TWI385706B - Exposure apparatus, immersion exposure apparatus, immersion exposure method, optical system for infusion, and method for manufacturing the same - Google Patents

Exposure apparatus, immersion exposure apparatus, immersion exposure method, optical system for infusion, and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

曝光裝置、浸液曝光裝置、浸液曝光方法、浸液用光學系統及元件製造方法
本發明係有關將圖案像透過投影光學系統投影曝光於基板上之曝光裝置及元件製造方法，特別係有關浸液型曝光裝置。
半導體元件或液晶顯示元件，係利用將形成於光罩上的圖案轉印於感光性基板上之所謂微影方法來加以製造。
在該微影製程所使用之曝光裝置，係具有：用來支持光罩之光罩載台、及用來支持基板之基板載台，邊逐步移動光罩載台及基板載台邊透過投影光學系統將光罩的圖案轉印於基板上。
近年來，為了對應元件圖案更高集積化，而期望更高解析度之投影光學系統。投影光學系統之解析度，隨著使用之曝光波長越短、或投影光學系統之數值孔徑越大，則變得越高。因此，在曝光裝置所使用之曝光波長逐年短波長化，投影光學系統之數值孔徑亦逐年增大。又，現在主流之曝光波長為KrF準分子雷射之248nm，進而，更短波長之ArF準分子雷射之193nm亦逐漸實用化。又，在進行曝光之際，焦點深度(DOF)係與解析度同樣重要。解析度R及焦點深度δ分別如以下之數學式表示。
R=k1 ×λ/NA………(1) δ=±k2 ×λ/NA2 ………(2)
在此，λ為曝光波長，NA為投影光學系統之數值孔徑，k1 、k1 為處理係數。由(1)式、(2)式可知，為了提高解析度R，而將曝光波長λ縮短、且增大數值孔徑，則會使焦點深度δ變小。
若焦點深度δ過小，則不易使將基板表面與投影光學系統之像面對準，會有曝光動作時裕度不足之虞。因此，提案有：實質地將曝光波長縮短、且使焦點深度變大的方法，例如下述專利文獻1所揭示之浸液法。該浸液法，係於投影光學系統下面與積板表面間以有機溶媒等液體填滿而形成浸液區域，利用在液體中曝光用光的波長係成為在空氣中的1/n(n係液體的折射率，通常為1.2~1.6左右)來提高解析度，並且將焦點深度放大約n倍。
(專利文獻1)日本專利特開平10-303114號公報
然而，上述習知技術存在著下述問題。
揭示於上述專利文獻1之浸液型曝光裝置之構成，係利用基板載台上之保持台及壁部等來形成液體槽，且於該液體槽中配置基板。在此構成的情形，於將基板載台移動之際，液體表面會有波動，不僅會有使液體飛散之虞，且會因液體波動而使投影於基板上的圖案像惡化。又，用來供應、回收液體之配管須連接於基板載台，故會對載台的移動精度產生不良影響。
本發明有鑑於此，其目的係提供一種曝光裝置及元件製造方法，其能抑制供形成浸液區域用之液體的飛散，液體供應、回收用之配管類不會妨礙基板載台的移動，能以所要的圖案精度來對基板進行曝光處理。
本發明之曝光裝置EX，係將圖案像透過投影光學系統PL投影於基板P上，以將該基板P曝光；其特徵在於具備：可移動之基板載台PST，係將該基板P保持於該投影光學系統PL上方；浸液單元100，係將投影光學系統PL與基板P間至少一部份以液體30填滿；透過投影光學系統PL與液體30，將圖案像投影於基板P上。
又，本發明之元件製造方法，其特徵在於：係使用上述之曝光裝置EX來製造。
依本發明，由於設置將基板保持於投影光學系統上方之可移動的基板移動機構，故可將液體保持於固定在既定位置之投影光學系統的上端部，且於投影光學系統與基板間形成浸液區域。即，由於使基板對液體移動，故能抑制液體的飛散，且抑制投影於基板上的圖案像惡化。又，由於對固定之投影光學系統的上端部，供形成浸液區域用之液體供應、回收之配管類，不必與基板移動機構(基板載台)連接，故可解除該配管類所造成基板載台之移動精度惡化。
以下，參照圖式說明本發明之曝光裝置。圖1係表示 本發明之曝光裝置之第1實施形態之概略構成圖。
在圖1中，曝光裝置EX係具備：光罩載台MST，係用來保持光罩M；基板載台PST，係用來保持基板P；照明光學系統IL，係以曝光用光EL照明保持於光罩載台MST之光罩M；投影光學系統PL，係將以曝光用光EL照明之光罩M的圖案像W投影於保持在基板載台PST之基板P；及控制裝置CON，係用來統合控制曝光裝置EX整體的動作。投影光學系統PL係設置成於其上方可形成像面，用來保持光罩M之光罩載台MST係配置於投影光學系統PL下方，另一方面，用來保持基板P之基板載台PST係配置於投影光學系統PL上方。
本實施形態之曝光裝置EX係浸液型曝光裝置，其適用於將曝光波長實質變短、提高解析度、且將焦點深度實質變大之浸液法，並具備構成浸液機構(將投影光學系統與基板間至少一部份以液體填滿)的一部份之浸液單元100。浸液單元100係具備：液體槽10，係固定於投影光學系統PL之上端部(像面側)；液體供應裝置1，係透過供形成往液體槽10之流路之供應管3來供應液體30；及液體回收裝置2，係透過供形成來自液體槽10的液體之流路之回收管4來回收液體30。又，曝光裝置EX，係在將至少光罩M之圖案像轉印於基板P上之期間，藉由浸液單元100之液體供應裝置1所供應之液體30，將投影光學系統PL的上端面與基板P間至少一部份以液體30填滿，以形成包含投影光學系統PL之投影區域AR1之浸液區域AR2。具體而言 ，曝光裝置EX，係投影光學系統PL的上端面之光學元件PLa與基板P之曝光面(表面)間以液體30填滿，且透過該投影光學系統PL與基板P間之液體30及投影光學系統PL將光罩M之圖案像投影於基板上，而將基板P曝光。
