JPWO2005024921A1 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

ステージに保持された基板Ｗにマスクの像を投影する投影光学系を有し、この投影光学系と上記ステージとの間に特定ガス雰囲気を形成するための雰囲気形成機構７０，７１を備える露光装置において、上記雰囲気形成機構７０，７１は、上記ステージもしくは上記基板Ｗと接触したことに起因する力をやわらげ、この力が上記投影光学系ＰＬに伝達するのを抑制する緩衝部７１ａ，７１ｂを有する。このような構成により、ステージもしくは基板Ｗと雰囲気形成機構７０，７１とが接触することに起因する力が投影光学系ＰＬに伝達されることによって生じる投影光学系ＰＬの損傷を防止することができる。

Description

本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際に用いられる露光装置及びデバイス製造方法に関する。
本願は、２００３年９月３日に出願された特願２００３−３１１９２３号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。

半導体素子や液晶表示素子等の電子デバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に、パターンが形成されたマスクもしくはレチクル（以下、レチクルと称する）のパターン像を投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布された基板上の各投影（ショット）領域に投影する投影露光装置が使用されている。電子デバイスの回路は、上記投影露光装置で被露光基板上に回路パターンを露光することによって転写され、後処理によって形成される。
近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進められている。
そのため、投影露光装置における露光用照明ビーム（露光光）が短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）といった短波長の光源が用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いた露光装置の実用化も最終段階に入りつつある。また、さらなる高密度集積化をめざして、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）を用いた露光装置の開発が進められている。
波長約１９０ｎｍ以下のビームは真空紫外域に属し、これらのビームは、空気を透過しない。これは、空気中に含まれる酸素分子・水分子・二酸化炭素分子等の物質（以下、吸光物質と称する）によってビームのエネルギが吸収されるためである。
真空紫外域の露光光を用いた露光装置において、被露光基板上に露光光を十分な照度で到達させるには、露光光の光路上の空間から吸光物質を低減もしくは排除する必要がある。そのため、露光装置では、光路上の空間を筐体で囲い、その筺体内に露光光を透過する透過性のガスを供給している。この場合、例えば全光路長を１０００ｍｍとすると、光路上の空間内の吸光物質の濃度は、１ｐｐｍ程度以下が実用的とされている。
しかしながら、露光装置では、基板が頻繁に交換されることから、光路上の空間の内、投影光学系と基板との間の空間の吸光物質を排除するのに困難が伴う。例えば、この空間を筐体で囲うには、基板交換用の機構も含めて囲えるような大型の筐体を設置する構成が考えられる。しかしこの構成では、筐体の大型に伴って筐体内に供給するガスの消費量が多くなってしまいコスト的な負担が大きくなる。
そのため、露光装置では、投影光学系と基板との間に局所的なガス雰囲気を形成する雰囲気形成機構を配置し、光路上の空間から吸光物質を排除する技術が考えられている。この構成では、雰囲気形成機構は、投影光学系と基板との間に、基板に対して数ｍｍ程度のクリアランスが設けられた状態で配置される（特開２００１−２１０５８７号公報参照）。
このような露光装置において、基板を載置するためのステージと投影光学系は、各々異なる支持台によって支持されている。このようなステージ側の支持台と投影光学系側の支持台とには、床面からの振動を抑制するためのアクティブ除震装置が各々設けられており、これらのアクティブ除震装置の独立した駆動によってステージと投影光学系との間隔を所定の状態に維持している。このアクティブ除振装置に何らかのトラブルが発生し、投影光学系とステージとが互いに接近する動きをした場合、投影光学系と基板との間に雰囲気形成機構が配置されていなければ、その移動量は、投影光学系と基板との問の間隔に比べて十分に小さいため特に重大な問題が発生する可能性が低かった。しかしながら、基板と投影光学系との間に上述のような雰囲気形成機構が配置されると、基板と雰囲気形成機構とのクリアランスが上述した移動量よりも小さくなってしまう。そして、アクティブ除振装置に何らかのトラブルが発生し、投影光学系とステージとが互いに接近すると、ステージもしくは基板と、雰囲気形成機構とが接触する可能性がある。このようにステージもしくは基板と、雰囲気形成機構とが接触すると、この接触に起因する力が雰囲気形成機構を介して投影光学系に伝達され、投影光学系の結像性能を変化させてしまう。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ステージもしくは基板と雰囲気形成機構とが接触することに起因する力が投影光学系に伝達されることによって生じる投影光学系の結像性能変化を防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本願発明の第１の態様は、ステージ（４５）に保持された基板（Ｗ）にマスク（Ｒ）の像を投影する投影光学系（ＰＬ）を有し、この投影光学系と上記ステージとの間に特定流体雰囲気を形成するための雰囲気形成機構を備える露光装置において、上記雰囲気形成機構は、上記ステージもしくは上記基板と接触したことに起因する力をやわらげ、この力が上記投影光学系に伝達するのを抑制する緩衝部を有するという構成を採用する。
このような本発明に係る露光装置によれば、雰囲気形成機構がステージもしくは基板と接触した場合であっても、その接触による力が投影光学系に伝達されることが緩衝部によって抑制される。
本願発明の第２の態様は、上記緩衝部（７１ａ，７１ｂ）は、伸縮することによって上記雰囲気形成機構の上記投影光学系側と上記ステージ側とを相対的に接近させる伸縮機構を有するという構成を採用する。
本願発明の第３の態様は、第２の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、
