JPWO2004090956A1 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
R=k1・λ/NA … (1)
δ=±k2・λ/NA2 … (2)
ここで、λは露光波長、NAは投影光学系の開口数、k1、k2はプロセス係数である。(1)式、(2)式より、解像度Rを高めるために、露光波長λを短くして、開口数NAを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。
焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のマージンが不足するおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば下記特開平10−303114号公報に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成し、液体中での露光光の波長が空気中の1/n(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するとともに、焦点深度を約n倍に拡大するというものである。
ところで、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。
上記特開平10−303114号公報に開示されている液浸型露光装置は、基板ステージ上のホルダテーブル及び壁部等により液体槽を形成し、この液体槽中に基板を配置する構成である。このような構成の場合、基板ステージを移動する際に液体表面が波打ち、液体が飛散するおそれがあるばかりでなく、液体の揺れにより基板上に投影されるパターン像が劣化する可能性がある。また、液体を供給、回収する配管を基板ステージに接続しなければならず、ステージの移動精度に悪影響を与えるおそれもある。
上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図1〜図8に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置(EX)は、パターンの像を投影光学系(PL)を介して基板(P)上に投影し、基板(P)を露光する露光装置において、投影光学系(PL)の上方で基板(P)を保持して移動可能な基板移動手段(PST)と、投影光学系(PL)と基板(P)との間の少なくとも一部を液体(30)で満たす液浸装置(100)とを備え、投影光学系(PL)と液体(30)とを介してパターンの像を基板(P)上に投影することを特徴とする。
また本発明のデバイス製造方法は、上記記載の露光装置(EX)を用いることを特徴とする。
本発明によれば、投影光学系の上方に、基板を保持して移動可能な基板移動装置を設けたので、所定の位置に固定された投影光学系の上端部に液体を保持して投影光学系と基板との間に液浸領域を形成することができる。すなわち、液体に対して基板を移動する構成であるため、液体の飛散を抑え、基板上に投影されるパターン像の劣化を抑制できる。そして、固定されている投影光学系の上端部に液浸領域を形成するための液体を供給、回収する配管類は基板移動装置(基板ステージ)に接続する必要が無くなるので、この配管類による基板ステージの移動精度を劣化させることが無くなる。
図2は、図1の要部拡大図であって液浸ユニット近傍を示す側断面図である。
図3は、図2の液浸ユニットを上方から見た平面図である。
図4は、液浸ユニットの他の実施例を示す平面図である。
図5は、本発明の露光装置の第2実施形態を示す要部拡大図である。
図6は、図1の液浸ユニットを上方から見た平面図である。
図7は、液浸ユニットの他の実施例を示す平面図である。
図8は、半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
図1において、露光装置EXは、マスクMを保持するマスクステージMSTと、基板Pを保持する基板ステージ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。投影光学系PLはその上方に像面を形成するように設けられており、マスクMを保持するマスクステージMSTは投影光学系PLの下方に配置され、一方、基板Pを保持する基板ステージPSTは投影光学系PLの上方に配置されている。
