WO2006041086A1 - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 Download PDF

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    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Definitions

  • the first and second liquid supply units 11 and 12 are the same type as the first and second liquids LQ1 and LQ2.
  • the liquid supply mechanism 10 includes a measuring device 30 that measures the optical characteristics of the liquid LQ.
  • the measuring device 30 measures the optical characteristics of the liquid LQ supplied to the image plane side of the projection optical system PL by the liquid supply mechanism 10, and includes a processing device 60, a mixing device 19, and a liquid recovery mechanism 20.
  • the first measuring instrument 31 provided in the middle of the return pipe 27 between the two and the second measuring instrument 32 provided in the middle of the supply pipe 16 between the mixing device 19 and the nozzle member 70 are provided.
  • the first measuring device 31 returns from the processing device 60 of the liquid recovery mechanism 20 and measures the optical characteristics of the liquid LQ before being supplied to the mixing device 19, and the second measuring device 32 is the mixing device 19.
  • a projection optical system can be obtained by using both the polarization illumination method that linearly polarizes in the tangential direction of the circle centered on the optical axis and the annular illumination method.
  • High imaging performance can be obtained even when the numerical aperture NA is large.
  • a polarization illumination method and an annular illumination method annular illumination method that linearly polarizes a half-tone phase shift mask with a transmittance of 6% (a pattern with a noise pitch of about 63 nm) in the tangential direction of a circle centered on the optical axis.
  • an exposure apparatus that locally fills the liquid between the projection optical system PL and the substrate P is employed.
  • the present invention is disclosed in JP-A-6-124873.
  • the present invention can also be applied to an immersion exposure apparatus that exposes a substrate in a state where the entire substrate surface is immersed, as disclosed in JP-A-10-303114 and US Pat. No. 5,825,043. is there.
  • the structure and exposure operation of such an immersion exposure apparatus is described in detail in U.S. Pat.No. 5,825,043, to the extent permitted by national legislation designated or selected in this international application. The contents of this US patent are incorporated herein by reference.

Abstract

 露光装置EXは、投影光学系PLの像面側の光路空間を液体LQで満たし、投影光学系PLと液体LQとを介して基板Pを露光する。露光装置EXは、液体LQの光学的な特性を計測する計測装置30を備えている。計測結果に基づいて液体混合装置19により液体の光学的特性を調整してもよい。液浸露光するときの露光精度を所望状態に維持できる。

Description

明 細 書
露光装置、露光方法及びデバイス製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、液体を介して基板を露光する露光装置、露光方法及びデバイス製造方 法に関する。
背景技術
[0002] 半導体デバイスや液晶表示デバイス等のマイクロデバイスの製造工程の一つであ るフォトリソグラフイエ程では、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に投 影露光する露光装置が用いられる。この露光装置は、マスクを支持するマスクステー ジと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次 移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に投影露光するものである 。マイクロデバイスの製造においては、デバイスの高密度化のために、基板上に形成 されるパターンの微細化が要求されて 、る。この要求に応えるために露光装置の更 なる高解像度化が望まれている。その高解像度化を実現するための手段の一つとし て、下記特許文献 1に開示されているような、投影光学系と基板との間を液体で満た して液浸領域を形成し、その液浸領域の液体を介して露光処理を行う液浸露光装置 が案出されている。
特許文献 1:国際公開第 99Z49504号パンフレット
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 液浸露光装置にお!、ては、液体の物性などの変化によって、液体を介した結像特 性などが変動し、所望の露光精度を維持できなくなる可能性がある。
[0004] 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、液体を介して露光するとき の露光精度を所望状態に維持できる露光装置、露光方法及びその露光装置を用い るデバイス製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 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 10に対応付け した以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の 例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
[0006] 本発明の第 1の態様に従えば、液体 (LQ)を介して基板 (P)を露光する露光装置( EX)であって、投影光学系 (PL)と、前記液体 (LQ)の光学的な特性を計測する計測 装置 (30)を備える露光装置が提供される。
[0007] 本発明の第 1の態様によれば、液体の光学的な特性を計測する計測装置を設けた ので、その計測装置の計測結果に基づいて、液体の光学的な特性を把握し、適切な 処置を講ずることができる。したがって、液体を介して露光するときの露光精度を所望 状態に維持することができる。
[0008] 本発明の第 2の態様に従えば、液体を介して基板を露光する露光装置であって、 投影光学系 (PL)と、前記投影光学系 (PL)の像面側に液体を供給する液体供給機 構 (10)と、前記液体供給機構 (10)に設けられ、複数種類の液体 (LQ1、 LQ2)を混 合する混合装置(19)とを備え、前記液体供給機構 (10)は、前記混合装置で混合さ れた液体を供給する露光装置 (EX)が提供される。
[0009] 本発明の第 2の態様によれば、混合装置によって複数種類の液体どうしを適宜混 合することで、所望の特性を有する液体を生成することができる。したがって、液体を 介して露光するときの露光精度を所望状態にすることができる。
[0010] 本発明の第 3の態様に従えば、上記態様の露光装置 (EX)を用いるデバイス製造 方法が提供される。本発明の第 3の態様によれば、所望の露光精度を維持できるの で、所望の性能を有するデバイスを製造することができる。
[0011] 本発明の第 4の態様に従えば、所定パターン (MP)の像で液体 (LQ)を介して基板
(P)を露光する露光方法であって、所定パターン (MP)の像が形成される領域 (AR) に前記液体 (LQ)を供給する前に、前記液体 (LQ)の光学的な特性を計測することと 、前記パターン (MP)の像の結像特性を調整することと、前記所定パターン (MP)の 像で液体 (LQ)を介して基板 (P)を露光することを含む露光方法が提供される。
[0012] 本発明の第 4の態様の露光方法によれば、所定パターンの像が形成される領域に 前記液体を供給する前に前記液体の光学的な特性を計測して 、るので、その計測 結果に基づいて前記パターンの所望の像を基板上に形成することができる。 [0013] 本発明の第 5の態様に従えば、所定パターン (MP)の像で液体 (LQ)を介して基板 (P)を露光する露光方法であって、複数種の液体 (LQ1、 LQ2)を混合すること(S3) と、混合する前 (S2)及び Zまたは混合した後(S4)の液体 (LQ)の光学的な特性を 計測することと、前記混合した液体を介して基板 (P)を露光することを含む露光方法 が提供される。
[0014] 本発明の第 5の態様の露光方法によれば、複数種の液体を混合する前及び Zまた は混合した後に、その液体の光学的な特性を計測するので、その計測結果に基づい て所望の液体を基板上に供給することができる。
[0015] 本発明の第 6の態様に従えば、所定パターン (MP)の像で液体 (LQ)を介して基板
(P)を露光する露光方法であって、複数種の液体 (LQ1、 LQ2)を混合することと、前 記所定パターン (MP)の所望の像が得られるようにパターン (MP)の像の結像特性 を調整することと、前記混合した液体 (LQ1、 LQ2)を介して基板 (P)を露光すること を含む露光方法が提供される。
[0016] 本発明の第 6の態様の露光方法によれば、複数種の液体を混合して液浸露光に所 望の液体を提供することと、その調製された液体を介して所定パターン (MP)の所望 の像が得られるように結像特性を調整することで、結像特性を含む液浸露光の条件 を最適化することができる。
