計測、波面収差計測などの少なくとも一つを行い、その計測結果をその後に行われるウエハの露光に反映させることとしても良い。具体的には、例えば、計測結果に基づいて結像特性補正コントローラ５２により投影光学系ＰＬの調整を行うこととすることができる。また、上述の空間像計測器、照度ムラ計測器、照度モニタ及び波面収差計測器は、必ずしもその全てが備えられている必要はなく、必要に応じて一部のみを計測ステージＭＳＴに搭載するだけでも良い。
また、主制御装置５０は、上述の一連の動作を行っている間、液浸装置１３２を制御して、液体供給ノズル１３１Ａから所定量の液体Ｌｑを供給するとともに、液体回収ノズル１３１Ｂから所定量の液体Ｌｑを回収することによって、投影光学系ＰＬの像面側の光路空間を液体Ｌｑで満たし続ける。
また、主制御装置５０はコントローラ８０を制御して、比抵抗値を低下させた液体Ｌｑを液浸装置１３２の液体供給ノズル１３１Ａから供給する。主制御装置５０は、ウエハＷ表面の膜の物性（液体Ｌｑとの接触角など）、及び露光中のウエハＷの走査速度などの諸条件から、投影光学系ＰＬの像面側光路空間を液体Ｌｑで満たしつづけるために液体供給ノズル１３１Ａから供給すべき液体Ｌｑの供給量を決定し、その決定した供給量の指令値をコントローラ８０に入力する。コントローラ８０は、主制御装置５０からの供給量の指令値に対応する量の液体Ｌｑが液体供給ノズル１３１Ａから供給されるように流量制御用電磁弁８６Ａを制御するとともに、液体供給ノズル１３１Ａから供給される液体Ｌｑが所定の比抵抗値となるように、比抵抗計７６をモニタしつつ、流量制御用電磁弁８６Ｂを制御する。なお、本実施形態においては、液体Ｌｑの比抵抗値は、１０[ＭΩ・cm]以下、望ましくは０．１〜１．０[ＭΩ・cm]に調整される。
ところで、本実施形態では、純水中に二酸化炭素（ＣＯ2）を混入させて溶解させるので、その二酸化炭素の溶解量によっては、二酸化炭素が混入されていない純水と照明光ＩＬに対する屈折率が異なり、この屈折率の差が無視できない場合も考えられる。このような場合、純水に対する二酸化炭素の混入割合は、既知の所望の値であり、その混入後の液体の屈折率を、予め計測することが可能である。例えば純水に対する二酸化炭素の混入割合と混入後の液体の屈折率との関係を主制御装置５０に記憶させておき、主制御装置５０が、その記憶された情報に基づいて二酸化炭素（所定の物質）の溶解に起因する液体（純水）の屈折率を考慮して前述の結像特性補正コントローラ５２を介して投影光学系ＰＬの少なくとも一部を調整することしても良い。かかる場合には、液体の屈折率の変動を受けることなく、精度良くレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬ、液体Ｌｑを介してウエハＷ上に転写することができる。
また、純水中に二酸化炭素を混入させて溶解させる場合、その二酸化炭素の溶解量によっては、二酸化炭素が混入されていない純水と照明光ＩＬ（又は露光光と同一波長の光）に対する透過率が異なり、この透過率の差が無視できない場合も考えられる。この場合、二酸化炭素を混入しない状態で照度モニタ１２２によって照明光ＩＬを受光した結果と二酸化炭素を混入した後の状態で照度モニタ１２２によって照明光ＩＬを受光した結果とに基づいて所定の演算を行うことで、二酸化炭素（所定の物質）の溶解に起因する純水（液体）の照明光ＩＬ（又は露光光と同一波長の光）に対する透過率変動を求めることができる。従って、主制御装置５０が、その透過率変動を考慮して、走査露光の際のウエハＷに対するドーズ制御（積算露光量の制御）を行うこととしても良い。例えば、主制御装置５０は、照明系ＩＬＳ内部のエネルギ粗調器を切り換えたり、光源から発射される照明光ＩＬのパルスエネルギ又は発光周波数（繰り返し周波数）を調整したり、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの走査速度を制御したりすることで、ドーズ制御を行う。かかる場合には、照明光ＩＬ（又は露光光と同一波長の光）に対する液体の透過率の変動の影響を受けることなく、精度良くレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬ、液体Ｌｑを介してウエハＷ上に転写することができる。
以上説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、液浸装置１３２は、先端レンズ１９１の光射出側に配置される部材、すなわち計測テーブルＭＴＢの一部（プレート部材１０１及び各計測器の表面の少なくともいずれかの一部）、又はウエハテーブルＷＴＢの一部（プレート９３及びウエハＷの少なくとも一方の一部）上の膜（撥液膜又はレジストにより形成された膜（レジスト膜）（あるいはレジストを覆うように形成されているトップコート層））上に液浸領域を形成するために供給される液体にその液体Ｌｑの比抵抗を低下させる二酸化炭素を混入（溶解）させる機構を有している。このため、その液体Ｌｑの帯電が防止ないしは効果的に抑制され、液浸領域が形成される膜の絶縁破壊の発生が効果的に抑制される。