本実施形態に係る露光装置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型露光装置であって、投影光学系PLと基板Pとの間の少なくとも一部を液体30で満たす液浸装置の一部を構成する液浸ユニット100を備えている。液浸ユニット100は、投影光学系PLの像面側である上端部に固定された液体槽10と、液体槽10への流路を形成する供給管3を介して液体30を供給する液体供給装置1と、液体槽10からの液体30の流路を形成する回収管4を介して回収する液体回収装置2とを備えている。そして露光装置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、液浸ユニット100の液体供給装置1から供給した液体30により投影光学系PLの上端面と基板Pとの間の少なくとも一部を液体30で満たし、投影光学系PLの投影領域AR1を含むように液浸領域AR2を形成する。具体的には、露光装置EXは、投影光学系PLの上端部の光学素子PLaと基板Pの露光面(表面)との間に液体30を満たし、この投影光学系PLと基板Pとの間の液体30及び投影光学系PLを介してマスクMのパターンの像を基板P上に投影し、基板Pを露光する。
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Y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軸まわり方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上に感光性材料であるフォトレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。
照明光学系ILはマスクステージMSTに保持されているマスクMを露光光ELで照明するものであり、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、露光光ELによるマスクM上の照明領域をスリット状に設定する可変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。
マスクステージMSTはマスクMを保持するものであって、投影光学系PLの下方に設けられており、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方向に微小回転可能である。マスクステージMSTにはマスクMを真空吸着保持する真空吸着穴が設けられており、マスクMはマスクステージMSTに真空吸着穴を介してマスクMのパターン面を上向き(+Z方向)に吸着保持される。また、マスクステージMSTはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置MSTDにより駆動される。マスクステージ駆動装置MSTDは制御装置CONTにより制御される。マスクステージMSTには移動鏡50が設けられている。また、移動鏡50に対向する位置にはレーザ干渉計51が設けられている。マスクステージMSTに保持されたマスクMの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計51によりリアルタイムで計測され、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51の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置MSTDを駆動することでマスクステージMSTに保持されているマスクMの位置決めを行う。
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側の上端部に設けられた光学素子(レンズ)PLaを含む複数の光学素子で構成されており、これら光学素子は鏡筒PKで支持されている。そして、投影光学系PLはその上方に像面を形成するように設けられている。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あるいは1/5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、本実施形態の投影光学系PLの上端部の光学素子PLaは鏡筒PKに対して着脱(交換)可能に設けられており、光学素子PLaには液浸領域AR2の液体30が接触する。光学素子PLaの液体接触面は、XY平面とほぼ平行な平面になっている。
基板移動装置の一部を構成する基板ステージPSTは基板Pを保持して移動するものであって、基板Pを基板ホルダを介して保持するZステージ52と、Zステージ52を支持するXYステージ53と、XYステージ53を支持するベース54とを備えている。ベース54は例えば投影光学系PLを支持する支持部材とは別の支持部材に支持されている。基板ステージPSTの基板ホルダは、基板Pのうち感光剤が塗布された被露光処理面である露光面を下方(−Z方向)に向けてこの基板Pを保持する。基板ホルダの表面(下面)にはバキューム装置に接続する真空吸着穴が複数設けられており、基板ホルダは基板Pを真空吸着穴を介して吸着保持する。また、基板ステージPSTはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置PSTDにより駆動される。