[0017] 本発明の第 7の態様に従えば、前記いずれかの態様の露光方法により基板を露光 すること (S6, 204)と、露光した基板を現像することと(204)、現像した基板を加工 すること(205)を含むデバイスの製造方法が提供される。本発明の第 7の態様によれ ば、所望の露光精度を維持できるので、所望の性能を有するデバイスを製造すること ができる。
発明の効果
[0018] 本発明によれば、液体を介して露光するときの露光精度を所望の範囲に維持する ことができ、所望の性能を有するデバイスを提供することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]第 1の実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。
[図 2]液体供給機構を示す構成図である。 [図 3]計測装置を示す外観斜視図である。
圆 4]計測装置を示す断面図である。
[図 5]露光方法の一例を示すフローチャート図である。
[図 6]第 1光学素子近傍の拡大図である。
[図 7]第 2の実施形態に係る液体供給機構を示す構成図である。
[図 8] (A) (B)は第 3の実施形態に係る計測装置を示す図である。
[図 9]第 4の実施形態に係る第 1光学素子近傍の拡大図である。
[図 10]マイクロ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。
符号の説明
[0020] 1· ··液浸機構、 10· ··液体供給機構、 19· ··混合装置、 20· ··液体回収機構、 30…計 測装置、 31· ··第 1計測器、 32…第 2計測器、 42· ··温調装置、 60· ··処理装置、 70· ·· ノズル部材、 CONT…制御装置、 EL…露光光、 EX…露光装置、 INF…報知装置、 LC…結像特性調整装置、 LQ…液体、 LQ1…第 1液体、 LQ2…第 2液体、 LSI"- 第 1光学素子、 MRY…記憶装置、 P…基板、 PL…投影光学系、 PST…基板ステー ジ、 PSTD…基板ステージ駆動装置、 Τ1· ··下面
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれ に限定されない。
[0022] <第 1の実施形態 >
図 1は第 1の実施形態に係る露光装置 EXを示す概略構成図である。図 1にお 、て 、露光装置 EXは、マスク Mを保持して移動可能なマスクステージ MSTと、基板 Pを 保持して移動可能な基板ステージ PSTと、マスクステージ MSTに保持されて ヽるマ 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 ノ ターン MPの像を基板ステージ 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 、る。 制御装置 CONTには、露光処理に関する各種情報を記憶する記憶装置 MRYが接 続されている。また、制御装置 CONTには、露光処理に関する情報を報知する報知 装置 INFが接続されている。 [0023] 本実施形態の露光装置 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露光装置であって、 投影光学系 PLの像面側における露光光 ELの光路空間を液体 LQで満たすための 液浸機構 1を備えている。液浸機構 1は、投影光学系 PLの像面側近傍に設けられ、 液体 LQを供給する供給口 18及び液体 LQを回収する回収口 28を有するノズル部 材 70と、ノズル部材 70に設けられた供給口 18を介して投影光学系 PLの像面側に 液体 LQを供給する液体供給機構 10と、ノズル部材 70に設けられた回収口 28を介 して投影光学系 PLの像面側の液体 LQを回収する液体回収機構 20とを備えている 。ノズル部材 70は、基板 P (基板ステージ PST)の上方において、投影光学系 PLを 構成する複数の光学素子 LS1〜LS5のうち、投影光学系 PLの像面に最も近い第 1 光学素子 LS 1を囲むように環状に形成されて!ヽる。
[0024] 露光装置 EXは、少なくともマスク Mのパターン MPの像を基板 P上に投影している 間、液体供給機構 10から供給した液体 LQにより投影光学系 PLの投影領域 ARを含 む基板 P上の一部に、投影領域 ARよりも大きく且つ基板 Pよりも小さい液体 LQの液 浸領域 LRを局所的に形成する。具体的には、露光装置 EXは、投影光学系 PLの像 面に最も近い第 1光学素子 LS 1と、投影光学系 PLの像面側に配置された基板 P表 面との間の光路空間を液体 LQで満たす局所液浸方式を採用し、この投影光学系 P Lと基板 Pとの間の液体 LQ及び投影光学系 PLを介してマスク Mを通過した露光光 E Lを基板 Pに照射することによってマスク Mのパターン MPを基板 Pに投影する。制御 装置 CONTは、液体供給機構 10を使って基板 P上に液体 LQを所定量供給するとと もに、液体回収機構 20を使って基板 P上の液体 LQを所定量回収することで、基板 P 上に液体 LQの液浸領域 LRを局所的に形成する。
[0025] また、露光装置 EXは、液体 LQの光学的な特性を計測する計測装置 30を備えて いる。計測装置 30は、液体供給機構 10による供給される液体 LQの特性を光学的に 計測するものであって、液体 LQの屈折率、及び液体 LQの光透過率のうち少なくとも いずれか一方を計測可能である。また、液体供給機構 10は、複数種類の液体どうし を混合する混合装置 19を備えており、混合装置 19で生成された液体 LQを投影光 学系 PLの像面側に供給する。 [0026] 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 、 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ツパ)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、水平面内においてマスク Mと基板 Pとの同期移動方 向(走査方向)を X軸方向、水平面内において X軸方向と直交する方向を Y軸方向( 非走査方向)、 X軸及び Y軸方向に垂直で投影光学系 PLの光軸 AXと一致する方向 を Z軸方向とする。また、 X軸、 Y軸、及び Z軸まわりの回転 (傾斜)方向をそれぞれ、 0 X、 Θ Y,及び Θ Z方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウェハ上にレジス ト (感光材)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バタ ーンを形成されたレチクルを含む。
[0027] 照明光学系 ILは、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、及び露光光 ELによるマスク M上の照明領 域を設定する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 I L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力 射出される露 光光 ELとしては、例えば水銀ランプカゝら射出される輝線 (g線、 h線、 i線)及び KrFェ 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 Fレーザ光 (波長 157nm)等の真空紫外光 (VUV光)などが用
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V、られる。本実施形態にぉ 、ては ArFエキシマレーザ光が用いられる。
[0028] マスクステージ MSTは、マスク Mを保持して移動可能である。マスクステージ MST は、マスク Mを真空吸着 (又は静電吸着)により保持する。マスクステージ MSTは、制 御装置 CONTにより制御されるリニアモータ等を含むマスクステージ駆動装置 MST Dの駆動により、マスク Mを保持した状態で、投影光学系 PLの光軸 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 θ Z方向に微少回転可能である。 また、マスクステージ MSTは、 Z軸方向、及び Θ X、 θ Y方向にも微動可能である。マ スクステージ MST上にはマスクステージ MSTと共に移動する移動鏡 81が固設され ている。また、移動鏡 81に対向する位置にはレーザ干渉計 82が設けられている。マ スクステージ MST上のマスク Mの 2次元方向の位置、及び θ Z方向の回転角(場合 によっては Θ X、 θ Υ方向の回転角も含む)はレーザ干渉計 82によりリアルタイムで 計測される。レーザ干渉計 82の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 82の計測結果に基づ 、てマスクステージ駆動装置 MS TDを駆動し、マスクステージ MSTに保持されて!、るマスク Mの位置制御を行う。
[0029] 投影光学系 PLは、マスク Mのパターンを所定の投影倍率 13で基板 Pに投影露光 する。投影光学系 PLは、複数の光学素子 LS1〜LS5を含み、それら光学素子 LSI 〜LS5は鏡筒 PKで保持されている。本実施形態において、投影光学系 PLは、投影 倍率 j8が例えば 1Z4、 1/5,あるいは 1Z8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、投影光学系 PLは、反射素子を含まな い屈折系、屈折素子を含まない反射系、反射素子と屈折素子とを含む反射屈折系 のいずれであってもよい。
[0030] また、投影光学系 PLのうち、投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSI は、液浸領域 LRの液体 LQに接する凹面部 2を有している。凹面部 2は、第 1光学素 子 LSIのうち、基板 Pに対向する下面 T1に設けられており、基板 Pから離れるように 凹んでいる。凹面部 2の形状は曲面形状となっている。一方、第 1光学素子 LSIの上 面 T2の形状は、投影光学系 PLの物体面側(マスク側)に向力つて膨らむような凸状 の曲面形状となっている。
[0031] また、投影光学系 PLには、例えば特開平 11— 195602号公報に開示されている ような結像特性調整装置 LCが設けられている。結像特性調整装置 LCは、投影光学 系 PLに含まれる複数の光学素子 LS1〜LS5のうち特定の光学素子を駆動すること で、投影光学系 PLの収差や像面位置などの結像特性を調整可能である。また、結 像特性調整装置 LCとして、一部の光学素子間の気体の圧力調整を行う調整機構を 用いてもよい。
[0032] 基板ステージ PSTは、基板 Pを保持する基板ホルダ PHを有し、その基板ホルダ P Hを投影光学系 PLの像面側で移動可能である。基板ホルダ PHは、例えば真空吸 着等により基板 Pを保持する。基板ステージ PST上には凹部 86が設けられており、 基板 Pを保持するための基板ホルダ PHは凹部 86に配置されている。そして、基板ス テージ PSTのうち凹部 86以外の上面 87は、基板ホルダ PHに保持された基板 Pの表 面とほぼ同じ高さ(面一)になるような平坦面(平坦部)となって!/、る。
[0033] 基板ステージ PSTは、制御装置 CONTにより制御されるリニアモータ等を含む基 板ステージ駆動装置 PSTDの駆動により、基板 Pを基板ホルダ PHを介して保持した 状態で、ベース部材 BP上で XY平面内で 2次元移動可能及び θ Z方向に微小回転 可能である。更に基板ステージ PSTは、 Z軸方向、 0 X方向、及び Θ Y方向にも移動 可能である。したがって、基板ステージ PSTに支持された基板 Pの表面は、 X軸、 Y 軸、 Z軸、 0 X、 θ Y,及び θ Z方向の 6自由度の方向に移動可能である。基板ステー ジ PSTの側面には基板ステージ PSTとともに移動する移動鏡 83が固設されている。 また、移動鏡 83に対向する位置にはレーザ干渉計 84が設けられている。基板ステ ージ PST上の基板 Pの 2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計 84によりリア ルタイムで計測される。また、露光装置 EXは、例えば特開平 8— 37149号公報に開 示されて!/ヽるような、基板ステージ PSTに支持されて ヽる基板 P表面の面位置情報を 検出する斜入射方式のフォーカス ·レべリング検出系(不図示)を備えて 、る。フォー カス'レベリング検出系は、基板 P表面の面位置情報 (Z軸方向の位置情報、及び基 板 Pの Θ X及び Θ Y方向の傾斜情報)を検出する。なお、フォーカス'レベリング検出 系は、静電容量型センサを使った方式のものを採用してもよい。レーザ干渉計 84の 計測結果は制御装置 CONTに出力される。フォーカス'レべリング検出系の検出結 果も制御装置 CONTに出力される。制御装置 CONTは、フォーカス'レベリング検出 系の検出結果に基づいて、基板ステージ駆動装置 PSTDを駆動し、基板 Pのフォー カス位置 (Z位置)及び傾斜角( Θ X、 Θ Υ)を制御して基板 P表面を投影光学系 PLの 像面に合わせ込むとともに、レーザ干渉計 84の計測結果に基づいて、基板 Pの X軸 方向、 Y軸方向、及び Θ Z方向における位置制御を行う。なお、基板 P表面の面位置 情報の検出は、例えば特開 2004— 207710号公報に開示されているように行うこと ができる。