在本實施形態，作為曝光裝置EX，係以使光罩M與基板P沿掃描方向之彼此不同的方向(逆方向)同步移動，且將形成於光罩M的圖案曝光於基板P之掃描型曝光裝置(所謂掃描步進器)的場合為例作說明。在以下的說明，係以與投影光學系統PL的光軸AX一致的方向為Z軸方向，以在與Z軸方向垂直的平面內光罩M與基板P的同步移動方向(掃描方向)為X軸方向，以與Z軸方向及X軸方向垂直的方向(非掃描方向)為Y軸方向。又，將繞X軸、Y軸、Z軸周圍的方向分別設為θ X、θ Y、θ Z方向。又，在此所謂之「基板」係包含在半導體晶圓上塗有感光性材料之光阻，「光罩」係包含形成有縮小投影於基板上之元件圖案之標線片。
照明光學系統IL，係以曝光用光EL照明保持於光罩載台MST之光罩M，其具有：曝光用光源、使由曝光用光源射出之光束照度均勻化之光學積分器、將來自光學積分器之曝光用光EL聚光之聚光透鏡、中繼透鏡系統、及藉曝光用光EL於光罩M上所形成的照明區域設定成狹縫狀之可變視野光圈。在光罩M上的既定照明區域係藉照明光學系統IL之均勻照度分布之曝光用光EL照明。作為由照明光學系統IL射出之曝光用光EL，例如可使用由水銀燈射出 之紫外域的光線(g線、h線、I線)及KrF準分子雷射光(波長248nm)等之遠紫外光(DUV光)、或ArF準分子雷射光(波長193nm)及F2 雷射光(波長157nm)等之真空紫外光(VUV光)等。在本實施形態係使用ArF準分子雷射光。
光罩載台MST係用來保持光罩M，且設於投影光學系統PL下方，在與光軸AX垂直之平面內、即在XY平面內能作2維移動及能沿θ Z方向作微小旋轉。在光罩載台MST設置用來將光罩M真空吸附保持之真空吸附孔，光罩M係透過真空吸附孔且以使光罩M之圖案面朝上(+Z方向)的方式吸附保持於光罩載台MST。又，光罩載台MST係藉線性馬達等光罩載台驅動裝置MSTD驅動。光罩載台驅動裝置MSTD係藉控制裝置CONT控制。在光罩載台MST設置移動鏡50。又，在與移動鏡50對向的位置設置雷射干涉計51。保持於光罩載台MST之光罩M的2維方向位置及旋轉角係藉雷射干涉計51即時(real time)計測，然後將計測結果輸出於控制裝置CONT。控制裝置CONT根據雷射干涉計51之計測結果來驅動光罩載台驅動裝置MSTD，藉此，進行保持於光罩載台MST之光罩M的定位。
投影光學系統PL，係以既定投影倍率β將光罩M的圖案投影曝光於基板P上，且具備複數個光學元件(含設於基板P的上端部之光學元件(透鏡)PLa)，該等光學元件係以鏡筒PK支持。又，投影光學系統PL亦可設置成在其上方形成像面。在本實施形態，投影光學系統PL可為等倍系統或放大系統。又，本實施形態之投影光學系統PL上端部 之光學元件PLa能對鏡筒PK裝卸(交換)，浸液區域AR2的液體30係與光學元件PLa接觸。光學元件PLa之液體接觸面係大致與XY平面平行的平面。
構成基板移動機構的一部份之基板載台PST，係用來保持、移動基板P，且具備：Z載台52，係透過基板保持具來保持基板P；XY載台53，係用來支持Z載台52；及基座54，係用來支持XY載台53。基座54，例如係以與用來支持投影光學系統PL之支持構件不同的支持構件來支持。基板載台PST之基板保持具，係將基板P中塗有感光劑之被曝光處理面之曝光面朝下方(-Z方向)的方式來保持該基板P。基板保持具表面設有複數個真空吸附孔(連接於真空裝置)，基板保持具透過真空吸附孔來吸附保持基板P。又，基板載台PST係藉由線性馬達等基板載台驅動裝置PSTD驅動。基板載台驅動裝置PSTD驅動係藉由控制裝置CONT控制。藉由驅動Z載台52，來控制保持於Z載台52之基板P位於Z軸方向的位置(焦點位置)、以及位於θ X、θ Y的位置。又，藉由驅動XY載台53，來控制基板P位於XY方向的位置(與投影光學系統PL的像面實質平行方向的位置)。即，Z載台52，係用來控制基板P的焦點位置及傾斜角，且以自動對焦方式及自動調平(auto-leveling)方式來使基板P表面與投影光學系統PL的像面對準，XY載台53係用來進行基板P之X軸方向及Y軸方向的定位。又，當然亦可將Z載台與XY載台一體設置。
在基板載台PST(Z載台52)設有移動鏡55。又，在與 移動鏡55對向的位置設置雷射干涉計56。在保持於基板載台PST之基板P的2維方向的位置及旋轉角係藉雷射干涉計56測量後，將測量結果輸出於控制裝置CONT。控制裝置CONT，依據雷射干涉計56之測量結果來驅動基板載台驅動裝置PSTD，藉此，來進行保持於基板載台PST之基板P的定位。
圖2係圖1之要部放大圖，表示浸液單元100之側截面圖。在圖2中，浸液單元100係具備：液體槽10，係具有能保持液體30之側壁部10C；液體供應裝置1，係透過供應管3將液體30供應至液體槽10；及液體回收裝置2，係透過回收管4來回收液體槽10之液體30。
液體供應裝置1係具備供收容液體30之槽及加壓泵等，透過供應管3將液體30供應至液體槽10。液體供應裝置1的液體供應動作係藉控制裝置CONT控制，控制裝置CONT可控制藉液體供應裝置1對液體槽10之每單位時間之液體供應量。又，液體供應裝置1，係具備用來調整液體30(供應至液體槽10)的溫度之溫度調整裝置。液體供應裝置1使用溫度調整裝置，以將供應至液體槽10之液體30的溫度設定為例如與收容曝光裝置EX之室裝置內部的溫度同程度。又，在供應管3設置整流構件5，以整流液體30(供應至液體槽10)。整流構件5，例如能以多孔質體或具有狹縫狀流路之狹縫構件來構成。又，在液體供應裝置1亦可設置氣泡去除裝置(脫氣裝置)，以除去包含於液體30(供應至液體槽10)的氣泡。該氣泡去除裝置，例如能 具備：加熱裝置，係藉由對液體30加熱來去除氣泡；或減壓裝置，係將液體30收容於既定容器，並將該容器內的壓力降低，藉此來去除氣泡。