これをさらに詳述すると、例えば、照度計測を行う場合には、照度モニタ１２２（光センサ１２８）によって撥液膜ＷＲＦとその撥液膜ＷＲＦ上の液体Ｌｑとを介して、照明光ＩＬが受光され、照明光ＩＬの照度計測が行われる。この照度計測に際し、仮に、撥液膜ＷＲＦ上に帯電した液体Ｌｑの液浸領域を形成した場合には、撥液膜ＷＲＦを介して、撥液膜ＷＲＦの下の減光膜（金属薄膜）１２９と液体Ｌｑとの間で放電（絶縁破壊）が発生し、撥液膜ＷＲＦを損傷させる可能性がある。また、帯電した液体Ｌｑとの接触によって撥液膜ＷＲＦの液体接触面近傍が帯電し、撥液膜ＷＲＦの下の金属薄膜１２９と撥液膜ＷＲＦとの間で放電（絶縁破壊）が発生して、撥液膜ＷＲＦを損傷させる可能性がある。撥液膜ＷＲＦが損傷（劣化）すると、撥液膜ＷＲＦの光学特性が不均一となったり、撥液性が低下して水染み（ウォーターマーク）が発生したりするおそれがある。
しかるに、本実施形態においては、純水に二酸化炭素（炭酸ガス）を溶解して、比抵抗値を低下させた液体Ｌｑを液体供給ノズル１３１Ａから供給するようにしているので、液体Ｌｑの帯電が防止され、これにより絶縁破壊に起因する撥液膜ＷＲＦの損傷を効果的に抑制することができる。したがって、照度モニタ１２２によって長期に渡って高精度な照度計測を実行することができ、その計測結果を反映させてウエハＷに対する露光を行うことで、高精度な露光を長期に渡って行うことが可能となる。
なお、上述の説明においては、照度モニタ１２２を挙げて説明したが、液体Ｌｑの帯電を抑制することで、計測ステージＭＳＴ上面の撥液膜の損傷を防止することができる。また液体Ｌｑの帯電を抑制することで、計測ステージＭＳＴ上面の撥液膜だけでなく、ウエハステージＷＳＴのプレート９３上面の撥液膜の損傷（劣化）も抑制することができる。
また、本実施形態の露光装置１００によると、照明光ＩＬによりレチクルＲを照明し、その照明光ＩＬに対してレチクルＲとウエハＷとを同期移動して、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介してレチクルＲ上の回路パターンをウエハＷ上に転写する走査露光が行われる。この走査露光に際し、仮に、ウエハＷ表面のレジスト膜（又はトップコート膜）上に帯電した液体Ｌｑの液浸領域を形成した場合には、レジスト膜（又はトップコート膜とレジスト膜）を介して、液体ＬｑとウエハＷの基材（シリコンなど）との間で放電（絶縁破壊）が発生し、レジスト膜（又はトップコート膜とレジスト膜）を損傷又は改質させる可能性がある。また、帯電した液体Ｌｑとの接触によってレジスト膜（又はトップコート膜）の液体接触面近傍が帯電し、レジスト膜（又はトップコート膜）とウエハＷの基材（シリコンなど）との間で放電（絶縁破壊）が発生して、レジスト膜（又はトップコート膜）を損傷又は改質させる可能性がある。レジスト膜（又はトップコート膜）に損傷が生じると、その損傷部分から液体Ｌｑが浸透して、ウエハＷ上に形成されるパターンに欠陥が生じる虞がある。またレジスト膜に損傷や改質が生じると、照明光ＩＬの照射に対する反応特性が変化して所望のパターンがウエハＷ上に形成されない虞もある。
しかるに、本実施形態においては、純水に二酸化炭素（炭酸ガス）を溶解して、比抵抗値を低下させた液体Ｌｑを液体供給ノズル１３１Ａから供給するようにしているので、ウエハＷ上のレジスト膜（レジスト膜にトップコート層が形成されている場合には、レジスト膜及びトップコート層）の絶縁破壊が効果的に抑制される。
また、本実施形態の露光装置１００では、液浸露光により、高解像度かつ空気中と比べて大焦点深度の露光を行うことで、レチクルＲのパターンを精度良くウエハ上に転写することができ、例えばＡｒＦエキシマレーザ光で、デバイスルールとして４５〜１００ｎｍ程度の微細パターンの転写を実現することができる。
なお、上記実施形態では、純水中に二酸化炭素が溶解させた液体（炭酸水）を液浸用の液体Ｌｑとして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。例えば、ウエハＷに形成されているデバイスなどに悪影響がなければ、純水中に塩素を溶解させて液体Ｌｑの帯電を防止するようにしても良い。
また、純水以外の液体を用いる場合にも、液体の比抵抗を調整することによって、液体の帯電に起因する物体上の膜の劣化を防止するため、その液体の比抵抗を調整可能な所定の物質を混入して溶解させた液体を用いることが望ましい。
なお、上記実施形態では、液体（純水）中への所定の物質（二酸化炭素）の混入を、液体温度調整機構７２の上流側で行う場合について説明したが、これに限らず、液体の温度調整及び流量制御の少なくとも一方を行う液体調整機構と液体供給ノズルとの間で液体中に所定の物質を混入して溶解させることとしても良い。
例えば、液体Ｌｑ中の微生物の増殖などが懸念される場合には、炭酸が微生物の栄養源とならないように、二酸化炭素（炭酸ガス）の注入は、投影光学系ＰＬの像面に極力近い位置で、例えば供給ノズル１３１Ａの直前あるいは供給ノズル１３１Ａ内で行うのが望ましい。
また、上述のＣＯ2溶解槽８２などを使わずに、あるいはＣＯ2溶解槽８２などと併用して、液体Ｌｑの供給流路を形成する部材の少なくとも一部を、二酸化炭素（炭酸ガス）が液体Ｌｑ中に溶け出すような材料で形成しても良い。