[0034] 次に、液浸機構 1の液体供給機構 10及び液体回収機構 20につ 、て説明する。な お、以下の説明において、露光光 EL (ArFレーザ光:波長 193nm)に対する液体の 屈折率や光学素子の屈折率を、単に「屈折率」と記載する。
[0035] 図 2は液体供給機構 10を示す図である。図 1及び図 2に示すように、本実施形態の 液体供給機構 10は、第 1液体 LQ1を送出可能な第 1液体供給部 11と、第 2液体 LQ 2を送出可能な第 2液体供給部 12と、第 1液体供給部 11から送出された第 1液体 LQ 1と第 2液体供給部 12から送出された第 2液体 LQ2とを混合する混合装置 19とを備 えており、混合装置 19で生成された液体 LQを投影光学系 PLの像面側に供給する 。第 1液体 LQ1と第 2液体 LQ2とは、光学的な特性が互いに異なる液体であって、混 合装置 19は、光学的な特性が互いに異なる 2種類の液体 LQ1、 LQ2どうしを混合す る。以下の説明においては、混合装置 19で生成された液体を「液体 LQ」と称する。
[0036] 第 1、第 2液体供給部 11、 12のそれぞれは、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2を収容する タンク、加圧ポンプ、供給する第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の温度を調整する温調装置 、及び第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2中の異物 (微粒子 (particle)あるいは気泡 (bubble) を含む)を除去するフィルタユニット等を備えている。なお、液体供給機構 10のタンク 、加圧ポンプ、温調装置、フィルタユニット等は、その全てを露光装置 EXが備えてい る必要はなぐ露光装置 EXが設置される工場などの設備で代用してもよい。第 1液 体供給部 11には第 1供給管 13の一端部が接続されており、第 1供給管 13の他端部 は集合管 15に接続されている。また、第 2液体供給部 12には第 2供給管 14の一端 部が接続されており、第 2供給管 14の他端部は集合管 15に接続されている。第 1液 体供給部 11から送出された第 1液体 LQ1は、第 1供給管 13を流れた後、集合管 15 を介して混合装置 19に供給される。第 2液体供給部 12から送出された第 2液体 LQ2 は、第 2供給管 14を流れた後、集合管 15を介して混合装置 19に供給される。
[0037] ここで、混合装置 19で生成され、液体供給機構 10によって投影光学系 PLの像面 側に供給される液体 LQとしては、例えばイソプロパノール (屈折率約 1. 50)ゃグリセ ロール (屈折率約 1. 61)のような C H結合や O— H結合を持つ所定液体を含んだ もの、へキサン、ヘプタン、デカン等の所定液体 (有機溶剤)を含んだもの、あるいは 純水を含んだものが挙げられる。あるいは、液体供給機構 10が供給する液体 LQとし ては、純水と、 H+、 Cs+、 K+、 Cl_、 SO 2_、 PO 2_等の陽イオンまたは陰イオンなど
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を放出する塩基又は酸の所定物質とが混合されたものであってもよい。更には、純水 と A1酸ィ匕物の微粒子などの所定物質とが混合されたものであってもよい。そして、第 1、第 2液体供給部 11、 12からは、上述の液体 LQを生成するための互いに異なる種 類の第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2 (上記所定物質を含む)が混合装置 19に対して送出 され、混合装置 19においては、上述の液体 LQを生成するために、第 1、第 2液体供 給部 11、 12から供給された第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合が行われる。本実施形 態においては、第 1液体 LQ1としてグリセロール (屈折率約 1. 61)が供給され、第 2 液体 LQとしてイソプロパノールが供給される。
[0038] なお、第 1、第 2液体供給部 11、 12は、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2として、同じ種類
(材質)の液体を供給してもよい。例えば、第 1液体供給部 11は、第 1液体 LQ1として 、第 1の温度を有する純水を供給し、第 2液体供給部 12は、第 2液体 LQ2として、第 1の温度とは異なる第 2の温度を有する純水を供給するようにしてもょ 、。この場合、 第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の材質は同じである力 温度は互いに異なるため、第 1、 第 2液体 LQ1、 LQ2の光学的な特性 (屈折率)は互いに異なる。混合装置 19におい ては、第 1、第 2の温度に応じた液体 LQが生成される。
[0039] また、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2としては、同じ材質であって、性質又は成分 (液体 が水である場合には水質)が異なるものであってもよい。ここで、液体の性質又は成 分の項目としては、液体の比抵抗値、液体中の全有機体炭素 (TOC : total organic c arbon)、液体中に含まれる微粒子 (particle)ある ヽは気泡(bubble)を含む異物、溶存 酸素(DO: dissolved oxygen)及び溶存窒素(DN: dissolved nitrogen)を含む溶存気 体、金属イオン含有量、及び液体中のシリカ濃度、生菌などが挙げられる。
[0040] 上述したような液体供給機構 10によって供給される液体 LQとして、 ArFエキシマレ 一ザ光を透過することができる液体を使用可能である。また、液体 LQとしては、 ArF エキシマレーザ光の吸収係数が小さぐ温度依存性が少なぐ投影光学系 PLや基板 P表面に塗布されているレジストに対して安定なものであることが好ましい。
[0041] また、第 1、第 2供給管 13、 14には第 1、第 2バルブ 13B、 14Bがそれぞれ設けられ ている。第 1、第 2バルブ 13B、 14Bの動作は制御装置 CONTに制御される。制御装 置 CONTは、第 1、第 2バルブ 13B、 14B (第 1、第 2バルブ 13B、 14Bの開度)を調 整することで、第 1、第 2液体供給部 11、 12より第 1、第 2供給管 13、 14、及び集合 管 15を介して混合装置 19に供給される第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2のそれぞれの単 位時間あたりの供給量を調整する。 [0042] また、混合装置 19には、液体回収機構 20から戻された液体 LQも供給できるように なっている。液体回収機構 20から戻された液体 LQは、戻し管 27を介して混合装置 19に供給される。混合装置 19は、第 1、第 2供給管 13、 14、及び集合管 15を介して 第 1、第 2液体供給部 11、 12より供給された第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2と、戻し管 27 を介して液体回収機構 20より供給された液体 LQとを混合する。また、混合装置 19に は、供給管 16の一端部が接続され、他端部はノズル部材 70に接続されている。ノズ ル部材 70には、その一端部を供給口 18に接続した供給用内部流路が形成されて おり、供給管 16の他端部はノズル部材 70の供給用内部流路の他端部に接続されて いる。混合装置 19で生成された液体 LQは、供給管 16を介してノズル部材 70に供給 され、ノズル部材 70の供給用内部流路を流れた後、供給口 18より投影光学系 PLの 像面側に配置された基板 P上に供給される。
[0043] 図 1において、液体回収機構 20は、投影光学系 PLの像面側の液体 LQを回収す るために、液体 LQを回収可能な液体回収部 21と、液体回収部 21にその一端部を 接続する回収管 26とを備えている。回収管 26の他端部はノズル部材 70に接続され ている。液体回収部 21は例えば真空ポンプ等の真空系(吸引装置)、回収された液 体 LQと気体とを分離する気液分離器、及び回収した液体 LQを収容するタンク等を 備えている。なお、液体回収機構 20の真空系、気液分離器、タンク等は、その全てを 露光装置 EXが備えている必要はなぐ露光装置 EXが設置される工場などの設備で 代用してもよい。ノズル部材 70には、その一端部を回収口 28に接続した回収用内部 流路が形成されており、回収管 26の他端部はノズル部材 70の回収用内部流路の他 端部に接続されている。液体回収部 21の真空系が駆動されることにより、投影光学 系 PLの像面側に配置されている基板 P上の液体 LQは、回収口 28より回収用内部 流路に流入し、回収管 26を介して液体回収部 21に回収される。
[0044] ここで、供給口 18は、ノズル部材 70のうち基板 Pと対向する下面 70Aにおいて、投 影光学系 PLの投影領域 ARを囲むように設けられている。また、回収口 28は、ノズル 部材 70の下面 70Aにおいて、投影領域 ARに対して供給口 18の外側に設けられて いる。回収口 28は、ノズル部材 70の下面 70Aにおいて環状のスリット状に形成され ている。そして、液浸領域 LRの液体 LQは、第 1光学素子 LSIの下面 T1及びノズル 部材 70の下面 70Aと基板 Pとの間に満たされている。
[0045] また、液体回収機構 20は、回収した液体 LQに対して所定の処理を施す処理装置 60を備えている。液体回収機構 20は、処理装置 60で処理した後の液体 LQを戻し 管 27を介して液体供給機構 10の混合装置 19に戻す。処理装置 60は、回収した液 体 LQを清浄にするものであって、例えばフィルタユニットや蒸留装置等を備えて!/、る 。液体回収機構 20により回収される液体 LQは、基板 P表面のレジスト (感光材)に接 するので、基板 P (レジスト)より発生した不純物を含んでいる可能性がある。また、液 体回収機構 20により回収される液体 LQは、大気に触れた後、回収されるため、大気 中の不純物 (ガスを含む)を含んでいる可能性もある。そこで、液体回収機構 20は、 回収した液体 LQの一部を処理装置 60で清浄にした後、その清浄ィ匕された液体 LQ を液体供給機構 10の混合装置 19に戻す。なお、液体回収機構 20は、回収した液 体 LQの残りの一部を液体供給機構 10に戻さずに露光装置 EXの外部に排出 (廃棄 )する。液体供給機構 10は、液体回収機構 20より戻された液体 LQを投影光学系 PL の像面側に再び供給し、液浸露光のために再利用する。なお、液体回収機構 20は 、回収した液体 LQの全部を液体供給機構 10に戻してもょ 、。
[0046] 液体供給機構 10は、液体 LQの光学的な特性を計測する計測装置 30を備えて 、 る。計測装置 30は、液体供給機構 10により投影光学系 PLの像面側に供給する液 体 LQの光学的な特性を計測するものであって、液体回収機構 20の処理装置 60と 混合装置 19との間の戻し管 27の途中に設けられた第 1計測器 31と、混合装置 19と ノズル部材 70との間の供給管 16の途中に設けられた第 2計測器 32とを備えている。 第 1計測器 31は、液体回収機構 20の処理装置 60から戻され、混合装置 19に供給 される前の液体 LQの光学的な特性を計測し、第 2計測器 32は、混合装置 19で生成 され、ノズル部材 70を介して投影光学系 PLの像面側に供給される前の液体 LQの光 学的な特性を計測する。第 1計測器 31と第 2計測器 32とはほぼ同等の構成を有して おり、液体 LQの屈折率、及び液体 LQの透過率のうち少なくとも一方を計測可能とな つている。