前記緩衝部は、前記雰囲気形成部と、前記投影光学系を保持する鏡筒との間を接続する可撓性部材をさらに備えるという構成を静養する。
本願発明の第４の態様は、第２の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部と、該雰囲気形成都を支持台に支持する支持部とを有し、前記支持部が前記伸縮機構を兼ねる構成を採用する。本願発明の第５の態様は、第４の態様の露光装置において、前記支持部は、前記支持台に取り付けられる一端部を備える第１支持部と、前記第１支持部の他端部に係合する一端部及び前記雰囲気形成部に取り付けられる他端部を備える第２支持部とを有し、前記雰囲気形成都と、前記ステージもしくは前記基板とが接触した際に、前記第１支持部の他端部と前記第２支持部の一端部との係合が解除する構成を採用する。
本願発明の第６の態様は、第５の態様の露光装置において、前記第１支持部の他端部は、前記投影光学系から離れる方向に形成された第１フランジ部を有し、前記第２支持部の一端部は、前記投影光学系に向かって形成された第２フランジ部を有し、前記第１支持部と前記第２支持部とは、前記第２フランジ部が前記第１フランジ部に蔵置することによって係合する構成を採用する。
本願発明の第７の態様は、第２の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、前記伸縮機構は、一端部が前記支持合に取り付けられ、他端部が前記雰囲気形成部に取り付けられる紐状部材を有する構成を採用する。
本願発明の第８の態様は、上記緩衝部（１２０，１２１，７２）は、形状変化することによって上記雰囲気形成機構の上記投影光学系側と上記ステージ側とを相対的に接近させる形状変化部を有するという構成を採用する。
本願発明の第９の態様は、上記形状変化部には、弾性変形部材（１２０）が用いられるという構成を採用する。
本願発明の第１０の態様は上記形状変化部には、塑性変形部材（１２１）が用いられるという構成を採用する。
本願発明の第１１の態様は、第１の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、前記緩衝都は、前記雰囲気形成部の一部に設けられる構成を採用する。
本願発明の第１２の態様は、第１１の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記緩衝部を介して、前記雰囲気形成部を支持する構成を採用する。
本願発明の第１３の態様は、第１１の態様の露光装置において、前記緩衝部は、前記雰囲気形成部のうち、前記前記ステージもしくは前記基板側の一部に設けられる構成を採用する。
本願発明の第１４の態様は、第１３の態様の露光装置において、前記緩衝部は、塑性変形部材又は弾性変形部材で形成される構成を採用する。
本願発明の第１５の態様は、第１の態様の露光装置において、前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、前記緩衝部は、前記雰囲気形成部の少なくとも一部を形成し、かつ脆性材料で構成される攻勢を採用する。
本願発明の第１６の態様は、上記雰囲気形成部と上記投影光学系との間には、上記ステージもしくは上記基板と上記雰囲気形成機構とが接触した際に上記雰囲気形成部が移動する距離以上のクリアランス（ｄ）が設けられているという構成を採用する。
次に、本願発明の第１７の態様は、本願発明における露光装置を用いて、上記マスク上に形成されたデバイスパターンを上記基板上に転写する工程を含むという構成を採用する。

図１は、本発明を適用した露光装置１０の概略構成を示す図である。
図２は、露光装置１０における投影光学系ＰＬ及びウエハステージ４６の支持構造を説明するための模式図である。
図３は、第１実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図４は、第１実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図５は、第１実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図６は、第１実施形態に係る露光装置１０においてウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際の様子を示した図である。
図７は、第２実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図８は、第２実施形態に係る露光装置１０においてウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際の様子を示した図である。
図９は、第３実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図１０は、第３実施形態に係る露光装置１０においてウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際の様子を示した図である。
図１１は、第４実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図１２は、第５実施形態に係る露光装置１０のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示した図である。
図１３は、第５実施形態に係る露光装置１０においてウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際の様子を示した図である。
図１４は液浸露光装置の雰囲気形成部１００の構成を示した図である。
図１５は、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。

以下、図面を参照して、本発明に係る露光装置及びデバイス製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、露光用のエネルギビームとして真空紫外光を用いるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した露光装置１０の概略構成を示す図である。この図において、露光装置１０の機構部は、照明光学系２１、レチクル操作部２２、投影光学系ＰＬ及びウエハ操作部２３に大きく分かれている。照明光学系２１、レチクル操作部２２及び投影光学系ＰＬは、各々照明系チャンバ２５、レチクル室２６及び鏡筒２７の内部に、外気（ここでは後述の環境制御用チャンバ内の気体）から隔離されかつ気密性が高められた状態で収納されている。また、露光装置１０は全体として、内部の期待の温度が所定の目標範囲内に制御された環境制御用チャンバ（不図示）の内部に収納されている。