基板ステージ駆動装置PSTDは制御装置CONTにより制御される。Zステージ52を駆動することにより、Zステージ52に保持されている基板PのZ軸方向における位置(フォーカス位置)、及びθX、θY方向における位置が制御される。また、XYステージ53を駆動することにより、基板PのXY方向における位置(投影光学系PLの像面と実質的に平行な方向の位置)が制御される。すなわち、Zステージ52は、基板Pのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Pの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の像面に合わせ込み、XYステージ53は基板PのX軸方向及びY軸方向における位置決めを行う。なお、ZステージとXYステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。
基板ステージPST(Zステージ52)には移動鏡55が設けられている。また、移動鏡55に対向する位置にはレーザ干渉計56が設けられている。基板ステージPSTに保持された基板Pの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計56によりリアルタイムで計測され、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56の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置PSTDを駆動することで基板ステージPSTに保持されている基板Pの位置決めを行う。
図2は図1の要部拡大図であって、液浸ユニット100を示す側断面図である。図2において、液浸ユニット100は、液体30を保持可能な側壁部10Cを有する液体槽10と、液体槽10に供給管3を介して液体30を供給する液体供給装置1と、液体槽10の液体30を回収管4を介して回収する液体回収装置2とを備えている。
液体供給装置1は、液体30を収容するタンク及び加圧ポンプ等を備えており、供給管3を介して液体槽10に液体30を供給する。液体供給装置1の液体供給動作は制御装置CONTにより制御され、制御装置CONTは液体供給装置1による液体槽10に対する単位時間あたりの液体供給量を制御可能である。また、液体供給装置1は液体槽10に供給する液体30の温度を調整する温度調整装置を備えている。液体供給装置1は温度調整装置を用いて液体槽10に対して供給する液体30の温度を、例えば露光装置EXが収容されているチャンバ装置内部の温度と同程度に設定する。また、供給管3には液体槽10に対して供給する液体30を整流するための整流部材5が設けられている。整流部材5は例えば多孔質体やスリット状の流路を有するスリット部材により構成されている。また、液体供給装置1に、液体槽10に対して供給する液体30に含まれる気泡を除去する気泡除去装置(脱気装置)を設けることができる。この気泡除去装置は例えば液体30を加熱することで気泡を除去する加熱装置、あるいは液体30を所定の容器に収容し、この容器内の圧力を下げることで気泡を除去する減圧装置により構成される。
本実施形態において、液体30には純水が用いられる。純水はArFエキシマレーザ光のみならず、露光光ELを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)とした場合にも、この露光光ELを透過可能である。
液体回収装置2は液体槽10の液体30を回収するものであって、例えば真空ポンプ等の吸引装置、及び回収した液体30を収容するタンク等を備えており、液体槽10の液体30を回収管4を介して回収する。液体回収装置2の液体回収動作は制御装置CONTにより制御され、制御装置CONTは液体回収装置2による単位時間あたりの液体回収量を制御可能である。
液体槽10は液体30を保持するものであって側壁部10Cを有しており、投影光学系PLの上端部の鏡筒に取り付けられている。液体槽10の上部には開口部10Aが形成されており、液体槽10に保持された液体30は開口部10Aを介して液体槽10外部に露出される。ここで、開口部10Aの大きさは投影光学系PLの投影領域AR1より大きく形成されている。一方、液体槽10の底部10Dには貫通穴10Bが形成されている。液体槽10の貫通穴10Bに投影光学系PLの鏡筒上部(不図示)が嵌合しており、貫通穴10Bと鏡筒との間には液体槽10の液体30の漏出を防止するためのシール部材が設けられている。また、投影光学系PLの光学素子PLaの上端面は液体槽10の側壁部10Cの上端面より下方に配置されており、液体槽10が液体30で満たされたとき、光学素子PLaの上端面を含む上端部が液体30に浸るようになっている。ここで、液体槽10は例えばセラミックスにより形成されている。セラミックスは液体30にその一部が溶出しても基板Pの露光面に塗布されている感光剤にほとんど影響を与えない。