[0047] 以下、図 3及び図 4を参照しながら第 1計測器 31について説明する。図 3は第 1計 測器 31を示す概略斜視図、図 4は断面図である。なお、上述したように、第 1計測器 31と第 2計測器 32とはほぼ同等の構成を有しているので、第 2計測器 32の説明は 省略する。
[0048] 図 3及び図 4において、第 1計測器 31は、液体 LQが流れる戻し管 27の途中に設け られた流路形成部材 33と、流路形成部材 33に対して計測光 Laを照射する投光部 3 4と、流路形成部材 33を通過した計測光 Laを集光する光学素子 (集光光学系) 35と 、光学素子 35を介した計測光 Laを受光する CCD等力もなる撮像素子 36とを備えて いる。投光部 34から流路形成部材 33に対して照射される計測光 Laは、適当な断面 積を有する平行光線である。光学素子 35と撮像素子 36との距離は、光学素子 35の 焦点距離にほぼ等しくなるように設けられており、光学素子 35は、その光学素子 35 を通過した計測光 Laを撮像素子 36上に集光するようになっている。投光部 34から射 出される計測光 Laは、露光光 ELとほぼ同じ波長 (ArFエキシマレーザ光の波長であ る 193nm)を有している。
[0049] 流路形成部材 33は、石英や蛍石など計測光 La (露光光 EL)を通過可能な部材で 形成されており、断面視三角形状に形成された管状部材である。流路形成部材 33 はプリズムとしての機能を有している。流路形成部材 33の内部には、液体 LQが流れ る流路 37が形成されている。流路形成部材 33によって形成された流路 37の一端部 は、戻し管 27に接続されており、液体回収機構 20の処理装置 60から戻された液体 LQは、戻し管 27を介して流路 37の一端部に流入する。また、流路形成部材 33によ つて形成された流路 37の他端部は戻し管 27を介して混合装置 19に接続されている 。流路 37の一端部に流入した液体 LQは、流路 37を流れた後、他端部より流出し、 戻し管 27を介して混合装置 19に供給される。すなわち、流路形成部材 33の流路 37 には、液体供給機構 10によって投影光学系 PLの像面側に供給される液体 LQが流 れる。流路 37は、投影光学系 PLの像面側に供給される液体 LQで満たされる。
[0050] 第 1計測器 31を使って液体 LQの光学的な特性を計測するとき、制御装置 CONT は、流路形成部材 33の流路 37に液体 LQが満たされている状態で、流路形成部材 33の第 1面 33Aに投光部 34より計測光 Laを斜入射で照射する。流路形成部材 33 は計測光 Laを透過可能であるため、流路形成部材 33に照射された計測光 Laは、流 路 37を流れる液体 LQに照射される。そして、流路 37を流れる液体 LQに照射された 計測光 Laは、その液体 LQを通過した後、流路形成部材 33の第 2面 33Bより外部に 射出される。流路形成部材 33の第 2面 33Bより射出された計測光 Laは、光学素子 3 5によって撮像素子 36上に集光される。
[0051] 計測光 Laの撮像素子 36上での集光位置は、流路 37を流れる液体 LQの光学的な 特性に応じて変化する。具体的には、流路 37に満たされた液体 LQの計測光 Laに 対する屈折率に応じて、第 1面 33Aと液体 LQの界面におけ入射角及び出射角がそ れぞれ変化し、それにより、液体 LQを通過する計測光 Laの光路が変動するため、計 測光 Laの撮像素子 36上における集光位置、すなわち撮像素子 36による計測光 La の受光位置が、図 4の矢印 F1で示すように変化する。撮像素子 36の受光結果は制 御装置 CONTに出力される。ここで、制御装置 CONTに接続されている記憶装置 M RYには、撮像素子 36上での計測光 Laの受光位置と、流路 37を流れる液体 LQの 屈折率との関係が予め記憶されている。制御装置 CONTは、撮像素子 36の受光結 果と、記憶装置 MRYに記憶されている記憶情報とに基づいて、流路 37を流れる液 体 LQの計測光 Laに対する屈折率を求めることができる。
[0052] また、流路 37を流れる液体 LQの計測光 Laに対する光透過率に応じて、撮像素子 36による計測光 Laの受光量が変化する。撮像素子 36の受光結果は制御装置 CON Tに出力される。ここで、制御装置 CONTに接続されている記憶装置 MRYには、撮 像素子 36上での計測光 Laの受光量と、内部流路 37を流れる液体 LQの光透過率と の関係が予め記憶されている。制御装置 CONTは、撮像素子 36の受光結果と、記 憶装置 MRYに記憶されて ヽる記憶情報とに基づ!/ヽて、内部流路 37を流れる液体 L Qの計測光 Laに対する光透過率も求めることができる。
[0053] そして、計測光 Laは露光光 ELとほぼ同じ波長を有しているため、制御装置 CONT は、液体 LQの露光光 ELに対する屈折率及び光透過率を求めることができる。このよ うに、第 1検出器 31は、液体 LQの露光光 ELに対する屈折率及び光透過率のうち少 なくとも一方を含む光学的な特性を、計測光 Laを使って光学的に求める。同様に、 第 2計測器 32は、混合装置 19を通過した液体 LQの光学的な特性を、計測光 Laを 使って光学的に求める。
[0054] 計測光 Laは露光光 ELとほぼ同じ波長を有している力 投光部 34が、露光光 ELと 同じ波長を有する計測光 Laを発生可能な光源を有して 、てもよ 、し、照影光学系 IL から発生する露光光 ELを分岐装置で分岐し、その分岐した露光光 ELの一部を計測 光 Laとして使用してもよい。この場合、投光部 34は分岐装置の一部を構成すること になる。投光部 34に光源を設ける場合には、本実施形態においては、露光光 ELは ArFエキシマレーザ光であるため、投光部 34の光源として、 193nmの固体レーザや ArFエキシマランプ、重水素ランプなどに狭帯域ィ匕素子 (フィルタ、グレーティングな ど)を組み合わせたものを用い、光源力も射出された光の波長を露光光 ELの波長に 合わせ込むようにしてもよい。また、投光部 34から流路形成部材 33に照射される計 測光 Laとしては、露光光 ELとは異なる波長を有する光であってもよい。その場合、露 光光 ELと同じ波長を有する計測光 Laを使った場合の撮像素子 36上における受光 位置 (又は受光量)と、露光光 ELと異なる波長を有する計測光 Laを使った場合の撮 像素子 36上における受光位置 (又は受光量)との関係を予め求めておく。そして、露 光光 ELとは異なる波長を有する計測光 Laを使って計測動作を行ったときの計測結 果 (受光位置、受光量)を、前記関係に基づいて補正することで、露光光 ELに対す る液体 LQの屈折率情報や光透過率情報を求めることができる。
[0055] 第 1、第 2計測器 31、 32は、液体供給機構 10の供給路の一部である流路 37を流 れる液体 LQの特性を光学的に計測するようになって ヽる。液体 LQを流しながらその 液体 LQの光学的な特性を計測することで、液体 LQの大きな温度変化を伴うことなく 計測でき、計測精度を向上することができる。また、基板 Pを液浸露光するときは、液 体供給機構 10より液体 LQが基板 P上に供給されるが、液体供給機構 10の供給路を 流れる液体 LQの特性を直接的に計測することができるため、基板 Pを液浸露光しな 力 液体 LQの特性を常時計測 (モニタ)することができる。すなわち、液体 LQの供給 動作を行いながら液体 LQの計測動作を行うことができるため、露光装置 EXの稼働 を停止することなぐ液体 LQの計測動作を行うことができる。したがって、露光装置 E Xの稼働率の低下と!/、つた不都合を防止できる。
[0056] 本実施形態において、流路形成部材 33は、液体供給機構 10によって投影光学系 PLの像面側に供給される液体 LQの供給路の一部を構成しており、液体 LQの全部 が流路形成部材 33によって形成された流路 37を流れる構成である。こうすることによ り、実際に投影光学系 PLの像面側に供給される液体 LQの特性を直接的に計測で きるため、計測精度を向上することができる。一方、戻し管 27や供給管 16に対して分 岐する分岐管を設け、液体 LQの一部を分岐管に流し、その分岐管を流れる液体 LQ を第 1、第 2計測器 31、 32で計測する構成も考えられる。このような構成とすることに より、第 1、第 2計測器 31、 32のコンパクトィ匕を図ることができる。
[0057] また、液体 LQ中に微粒子 (particle)や気泡 (bubble)等の異物が有る場合、撮像素 子 36上での受光量が低下するため、第 1、第 2計測器 31、 32は、液体 LQ中に異物 が有る力否かを検出することもできる。また、計測光 Laに対して複数の所定位置のそ れぞれに撮像素子 36を配置しておくことで、液体 LQ中に異物が有る場合には、液 体 LQに照射された計測光 Laは異物によって散乱するため、その散乱光に基づいて 、第 1、第 2計測器 31、 32は、液体 LQ中に異物が有る力否かを検出することができ る。また、本実施形態の第 1、第 2計測器 31、 32によれば、液体 LQの計測光 La (露 光光 EL)に対する色分散 (アッベ数)を計測することもできる。なお、第 1計測器 31, 第 2計測器 32のそれぞれの近傍に温度センサを配置して、液体 LQの光学特性とし て液体 LQの温度を計測するようにしてもょ 、。
[0058] 次に、上述した構成を有する露光装置 EXを使って基板 Pを露光する動作について 図 5のフローチャート図を参照しながら説明する。基板 Pを露光するに際し、制御装置 CONTは、液浸機構 1を使って、液体 LQの液浸領域 LRの形成動作を開始する。な お、露光処理されるべき基板 Pは基板ホルダ PHに既にロードされているものとする。 液浸領域 LRの形成動作を開始するときにおいては、制御装置 CONTは、投影光学 系 PLの第 1光学素子 LSIと、基板 P表面を含む基板ステージ PSTの上面 87とを対 向させた状態で、液浸機構 1の液体供給機構 10による液体 LQの供給動作、及び液 体回収機構 20による液体 LQの回収動作を開始する。
[0059] 液体供給機構 10による液体 LQの供給動作、及び液体回収機構 20による液体 LQ の回収動作によって、投影光学系 PLの像面側に液体 LQの液浸領域 LRが形成され る。液体回収機構 20によって回収された液体 LQは、処理装置 60で処理された後、 戻し管 27を介して液体供給機構 10に戻される。制御装置 CONTは、計測装置 30の 第 1計測器 31を使って、液体回収機構 20より戻された液体 LQの光学的な特性を計 測する (ステップ SI)。
[0060] 制御装置 CONTは、第 1計測器 31の計測結果に基づいて、第 1、第 2供給管 13、 14に設けられている第 1、第 2バルブ 13B、 14Bを調整し、第 1、第 2液体供給部 11 、 12のそれぞれから混合装置 19に供給される第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の単位時間 当たりの供給量を調整する。換言すれば、制御装置 CONTは、第 1計測器 31の計 測結果に基づいて、第 1、第 2液体供給部 11、 12のそれぞれから供給され、混合装 置 19で混合される第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合比を調整する (ステップ S2)。