露光光源２０は、本実施形態において真空紫外域の波長１５７ｎｍのパルスレーザ光を発生するＦ_２レーザ光源が使用されている。露光光源２０の射出端は、照明系チャンバ２５の下部に取り付けられている。露光時に露光光源２０から照明系チャンバ２５内に射出された露光光ＩＬ（エネルギビーム）は、ミラー３０で上方に反射され、振動等による光軸ずれを合わせるための自動追尾部（不図示）及び照明系の断面形状の整形と光量制御とを行うビーム整形光学系３１を介してオプティカル・インテグレータ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ（またはロッドレンズ）３２に入射する。フライアイレンズ３２の射出面には開口絞り（不図示）が配置され、フライアイレンズ３２及び開口絞りを通過した露光光ＩＬは、ミラー３４によってほぼ水平方向に偏向されてリレーレンズ３５を介して視野絞り（レチクルブラインド）３６に達する。
視野絞り３６の配置面は露光対象のレチクルＲのパターン面と光学的にほぼ共役であり、視野絞り３６は、そのパターン面での細長い長方形の照明領域の形状を規定する固定ブラインドと、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光を防止するためにその照明領域を閉じる可動ブラインドとを備えている。視野絞り３６を通過した露光光ＩＬは、リレーレンズ３７、ミラー３８及び照明系チャンバ２５の先端部に固定されたコンデンサレンズ系３９を介してレチクルＲのパターン面上の長方形（スリット上）の照明領域を均一な照度分布で照明する。露光光源２０〜コンデンサレンズ系３９により照明光学系２１が構成され、照明光学系２１内の露光光ＩＬの光路、すなわち露光光源２０からコンデンサレンズ系３９までの光路が照明系チャンバ２５によって密閉されている。
照明光学系２１からの露光光のもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬを介して投影倍率▲ｓ▼（▲ｓ▼は例えば１／４，１／５等）で、感光材（フォトレジスト）が塗布されたウエハＷ（基板）上に投影される。ウエハＷは例えば半導体（シリコン等）またはＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の円板状の基板である。
レチクル操作部２２において、レチクルＲはレチクルステージ４０上に保持されている。レチクルステージ４０は不図示のレチクルベース上で後述のウエハステージと同期してＹ方向にレチクルＲを微小駆動する。レチクルステージ４０の位置及び回転角は不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測値及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２４からの制御信号に基づいてレチクルステージ４０が駆動される。レチクルステージ４０及び不図示の露光光ＩＬの光路、すなわちコンデンサレンズ系３９から投影光学系ＰＬまでの光路がレチクル室２６によって密閉されている。
投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子が鏡筒２７内に収納されており、投影光学系ＰＬのレチクル側の光学素子からウエハ側の光学素子までの光路が鏡筒２７内に密閉されている。
ここで、本実施形態のように露光光ＩＬがＦ_２レーザ光である場合には、透過率の良好な光学硝材は、蛍石（ＣａＦ_２の結晶）、フッ素や水素等をドープした石英ガラス及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等に限られる。そこで、これら透過率の良好な光学硝材を用いて屈折光学系を構成してもよい。また、高透過率の光学材料の種類が限定されるため、所望の結像特性（色収差特性等）を得ることが困難である場合には、屈折光学素子と反射鏡とを組み合わせた反射屈折光学系を採用してもよい。
ウエハ操作部２３において、ウエハＷはウエハホルダ４５上の載置面に吸着保持され、ウエハホルダ４５はウエハステージ４６上に固定されている。ウエハステージ４６は後述のウエハ定盤上で上述したレチクルステージと同期してＹ方向にウエハＷを連続移動すると共に、Ｘ方向及びＹ方向にウエハＷをステップ移動する。また、ウエハステージ４６は、不図示のオートフォーカスセンサによって計測されるウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置）に関する情報に基づいてオートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせる。ウエハステージ４６のＸ方向、Ｙ方向の位置及びＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）、Ｙ軸の回りの回転角（ローリング量）、Ｚ軸の回りの回転角（ヨーイング量）はレーザ干渉計４７によって高精度に計測され、この計測値及び主制御系２４からの制御信号に基づいてステージ駆動系４８を介してウエハステージ４６が駆動される。なお、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）に取付けられ、レーザ干渉計４７からのレーザビーム（測長ビーム）を反射する反射鏡４７ａは、別々の角柱状のミラーからなる構成、あるいは一体型のＬ字型のミラーからなる構成、あるいはウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）の側面を鏡面加工してミラーとして用いる構成等、様々な構成が適用される。また、ウエハホルダ４５、ウエハステージ４６及びウエハ定盤等によってウエハ操作部２３が構成され、ウエハ操作部２３の側方に搬送系としてのウエハローダ等（不図示）が配置されている。
ここで、図２に示す模式図を参照して投影光学系ＰＬ及びウエハステージ４６の支持構造について概略説明する。投影光学系ＰＬの鏡筒２７の外周には、この鏡筒２７と一体化されたフランジ部１０１が設けられている。そして、鏡筒２７は、第１支持台１０２にアクティブ除震装置１０３を介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１０４に、上方あるいは側方から挿入され、かつ、フランジ部１０１が係合することによって支持される。なお、鏡筒定盤１０４は鋳物で構成される。
アクティブ除震装置１０３は、鏡筒定盤１０４の各コーナ部に設置され（なお、紙面奥側のアクティブ除震装置については不図示）、内圧が調整可能なエアマウント１０５とボイスコイルモータ１０６と９とを備える。エアマウント１０５ボイスコイルモータ１０６とは第１支持台１０２上に直列に配置されている。