在本實施形態，液體30係使用純水。純水係不僅於ArF準分子雷射光的情形，在曝光用光EL例如係由水銀燈射出之紫外域光線(g線、h線、i線)及KrF準分子雷射光(波長248nm)等之遠紫外光(DUV光)的情形亦可使曝光用光EL透過。
液體回收裝置2，係用來回收液體槽10的液體30，其例如具備真空泵等之吸引裝置、及收容回收的液體30之槽，透過回收管4回收液體槽10的液體30。液體回收裝置2的液體回收動作係藉控制裝置CONT控制，控制裝置CONT可控制液體回收裝置2之每單位時間的液體回收量。
液體槽10係用來保持液體30，其具有側壁部10C，且安裝於投影光學系統PL的上端部之鏡筒。在液體槽10的上部形成開口部10A，保持於液體槽10的液體30係透過開口部10A而露出於液體槽10外部。在此，開口部10A係較投影光學系統PL的投影區域AR1為大。另一方面，在液體槽10的底部10D形成貫穿孔10B。在液體槽10的貫穿孔10B嵌合投影光學系統PL的鏡筒上部(未圖示)，在貫穿孔10B與鏡筒之間設置密封構件，以防止液體槽10的液體30漏出。又，投影光學系統PL的光學元件PLa上端面配置成較液體槽10的側壁部10C上端面更靠下方，當液體30填滿液體槽10時，含光學元件PLa上端面的上端部會 浸入液體30。在此，液體槽10例如可藉陶瓷形成。陶瓷係就算其局部溶出於液體30，亦不會對塗布於基板P的曝光面之感光劑產生任何影響。
又，基板載台PST，係設置成使保持之基板P的曝光面僅離液體槽10的上端部既定距離。具體而言，基板P與液體槽10的距離，係以使基板P的曝光面與從液體槽10的開口部10A露出的液體30能藉液體30的表面張力接觸的方式設置。
圖3係由上方觀察浸液單元100之圖。在圖3中，投影光學系統PL上端部的光學元件PLa係俯視呈圓形，液體槽10及開口部10A亦俯視呈圓形。又，光學元件PLa係配置於液體槽10(開口部10A)的大致中央部。連接於液體供應裝置1之供應管3係於途中分支成3個流路，各分支流路分別與設於投影光學系統PL之光學元件PLa的-X側的3個供應口6A~6C連接。另一方面，在光學元件PLa的+X側設置2個回收口7A、7B，連接於該等回收口7A、7B的流路係於途中集合，該集合流路連接於回收管4。即，投影光學系統PL之光學元件PLa的上端部係以X軸方向為中心，於-X側設置透過供應管3連接於液體供應裝置1之供應口6A~6C，於+X側設置透過回收管4連接於液體回收裝置2之回收口7A、7B。
又，相對於供應口6A~6C與回收口7A、7B，在大致旋轉180°的位置配置供應口8A~8C與回收口9A、9B。供應口8A~8C透過供應管11連接於液體供應裝置1，回收口9A 、9B透過回收管12連接於液體回收裝置2，供應口6A~6C與回收口9A、9B係沿Y軸方向交錯配置，供應口8A~8C與回收口7A、7B係沿Y軸方向交錯配置。
又，在沿箭頭Xa所示的掃描方向(+X方向)移動基板P來進行掃描曝光的情形，使用供應管3、供應口6A~6C、回收管4、及回收口7A、7B，並藉由液體供應裝置1及液體回收裝置2來進行液體30之供應與回收。即，當基板P沿+X方向移動之際，透過供應管3及供應口6A~6C，將來自液體供應裝置1之液體30供應至含投影光學系統PL與基板P之間的液體槽10，並且，透過回收口7A、7B及回收管4，將液體30回收於液體回收裝置2，在液體槽10中使液體30往+X方向流通。另一方面，在沿箭頭Xb所示的掃描方向(-X方向)移動基板P來進行掃描曝光的情形，使用供應管11、供應口8A~8C、回收管12、及回收口9A、9B，並藉由液體供應裝置1及液體回收裝置2來進行液體30之供應與回收。即，當基板P沿-X方向移動之際，透過供應管11及供應口8A~8C，將來自液體供應裝置1之液體30供應至含投影光學系統PL與基板P之間的液體槽10，並且，透過回收口9A、9B及回收管12，將液體30回收於液體回收裝置2，在液體槽10中使液體30往-X方向流通。
如此，控制裝置CONT使用液體供應裝置1及液體回收裝置2，使液體30沿與基板P移動方向相同的方向流通。因此，能將新鮮且潔淨的液體30連續供應於投影光學系統 PL與基板P之間。又，按照掃描方向來切換液體30流通的方向，藉此，在沿+X方向或-X方向之任一方向掃描基板P的情形，能將液體30填滿於投影光學系統PL與基板P之間，而能獲得高解析度及大焦點深度。
此外，在液體槽10之側壁部10C或底部10D，亦可安裝例如焦點檢測系統，俾能檢測出基板P表面(相對於投影光學系統PL的像面)的位置。在此情形，焦點檢測光係通過液體30中。
其次，說明使用上述之曝光裝置EX將光罩M的圖案曝光於基板P之方法。
在此，本實施形態之曝光裝置EX，係邊使光罩M與基板P沿X軸方向(掃描方向)移動，邊將光罩M的圖案像投影曝光於基板P，在掃描曝光時，將光罩M的部分圖案像投影於形成在投影光學系統PL上方的投影區域AR1，相對於投影光學系統PL，光罩M係與以速度V沿-X方向(或+X方向)移動同步，透過XY載台使基板P以速度β×V(β為投影倍率)沿+X方向(或-X方向)移動。又，在對一個拍攝區域的曝光結束後，藉由基板P的步進移動而移動至其次之拍攝區域，以下則以步進掃描方式依序進行對各拍攝區域之曝光。