[0061] 第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2は、光学的な特性 (屈折率、光透過率)が互いに異なつ ている。この実施形態では、第 1液体 LQ1の方が、第 2液体 LQ2よりも屈折率が高い 。そこで、制御装置 CONTは、混合装置 19で生成される液体 LQの光学的な特性を 所望状態に調整するために、具体的には混合装置 19で生成された液体 LQの屈折 率及び光透過率のうち少なくとも一方を所望値に調整するために、第 1計測器 31の 計測結果に基づいて、混合装置 19で混合される第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合比 を調整する。第 1計測器 31は、液体回収機構 20から戻された液体 LQの光学的な特 性を計測するので、制御装置 CONTは、その第 1検出器 31の計測結果に基づいて 、戻された液体 LQに対して、第 1、第 2液体供給部 11、 12より、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2を適宜、適量だけ追加することで、混合装置 19で生成される液体 LQの光学的 な特性を所望状態に調整することができる。
[0062] ここで、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合比と、その混合比で生成された液体 LQの 光学的な特性との関係力 例えば実験あるいはシミュレーションによって予め求めら れており、その関係に関する情報が、制御装置 CONTに接続されている記憶装置 M RYに予め記憶されている。制御装置 CONTは、記憶装置 MRYに記憶されている 情報と、第 1計測器 31の計測結果とに基づいて、第 1、第 2バルブ 13B、 14Bを調整 し、液体 LQの所望な光学的な特性を得るための、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合 比を決定する。そして、制御装置 CONTは、決定した混合比に基づいて、混合装置 19を使って第 1、第 2液体供給部 11、 12より送出された第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2、 及び液体回収機構 20より戻された液体 LQの混合を行い、液体 LQを生成する (ステ ップ S3)。 [0063] 例えば、第 1液体 LQ1の屈折率が第 2液体 LQ2の屈折率よりも高い場合において 、制御装置 CONTは、第 1計測器 31の計測結果に基づいて、液体 LQの屈折率が 所望値よりも低いと判断した場合、第 1、第 2バルブ 13B、 14Bを制御して、混合装置 19に供給する第 1液体 LQ1の量を、第 2液体 LQ2の量よりも多くする。また、第 1計 測器 31の計測結果に基づいて、液体 LQの屈折率が所望値よりも高いと判断した場 合には、制御装置 CONTは、第 1、第 2バルブ 13B、 14Bを制御して、混合装置 19 に供給する第 2液体 LQ2の量を、第 1液体 LQ1の量よりも多くする。こうすることにより 、液体 LQの屈折率を所望値にすることができる。
[0064] 以上により、第 1計測器 31の計測結果に基づいて、混合装置 19で生成される液体 LQの光学的な特性が調整される。
[0065] また、混合装置 19にお 、ては、液体 LQの光学的な特性のうち屈折率を調整する ために、上述したように、液体 LQに A1酸ィ匕物の微粒子などの所定物質を混合 (添カロ )するようにしてもょ ヽし、液体 LQの光透過率を調整するための所定物質を液体 LQ に混合 (添加)するようにしてもよい。また、液体 LQに混合する所定物質としては、固 体であってもよいし、スラリー状であってもよい。また、液体 LQに固体の微粒子を分 散してもよいし、液体 LQに固体を投入した後、その固体を液体 LQに溶解させてもよ い。
[0066] 混合装置 19で生成された液体 LQは、供給管 16を介して第 2計測器 32に供給され る。制御装置 CONTは、混合装置 19で生成された液体 LQの光学的な特性を計測 装置 30の第 2計測器 32で計測する。第 2計測器 32は、第 1計測器 31の計測結果に 基づ 、て光学的な特性の調整が行われた後の液体 LQを計測する (ステップ S4)。
[0067] 制御装置 CONTは、第 2計測器 32の計測結果に基づ 、て、結像特性を調整し、 投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位置と、基板 P表面との位置関 係を調整する (ステップ S5)。
[0068] 混合装置 19で生成された液体 LQの光学的な特性のうち、例えば屈折率が僅かな 力ら変動し、投影光学系 PL及び液体 LQを介した像面位置が変動する可能性がある 。あるいは、混合装置 19で生成された液体 LQの光学的な特性を、所望状態に調整 しきれない可能性もある。そこで、制御装置 CONTは、第 2計測器 32の計測結果に 基づいて、投影光学系 PLに設けられている結像特性調整装置 LCを使って、投影光 学系 PLを構成する複数の光学素子 LS1〜LS5のうち特定の光学素子を駆動したり 、鏡筒 PK内部の圧力調整したりすることで、投影光学系 PLの結像特性である像面 位置を調整する。あるいは、結像特性調整装置 LCは、投影光学系 PLを構成する複 数の光学素子 LS1〜LS5のうち特定の光学素子の温度調整を行って特定の光学素 子の温度を変えたり、鏡筒 PK内部の温度を変えたりすることで、投影光学系 PLの結 像特性を調整することもできる。制御装置 CONTは、その液体 LQの光学的な特性( 屈折率)に応じて、結像特性を調整することで、例えば投影光学系 PL及び液体 LQ を介して形成される像面位置と、基板 P表面とを合致させることができる。
[0069] また、制御装置 CONTは、結像特性調整装置 LCによる投影光学系 PLの調整に 代えて、あるいは結像特性調整装置 LCによる調整と併用して、液体 LQの光学特性 (屈折率)に基づき、基板ステージ駆動装置 PSTDを介して基板ステージ PSTの駆 動を制御してもよい。この場合、基板ステージ駆動装置 PSTDは、基板ステージ PST の位置を調整する調整装置としての機能を有する。
[0070] 例えば、液体 LQの屈折率が所望値よりも高 、場合、投影光学系 PL及び液体 LQ を介して形成される像面位置は、液体 LQの屈折率が所望値であるときの投影光学 系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位置に比べて、—Z側にシフトする。した がって、制御装置 CONTは、投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面 位置と基板 P表面とを合致させるために、第 2計測器 32の計測結果に基づいて、基 板ステージ駆動装置 PSTDによって基板 Pを保持した基板ステージ PSTを—Z側に シフトする。
[0071] あるいは、マスクステージ駆動装置 MSTDを介して、マスク Mを保持したマスクステ ージ MSTを駆動してもよい。この場合、マスクステージ駆動装置 MSTDは、結像特 性を調整する調整装置としての機能を有する。あるいは、ノズル部材 70と第 2計測器 32との間に液体 LQの温度を微調整する温調装置を配置して、投影光学系 PLの像 面側に供給される液体 LQの温度を調整してもよい。あるいは、照明光学系 IL (露光 用光源)を調整し、露光光 ELの波長を調整するようにしてもよい。あるいは、液体 LQ の屈折率はその液体 LQの圧力によっても変動するため、液体 LQの圧力を調整する ことで、投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位置を調整するようにし てもよい。液体 LQの圧力を調整する場合には、例えばノズル部材 70に供給口 18及 び回収口 28とは別の第 2の口を設ける。そして、供給口 18及び回収口 28による液体 供給動作及び液体回収動作に基づいて形成された液体 LQの液浸領域 LRに対して 、第 2の口を介して液体 LQの追加又は一部回収を行う。こうすること〖こより、投影光 学系 PLと基板 Pとの間の光路空間に満たされた液体 LQの圧力を調整することがで きる。あるいは、露光装置 EXを収容するチャンバ内の圧力を調整することで、投影光 学系 PLと基板 Pとの間の光路空間に満たされた液体 LQの圧力を調整することもでき る。
[0072] ここで、液体 LQの光学的な特性と投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される 像面位置との関係力 例えば実験あるいはシミュレーションによって予め求められて おり、その関係に関する情報力 制御装置 CONTに接続されている記憶装置 MRY に予め記憶されている。制御装置 CONTは、記憶装置 MRYに記憶されている情報 と、第 2計測器 32の計測結果とに基づいて、結像特性調整装置 LC、基板ステージ 駆動装置 PSTD、マスクステージ駆動装置 MSTD、温調装置等を含む各調整機構 の少なくとも一つを使って、投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位 置と、基板 P表面とを合致させることができる。なお、上述したこれら調整機構の全て を露光装置 EXが備える必要はなぐ必要に応じて、適宜露光装置 EXに搭載すれば よい。
[0073] なお、液体 LQの光学的な特性に応じて液体 LQを介して形成される像面が変化す る場合に限らず、液体 LQの光学的な特性 (屈折率)に応じて、波面収差や歪曲収差 などの他の結像特性も変化する場合も同様にして、第 2計測器 32の計測で計測され た液体 LQの光学的な特性に基づいて調整を行えばよい。また、液体 LQの屈折率 に限らず、混合装置 19で生成された液体 LQの光学的な特性のうち、光透過率が変 動したり、光透過率を所望状態に調整しきれない場合には、制御装置 CONTは、第 2計測器 32の計測結果に基づいて、例えば、光源を含む照明光学系 IL等を調整し て、露光光 ELの照射量 (照度)を調整したり、基板 Pの走査速度を調整したり、露光 光 ELのパルス発光周期を調整したり、基板 P上における露光光 ELの走査方向の幅 を調整したり、これらの調整を適宜組み合わせることによって、液体 LQの透過率に応 じた最適な露光量制御(ドーズ制御)を実行することができる。
[0074] このように、制御装置 CONTは、第 1計測器 31の計測結果に基づいて、第 1、第 2 液体 LQ1、 LQ2の混合比を調整したり、液体 LQに所定物質の混合 (添加)したりす ることで液体 LQの光学的な特性を調整するとともに、第 2計測器 32の計測結果に基 づいて、結像特性 (例えば、像面位置)を調整する。そして、第 1計測器 31の計測結 果に基づく液体 LQの光学的な特性の調整、及び第 2計測器 32の計測結果に基づ く結像特性の調整等を含む露光条件の調整が完了した後、制御装置 CONTは、そ の調整された露光条件の下で、投影光学系 PL及び液体 LQを介して基板 Pを液浸 露光する (ステップ S6)。
[0075] なお、上述の実施形態において、第 2計測器 32の計測結果も考慮して混合装置 1 9での混合比を調整したり、第 1液体供給部 11、第 2液体供給部 12から供給される 第 1液体 LQ1の温度や第 2液体 LQ2の温度調整を行うようにしてもよい。すなわち、 設定した計測結果が第 2計測器 32で計測されるまで、制御装置は混合装置 19にお ける混合比を調整し、また第 1液体 LQ1及び第 2液体 LQ2の温度を制御してもよい( フィードバック制御)。また、基板 Pの液浸露光中においても、液体 LQの光学的な特 性は、第 1、第 2計測器 31、 32により常時計測 (モニタ)されている。制御装置 CONT は、基板 Pの液浸露光中においても、第 1計測器 31のモニタ情報に基づいて、液体 LQの光学的な特性の調整を行うとともに、第 2計測器 32のモニタ情報に基づいて、 結像特性の調整などを行うことができる。
[0076] また、制御装置 CONTには報知装置 INFが接続されており、制御装置 CONTは、 報知装置 INFによって、計測装置 30の計測結果を報知することができる。報知装置 I NFは、ディスプレイ装置 (表示装置)、音又は光を使って警報 (警告)を発する警報 装置等を含んで構成されており、例えば第 1、第 2計測器 31、 32の計測結果 (液体 L Qの屈折率情報、光透過率情報等)を表示装置で表示することができる。あるいは、 第 1、第 2計測器 31、 32の計測結果が、予め定められている許容値を超えた際に、 制御装置 CONTは、警報装置で警報を発するようにしてもよい。この場合、第 2計測 器 32の計測結果の許容値は、結像特性の調整などで補償できる範囲を考慮して設 定することが望ましい。