本実施形態に係る露光装置１０は、これらのアクティブ除震装置１０３によって、第１支持台１０２を介して外部から伝達される振動が投影光学系ＰＬに伝達されることをマイクロＧレベルで絶縁する。
ウエハステージ４６の下方には、ウエハ定盤１０７が配設されている。このウエハ定盤１０７は、上記第１支持台１０２とは別体として形成された第２支持台１０８の上方にアクティブ除震装置１０９を介してほぼ水平に支持されている。アクティブ除震装置１０９は、ウエハ定盤１０７の各コーナ部に配置され（なお、紙面奥側のアクティブ除震装置については不図示）、エアマウント１１０とボイスコイルモータ１１１が第２支持台１０８上に並列に配置された構成を有している。そして、ウエハステージ４６の底面には非接触ベアリングであるエアベアリング１１２が複数設置されており、これらのエアベアリング１１２によってウエハステージ４６がウエハ定盤１０７の上方に、例えば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。なお、本実施形態に係る露光装置１０は、アクティブ除震装置１０９によって、第２支持台１０８を介して外部から伝達される振動がウエハステージ４６に伝達されることをマイクロＧレベルで絶縁している。
図１に戻り、本実施形態の露光光ＩＬは波長１５７ｎｍの紫外光であるため、その露光光ＩＬに対する吸光物質としては、酸素（Ｏ_２）、水（水蒸気：Ｈ_２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭酸ガス（二酸化炭素：ＣＯ_２）、有機物及びハロゲン化物等がある。一方、露光光ＩＬが透過する気体（エネルギ吸収がほとんど無い物質）としては、窒素ガス（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）よりなる希ガスがある。以降、この窒素ガス及び希ガスをまとめて「透過性ガス」と呼ぶことにする。
本実施形態の露光装置１０は、光路上の空間、すなわち、照明系チャンバ２５、レチクル室２６及び鏡筒２７の各内部に真空紫外域のビームに対してエネルギ吸収の少ない上記透過性ガスを供給して満たし、その気圧を大気圧と同程度もしくはより高く（例えば、大気圧に対して０．００１〜１０％の範囲内で高く）するガス供給・排気系５０を備えている。ガス供給・排気系５０は、排気用の真空ポンプ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ、透過性ガスが高純度の状態で圧縮または液化されて貯蔵されたボンベ５３及び開閉制御されるバルブ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ等を含む。なお、これらの数及び設置場所については図示したものに限定されない。窒素ガスは波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対しては吸光物質として作用し、ヘリウムガスは波長１００ｎｍ程度まで透過性ガスとして使用することができる。また、ヘリウムガスは熱伝導率が窒素ガスの約６倍であり、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素ガスの約１／８であるため、特に高透過率と光学系の結像特性の安定性や冷却性とで優れている。なお、ヘリウムガスは高価であるため、露光光ＩＬの波長がＦ_２レーザ光のように１５０ｎｍ以上であれば、運転コストを低減させるためにその透過性ガスとして窒素ガスを使用しても良い。
また、ワーキング・ディスタンス部ＷＤ、すなわち投影光学系ＰＬの先端部（射出端）とウエハＷとの間の空間には、雰囲気形成機構によって、特定流体の雰囲気が形成している。なお、ここでは特定流体として、上記透過性ガスを用いるものとして説明する。雰囲気形成機構は、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに配置される雰囲気形成部７０、一端部が流体供給・排気系５０のボンベ５３に接続され、他端部が雰囲気形成部７０に接続されるガス供給配管６２、このガス供給配管６２の途中部位に配設されるパルプ６３、一端部が排気用の真空ポンプ６０に接続され、他端部が雰囲気形成部７０に接続される第１排気配管６１及び第２排気配管６４を備える。なお、本実施形態では、雰囲気形成部７０は、投影光学系ＰＬを保持する鏡筒２７に後述する支持部７１によって支持される。また、本実施形態では、鎖筒２７が、雰囲気形成部７０を支持する支持台として機能する。
図３〜図５にワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を拡大した様子を示す。なお、図３はワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を図１におけるＸ方向から見た様子を示す図であり、図４はワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近をＹ方向から見た様子を示す図であり、図５はワーキング・ディスタンス部ＷＤ近傍を上方から見た様子を示す図である。
図３〜図５に示すように、ワーキング・ディスタンス部ＷＤにおいて、雰囲気形成部７０は、露光光ＩＬの光路を囲うように配設されている。この雰囲気形成部７０には、ガス供給配管６２の他端部が接続されるガス供給口６５と第１排気管６１の他端部が接続される第１ガス吸気口６６とが配設されている。これらのガス供給口６５と第１ガス吸気口６６とは、ワーキング・ディスタンス部ＷＤにおける透過性ガスの流れを一様とするように各々ガス供給配管６２と第１排気管６１との管径よりも大きな開口端を有しており、各々によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟み込むようにかつ互いに対向して配設されている。
さらに雰囲気形成部７０は、露光光ＩＬの光路を囲み、かつガス供給口６５及び第１吸気口６６の外側に配置され、第２排気管６４の他端部が接続される第２吸気口６７を備える。このように、第２吸気口６７がガス供給口６５及び第１吸気口６６の外側において露光光ＩＬの光路を囲うように形成されることによって、ウエハＷと雰囲気形成部７０との間に流出した透過性ガスはワーキング・ディスタンス部ＷＤの外部に漏出せずに吸気され、さらにワーキング・ディスタンス部ＷＤの外部からワーキング・ディスタンス部ＷＤ内に新たに侵入しようとする気体では第２吸気口６７より露光光ＩＬの光路に到達する以前に吸気される。このため、本実施形態に係る露光装置１０は、露光光ＩＬの光路を確実に透過性ガス雰囲気とすることができると共に、透過性ガスがワーキング・ディスタンス部ＷＤの外部に漏出することを防止することができる。