首先，將光罩M載置於光罩載台MST，並將基板P載置於基板載台PST，然後控制裝置CONT驅動液體供應裝置1及液體回收裝置2，開始進行對液體槽10之液體30的供應及回收動作。為了形成浸液區域AR2，使從液體供應裝 置1送出之液體30流通於供應管3後，透過供應口6A~6C供應至液體槽10。接著，控制裝置CONT，係邊使光罩M與基板P同步移動，邊藉由照明光學系統將光用光EL照明於光罩M，然後透過投影光學系統PL及液體30將光罩M的圖案像投影於基板P。
基板P例如在邊沿+X方向移動邊掃描曝光期間，液體供應裝置1及液體回收裝置2之液體供應動作及液體回收動作係持續進行。藉此，由於可對液體槽10常時供應來自液體供應裝置1之溫度調整後的液體30，因此，可抑制曝光用光的照射熱所造成液體槽10中液體30的過度溫度變化(溫度上升)，而能精度優異地進行圖案像之曝光。
藉由使液體供應裝置1的液體供應和液體回收裝置2的液體回收動作協調，使液體30在基板P與投影光學系統PL之光學元件PLa間沿與基板P的掃描方向(同方向)平行流通。又，當使液體供應裝置1的液體供應和液體回收裝置2的液體回收動作協調之情形，利用液體30的表面張力，使基板P的曝光面與從液體槽10的開口部10A露出的液體30的表面接觸，在基板P上的投影區域AR1與光學元件PLa間配置液體30，而形成浸液區域AR2。如此，基板P係以使該基板P的曝光面與液體30的表面接觸的方式，在保持於基板載台PST的狀態下進行曝光。此時，由於利用液體30的表面張力使基板P的曝光面與液體30的表面接觸，因此在基板P的曝光面與液體槽10的上端面間形成些許間隙。因此，基板載台PST不會使基板P接觸到液體槽 10而可在XY平面內自由移動。
此外，在變化基板P的掃描速度之際，控制裝置CONT亦可按照基板P的移動速度來變化液體供應裝置1之每單位時間的液體供應量以及液體回收裝置2之每單位時間的液體回收量。具體而言，當基板P的移動速度上升時，則增加每單位時間的液體供應量及液體回收量。藉此，按照基板P的移動速度而流通於投影光學系統PL與基板P間之液體30的流速亦變快，而可於投影光學系統PL與基板P間圓滑地形成浸液區域AR2。又，較佳係按照基板P的移動速度來設定液體槽10(開口部10A)的大小。即，當使基板P的移動速度高速化，則液體槽10的液體30會被基板P拉動，浸液區域AR2的形成變得不穩定，而會有將液體30配置於基板P上的投影區域AR1之情況發生，惟，藉擴大液體槽10以使基板P與液體30的接觸面積增加，就算基板P的移動速度高速化，亦能將液體30圓滑地配置於投影區域AR1。
又，液體槽10與保持於基板載台PST的基板P之間的距離，可按照液體30的表面張力(界面張力)來設定。在本實施形態係使用純水來作為液體30，在使用其他種類液體的情形，由於液體的表面張力(界面張力)會因液體的材料特性而產生變化，故對應於此來設定液體槽10與基板P之間的距離。
如以上所述，由於在投影光學系統PL上方形成投影光學系統PL的像面，並且，在投影光學系統PL上方設置能 保持且移動基板P之基板載台PST，因此，可將浸液單元100的液體槽10設置於不移動的投影光學系統PL之上端部，而能在投影光學系統PL與基板P間形成浸液區域AR2。由於液體槽10的位置固定，故可防止從液體槽10的開口部10A露出的液體表面的波動及液體的飛散，且可抑制投影於基板上的圖案像的劣化。又，為了形成浸液區域AR2，藉由將液體槽10設置於投影光學系統PL之上端部，而不必將用來供應液體30之液體供應裝置1及與其連接之供應管3、或用來回收液體30之液體回收裝置2及與其連接之回收管4安裝於驅動部之基板載台PST，故可抑制裝置及配管類造成對基板載台PST之移動妨礙之不適當情形。
又，在本實施形態，供形成浸液區域AR2而供應至液體槽10的液體30之溫度雖藉設於液體供應裝置1之溫度調整裝置來調整，惟亦可將供形成浸液區域AR2的液體30之溫度調整裝置安裝於液體槽10。
又，在本實施形態，在掃描曝光時，雖持續液體的供應動作及回收動作而使液體30持續流通，惟亦可使液體30不流通而儲存於液體槽10的狀態下進行浸液曝光。另一方面，藉由液體30的供應及回收，可抑制曝光用光的照射熱造成之液體槽10中的液體30之溫度變化(溫度上升)的發生，以防止圖案像的劣化。又，在曝光時，藉由液體30之持續供應及回收，而可將潔淨的液體30從液體供應裝置1常時供應至液體槽10，並且，就算在液體槽10之 液體30中混入有雜質，亦可將其藉液體回收裝置2而從液體槽10直接回收。
又，如圖4所示，亦可以隔著投影光學系統PL之光學元件PLa的方式，進一步在Y軸方向兩側分別設置供應口13A~13C、14A~14C及回收嘴15A、15B、16A、16B。藉由該供應嘴及回收嘴，就算在步進移動之際基板P往非掃描方向(Y軸方向)移動時，亦能將液體30穩定供應至投影光學系統PL與基板P之間。又，在上述實施形態，雖將液體槽10安裝於投影光學系統PL的上端部附近之鏡筒，惟亦能以與投影光學系統PL分離的支持構件來保持。
以下，參照圖5及圖6來說明本發明之曝光裝置的第2實施形態。圖5係第2實施形態之浸液單元100的側截面圖，圖6係由上方觀察之俯視圖。在此，於以下的說明，與上述實施形態相同或同等之構成部分賦予相同的符號，其說明則簡略或省略。