なお、液体Ｌｑの比抵抗値の調整の有無にかかわらず、液浸領域を形成した場合には、液体ＬｑとウエハＷ（トップコート層及びレジスト膜の少なくとも一方を含む）との摩擦、液体Ｌｑと物体（プレート９３（撥液膜を含む）、プレート部材１０１（撥液膜を含む）、パターン板１０３（撥液膜を含む）、スリット板１０５（撥液膜を含む）、パターン板（撥液膜を含む）、又は基準マーク板ＦＭ（撥液膜を含む）など）との摩擦、液体Ｌｑとノズル部材（１３１Ａ，１３１Ｂなど）との摩擦などによって、液体Ｌｑ、ウエハＷ、上述の物体及びノズル部材の少なくとも１つが帯電する可能性があるので、ウエハＷ、上述の物体及びノズル部材などの少なくとも１つを接地（アース）しておくことが望ましい。このようにすることによって、液体Ｌｑが帯電したとしても、液体Ｌｑの電荷を除去することができる。また、上述の物体の帯電、ノズル部材の帯電などによって、パーティクルなどの異物がその物体に付着することも防止されるので、その異物に起因する液体Ｌｑ、ウエハＷの汚染も防止することができる。勿論、ウエハＷ上に形成されているトップコート層及びレジスト膜の少なくとも一方、並びに上述の物体上の撥液膜の劣化も防止することができる。
また、国際公開第２００５／０３１８２４号などに開示されているように、投影光学系ＰＬの像面側の空間に供給される液体Ｌｑの電荷を除去するようにしても良い。この場合、投影光学系ＰＬの像面側の空間に供給される液体Ｌｑの帯電をより確実に防止することが可能となる。
また、投影光学系ＰＬの像面側の空間近傍に、特開２００３−３３２２１８号公報などに開示されているような除電装置（イオナイザなど）を配置し、投影光学系ＰＬの像面側の空間（液体Ｌｑの周囲）にイオン（例えばマイナスイオン）を供給することによって、液体Ｌｑ、ウエハＷ、物体及びノズル部材の少なくとも１つを除電するようにしても良い。この場合、仮に、液体Ｌｑ、ウエハＷ、物体及びノズル部材の少なくとも１つが帯電したとしても、除電装置によって除電されるので、液体Ｌｑ、ウエハＷ、上述の物体及びノズル部材などがパーティクルなどの汚染物を吸引して、液体ＬｑやウエハＷなどが汚染されるのを防止することもできる。また、液体Ｌｑにより局所的に形成される液浸領域の界面付近に除電機能を有する気体（例えば、イオンを含む気体）を吹き付けることによって、その気体に除電機能だけでなく、液浸領域を形成する液体の漏洩防止機能を持たせるようにしても良い。例えば、特開２００４−２８９１２６号公報及びこれに対応する米国特許出願公開第２００６／００２３１８９号明細書などに開示されているように、液浸領域を形成する液体の漏洩を防止するためのガスシール機構を露光装置１００が搭載している場合には、そのガスシール機構で使用される気体にイオンを含ませることができる。
また、液体Ｌｑの比抵抗値の調整の有無にかかわらず、ウエハＷ上に液浸領域を形成した場合には、液体ＬｑとウエハＷとの摩擦によって、ウエハＷ（レジスト膜及びトップコート膜の少なくとも一方を含む）が帯電する可能性がある。帯電状態のウエハＷは、パーティクルなどの異物を吸引してしまうため、ウエハＷが汚染される可能性がある。
そこで、ウエハＷ表面のレジスト膜（又はトップコート膜）を導電性物質で形成し、ウエハＷ（レジスト膜及びトップコート膜の少なくとも一方を含む）の帯電を防止するようにしても良い。あるいは、ウエハＷを保持するウエハホルダを導電性材料で形成したり、ウエハホルダに保持されたウエハＷと接触する導電性材料の接触部材を配置したりして、ウエハＷ（レジスト膜及びトップコート膜の少なくとも一方を含む）の帯電を防止するようにしても良い。
また、プレート部材９３などに形成されている撥液膜を導電性にしても良い。
また、帯電状態のウエハＷ（レジスト膜及びトップコート膜の少なくとも一方を含む）が搬出されてしまう可能性がある場合には、露光前及び露光後の少なくとも一方のウエハＷを搬送する搬送部材を導電性材料で形成して、ウエハＷに帯電した電荷を逃がす（除去する）ようにしても良い。あるいは、露光装置１００内に、ウエハステージＷＳＴへ搬入するウエハＷ、及びウエハステージＷＳＴから搬出されたウエハＷの少なくとも一方の除電を行うために、導電性の液体（二酸化炭素を溶解させた純水など）でウエハＷをソーク（ｓｏａｋ）する（例えば洗浄する）ユニットをウエハＷの搬送経路に配置したり、ウエハＷの搬送経路中にイオナイザなどの除電装置を配置したりするようにしても良い。なお露光装置１００内に露光後のウエハＷに残留（付着）した液体Ｌｑの滴などを除去する液体除去ユニットが設置されている場合には、液体除去ユニット内で液体除去だけでなく、電荷除去も行うことが望ましい。また、露光装置１００内に、ウエハステージＷＳＴへ搬入される前にウエハＷの温度調整を行う温度調整ユニットが設置されている場合には、その温度調整ユニット内で電荷除去を行うようにしても良い。
また、露光装置１００に接続された基板処理装置（露光装置１００へ露光前のウエハＷを搬出する塗布装置及び露光装置１００で露光されたウエハＷが搬入される現像装置の少なくとも一方を含む）内に、ウエハＷの除電を行うために、導電性の液体（二酸化炭素を溶解させた純水など）でウエハＷをソークする（例えば洗浄する）ユニットを配置したり、イオナイザなどの除電装置を配置したりしても良い。あるいは露光装置１００で露光されたウエハＷが搬入される現像装置内で露光後のウエハＷの現像を行う際に導電性のリンス液を使用するようにしても良い。なお、露光装置１００と基板処理装置との間にインターフェース部が配置されている場合には、インターフェース部内でウエハＷから電荷を取り除く除電処理を行うようにしても良い。
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴとは別に計測ステージＭＳＴを備えた露光装置について説明したが、計測ステージを必ずしも設ける必要はなく、物体が載置される物体ステージ（ウエハステージＷＳＴ）上にガラス部材１２６を含む照度モニタ１２２等の各種計測器を設けても良い。かかる場合であっても、照度モニタ１２２等によって長期に渡って高精度な計測を実行することができ、その計測結果を反映させてウエハＷに対する露光を行うことで、高精度な露光を長期に渡って行うことが可能となる。