そして基板ステージPSTは、保持した基板Pの露光面が液体槽10の上端部に対して所定距離だけ離れるように設けられている。具体的には、基板Pの露光面と液体槽10の開口部10Aから露出する液体30とが液体30の表面張力により接触可能となるように、基板Pと液体槽10との距離が設定されている。
図3は液浸ユニット100を上方から見た図である。図3において、投影光学系PLの上端部の光学素子PLaは平面視円形状に形成されており、液体槽10及びその開口部10Aも平面視円形状に形成されている。そして、光学素子PLaは液体槽10(開口部10A)のほぼ中央部に配置されている。液体供給装置1に接続する供給管3は途中で3つの流路に分岐しており、分岐流路のそれぞれは投影光学系PLの光学素子PLaの−X側に設けられた3つの供給口6A〜6Cに接続している。一方、光学素子PLaの+X側には2つの回収口7A、7Bが設けられており、これら回収口7A、7Bに接続する流路は途中で集合し、この集合流路は回収管4に接続している。すなわち、投影光学系PLの光学素子PLaの上端部をX軸方向に挟むように、−X側には液体供給装置1に供給管3を介して接続する供給口6A〜6Cが設けられ、+X側には液体回収装置2に回収管4を介して接続する回収口7A、7Bが設けられた構成となっている。
また、供給口6A〜6Cと回収口7A、7Bとをほぼ180°回転した配置に、供給口8A〜8Cと回収口9A、9Bとが配置されている。供給口8A〜8Cは供給管11を介して液体供給装置1に接続され、回収口9A、9Bは回収管12を介して液体回収装置2に接続されている。供給口6A〜6Cと回収口9A、9BとはY軸方向に交互に配列され、供給口8A〜8Cと回収口7A、7BとはY軸方向に交互に配列されている。
そして、矢印Xaで示す走査方向(+X方向)に基板Pを移動させて走査露光を行う場合には、供給管3、供給口6A〜6C、回収管4、及び回収口7A、7Bを用いて、液体供給装置1及び液体回収装置2により液体30の供給及び回収が行われる。すなわち、基板Pが+X方向に移動する際には、供給管3及び供給口6A〜6Cを介して液体供給装置1から液体30が投影光学系PLと基板Pとの間を含む液体槽10に供給されるとともに、回収口7A、7B、及び回収管4を介して液体30が液体回収装置2に回収され、液体槽10中を+X方向に液体30が流れる。一方、矢印Xbで示す走査方向(−X方向)に基板Pを移動させて走査露光を行う場合には、供給管11、供給口8A〜8C、回収管12、及び回収口9A、9Bを用いて、液体供給装置1及び液体回収装置2により液体30の供給及び回収が行われる。すなわち、基板Pが−X方向に移動する際には、供給管11及び供給口8A〜8Cを介して液体供給装置1から液体30が投影光学系PLと基板Pとの間を含む液体槽10に供給されるとともに、回収口9A、9B、及び回収管12を介して液体30が液体回収装置2に回収され、液体槽10中を−X方向に液体30が流れる。
このように、制御装置CONTは、液体供給装置1及び液体回収装置2を用いて、基板Pの移動方向に沿って基板Pの移動方向と同一方向へ液体30を流す。したがって、新鮮且つクリーンな液体30を投影光学系PLと基板Pとの間に連続的に供給できる。そして、走査方向に応じて液体30を流す方向を切り替えることにより、+X方向、又は−X方向のどちらの方向に基板Pを走査する場合にも、投影光学系PLと基板Pとの間を液体30で満たすことができ、高い解像度及び広い焦点深度を得ることができる。
ところで、液体槽10の側壁部10Cや底部10Dに、例えば投影光学系PLの像面に対する基板P表面の位置を検出可能なフォーカス検出系を取り付けることができる。この場合フォーカス検出光は液体30中を通過する。
次に、上述した露光装置EXを用いてマスクMのパターンを基板Pに露光する方法について説明する。
ここで、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、走査露光時には、投影光学系PLの上方に形成される投影領域AR1にマスクMの一部のパターン像が投影され、投影光学系PLに対して、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、XYステージ53を介して基板Pが+X方向(又は−X方向)に速度β・V(βは投影倍率)で移動する。そして、1つのショット領域に対する露光終了後に、基板Pのステッピング移動によって次のショット領域に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で各ショット領域に対する露光が順次行われる。