在圖5及圖6中，浸液單元100係具備：浸液區域形成構件20，係安裝於投影光學系統PL的上端部之光學元件PLa，具有與基板P對向之上面21；液體供應孔23A~23C，係形成於上面21，透過形成於形成構件20內部之流路22A~22C及供應管3而連接於液體供應裝置1；及液體回收孔25A、25B，係形成於上面21，透過形成於形成構件20內部之流路24A、24B及回收管4而連接於液體回收裝置2。形成構件20，在其俯視中央部具有嵌合於投影光學系統PL之光學元件PLa之孔部20A，在將孔部20A與 光學元件PLa嵌合之際，形成構件20的上面21與投影光學系統PL之光學元件PLa的上端面係設定大致成一面。各液體供應孔23A~23C，係設置於投影光學系統PL之光學元件PLa的-X側，且朝上方釋出液體30。另一方面，液體回收孔25A、25B，係設置於光學元件PLa的+X側，且朝向下方吸引液體30。又，在本實施形態雖設置3個液體供應孔及2個液體回收孔，惟該等數量及配置可任意設定。又，與第1實施形態同樣，在上面21，液體供應孔23A~23C與液體回收孔25A、25B大致配置成180°旋轉，且其他的液體供應孔及液體回收孔亦可如此設置。
在上面21中液體供應孔23A~23C及液體回收孔25A、25B的外側設置捕集部28、29，俾回收未被液體回收孔回收的液體30。各捕集部28、29係俯視呈圓弧狀的槽部，且隔著投影光學系統PL之光學元件PLa而設置於X軸方向的位置。
圖5中，連接於捕集部29的流路30，係透過設於形成構件20外部的管路31而連接於槽32及真空泵34(吸引裝置)。在連接槽32與真空泵3的流路設置閥33。在槽32設置排出流路32A，當液體30儲存至既定量時，則藉排出流路32A排出。又，雖未圖示，在連接於捕集部28的流路35亦可與上述同樣連接槽、閥、真空泵。
在將基板P邊往+X方向移動邊掃描曝光之際控制裝置CONT驅動液體供應裝置1及液體回收裝置2，透過液體供應孔23A~23C將液體30供應至上面21，投影光學系統 PL之光學元件PLa與基板P之間形成浸液區域AR2。又，透過液體回收孔25A、25B進行液體30的回收，使液體30沿與基板P的掃描方向平行(同方向)來進行曝光。在此情形，例如從液體供應裝置1透過液體供應孔23A~23C供應之液體30，由於隨著基板P往+X方向移動而被引入投影光學系統PL與基板P之間的方式而流通，因此，即使液體供應裝置1的供應能量小，亦可使來自液體供應裝置1之溫度調整後的液體30常時供應至光學元件PLa與基板P之間，可抑制曝光用光的照射熱所造成的過度溫度變化(溫度上升)，而能精度優異地進行圖案像之曝光。
在第1實施形態，係使用具有側壁部的液體槽來保持液體30，在第2實施形態，由於在上面21(平面)及光學元件PLa與基板P之間配置液體30，因此就算基板P傾斜較大，亦不會造成基板P與形成構件20的接觸。又，在本實施形態，由於將浸液單元100的浸液區域形成構件20固定於不移動的投影光學系統PL之狀態下移動基板P，故不會造成液體30的波動或飛散等，而能將圖案像穩定地投影至基板P。
又，在本實施形態，液體30的供應及回收動作雖透過設於上面21的既定位置之複數個液體供應孔及液體回收孔來進行，惟亦可將液體供應孔及液體回收孔連續形成，例如圖7所示般設置成俯視長孔狀(圓弧狀)的液體供應孔23及液體回收孔25。進而，如圖7所示，亦能以環繞投影光學系統PL之光學元件PLa的方式來形成環狀的捕集部28 。又，亦可不必設置液體回收孔25A、25B，而將供應之液體30全部以捕集部28、29回收。
又，在本實施形態，用來回收未被液體回收孔完全回收的液體30之捕集部，雖以槽部及與其連接的真空泵(吸引裝置)構成，惟例如亦可藉由在槽部配置海綿等多孔質構件，以該多孔質構件將未完全回收的液體30加以回收、保持。
如上述般，本實施形態之液體30係以純水構成。純水係在半導體製造工廠等容易大量取得，且具有對基板P上的光阻或光學元件(透鏡)等不會產生不良影響的優點。又，純水對環境不會有不良影響，且由於雜質的含量極低，故能期待對基板P的表面、及設於投影光學系統PL的先端面之光學元件的表面之洗淨作用。又，由於對波長193nm左右的曝光用光EL之純水(水)的折射率n大致為1.44，在使用ArF準分子雷射光(波長193nm)當作曝光用光EL的情形，在基板P上為1/n、即短波長化為約134nm，而能獲得高解析度。進而，由於焦點深度相較於空氣中約為n倍、即放大約1.44倍，故若在能確保與在空氣中使用的情形相同的焦點深度之情形，則可增加更多投影光學系統PL的數值孔徑，此點亦可提高解析度。
又，藉由液體30的流動所產生的投影光學系統PL前端的光學元件與基板P間的壓力較大的情形，可使該光學元件無法進行交換，而利用該壓力將光學元件堅固地固定。
又，本實施形態之液體30雖係水，惟亦可係水以外的液體，例如，在曝光用光EL之光源為F2 雷射的情形，該F2 雷射光由於無法透過水，故能以使F2 雷射光可透過之例如氟系油等氟系流體來作為液體30。又，除此之外，作為液體30亦可使用對曝光用光EL具有透過性、盡量為高折射率，且對於塗布於投影光學系統PL或基板P的光阻呈穩定者(例如柏木油)。
又，作為上述實施形態的基板P，不僅係半導體元件製造用的半導體晶圓，亦可適用於顯示器元件用之玻璃基板、薄膜磁頭用之陶瓷晶圓、或是在曝光裝置所使用之光罩或標線片的原版(合成石英、矽晶圓)等。
作為曝光裝置EX，可適用於：使光罩M與基板P同步移動，以將光罩M的圖案掃描曝光之步進掃描方式之掃描型曝光裝置(掃描步進器)；以及在使光罩M與基板P靜止的狀態下，將光罩M的圖案整批曝光，且依序步進移動基板P之步進重複方式之投影曝光裝置(步進器)。又，本發明亦可適用於在基板P上使至少2個圖案部分重疊且加以轉印之步進縫合(step and stitch)方式之曝光裝置。
又，本發明亦可適用於日本專利特開平10-163099號公報、特開平10-214783號公報、特表2000-505958號公報等所揭示之雙載台型曝光裝置。
作為曝光裝置EX的種類，並未限於將半導體元件圖案曝光於基板P之半導體元件製造用之曝光裝置，其亦可廣泛適用於液晶顯示元件製造用或顯示器製造用之曝光裝置 、或是用來製造薄膜磁頭、攝影元件(CCD)、標線片或光罩等之曝光裝置。