雰囲気形成部７０の上部と投影光学系ＰＬの先端部との間には、上述したアクティブ除震装置の各々の独立駆動に起因して、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際に雰囲気形成部７０が移動する距離以上のクリアランスｄが設けられている。なお、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とは、露光装置１０の通常稼動において接触することはないが、例えば外部から露光装置１０に大きな振動が加わった場合等のトラブル時に上述したアクティブ除震装置１０３，１０９が独立駆動することによって接触する場合がある。
本実施形態に係る露光装置１０には、クリアランスｄからの透過性ガスの漏出を防止するためのフィルム状部材６８が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを囲うように雰囲気形成部７０の上部と鏡筒２７の先端部との間に設置されている。このフィルム状部材６８は、透過性ガスが透過しないような可撓性を有する材料から形成されており、例えばエバール（商品名）等からなる。フィルム状部材６８は、可撓性を有しているため、雰囲気形成部７０を介して投影光学系ＰＬに振動の伝達を抑制することができる。なお、上記フィルム状部材６８は、本発明に係る緩衝部機構の一部を構成するものである。
支持部７１は、雰囲気形成部７０を鏡筒２７に支持するためのものであり、鏡筒２７と雰囲気形成部７０との間に複数配置されている。支持部７１は、一端部が鏡筒２７に固定される第１支持部７１ａと、一端部が雰囲気形成部７０に固定される第２支持部７１ｂとから構成されている。第１支持部７１ａの他端部には投影光学系ＰＬから離れる方向に向かって突出する第１フランジ部７１ａ１が形成されており、第２支持部７１ｂの他端部には投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに向かって突出し上記第１フランジ部７１ａ１に上方から係合する第２フランジ部７１ｂ１が形成されている。そして、第１フランジ部７１ａ１に第２フランジ部７１ｂ１が載置されることによって、第１フランジ部７１ａ１と第２フランジ部７１ｂ１とが係合し、雰囲気形成部７０が鏡筒２７に支持される。なお、本実施形態に係る露光装置１０では、支持部７１が本発明に係る緩衝部の一部及び伸縮機構の機能を有している。本実施形態では、フィルム状部材６８及び支持部７１とが相互に作用することによって、本願発明に係る緩衝部として機能する。
したがって、図６に示すように、支持部７０は、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触して雰囲気形成部７０が図１におけるＺ方向に移動した場合に、第１フランジ部７１ａ１と第２フランジ部７１ｂ１との係合が解除することによってＺ方向に伸縮する。なお、第１フランジ部７１ａ１と第２フランジ部７１ｂ１との間にダンパーを配置し、このダンパーをＺ方向に伸縮させることができる。本実施形態に係る露光装置１０は、この支持部７１及びフィルム状部材６８の伸縮によって、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷ（本発明に係る露光装置のステージ側）と雰囲気形成部７０（本発明に係る投影光学系側）とを相対的に接近させ、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が投影光学系ＰＬに伝達されることを抑制する。このため、本実施形態に係る露光装置１０においては、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が支持部７１及びフィルム状部材６８が伸縮することによって緩衝されるので、投影光学系ＰＬの結像性能変化を防止することが可能となる。また、上述のようにウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触した際には、雰囲気形成部７０の重量がウエハステージ４６に加わるが、雰囲気形成部７０の重量はさほど大きいものではないためにウエハステージ４６が損傷することはない。
なお、第１支持部７１ａは、上述のように一端部が鏡筒２７に固定されていなくとも良く、例えば鏡筒定盤１０４に固定されていても良い。すなわち、鏡筒定盤１０４が本発明の支持台として機能する。
また、上記実施形態において複数の支持部７１によって雰囲気形成部７０を支持したが、これに限定されるものではなく、例えば露光光ＩＬの光路を囲む円筒形状の単一の支持部によって雰囲気形成部７０を支持しても良い。
このような本実施形態に係る露光装置１０は、通常稼動時には、透過性ガス雰囲気に保たれた光路を介して、レチクルＲのパターン像をウエハＷ上の各ショット領域に投影している。
（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して本発明に係る露光装置の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態においては、雰囲気形成部７０の一部に形状変化部１２０を設けた形態について説明する。また、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図７は、ワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を上記第１実施形態で説明した図１におけるＸ方向から見た様子を示す図である。この図７において、形状変化部１２０は、透過性ガスを透過しない弾性体部材（例えばゴムや弾性プラスチック等）からなり、雰囲気形成部７０の上部、すなわちガス供給口６５の上部及び第１吸気口６６の上部の少なくとも一部を構成している。
本第２実施形態に係る露光装置１０は、形状変化部１２０が上述した第１実施形態に係る露光装置１０が備えていた伸縮機構及びフィルム状部材６８を兼ねている。なお、本第２実施形態においては、形状変化部１２０が本発明に係る緩衝部及び支持部の機能を有している。
このように構成された本第２実施形態に係る露光装置１０において、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触して雰囲気形成部７０が図１におけるＺ方向に移動した場合には、図８に示すように、形状変化部１２０自体が形状変化する。これによって、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が緩衝されるので、本第２実施形態に係る露光装置１０は、上記第１実施形態に係る露光装置１０と同様の効果を奏することができる。
（第３実施形態）