[0077] 本実施形態においては、液体供給機構 10は混合装置 19で生成された液体 LQを 供給する構成であり、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の混合比を調整したり、液体 LQに 所定物質を混合することで、所望の光学的な特性を有する液体 LQを生成することが できる。本実施形態においては、液体供給機構 10の混合装置 19は、投影光学系 P Lを構成する複数の光学素子 LS1〜LS5のうち、投影光学系 PLの像面に最も近い 第 1光学素子 LSIの光学的な特性に応じて、第 1光学素子 LSIの下面 T1と基板 Pと の間の光路空間を満たすための液体 LQを生成する。
[0078] 液体供給機構 10は、投影光学系 PLを構成する複数の光学素子 LS1〜LS5のうち 、投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSIの屈折率よりも高い (大きい) 屈折率を有する液体 LQを供給する。その高い屈折率を有する液体 LQによって、投 影光学系 PLの像面側に配置された基板 P (あるいは基板ステージ PST)と第 1光学 素子 LSIとの間の光路空間が満たされる。本実施形態においては、第 1光学素子 L S1は石英で形成されており、液体 LQの屈折率は石英の屈折率より高い。ここで、石 英の屈折率は約 1. 5程度であり、液体供給機構 10の混合装置 19から供給される液 体 LQは 1. 6〜1. 8程度である。なお、第 1光学素子 LSIは蛍石で形成されていても よい。
[0079] 第 1光学素子 LSIの形成材料である石英は、露光光 ELである ArFエキシマレーザ 光を透過可能である。また、石英は屈折率の大きい材料であるため、例えば第 1光学 素子 LSIの大きさを小さくすることができ、投影光学系 PL全体や露光装置 EX全体 をコンパクトィ匕できる。また、例えば光学素子 LS2〜LS5を蛍石で形成し、光学素子 LSIを石英で形成してもよいし、光学素子 LS2〜LS5を石英で形成し、光学素子 LS 1を蛍石で形成してもよ 、し、光学素子 LSI〜LS 5の全てを石英(ある 、は蛍石)で 形成してちょい。
[0080] 図 6は投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSI近傍を示す拡大断面図 である。図 6において、第 1光学素子 LSIのうち、基板 Pと対向する下面 T1には凹面 部 2が形成されている。第 1光学素子 LSIの上面 T2側の光路空間は気体 (窒素)で あり、第 1光学素子 LSIの下面 T1側の光路空間は液体 LQで満たされている。第 1 光学素子 LSIの上面 T2の形状は、投影光学系 PLの物体面側(マスク側)に向かつ て膨らむような凸状の曲面形状である。
[0081] このように、投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSIの屈折率よりも高 い屈折率を有する液体 LQを使用することで、解像度や焦点深度を大幅に向上でき る。そして、第 1光学素子 LSIは、その液体 LQに接触する凹面部(曲面部) 2を有し ているので、第 1光学素子 LSIから液体 LQへ入射する際の全反射を抑制して露光 光 ELを投影光学系 PLの像面側まで良好に到達させることができる。
[0082] 以上説明したように、混合装置 19によって複数種類の液体どうしを適宜混合するこ とで、露光条件等に応じた所望の特性を有する液体 LQを生成することができる。し たがって、例えば所望の屈折率を有する液体 LQを任意に供給できるので、液体 LQ を介して露光するときの解像度や焦点深度を向上することができ、露光精度を所望 状態に維持することができる。そして、液体 LQの光学的な特性を計測する計測装置 30を設けたので、その計測装置 30の計測結果に基づいて、液体 LQの光学的な特 性を把握し、液体 LQの光学的な特性を所望状態に調整したり、結像特性を調整す るなどの適切な処置を講ずることができる。また、計測装置 30は、液体供給機構 10 の供給路を流れる液体 LQの特性を計測するために、投影光学系 PLの像面側に供 給される直前の液体 LQを計測 (モニタ)することができる。したがって、供給される直 前の液体 LQの計測結果に基づ ヽて、液体 LQの光学的な特性や結像特性などを調 整することで、所望の露光条件の下で基板 Pを精度良く露光できる。
[0083] また、上述した第 1液体 LQ1や第 2液体 LQ2として使われる液体 (機能液)が液体 製造工場 (液体製造メーカー)等で工業的に生産される場合、その液体の特性が変 動する可能性がある。すなわち、工業的に生産される機能液の特性にロットぶれが発 生する可能性がある。本実施形態においては、液体供給機構 10の混合装置 19は、 計測装置 30 (第 1計測器 31)の計測結果に基づいて、第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2の 混合比を適宜調整しつつ混合して液体 LQを生成するので、例えば第 1液体 LQ1と して第 1ロットの機能液を用い、第 2液体 LQ2として第 2ロットの機能液を用いることで 、同じ材質の機能液にロットぶれが存在する場合でも、そのロットぶれをキャンセルし て、所望の特性を有する液体 LQを生成することができる。 [0084] また、本実施形態にぉ 、ては、第 1計測器 31の計測結果に基づ 、て液体 LQの光 学的な特性が調整され、その調整が行われた後の液体 LQを第 2計測器 32で計測 する構成であるため、液体 LQの光学的な特性を所望状態に調整しきれない場合が 生じても、第 2計測器 32の計測結果に基づいて、結像特性の調整などをすることが できるため、所望の露光条件の下で基板 Pを精度良く露光することができる。
[0085] また、液体回収機構 20は、回収した液体 LQを液体供給機構 10に戻すので、使用 する液体 LQが工業的に生産された高価なものあるいは希少なものであっても、その 液体 LQを再利用することができ、デバイスの生産コストを抑えることができる。また、 液体回収機構 20より液体供給機構 10に戻された液体 LQの光学的な特性は、例え ば処理装置 60の能力などによって変動する可能性があるが、混合装置 19によって、 戻された液体 LQの光学的な特性が再び調整されるので、回収して戻された液体 LQ を所望状態に調整した後、再利用することができる。
[0086] <第 2の実施形態 >
次に、第 2の実施形態について図 7を参照しながら説明する。以下の説明において 、上述した第 1の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。
[0087] 第 2の実施形態の特徴的な部分は、液体供給機構 10が、投影光学系 PLの像面側 に供給する液体 LQの温度を検出する温度検出器 41、及び液体 LQの温度を調整 する温調装置 42を備えている点にある。温度検出器 41は、供給管 16の途中に設け られ、混合装置 16で生成された液体 LQの温度を検出する。また、温調装置 42は、 供給管 16のうち、温度検出器 41と第 2計測器 32 (ノズル部材 70)との間に設けられ、 温度検出器 41で温度検出が行われた後の液体 LQの温度を調整する。制御装置 C ONTは、温度検出器 41の検出結果に基づいて、投影光学系 PLの像面側に供給さ れる液体 LQの温度を、温調装置 42を使って調整する。
[0088] 例えば、液体 LQの温度が所望値よりも高 、場合、液体 LQの屈折率は低下し、投 影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位置は、液体 LQの温度が所望 値であるときの投影光学系 PL及び液体 LQを介して形成される像面位置に比べて、 +Z側にシフトする。したがって、制御装置 CONTは、投影光学系 PL及び液体 LQを 介して形成される像面位置と基板 P表面とを合致させるために、温調装置 42によって 、液体 LQの温度を調整 (低下)する。あるいは、制御装置 CONTは、投影光学系 PL 及び液体 LQを介して形成される像面位置と基板 P表面とを合致させるために、温調 装置 42の検出結果に基づ 、て、基板 Pを保持した基板ステージ PSTを +Z側にシフ トしたり、結像特性調整装置 LCを駆動する。
[0089] なお、図 7において、温調装置 42を使って液体 LQの温度を調整するときに、第 2 計測器 32の計測結果と、温度検出器 41の検出結果との両方を考慮するようにしても よい。また、図 7において、温度検出器 41は無くてもよい。制御装置 CONTは、第 2 計測器 32で計測される液体 LQの屈折率が所望値となるように、第 2計測器 32の計 測結果に基づいて、温調装置 42を使って液体 LQの温度を調整することで、液体 L Qの屈折率を所望値にすることができる。
[0090] 屈折率の温度依存性が高!、液体 LQ (温度変化に対する屈折率変化が大き!/、液体 LQ)を使用する場合、温調装置 42で温度調整され、投影光学系 PLと基板 Pとの間 の光路空間に満たされた液体 LQの光学的な特性 (屈折率)は、露光装置 EXを収容 するチャンバ内の温度変動、ひいては光路空間近傍の環境の温度変動に起因して 変動する可能性がある。そこで、例えば光路空間近傍の環境の温度を計測可能な温 度計測器を設けておき、その温度計測器の計測結果に基づいて、光路空間近傍の 環境の温度変動に応じた、温調装置 42による液体 LQの温度調整や、第 1、第 2液 体 LQ1、 LQ2の混合比の調整を行うようにしてもよい。
[0091] <第 3の実施形態 >
次に、第 3の実施形態について説明する。第 3の実施形態の特徴的な部分は、液 体 LQの光学的な特性を計測する計測装置 30'が、ノズル部材 70に設けられている 点にある。図 8は第 3の実施形態に係るノズル部材 70近傍を示す側断面図、図 8 (B) はノズル部材 70を下方力も見た図である。
[0092] 図 8において、ノズル部材 70は、投影光学系 PLを構成する複数の光学素子 LSI 〜LS5のうち、投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSIを囲むように環状 に形成されている。ノズル部材 70の内側面 70Tのうち、液浸領域 LRの液体 LQに接 触する所定位置にはプリズム 33'が設けられている。また、ノズル部材 70の内側面 7 OTのうち、液浸領域 LRを挟んでプリズム 33'と対向する位置には、光学素子 (集光 光学系) 35が設けられている。更に、ノズル部材 70の所定位置には、光学素子 35を 介した光を受光する撮像素子 36が設けられている。また、プリズム 33'には、投光部 34より計測光 Laが照射されるようになっている。なお、図 8に示すノズル部材 70は模 式的に示されている力 ノズル部材 70には計測光 Laが通過する光路が確保されて いる。投光部 34よりプリズム 33'に照射された計測光 Laは、プリズム 33'を通過した 後、液浸領域 LRの液体 LQ中を通過する。液体 LQを通過した計測光 Laは、光学素 子 35を介して撮像素子 36に受光される。計測装置 30'が液体 LQの光学的な特性 を計測するときの計測原理は、図 3及び図 4を参照して説明した第 1計測器 31と同様 である。計測装置 30'は、計測装置 30の第 2計測器 32の替わりとして用いることもで きるし、第 2計測器 32と併用することもできる。いずれの場合にも、ノズル部材 70に設 けられた計測装置 30'を使って、投影光学系 PLと基板 Pとの間の光路空間に配置さ れた液体 LQの特性を計測し、その計測結果に基づいて、液体 LQの光学的な特性 や結像特性などを調整することもできる。
[0093] <第 4の実施形態 >
次に、第 4の実施形態について図 9を参照しながら説明する。第 4の実施形態の特 徴的な部分は、投影光学系 PLの第 1光学素子 LSIの下面 T1はほぼ平坦面であつ て、液体供給機構 10の混合装置 19は、その第 1光学素子 LSIの屈折率とほぼ同じ 屈折率の液体 LQを生成する点にある。液体供給機構 10は、混合装置 19で生成さ れた液体 LQを供給する。
[0094] 図 9は投影光学系 PLの像面に最も近い第 1光学素子 LSI近傍を示す拡大断面図 である。図 9において、第 1光学素子 LSIのうち、基板 Pと対向する下面 T1は平坦面 である。第 1光学素子 LSIの上面 T2側の光路空間は気体 (窒素)であり、第 1光学素 子 LS 1の下面 T1側の光路空間は液体 LQで満たされて ヽる。第 1光学素子 LS 1の 上面 T2の形状は、投影光学系 PLの物体面側(マスク側)に向力つて膨らむような凸 状の曲面形状である。第 1光学素子 LSIの屈折率は、液体 LQの屈折率とほぼ同じ である。