在基板載台PST或光罩載台MST使用線性馬達(參照USP 5,623,853或USP5,528,118)的情形，可使用氣浮型(使用空氣軸承)或是利用洛倫茲(Lorentz)力或反作用力之磁浮型。又，各載台PST、MST可為沿導件移動或未設置導件之無導件型。
作為各載台PST、MST之驅動機構，可使用平面馬達，其係使以磁鐵二維配置而成之磁鐵單元與以線圈二維配置而成之電樞單元對向，且利用電磁力來驅動各載台PST、MST。在此情形，可使磁鐵單元與電樞單元之一方與載台PST、MST連接，而將磁鐵單元與電樞單元之另一方設於載台PST、MST之移動面側。
藉由基板載台PST的移動所產生的反作用力，以使其不傳導於投影光學系統PL的方式，如日本專利特開平8-166475號公報(USP 5,528,118)所記載般，可使用框體構件將其機械性地釋放於地板(大地)。
藉由光罩載台MST的移動所產生的反作用力，以使其不傳導於投影光學系統PL的方式，如日本專利特開平8-330224號公報(US S/N 08/416,558)所記載般，可使用框體構件將其機械性地釋放於地板(大地)。
如上述般，本案實施形態之曝光裝置EX，係以保持既定機械精度、電氣精度、光學精度的方式，來組裝含本案申請專利範圍所揭示之各構成要件之各種副系統而製造。 為確保該等各種精度，在該組裝前後，係進行以下調整：對各種光學系統進行用以達成光學性精度之調整、對各種機械系統進行用以達成機械性精度、對各種電氣系統進行用以達成電氣性精度之調整。從各種副系統至曝光裝置的組裝步驟，係包含各種副系統彼此之機械性連接、電路之配線連接、氣壓迴路之配管連接等。在該從各種副系統至曝光裝置的組裝步驟前，當然亦具有各副系統之組裝。當從各種副系統至曝光裝置的組裝步驟結束後，則進行綜合調整，以確保曝光裝置全體之各種精度。又，曝光裝置的製造較佳係於溫度及潔淨度受到管理之潔淨室進行。
半導體元件等微元件，係如圖8所示般，經由以下步驟來製造：進行微元件之機能、性能設計之步驟201、製作依據該設計步驟之光罩(標線片)之步驟202、製造元件基材之基板之步驟203、藉由前述之實施形態之曝光裝置EX將光罩之圖案曝光於基板上之曝光處理步驟204、元件組裝步驟(含切割步驟、接合步驟、封裝步驟)205、檢查步驟206等。
依本發明，由於能抑制供形成浸液區域用之液體的飛散，液體供應、回收用之配管類不會妨礙基板載台的移動，故能將所要的圖案精度優異地曝光於基板上。
1‧‧‧液體供應裝置
2‧‧‧液體回收裝置
30‧‧‧液體
100‧‧‧浸液單元(浸液機構)
CONT‧‧‧控制裝置
EX‧‧‧曝光裝置
P‧‧‧基板
PL‧‧‧投影光學系統
PST‧‧‧基板載台(基板移動機構)
圖式部分
圖1係表示本發明之曝光裝置之第1實施形態之概略 構成圖。
圖2係圖1之要部放大圖，其係表示浸液單元附近之側截面圖。
圖3係由上方觀察圖2之浸液單元之俯視圖。
圖4係表示浸液單元另一實施例之俯視圖。
圖5係表示本發明之曝光裝置之第2實施形態之要部放大圖。
圖6係表示由上方觀察圖1之浸液單元之俯視圖。
圖7係浸液單元另一實施例之俯視圖。
圖8係表示半導體元件之製程之一例之流程圖。
1‧‧‧液體供應裝置
2‧‧‧液體回收裝置
3‧‧‧供應管
4‧‧‧回收管
10‧‧‧液體槽
30‧‧‧液體
50、55‧‧‧移動鏡
51、56‧‧‧雷射干涉計
52‧‧‧Z載台
53‧‧‧XY載台
100‧‧‧浸液單元(浸液機構)
AR1‧‧‧投影區域
AR2‧‧‧浸液區域
AX‧‧‧光軸
CONT‧‧‧控制裝置
EL‧‧‧曝光用光
EX‧‧‧曝光裝置
IL‧‧‧照明光學系統
M‧‧‧光罩
MST‧‧‧光罩載台
MSTD‧‧‧光罩載台驅動裝置
P‧‧‧基板
PK‧‧‧鏡筒
PL‧‧‧投影光學系統
PLa‧‧‧光學元件
PST‧‧‧基板載台(基板移動機構)
PSTD‧‧‧基板載台驅動裝置

Claims (88)

  1. 一種曝光裝置，係透過液體及光學系統將基板曝光，其特徵在於具備：基板保持機構，係將該基板保持於該光學系統上方且可移動；及浸液機構，係設於該光學系統之上端部側，將該光學系統的上面與該基板間至少一部份以液體填滿；該浸液機構具有：用以供應該液體之供應口、及用以回收該液體之回收口。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該基板保持機構係將該基板保持成，使該基板表面與該液體接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該浸液機構具有液體槽，用以將該液體保持於該光學系統的上面；該基板保持機構係將該基板保持成，使該基板表面與該液體槽之液體接觸。
  4. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該浸液機構具有：透過該供應口來供應該液體之液體供應裝置、及透過該回收口來回收該液體之液體回收裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項之曝光裝置，其係具備液體捕集器，配置於該光學系統的上面周圍，以防止該液體的洩漏。
  6. 如申請專利範圍第4項之曝光裝置，其中，該供 應口往上方送出該液體，該回收口往下方吸引該液體。
  7. 如申請專利範圍第6項之曝光裝置，其中，在該光學系統的上面具備液體捕集器，其配置於該回收口外側，以防止液體的洩漏。
  8. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其中，該光學系統，係具有複數個光學構件以將圖案像投影於基板上之投影光學系統。