まず、マスクMがマスクステージMSTにロードされるとともに、基板Pが基板ステージPSTにロードされたら、制御装置CONTは液体供給装置1及び液体回収装置2を駆動し、液体槽10に対する液体30の供給及び回収動作を開始する。液浸領域AR2を形成するために液体供給装置1から送出された液体30は供給管3を流通した後、供給口6A〜6Cを介して液体槽10に供給される。そして制御装置CONTは、マスクMと基板Pとを同期移動しながら照明光学系ILによりマスクMを露光光ELで照明し、マスクMのパターンの像を投影光学系PL及び液体30を介して基板Pに投影する。
基板Pを例えば+X方向に移動しながら走査露光している間、液体供給装置1及び液体回収装置2は液体供給動作及び液体回収動作を継続する。これにより、液体供給装置1から温度調整された液体30が液体槽10に常時供給されるので、露光光の照射熱に起因する液体槽10中の液体30の過剰な温度変化(温度上昇)を抑制し、パターン像を精度良く露光できる。
液体供給装置1による液体供給と液体回収装置2による液体回収とを協調動作させることにより、基板Pと投影光学系PLの光学素子PLaとの間に基板Pの走査方向と平行(同方向)に液体30が流れる。また、液体供給装置1による液体供給と液体回収装置2による液体回収とを協調動作させている場合、液体30の表面張力により、基板Pの露光面と液体槽10の開口部10Aより露出している液体30の表面とが接触し、基板P上の投影領域AR1と光学素子PLaとの間に液体30が配置され、液浸領域AR2が形成される。こうして、基板Pは、この基板Pの露光面が液体30の表面に接触するように基板ステージPSTに保持された状態で露光される。このとき、液体30の表面張力により基板Pの露光面と液体30の表面とが接触しているため、基板Pの露光面と液体槽10の上端面との間に僅かに隙間が形成される。そのため、基板ステージPSTは基板Pを液体槽10に接触することなくXY平面内で自由に移動できる。
ところで、基板Pの走査速度を変化させた際、制御装置CONTは基板Pの移動速度に応じて液体供給装置1による単位時間あたりの液体供給量及び液体回収装置2による単位時間あたりの液体回収量を変化させてもよい。具体的には、基板Pの移動速度を上昇したら、単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量を多くする。これにより、基板Pの移動速度に応じて投影光学系PLと基板Pとの間を流れる液体30の流速も速くなり、投影光学系PLと基板Pとの間に液浸領域AR2を円滑に形成できる。また、基板Pの移動速度に応じて液体槽10(開口部10A)の大きさを設定することが好ましい。すなわち、基板Pの移動速度を高速化すると液体槽10の液体30が基板Pにより引っ張られ、液浸領域AR2の形成が不安定になり基板P上の投影領域AR1に液体30を配置できない場合が生じる可能性があるが、液体槽10を大きくして基板Pと液体30との接触面積を大きくすることにより、基板Pの移動速度を高速化しても投影領域AR1に液体30を円滑に配置できる。
また、液体槽10と基板ステージPSTに保持された基板Pとの距離は使用する液体30の表面張力(界面張力)に応じて設定することができる。本実施形態では液体30として純水を用いているが、他の種類の液体を用いる場合、液体の表面張力(界面張力)は液体の材料特性により変化するため、これに応じて液体槽10と基板Pとの間の距離を設定する。
以上説明したように、投影光学系PLの上方にこの投影光学系PLの像面を形成するとともに、投影光学系PLの上方に基板Pを保持して移動可能な基板ステージPSTを設けたので、液浸ユニット100の液体槽10を、移動しない投影光学系PLの上端部に設けて投影光学系PLと基板Pとの間に液浸領域AR2を形成することができる。液体槽10の位置は固定されているので液体槽10の開口部10Aから露出する液体表面の波打ちや液体の飛散を防止でき、基板P上に投影されるパターン像の劣化を抑制できる。また、液体槽10を投影光学系PLの上端部に設けることにより、液浸領域AR2を形成するために液体30を供給する液体供給装置1及びこれに接続する供給管3、あるいは液体30を回収する液体回収装置2及びこれに接続する回収管4を駆動部である基板ステージPSTに取り付ける必要が無くなるので、これら装置や配管類による基板ステージPSTの移動を妨げるといった不都合を抑制できる。
なお、本実施形態では、液浸領域AR2を形成するために液体槽10に供給される液体30の温度は液体供給装置1に設けられた温度調整装置により調整される構成であるが、液浸領域AR2を形成するための液体30の温度調整装置を液体槽10に取り付ける構成であってもよい。