[0095] また、第 1光学素子 LSIの下面 T1は、平面形状となっている。そして、上述したよう に、第 1光学素子 LSIの屈折率と液体 LQの屈折率とは同じであるため、基板 P表面 に到達する露光光 ELは、第 1光学素子 LSIの下面 T1において、ほとんど屈折しな い。本実施形態においても、屈折率 (n)を有する液体 LQによって開口数 NAを約 n 倍にすることで、解像度及び焦点深度を大幅に向上することができる。なお、第 4の 実施形態において、第 1光学素子 LSIの屈折率と液体 LQの屈折率とが異なってい てもよい。
[0096] なお、上述した第 1〜第 4の実施形態においては、液体供給機構 10は、混合装置 19で 2種類の第 1、第 2液体 LQ1、 LQ2を混合し、その混合装置 19で生成された液 体 LQを投影光学系 PLの像面側に供給するが、 3種類以上の任意の複数種類の液 体を混合装置 19で混合し、その混合装置 19で生成された液体 LQを供給することは もちろん可能である。
[0097] あるいは、液体供給機構 10は、複数種類の液体を混合せずに、 1種類の液体を供 給するよう〖こしてもよい。この場合、液体供給機構 10は混合装置 19を省略することが できる。制御装置 CONTは、計測装置 30 (第 2計測器 32)を使って液体 LQの光学 的な特性を計測し、その計測結果に基づいて、結像特性調整装置 LC、基板ステー ジ駆動装置 PSTD、マスクステージ駆動装置 MSTD、温調装置等を含む各調整機 構の少なくとも一つを使って、結像特性の調整などを行うことができる。また、液体回 収機構 20で回収された少なくとも一部の液体 LQを液体供給機構 10に戻すようにし ているが、液体回収機構 20で回収された液体を全て廃棄して、新しい清浄な液体 L Qを液体供給機構 10から供給するようにしてもよい。なお、ノズル部材 70などの液浸 機構 1の構造は、上述のものに限られず、例えば、欧州特許公開第 1420298号公 報、国際公開第 2004Z055803号公報、国際公開第 2004/057589号公報、国 際公開第 2004Z057590号公報、国際公開第 2005/029559号公報に記載され TV、るちのち用いることがでさる。
[0098] また、上述の実施形態においては、投影光学系 PLの第 1光学素子 LSIの光射出 側の光路空間を液体 LQで満たす露光装置について説明しているが、他の光路空間 を液体 (水)で満たすようにしてもよい。例えば、国際公開第 2004Z019128号に開 示されて!/ヽるように、第 1光学素子 LS 1の光入射側の光路空間も液体 (純水)で満た すようにしてもよぐこの光路空間に液体を供給するときに、図 2や図 7を参照して説 明した液体供給機構を適用することができる。
[0099] なお、上述したように液浸法を用いることにより投影光学系の開口数 NAが大きくな る場合には、従来から露光光として用いられて 、るランダム偏光光では偏光効果によ つて結像性能が悪ィ匕することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合 、マスク(レチタノレ)のライン 'アンド'スペースパターンのラインパターンの長手方向に 合わせた直線偏光照明を行い、マスク(レチクル)のパターンからは、 S偏光成分 (TE 偏光成分)、すなわちラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分の回折光が 多く射出されるようにするとよい。投影光学系 PLと基板 P表面に塗布されたレジストと の間が液体で満たされて ヽる場合、投影光学系 PLと基板 P表面に塗布されたレジス トとの間が空気 (気体)で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与す る S偏光成分 (TE偏光成分)の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投 影光学系の開口数 NAが 1. 0を越えるような場合でも高い結像性能を得ることができ る。また、位相シフトマスクゃ特開平 6— 188169号公報に開示されているようなライ ンパターンの長手方向に合わせた斜入射照明法 (特にダイポール照明法)等を適宜 組み合わせると更に効果的である。特に、直線偏光照明法とダイポール照明法との 組み合わせは、ライン 'アンド'スペースパターンの周期方向が所定の一方向に限ら れて 、る場合や、所定の一方向に沿ってホールパターンが密集して 、る場合に有効 である。例えば、透過率 6%のハーフトーン型の位相シフトマスク(ノヽーフピッチ 45η m程度のノターン)を、直線偏光照明法とダイポール照明法とを併用して照明する場 合、照明系の瞳面においてダイポールを形成する二光束の外接円で規定される照 明 σを 0. 95、その瞳面における各光束の半径を 0. 125 σ、投影光学系 PLの開口 数を NA= 1. 2とすると、ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度 (DOF)を 150nm 程度増カロさせることができる。
[0100] また、直線偏光照明と小 σ照明法 (照明系の開口数 NAiと投影光学系の開口数 Ν Apとの比を示す σ値が 0. 4以下となる照明法)との組み合わせも有効である。
[0101] また、例えば ArFエキシマレーザを露光光とし、 1Z4程度の縮小倍率の投影光学 系 PLを使って、微細なライン ·アンド'スペースパターン(例えば 25〜50nm程度のラ イン 'アンド'スペース)を基板 P上に露光するような場合、マスク Mの構造 (例えばパ ターンの微細度やクロムの厚み)によっては、 Wave guide効果によりマスク Mが偏光 板として作用し、コントラストを低下させる P偏光成分 (TM偏光成分)の回折光より S 偏光成分 (TE偏光成分)の回折光が多くマスク M力も射出されるようになる。この場 合、上述の直線偏光照明を用いることが望ましいが、ランダム偏光光でマスク Mを照 明しても、投影光学系 PLの開口数 NAが大きい場合でも高い解像性能を得ることが できる。
[0102] また、マスク M上の極微細なライン 'アンド'スペースパターンを基板 P上に露光する ような場合、 Wire Grid効果により P偏光成分 (TM偏光成分)が S偏光成分 (TE偏光 成分)よりも大きくなる可能性もあるが、例えば ArFエキシマレーザを露光光とし、 1/ 4程度の縮小倍率の投影光学系 PLを使って、 25nmより大きいライン 'アンド'スぺー スパターンを基板 P上に露光するような場合には、 S偏光成分 (TE偏光成分)の回折 光が P偏光成分 (TM偏光成分)の回折光よりも多くマスク M力 射出されるので、投 影光学系 PLの開口数 NAが大きい場合でも高い解像性能を得ることができる。
[0103] 更に、マスク(レチクル)のラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明(S 偏光照明)だけでなぐ特開平 6— 53120号公報に開示されているように、光軸を中 心とした円の接線 (周)方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合 わせも効果的である。特に、マスク(レチクル)のパターンが所定の一方向に延びるラ インパターンだけでなぐ複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在 (周期方 向が異なるライン 'アンド'スペースパターンが混在)する場合には、同じく特開平 6— 53120号公報に開示されて 、るように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光 する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数 NA が大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。例えば、透過率 6%のハーフト ーン型の位相シフトマスク(ノヽーフピッチ 63nm程度のパターン)を、光軸を中心とし た円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法 (輪帯比 3Z4)とを併用し て照明する場合、照明 σを 0. 95、投影光学系 PLの開口数を ΝΑ= 1. 00とすると、 ランダム偏光光を用いるよりも、焦点深度 (DOF)を 250nm程度増加させることがで き、ハーフピッチ 55nm程度のパターンで投影光学系の開口数 NA= 1. 2では、焦 点深度を lOOnm程度増カロさせることができる。
[0104] 更に、上述の各種照明法に加えて、例えば特開平 4— 277612号公報ゃ特開 200 1— 345245号公報に開示されている累進焦点露光法や、多波長(例えば二波長) の露光光を用いて累進焦点露光法と同様の効果を得る多波長露光法を適用するこ とも有効である。
[0105] なお、液体 LQの流れによって生じる投影光学系 PLの先端の第 1光学素子 LSIと 基板 Pとの間の圧力が大きい場合には、その第 1光学素子 LSIを交換可能とするの ではなぐその圧力によって第 1光学素子 LSIが動かないように堅固に固定してもよ い。
[0106] 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ェハ 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 ウェハ、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 コンウェハ)等が適用される。
[0107] 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 查露光するステップ ·アンド'スキャン方式の走査型露光装置 (スキャニングステツノ 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 (ステツ ノ )にも適用することができる。
[0108] また、露光装置 EXとしては、第 1パターンと基板 Pとをほぼ静止した状態で第 1バタ ーンの縮小像を投影光学系 (例えば 1Z8縮小倍率で反射素子を含まな 、屈折型投 影光学系)を用 、て基板 P上に一括露光する方式の露光装置にも適用できる。この 場合、更にその後に、第 2パターンと基板 Pとをほぼ静止した状態で第 2パターンの 縮小像をその投影光学系を用いて、第 1パターンと部分的に重ねて基板 P上に一括 露光するスティツチ方式の一括露光装置にも適用できる。また、ステイッチ方式の露 光装置としては、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し、基 板 Pを順次移動させるステップ 'アンド'ステイッチ方式の露光装置にも適用できる。ま た、上記実施形態では投影光学系 PLを備えた露光装置を例に挙げて説明してきた 力 投影光学系 PLを用いない露光装置及び露光方法に本発明を適用することがで きる。
[0109] また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の 露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平 10— 163099号及び特開平 10— 214783号(対応米国特許 6, 341, 007、 6, 400, 441、 6, 549, 269及び 6, 590 ,634)、特表 2000— 505958号(対応米国特許 5, 969, 441)あるいは米国特許 6 , 208, 407に開示されており、本国際出願で指定または選択された国の法令で許 容される限りにお 、て、それらの開示を援用して本文の記載の一部とする。
[0110] また、上述の実施形態においては、投影光学系 PLと基板 P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号公報ゃ特開 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、 基板表面全体を液浸した状態で基板の露光を行う液浸露光装置にも適用可能であ る。そのような液浸露光装置の構造及び露光動作は、米国特許第 5, 825, 043号に 詳細に記載されており、本国際出願で指定または選択された国の法令で許容される 限りにおいて、この米国特許の記載内容を援用して本文の記載の一部とする。