  9. 如申請專利範圍第8項之曝光裝置，其中，該浸液機構，係具備具有上面之浸液區域形成構件，且以該液體填滿於該浸液區域形成構件的上面與該基板之間。
  10. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該液體，係保持於該浸液區域形成構件的上面及該複數個光學構件中配置於最靠近該基板側之光學構件的上面、與該基板之間。
  11. 如申請專利範圍第10項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件係配置於該光學構件周圍。
  12. 如申請專利範圍第11項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件具有供該光學構件插入之開口。
  13. 如申請專利範圍第10項之曝光裝置，其中，該光學構件的上面為平面。
  14. 如申請專利範圍第13項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件的上面具有與該光學構件的上面相同之面。
  15. 如申請專利範圍第14項之曝光裝置，其中，該 浸液區域形成構件的上面與該光學構件的上面係配置於同一面內。
  16. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該供應口係設於該浸液區域形成構件。
  17. 如申請專利範圍第16項之曝光裝置，其中，該供應口係設於該浸液區域形成構件的上面。
  18. 如申請專利範圍第9或16項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件具有回收口。
  19. 如申請專利範圍第18項之曝光裝置，其中，該回收口係設於該浸液區域形成構件的上面。
  20. 如申請專利範圍第18項之曝光裝置，其中，該回收口具有多孔質構件。
  21. 如申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件具有第1回收部。
  22. 如申請專利範圍第21項之曝光裝置，其中，該第1回收部包含第1回收口。
  23. 如申請專利範圍第22項之曝光裝置，其中，該浸液區域形成構件，係以該複數個光學構件的光軸為基準，具有設於該第1回收部外側之第2回收部。
  24. 如申請專利範圍第23項之曝光裝置，其中，該第2回收部包含第2回收口。
  25. 如申請專利範圍第24項之曝光裝置，其中，該第2回收口具有多孔質構件。
  26. 如申請專利範圍第8項之曝光裝置，其中，該浸 液機構具有液體槽，以構成圍繞該複數個光學構件中配置於最靠近該基板側之光學構件的周圍。
  27. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其中，該液體槽具有開口部，透過該開口部之該液體係與該基板接觸。
  28. 如申請專利範圍第27項之曝光裝置，其中，該基板與該液體表面係利用表面張力而接觸。
  29. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其中，該供應口係設於該液體槽。
  30. 如申請專利範圍第29項之曝光裝置，其中，該液體槽具有與該液體接觸之側面，該供應口係設於該側面。
  31. 如申請專利範圍第30項之曝光裝置，其中，該液體槽具有用以回收液體之回收部。
  32. 如申請專利範圍第31項之曝光裝置，其中，該回收部具有設於該側面之回收口。
  33. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其中，該液體槽具有用以回收液體之回收部。
  34. 如申請專利範圍第33項之曝光裝置，其中，該回收部包含回收口。
  35. 如申請專利範圍第34項之曝光裝置，其中，該液體槽具有與該液體接觸之側面，該回收口係設於該側面。
  36. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其具有配 置於該液體槽與該光學構件之間的密封構件。
  37. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其中，該液體槽具有上端部；該基板與該上端部之距離，係小於該基板與該光學構件的上面之距離。
  38. 如申請專利範圍第26項之曝光裝置，其具有用以檢測位於該光學構件的光軸方向上之該基板的面位置之檢測裝置。
  39. 一種元件製造方法，其特徵在於，包含：使用申請專利範圍第1項之曝光裝置，將光罩之圖案曝光於基板上之曝光處理步驟。
  40. 一種浸液曝光方法，係透過液體及光學構件將基板曝光；使用具備用以供應該液體之供應口與用以回收該液體之回收口、且配置成包圍光學構件之浸液機構，將該光學構件的上面與該基板間至少一部份以液體填滿；在將該光學構件的上面與該基板間至少一部份以該液體填滿狀態下，將該基板曝光。
  41. 如申請專利範圍第40項之浸液曝光方法，其中，該浸液機構係具備具有上面之浸液區域形成構件，將該液體供應於該浸液區域形成構件的上面與該基板之間。
  42. 如申請專利範圍第41項之浸液曝光方法，其係將該液體保持於該浸液區域形成構件的上面及該光學構件的上面、與該基板之間。
  43. 如申請專利範圍第42項之浸液曝光方法，其中，該光學構件的上面為平面；在該浸液區域形成構件的上面與該光學構件的上面形成相同高度狀態下，保持該液體。
  44. 如申請專利範圍第41項之浸液曝光方法，其中，該供應口係設於該浸液區域形成構件；透過該供應口供應該液體。