次に、図９及び図１０を参照して本発明に係る露光装置の第３実施形態について説明する。図９は、本第３実施形態に係る露光装置におけるワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を上記第１実施形態で説明した図１におけるＸ方向から見た様子を示す図である。この図９において形状変化部１２１は塑性変形部材（例えば、ガラスや金属等）からなっており、本第３実施形態に係る露光装置１０は、他の構成は上記第２実施形態と同様である。
このように構成された本第３実施形態に係る露光装置１０において、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触して雰囲気形成部７０が図１におけるＺ方向に移動した場合には、形状変化部１２１が塑性変形する。例えば、形状変化部１２１がガラスからなる場合には、図１０に示すように、形状変化部１２１が塑性変形することによって破壊される。これによって、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が緩衝されるので、本第３実施形態に係る露光装置１０は、上記第１実施形態に係る露光装置１０と同様の効果を奏することができる。なお、上述のように形状変化部１２１が破壊された場合には、雰囲気形成部７０を交換する必要があるが、雰囲気形成部７０は投影光学系ＰＬと比較して安価に製造することができる。このため、投影光学系ＰＬを交換する場合と比較して容易に露光装置を再稼動させることが可能である。
なお、形状変化部１２１としてテフロン（登録商標）等からなる薄い金属板を用いても良く、この場合には、形状変化部１２１が例えば折れ曲がることによってウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力を緩衝する。
なお、形状変化部１２１を、塑性変形せずに破壊する脆性材料で形成してもよい。この脆性材料としては、アルミナ、ジルコニア、チッカアルミなどのセラミックス等を用いることができる。
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明に係る露光装置の第４実施形態について説明する。図１１は、本第４実施形態に係る露光装置におけるワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を上記第１実施形態で説明した図１におけるＸ方向から見た様子を示す図である。この図に示すように、本第４実施形態に係る露光装置１０は、上記第２及び第３実施形態に係る露光装置１０において説明した形状変化部１２０（１２１）が雰囲気形成部７０の下部の一部、すなわちガス供給口６５の下部及び第１吸気口６６の下部の少なくとも一部に備えられている。なお、本第４実施形態において、雰囲気形成部７０の上部が直接鏡筒２７に固定されることによって雰囲気形成部７０を支持する構造を有しており、雰囲気形成部７０の上部が本発明に係る支持部の機能を有している。また、形状変化部１２０（１２１）が本発明に係る緩衝部の機能を有している。また、本第４実施形態に係る露光装置の上述以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。
このように構成された本第４実施形態に係る露光装置１０において、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触して雰囲気形成部７０が図１におけるＺ方向に移動した場合には、形状変化部１２１が弾性変形もしくは塑性変形する。これによって、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が緩衝されるので、本第４実施形態に係る露光装置１０は、上記第１実施形態に係る露光装置１０と同様の効果を奏することができる。
（第５実施形態）
次に図１２及び図１３を参照して本発明に係る露光装置の第５実施形態について説明する。なお、本第５実施形態においては、本発明に係る露光装置が雰囲気形成部７０とは別体に形状可変な支持部７２を有している形態について説明する。
図１２は、本第５実施形態に係る露光装置のワーキング・ディスタンス部ＷＤ付近を上記第１実施形態で説明した図１におけるＸ方向から見た様子を示す図である。この図１２に示すように、本第５実施形態に係る露光装置は、上記第１実施形態で説明した支持部７１の代わりに形状可変な支持部７２を有しており、他の構成は上記第１実施形態と同様である。この形状可変な支持部７２としては、例えばチェーン等の紐状部材を用いることができる。
このように構成された本第５実施形態に係る露光装置１０において、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触して雰囲気形成部７０が図１におけるＺ方向に移動した場合には、支持部７２が図１３に示すように形状変化する。これによって、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が緩衝されるので、本第５実施形態に係る露光装置１０は、上記第１実施形態に係る露光装置１０と同様の効果を奏することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る露光装置の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、上記実施形態において、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが垂直に接触した場合を図示した。しかしながら、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが斜めに接触した場合であってもウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力は緩衝される。
また、上記実施形態に係る露光装置に、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）もしくはウエハＷと雰囲気形成部７０とが接触したことに起因する力が緩衝されたことを検知するセンサを備えても良い。また、このセンサから得られる情報に基づいて露光装置の稼動を一時的に停止する非常停止手段を備えても良い。
また、上記実施形態に係る雰囲気形成部全てを第２、第３、第４実施形態で説明した形状変化部１２０（１２１）で構成しても良い。
また、本発明に係る雰囲気形成機構を液浸露光装置に適用しても良い。
上述した形態では、投影光学系ＰＬの先端部とウエハＷとの間の空間に特定流体として、透過性ガスを供給する構成について説明した。しかしながら、液浸露光装置に適用する場合には、透過性ガスの代わりに液浸露光用の液体を供給する。液浸露光用の液体を供給する場合には、ガス供給配管６２の代わりに液体供給配管を使用し、また、第１排気配管６１及び第２排気配管６４の代わりに第１排水配管及び第２排水配管を使用する。