[0111] 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。
[0112] 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 USP 5,528,118参照)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 ッ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ぐガイドを設けないガイド レスタイプであってもよい。ステージにリニアモータを用いた例は、米国特許 5, 623, 853及び 5, 528, 118に開示されており、それぞれ本国際出願で指定または選択さ れた国の法令で許容される限りにおいて、これらの文献の記載内容を援用して本文 の記載の一部とする。
[0113] 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ュ-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ュ 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!、。
[0114] 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(米国特許 5, 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)に逃がしてもよぐ本国際出願で指定または 選択された国の法令で許容される限りにおいて、米国特許 5, 528, 118の記載内容 を援用して本文の記載の一部とする。
[0115] 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 (米国特許第 5, 874, 820)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)に逃がしてもよぐ本国際出願で指定また は選択された国の法令で許容される限りにおいて、米国特許第 5, 874, 820の開示 を援用して本文の記載の一部とする。
[0116] 以上のように、本願実施形態の露光装置 EXは、本願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。
[0117] 半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図 10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し、露光した基板を現 像する基板処理 (露光処理)ステップ 204、デバイス組み立てステップ (ダイシングェ 程、ボンディング工程、ノ ッケージ工程などの加工プロセスを含む) 205、検査ステツ プ 206等を経て製造される。なお、基板処理ステップ 204には、図 5で説明した液体 計測及び液体比の調整などの工程が含まれる。
産業上の利用可能性
本発明によると、液浸露光に用いる液体の光学的な特性を計測し調整することで所 望の結像特性を維持することができるので、一層高 ヽ解像度及び密度のデバイスパ ターンを有するデバイスを製造することができる。

Claims

請求の範囲
[I] 液体を介して基板を露光する露光装置であって、
投影光学系と、
前記液体の光学的な特性を計測する計測装置を備える露光装置。
[2] 前記光学的な特性は、液体の屈折率、及び液体の光透過率のうち少なくとも一方 を含む請求項 1記載の露光装置。
[3] さらに、光学系の像面側に液体を供給する液体供給機構を備え、
前記計測装置は、前記液体供給機構により供給される液体の光学的な特性を光学 的に計測する請求項 1記載の露光装置。
[4] 前記液体供給機構は、液体が流れる供給路を有し、
前記計測装置は、前記供給路を流れる液体の光学的な特性を光学的に計測する 請求項 1記載の露光装置。
[5] さらに、計測装置の計測結果に基づいて、露光条件を調整する調整機構を備えた 請求項 1記載の露光装置。
[6] 前記調整は、液体の光学的な特性の調整を含む請求項 5記載の露光装置。
[7] 前記調整は、液体に所定物質を混合することを含む請求項 6記載の露光装置。
[8] 複数種類の液体を混合する混合装置を備え、前記混合装置で生成された液体に よって前記光路空間が満たされ、
前記調整は、複数種類の液体の混合比の調整を含む請求項 6記載の露光装置。
[9] 前記複数種類の液体は、光学的な特性が互いに異なる請求項 8記載の露光装置。
[10] さらに、前記混合比と、その混合比で混合された液体の光学的な特性との関係を 予め記憶した記憶装置を備え、
前記混合装置は、前記記憶情報に基づ!、て混合を行う請求項 8記載の露光装置。
[I I] 前記調整は、前記投影光学系及び前記液体を介して形成される像面位置と、前記 基板表面との位置関係の調整を含む請求項 5記載の露光装置。
[12] さらに、前記液体の光学的な特性と前記投影光学系及び前記液体を介して形成さ れる像面位置との関係を予め記憶した記憶装置を備え、
前記調整機構は、前記記憶情報に基づ!、て調整を行う請求項 11記載の露光装置
[13] さらに、前記基板を保持して移動可能な基板ステージを有し、
前記調整機構は、前記基板ステージの位置を調整するステージ調整装置を含む 請求項 11記載の露光装置。
[14] 前記調整機構は、結像特性を調整する結像特性調整装置を含む請求項 5記載の 露光装置。
[15] 前記調整は、液体の温度調整を含む請求項 5記載の露光装置。
[16] 前記計測装置は、液体を計測する第 1計測器と、前記第 1計測器の計測結果に基 づいて調整が行われた後の液体を計測する第 2計測器とを有する請求項 5記載の露 光装置。
[17] 前記第 1計測器の計測結果に基づ 、て、液体の光学的な特性が調整され、
前記第 2計測器の計測結果に基づ 、て、前記投影光学系の像面位置と基板表面 との位置関係が調整される請求項 16記載の露光装置。
[18] さらに、前記投影光学系の像面側の液体を回収するとともに、該回収された液体の 少なくとも一部を再利用するために前記液体供給機構に戻す液体回収機構を備え た請求項 3記載の露光装置。
[19] さらに、前記計測装置の計測結果を報知する報知装置を備えた請求項 1記載の露 光装置。
[20] 前記液体は、前記投影光学系を構成する複数の光学素子のうち、該投影光学系 の像面に最も近い第 1光学素子よりも、前記露光光に対する屈折率が大きい請求項
1〜 19のいずれか一項記載の露光装置。
[21] 前記投影光学系の像面側の光路が前記液体で満たされ、前記投影光学系と前記 液体を介して基板が露光される請求項 1に記載の露光装置。
[22] さらに、前記第 1計測器の計測結果に基づいて調整が行われた後の液体の温度を 調整する温度調整装置を有する請求項 16記載の露光装置。
[23] 液体を介して基板を露光する露光装置であって、
投影光学系と、
前記投影光学系の像面側に液体を供給する液体供給機構と、 前記液体供給機構に設けられ、複数種類の液体を混合する混合装置とを備え、 前記液体供給機構は、前記混合装置で混合された液体を供給する露光装置。
[24] さらに、前記混合装置は、光学的な特性が互いに異なる液体を混合する請求項 23 記載の露光装置。
[25] 前記混合装置で混合された液体を計測する計測装置を備えた請求項 23記載の露 光装置。
[26] 前記計測装置は、前記液体の光学的な特性を計測する請求項 25記載の露光装 置。
[27] 前記光学的な特性は、液体の屈折率及び液体の光透過率の少なくとも一方を含む 請求項 24記載の露光装置。
[28] 前記投影光学系を構成する複数の光学素子のうち、該投影光学系の像面に最も 近い第 1光学素子の光学的な特性に応じて、前記混合装置は、前記投影光学系の 像面側に供給される液体を混合する請求項 23記載の露光装置。
[29] 前記第 1光学素子の屈折率よりも大きい屈折率となるように、前記混合装置は、前 記液体を混合する請求項 28記載の露光装置。
[30] 前記第 1光学素子の屈折率とほぼ同じ屈折率となるように、前記混合装置は、前記 液体を混合する請求項 28記載の露光装置。
[31] 前記液体供給機構で供給された液体を回収する液体回収機構を備え、
前記液体回収機構は、回収した液体を液体供給機構に戻す請求項 23〜30の 、 ずれか一項記載の露光装置。
[32] 前記液体回収機構は、回収した液体の一部を戻す請求項 31記載の露光装置。
[33] 前記液体回収機構は、回収した液体に対して所定の処理を施す処理装置を備え、 前記処理装置で処理した後の液体を前記液体供給機構に戻す請求項 31記載の露 光装置。
[34] 前記処理装置は、回収した液体を清浄にする請求項 33記載の露光装置。
[35] 前記液体供給機構は、前記液体回収機構より戻された液体を前記投影光学系の 像面側に再び供給する請求項 31記載の露光装置。
[36] 前記投影光学系の像面側の光路が前記液体で満たされ、前記投影光学系と前記 液体を介して基板が露光される請求項 1に記載の露光装置。
[37] さらに、前記計測装置の計測結果に応じて前記混合装置における複数種の液体の 混合比を調整する制御装置を備える請求項 25記載の露光装置。
[38] 請求項 1または請求項 23記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
[39] 所定パターンの像で液体を介して基板を露光する露光方法であって、
所定パターンの像が形成される領域に前記液体を供給する前に、前記液体の光学 的な特性を計測することと、
露光条件を調整することと、
前記所定パターンの像で液体を介して基板を露光することを含む露光方法。
[40] 前記光学的な特性は、液体の屈折率及び液体の光透過率のうち少なくとも一方で ある請求項 39記載の露光方法。
[41] 前記露光条件は、パターン像の結像特性及び液体の光学的特性の少なくとも一方 である請求項 39記載の露光方法。
[42] 前記液体を、所定パターンの像が形成される領域に供給し、回収した後、前記領 域に再供給することと、前記回収後の且つ再供給する前の液体の光学的な特性を計 測することを含む請求項 39〜41のいずれか一項に記載の露光方法。
[43] さらに、前記回収後で且つ再供給される前に、液体の成分または温度を調整するこ とを含む請求項 42に記載の露光方法。
[44] さらに、前記液体の成分または温度を調整した後に、液体の光学的な特性を計測 することを含む請求項 43記載の露光方法。
[45] 所定パターンの像で液体を介して基板を露光する露光方法であって、
複数種の液体を混合することと、
前記液体の混合前または混合後の液体の光学的な特性を計測することと、 前記混合した液体を介して基板を露光することを含む露光方法。
[46] さらに、前記混合前の液体の光学的な計測の結果に基づいて液体の混合比を調 整することを含む請求項 45記載の露光方法。
[47] さらに、前記混合後の液体の光学的な計測の結果に基づいて所定パターン像の結 像特性を調整することを含む請求項 45記載の露光方法。
[48] 混合した液体の温度を調整することを含む請求項 45記載の露光方法。
[49] 光学素子により前記所定パターンの像が基板上に投影され、前記液体が基板と前 記光学素子との間に供給されており、液体の屈折率が光学素子の屈折率以上であ る請求項 45記載の露光方法。
[50] 前記混合した液体を、所定パターンの像が形成される領域に供給し、回収した後、 前記領域に再供給することと、前記回収後且つ再供給する前の液体の光学的な特 性を計測することと、前記回収後且つ再供給する前の液体の光学的な特性の計測 、て液体の混合比を調整することを含む請求項 45〜49の 、ずれか一 項記載の露光方法。
[51] 所定パターンの像で液体を介して基板を露光する露光方法であって、
複数種の液体を混合することと、
前記所定パターンの所望の像が得られるようにパターンの像の結像特性を調整す ることと、
前記混合した液体を介して基板を露光することを含む露光方法。
[52] 請求項 39、 45及び 51のいずれか一項に従う露光方法により基板を露光することと 露光した基板を現像することと、
現像した基板を加工することを含むデバイスの製造方法。
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