  45. 如申請專利範圍第41項之浸液曝光方法，其中，該回收口係設於該浸液區域形成構件；透過該回收口回收該液體。
  46. 如申請專利範圍第44項之浸液曝光方法，其中，該供應口係往上方送出該液體。
  47. 如申請專利範圍第45項之浸液曝光方法，其中，該回收口係往下方吸引該液體。
  48. 如申請專利範圍第41項之浸液曝光方法，其係藉由該浸液區域形成構件所具有的第1回收部回收該液體。
  49. 如申請專利範圍第48項之浸液曝光方法，其係透過該第1回收部所具有的第1回收口回收該液體。
  50. 如申請專利範圍第48項之浸液曝光方法，其中，該液體，係藉由以該光學構件的光軸為基準而設於該第1回收部外側之第2回收部進行回收。
  51. 如申請專利範圍第50項之浸液曝光方法，其係透過該第2回收部所具有的第2回收口回收該液體。
  52. 如申請專利範圍第40項之浸液曝光方法，其中，該浸液機構，具有配置成圍繞該光學構件的周圍之液體槽；該液體，係貯存於該液體槽。
  53. 如申請專利範圍第52項之浸液曝光方法，其中，該液體，係透過該液體槽所具有的開口部而與該基板接觸。
  54. 如申請專利範圍第53項之浸液曝光方法，其中，該液體與該基板係利用表面張力而接觸。
  55. 如申請專利範圍第52項之浸液曝光方法，其係將該液體供應至該液體槽。
  56. 如申請專利範圍第55項之浸液曝光方法，其中，該供應口係設於該液體槽側面；透過該供應口將該液體供應至該液體槽內。
  57. 如申請專利範圍第52或55項之浸液曝光方法，其係從該液體槽回收該液體。
  58. 如申請專利範圍第57項之浸液曝光方法，其中，該回收口係設於該液體槽側面；透過該回收口回收該液體。
  59. 如申請專利範圍第53項之浸液曝光方法，其係藉由密封構件密封於該液體槽與該光學構件之間。
  60. 如申請專利範圍第40項之浸液曝光方法，其係檢測位於該光學構件的光軸方向上之該基板的面位置。
  61. 如申請專利範圍第40項之浸液曝光方法，其係 將該液體供應於該光學構件的上面與該基板之間。
  62. 如申請專利範圍第61項之浸液曝光方法，其係從該光學構件的上面與該基板之間回收該液體。
  63. 如申請專利範圍第40項之浸液曝光方法，其係從該光學構件的上面與該基板之間回收該液體。
  64. 如申請專利範圍第45、51、62、63項中任一項之浸液曝光方法，其中，該液體係透過多孔質構件而回收。
  65. 一種浸液用光學系統，係用於浸液曝光裝置，具備：光學構件，配置於將基板保持成可移動之基板保持機構下方；及液體保持機構，係配置成包圍該光學構件的上端部，且將液體保持成填滿於該光學構件的上端面；該液體保持機構，具備用以供應該液體之液體供應口。
  66. 如申請專利範圍第65項之浸液用光學系統，其中，該液體保持機構包含配置於該光學構件周圍之浸液區域形成構件。
  67. 如申請專利範圍第66項之浸液用光學系統，其中，該浸液區域形成構件具有供該光學構件插入之開口。
  68. 如申請專利範圍第66項之浸液用光學系統，其中，該光學構件的上面為平面；該浸液區域形成構件的上面具有與該光學構件的上面 相同之面。
  69. 如申請專利範圍第68項之浸液用光學系統，其中，該浸液區域形成構件的上面與該光學構件的上面係配置於同一面內。
  70. 如申請專利範圍第66項之浸液用光學系統，其中，該液體供應口係設於該浸液區域形成構件。
  71. 如申請專利範圍第70項之浸液用光學系統，其中，該液體供應口係設於該浸液區域形成構件的上面。
  72. 如申請專利範圍第66或71項之浸液用光學系統，其中，該浸液區域形成構件具有回收口。
  73. 如申請專利範圍第72項之浸液用光學系統，其中，該回收口係設於該浸液區域形成構件的上面。
  74. 如申請專利範圍第73項之浸液用光學系統，其中，該回收口具有多孔質構件。
  75. 如申請專利範圍第66項之浸液用光學系統，其中，該浸液區域形成構件具有第1回收部。
  76. 如申請專利範圍第75項之浸液用光學系統，其中，該第1回收部包含第1回收口。
  77. 如申請專利範圍第75項之浸液用光學系統，其中，該浸液區域形成構件，係以該光學構件的光軸為基準，具有設於該第1回收部外側之第2回收部。
  78. 如申請專利範圍第77項之浸液用光學系統，其中，該第2回收部包含第2回收口。
  79. 如申請專利範圍第78項之浸液用光學系統，其 中，該第2回收口具有多孔質構件。
  80. 如申請專利範圍第65項之浸液用光學系統，其中，該液體保持機構，具有可將該光學構件的上面周圍及供應之液體予以圍繞之液體槽。
  81. 如申請專利範圍第80項之浸液用光學系統，其中，該液體槽具有形成於上部之開口部。
  82. 如申請專利範圍第81項之浸液用光學系統，其中，該液體槽具有可與該液體接觸之側面，該供應口係設於該側面。
  83. 如申請專利範圍第82項之浸液用光學系統，其中，該液體槽具有用以回收液體之回收部。
  84. 如申請專利範圍第83項之浸液用光學系統，其中，該回收部包含設於該側面之回收口。
  85. 如申請專利範圍第80項之浸液用光學系統，其中，該液體槽具有用以回收液體之回收部。
  86. 如申請專利範圍第85項之浸液用光學系統，其中，該回收部包含回收口。
  87. 如申請專利範圍第86項之浸液用光學系統，其中，該液體槽具有可與該液體接觸之側面，該回收口係設於該側面。
  88. 如申請專利範圍第81項之浸液用光學系統，其具有配置於該液體槽與該光學構件之間的密封構件。
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