さらに、本発明に係る雰囲気形成機構を液浸露光装置に適用した他の実施形態を図１４を参照して説明する。液浸露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する先端部の光学素子２Ｆは、鏡筒２７より露出しており、液浸領域ＡＲの液体ＬＱが接触する。雰囲気形成部１５０は、不図示の液体供給機構に接続され、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに液体ＬＱを供給する液体供給路１５１と、不図示の液体回収機構に接続され、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから液体ＬＱを回収する液体回収路１５２とを備える。
液体供給路１５１は、基板Ｗ表面に対向するように配置された液体供給口１５１Ａを備え、また、液体回収路１５２は、基板Ｗ表面に対向するように配置された液体回路路回収口１５２Ａを備える。液体供給口１５１Ａは、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲを挟んだＸ軸方向両側のそれぞれの位置に設けられており、液体回収口１５２Ａは、一投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲに対して液体供給口１５１Ａの外側で、投影領域ＡＲを囲うように設けられている。このように構成された雰囲気形成部１５０により、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間には、投影領域ＡＲを含む基板Ｗ上の一部に、投影領域ＡＲよりも大きく且つ基板Ｗよりも小さい液体雰囲気を形成することができる。このように、液体雰囲気を形成する雰囲気形成部１５０は、第１実施形態で説明したように、支持部７１で支持したり、また、雰囲気形成部１５０自身の一部を、策２、第３実施形成で説明したように、形状変化部１２０、１２１で構成してもよい。また、雰囲気形成部１５０全体又は少なくとも一部（例えば、ウエハステージ４６側）を鏡筒２７やウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）を構成する材料よりも壊れ易い材質の脆性材料（例えば、ガラスや、アルミナ、ジルコニア、チッカアルミなどのセラミックス等）で構成し、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）と雰囲気形成部１００とが接触したときに、雰囲気形成部１００の一部が欠けるようにしても良い。
なお、液浸露光装置に本発明を通用する場合、国際公開第２００４／０１９１２８号に開示されているように、投影光学系を構成する光学素子のうち、像面（ウエハ）側の光学素子（平行平面板）及び物体面（レチクル）側の両方の光路空間を液体で満たす投影光学系を採用することもできる。また、ウエハステージ４６は、特開平１１−１３５４００に図示されているような計測用のステージを含む。
なお、各実施形態において、雰囲気形成部７０、１５０を支持する支持台として、鏡筒２７を例に説明したが、この構成に限られるものではない。例えば、支持台として、鏡筒定盤１０４を用いることもできる。その際に、透過ガスの供給時又は吸気時に発生する雰囲気形成部７０自身の振動、あるいは、液体の供給時又は回収時に死生する雰囲気形成部１５０自身の振動が投影光学系ＰＬに影響しないように、振動を分離した状態で、鏡筒定盤１０４に取り付けることかできる。
液浸露光装置において、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いる場合には、液浸露光用の液体ＬＱとして純水が供給される。波長１９３ｎｍ程度の露光光に対して純水（水）の屈折率ｎは、ほぼ１．４４といわれ、基板上では、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。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（ウエハ）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、不純物の含有率が極めて低いため、基板の表面、及び投影光学系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。
このように、露光光の光源としてＡｒＦエキシマレーザ光を用いた場合、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。
また、液体としては、その他にも、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板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を用いることも可能である。
また、露光光としてＦ_２レーザ光を用いる場合には、液体ＬＱとしてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いれば良い。
また、本発明に係る露光装置は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置等に適用可能である。また、投影光学系の倍率は縮小倍率のみならず、等倍や拡大であっても良い。
また、本発明に係る露光装置のエネルギービームとして、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する場合や、Ｋｒ_２レーザ光（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ光（波長１２６ｎｍ）、ＹＡＧレーザ光等の高調波または半導体レーザの高調波等の波長が２００ｎｍ〜１００ｎｍ程度の真空紫外光にも適用できる。
また、エキシマレーザやＦ_２レーザ光等の代わりに、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ：分布帰還型）半導体レーザまたはファイバーレーザから発振される赤外域または可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（Ｅｒ）（またはエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）との両方）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、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露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適用できる。