なお、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、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、さらに、ステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置などにも、本発明は適用できる。
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報、及びこれらに対応する米国特許第６，３４１，００７号明細書、並びに特表２０００−５０５９５８号公報及びこれに対応する米国特許第５，９６９，４４１号明細書などに開示されているようなウエハを保持するウエハステージを複数備えたマルチステージ型の露光装置にも適用できる。
また、上述の液浸法を適用した露光装置は、投影光学系ＰＬの終端光学素子の光射出側の光路空間を液体(純水)で満たしてウエハＷを露光する構成になっているが、国際公開第２００４／０１９１２８号及びこれに対応する米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号明細書などに開示されているように、投影光学系ＰＬの終端光学素子の光入射側の光路空間も液体で満たすようにしても良い。
また、上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに開示されているような露光対象のウエハなどの表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。
なお、上述の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を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報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を用いても良い。
また、国際公開第２００１／０３５１６８号などに開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
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する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、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、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源や、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
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、レチクルに形成されたパターンを前述の液浸露光によりウエハ等の物体上に転写するリソグラフィステップ、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前述の液浸露光方法が実行され、物体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を歩留り良く製造することができる。
本発明の露光装置は、液体を介して物体を露光するのに適している。また、本発明の液体供給方法は、前記露光装置に対する液浸用の液体の供給に適している。
５０…主制御装置、５２…結像特性補正コントローラ、７２…液体温度調整機構、８２…ＣＯ2溶解槽、８４…純水供給管、８８…ＣＯ2供給管、９０…加圧ポンプ、ＰＬ…投影光学系、Ｌｑ…液体、Ｗ…ウエハ、ＩＬ…照明光、１００…露光装置、１２２…照度モニタ、１２８…部材、１３１Ａ…液体供給ノズル、１３２…液浸装置、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＲＦ…撥液膜、ＭＳＴ…計測ステージ。

Claims (18)

  1. 投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲む撥液性の上面とを有するステージと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、
    前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、を備え、
    前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる露光装置。
  2. 前記ステージの上面と前記保持された基板の上面が同じ高さとなるように、前記基板が前記ステージに保持される請求項１に記載の露光装置。
  3. 投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲んで前記保持された基板と同じ高さの上面を有するステージと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、
    前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、を備え、