なお本実施形態では、走査露光中、液体の供給動作及び回収動作を継続し、液体30を流通し続ける構成であるが、液体30を流さずに液体槽10に溜めた状態でも液浸露光できる。一方、液体30の供給及び回収をすることにより、露光光の照射熱による液体槽10中の液体30の温度変化(温度上昇)の発生を抑制し、パターン像の劣化を防止できる。また、露光中において液体30の供給及び回収をし続けることにより、清浄な液体30を液体供給装置1から常時液体槽10に供給できるとともに、液体槽10の液体30中に不純物が混在してしまってもこれを液体回収装置2により液体槽10から直ちに回収できる。
なお図4に示すように、投影光学系PLの光学素子PLaを挟んでY軸方向両側のそれぞれに供給口13A〜13C、14A〜14C及び回収ノズル15A、15B、16A、16Bを更に設けることもできる。この供給ノズル及び回収ノズルにより、ステッピング移動する際の基板Pの非走査方向(Y軸方向)への移動時においても、投影光学系PLと基板Pとの間に液体30を安定して供給することができる。また、上述の実施形態においては、液体槽10を投影光学系PLの上端部付近の鏡筒に取り付けるようにしているが、投影光学系PLから分離した支持部材で保持するようにしてもよい。
以下、本発明の露光装置の第2実施形態について図5及び図6を参照しながら説明する。図5は第2実施形態に係る液浸ユニット100の側断面図であり、図6は上方から見た平面図である。ここで、以下の説明において、上述した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、その説明を簡略もしくは省略する。
図5及び図6において、液浸ユニット100は、投影光学系PLの上端部の光学素子PLaに取り付けられ、基板Pに対向する上面21を有する液浸領域形成部材20と、上面21に形成され、液体供給装置1に形成部材20内部に形成された流路22A〜22C及び供給管3を介して接続された液体供給孔23A〜23Cと、上面21に形成され、液体回収装置2に形成部材20内部に形成された流路24A、24B及び回収管4を介して接続された液体回収孔25A、25Bとを備えている。形成部材20はその平面視中央部に投影光学系PLの光学素子PLaに嵌合する穴部20Aを有しており、穴部20Aと光学素子PLaとを嵌合した際、形成部材20の上面21と投影光学系PLの光学素子PLaの上端面とがほぼ面一となるように設定されている。液体供給孔23A〜23Cのそれぞれは投影光学系PLの光学素子PLaの−X側に設けられ、上方に向かって液体30を放出する。一方、液体回収孔25A、25Bは光学素子PLaの+X側に設けられており、下方に向かって液体30を吸引する。なお、本実施形態では液体供給孔は3つ設けられ、液体回収孔は2つ設けられているが、その数及び配置は任意に設定可能である。また第1実施形態同様、上面21に、前記液体供給孔23A〜23Cと液体回収孔25A、25Bとをほぼ180°回転した配置に、別の液体供給孔及び液体回収孔を設けることができる。
上面21のうち液体供給孔23A〜23C及び液体回収孔25A、25Bの外側には、液体回収孔で回収しきれなかった液体30を回収するトラップ部28、29が設けられている。トラップ部28、29のそれぞれは平面視略円弧状の溝部であって、投影光学系PLの光学素子PLaをX軸方向に関して挟んだ位置に設けられている。
図5中、トラップ部29に接続されている流路30は、形成部材20外部に設けられた管路31を介してタンク32及び吸引装置である真空ポンプ34に接続されている。タンク32と真空ポンプ34とを接続する流路にはバルブ33が設けられている。タンク32には排出流路32Aが設けられており、液体30が所定量溜まったら排出流路32Aより排出されるようになっている。なお、不図示ではあるがトラップ部28に接続されている流路35にも、上記と同様のタンク、バルブ、及び真空ポンプが接続されている。
基板Pを+X方向に移動しながら走査露光する際には、制御装置CONTは液体供給装置1及び液体回収装置2を駆動し、液体供給孔23A〜23Cを介して液体30を上面21に供給し、投影光学系PLの光学素子PLaと基板Pとの間に液浸領域AR2を形成する。そして、液体回収孔25A、25Bを介して液体30の回収を行い、基板Pの走査方向と平行(同方向)に液体30を流しつつ露光する。この場合、例えば液体供給装置1から供給口23A〜23Cを介して供給される液体30は基板Pの+X方向への移動に伴って投影光学系PLと基板Pとの間に引き込まれるようにして流れるので、液体供給装置1の供給エネルギーが小さくても、液体供給装置1から温度調整された液体30が光学素子PLaの上端面と基板Pとの間に常時供給され、露光光の照射熱に起因する液体30の過剰な温度変化(温度上昇)を抑制し、パターン像を精度良く露光できる。