以上のような本実施形態の露光装置は、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、この組立ての前後には、各種光学系については電気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の露光装置への組立て工程は、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、気圧回路の配線接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組立て工程の前、各サブシステム個々の組立て工程があることは言うまでもない。各種サブシステムの露光装置への組立てが終了したら、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及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行われることが望ましい。
そして、半導体素子等のデバイスは、図１５に示すように、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てマスク（レチクル）を作成するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、本発明に係る露光装置によってレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ２０４、デバイス組立てステップ（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。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、雰囲気形成機構がステージもしくは基板と接触した場合であっても、ステージもしくは基板と雰囲気形成機構とが接触することに起因する力が投影光学系に伝達されることによって生じる投影光学系の性能変化を防止することができる。

Claims (17)

1. ステージに保持された基板にマスクの像を投影する投影光学系と、該投影光学系と前記ステージもしくは前記基板との間に特定流体雰囲気を形成するための雰囲気形成機構とを備える露光装置において、
   前記雰囲気形成機構は、前記ステージもしくは前記基板と接触したことに起因する力をやわらげ、該力が前記投影光学系に伝達するのを抑制する緩衝部を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記緩衝部は、伸縮することによって前記雰囲気形成機構の前記投影光学系側と前記ステージ側とを相対的に接近させる伸縮機構を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、
   前記緩衝部は、前記雰囲気形成部と、前記投影光学系を保持する鏡筒との間を接続する可撓性部材をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部と、該雰囲気形成都を支持台に支持する支持部とを有し、前記支持部が前記伸縮機構を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
5. 前記支持部は、前記支持台に取り付けられる一端部を備える第１支持部と、前記第１支持部の他端部に係合する一端部及び前記雰囲気形成部に取り付けられる他端部を備える第２支持部とを有し、前記雰囲気形成都と、前記ステージもしくは前記基板とが接触した際に、前記第１支持部の他端部と前記第２支持部の一端部との係合が解除することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記第１支持部の他端部は、前記投影光学系から離れる方向に形成された第１フランジ部を有し、前記第２支持部の一端部は、前記投影光学系に向かって形成された第２フランジ部を有し、前記第１支持部と前記第２支持部とは、前記第２フランジ部が前記第１フランジ部に蔵置することによって係合することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、
   前記伸縮機構は、一端部が前記支持台に取り付けられ、他端部が前記雰囲気形成部に取り付けられる紐状部材を有することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
8. 前記緩衝部は、形状変化することによって前記雰囲気形成機構の前記投影光学系側と前記ステージ側とを相対的に接近させる形状変化部を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
9. 前記形状変化部には、弾性変形部材が用いられることを特徴とする請求項８記載の露光装置。
10. 前記形状変化部には、塑性変形部材が用いられることを特徴とする請求項９記載の露光装置。
11. 前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、
    前記緩衝都は、前記雰囲気形成部の一部に設けられることを特徴とする蹟求項１に記載の露光装置。
12. 前記雰囲気形成機構は、前記緩衝部を介して、前記雰囲気形成部を支持することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記緩衝部は、前記雰囲気形成部のうち、前記前記ステージもしくは前記基板側の一部に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の詰光装置。
14. 前記緩衝部は、塑性変形部材又は弾性変形部材で形成されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の露光装置。
15. 前記雰囲気形成機構は、前記特定流体雰囲気を形成する雰囲気形成部を有し、
    前記緩衝部は、前記雰囲気形成部の少なくとも一部を形成し、かつ脆性材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
16. 前記雰囲気形成部と前記投影光学系との間には、前記ステージもしくは前記基板と前記雰囲気形成機構とが接触した際に前記雰囲気形成部が移動する距離以上のクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
17. 請求項１〜１６いずれかに記載の露光装置を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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