    前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる露光装置。
  4. 前記基板と前記ステージの上面との間には所定の間隙が形成される請求項２又は３に記載の露光装置。
  5. 前記所定物質が溶解した液体の温調を行なう温調装置をさらに有し、
    前記温調が行なわれた前記液体が前記液浸部材により供給される請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
  6. 投影光学系と液体を介して基板を露光する露光装置であって、
    前記基板を保持可能なステージと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に混入させる混入装置と、
    前記所定物質が混入した前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成する液浸部材と、
    前記所定物質が溶解した液体の温調を行なう温調装置と、を備え、
    前記温調が行なわれた後に前記所定物質が溶解した前記液体により前記液浸領域が形成されるとともに、前記液浸部材により形成された前記液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる露光装置。
  7. 前記所定物質は前記液体に溶解可能な気体を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置。
  8. 前記気体は二酸化炭素を含む請求項７に記載の露光装置。
  9. 前記ステージの上面は、フッ素系樹脂材料又はアクリル系樹脂材料によりコーティングされている請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置。
  10. 投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、
    前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲む撥液性の上面とを有するステージを、前記投影光学系下へ位置づけることと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、
    前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することと、
    前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体を吹き付けることと、を含む液体供給方法。
  11. 前記ステージの上面と前記保持された基板の上面が同じ高さとなるように、前記基板が前記ステージに保持される請求項１０に記載の液体供給方法。
  12. 投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、
    前記基板を保持可能な保持部と、前記保持部を囲んで前記保持された基板と同じ高さの上面とを有するステージを、前記投影光学系下へ位置づけることと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、
    前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することと、
    前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体を吹き付けることと、を含む液体供給方法。
  13. 前記基板と前記ステージの上面との間には所定の間隙が形成される請求項１１又は１２に記載の液体供給方法。
  14. 前記所定物質が溶解した前記液体の温調を行なうことをさらに含み、
    前記温調が行なわれた前記液体により前記液浸領域が形成される請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の液体供給方法。
  15. 投影光学系と液体とを介して基板を露光する露光装置に用いられる液体供給方法であって、
    前記基板を保持可能なステージを前記投影光学系下へ位置づけることと、
    比抵抗が変化する所定物質を液体に溶解させることと、
    前記所定物質が溶解した前記液体の温調を行なうことと、
    前記所定物質が溶解された前記液体を前記投影光学系と前記ステージとの間に供給して液浸領域を形成することを含み、
    前記温調が行なわれた後に前記所定物質が溶解した前記液体により前記液浸領域が形成されるとともに、前記形成された液浸領域の界面に除電機能を有する気体が吹き付けられる液体供給方法。
  16. 前記所定物質は前記液体に溶解可能な気体を含む請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の液体供給方法。
  17. 前記気体は二酸化炭素を含む請求項１６に記載の液体供給方法。
  18. 前記ステージの上面は、フッ素系樹脂材料又はアクリル系樹脂材料によりコーティングされている請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の液体供給方法。
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