第1実施形態では液体30を保持するために側壁部を有する液体槽を用いているが、第2実施形態では、平面である上面21及び光学素子PLaの上端面と基板Pとの間に液体30を配置する構成であるので、基板Pを大きく傾けても、基板Pと形成部材20との接触は起こらない。そして本実施形態でも、液浸ユニット100の液浸領域形成部材20を、移動しない投影光学系PLに固定した状態で基板Pを移動する構成であるため、液体30の揺れや飛散等が起こらず、パターンの像を基板Pに安定して投影することができる。
なお本実施形態では、液体30の供給及び回収動作は上面21の所定位置に設けられた複数の液体供給孔及び液体回収孔を介して行われる構成であるが、複数の液体供給孔及び液体回収孔を連続的に形成し、例えば図7に示すように、平面視長孔状(円弧状)である液体供給孔23及び液体回収孔25としてもよい。更に図7に示すように、トラップ部28を投影光学系PLの光学素子PLaを囲むように環状に形成してもよい。また、液体回収孔25A、25Bを設けずに、供給された液体30をすべてトラップ部28、29で回収するようにしてもよい。
なお本実施形態において、液体回収孔より回収しきれなかった液体30を回収するためのトラップ部は、溝部とこれに接続する真空ポンプ(吸引装置)により構成されているが、例えば溝部にスポンジ等の多孔質部材を配置することにより、この多孔質部材で回収しきれなかった液体30を回収・保持できる。
上述したように、本実施形態における液体30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。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であるため、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。
なお、液体30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、本実施形態の液体30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30としてはF2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイル等のフッ素系流体であってもよい。また液体30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。
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、本発明は基板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するステップ・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。
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8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。
Claims (8)
- パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影し、該基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の上方で前記基板を保持して移動可能な基板移動装置と、
前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部を液体で満たす液浸装置とを備え、
前記投影光学系と前記液体とを介して前記パターンの像を前記基板上に投影することを特徴とする露光装置。 - 前記基板は、該基板の露光面が前記液体の表面に接触するように保持された状態で露光されることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
- 前記液浸装置は、前記投影光学系の上端面に前記液体を保持するための液体槽を有し、
前記液体槽に保持された液体表面に前記基板の露光面を接触させた状態で前記基板の露光が行われる請求項1記載の露光装置。 - 前記液浸装置は、前記液体を供給する液体供給装置と前記液体を回収する液体回収装置とを有する請求項1記載の露光装置。
- 前記投影光学系の上端面の周囲に配置され、液体の漏洩を防止するための液体トラップを備えた請求項4記載の露光装置。
- 前記液体供給装置は上方に向かって液体を出す供給口を有し、前記液体回収装置は下方に向かって液体を吸引する回収口を有する請求項4記載の露光装置。
- 前記投影光学系の上端面に関して、前記液体回収装置の回収口の外側に配置され、液体の漏洩を防止するための液体トラップを備えた請求項6記載の露光装置。
- 請求項1記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
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