(57)【要約】【課題】液浸法を適用した場合に、酸素が液浸型露光用液体に溶け込まず、液浸型露光用液体における光の吸収が防止され、且つ、引火点が低い液体を安全に使用し得る露光手段を提供すること。【解決手段】原版１０１を照明する照明手段２１１と、基板１１１を保持する基板保持手段１１２と、原版１０１のパターンを基板１１１の上に転写する投影光学手段１２１と、を備えるとともに、投影光学手段１２１の基板１１１側の光学素子の先端部１２３と、基板１１１の表面と、の間が、液体３０１で満たされる液浸型露光装置１００の提供による。この液浸型露光装置１００は、少なくとも上記液体３０１の周りを空気より低い酸素濃度にする低酸素濃度化手段を有するところに特徴がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、前記原版のパターンを前記基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、前記投影光学手段の前記基板側の光学素子の先端部と、前記基板の表面と、の間が、液体で満たされる露光装置であって、
少なくとも前記液体の周りを空気より低い酸素濃度にする低酸素濃度化手段を有する液浸型露光装置。
【請求項２】
前記酸素濃度が、１．０体積％以下である請求項１に記載の液浸型露光装置。
【請求項３】
前記低酸素濃度化手段が、供給用の配管を介して前記液体の周りに低酸素気体を連続的に供給する低酸素気体供給装置と、前記液体を挟んで対向する位置に配置された排出用の配管を介して前記低酸素気体を回収する低酸素気体回収装置と、を含む請求項１又は２に記載の液浸型露光装置。
【請求項４】
前記低酸素気体が、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる不活性ガスのうちの何れかを含むものである請求項３に記載の液浸型露光装置。
【請求項５】
前記液体の周りを囲う隔壁を備える請求項１〜４の何れか一項に記載の液浸型露光装置。
【請求項６】
投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、前記基板保持手段のステージ上の基板の表面と、の間を満たす前記液体が、所定方向に沿って連続的に供給をされ、前記間を通って回収をされるものであり、
供給用の配管を介して液体の前記供給をする液体供給装置と、排出用の配管を介して液体の前記回収をする液体回収装置と、を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の液浸型露光装置。
【請求項７】
原版を照明し、その原版のパターンを、基板の上に、投影光学手段、及びその投影光学手段の前記基板側の光学素子の先端部と前記基板の表面との間に満たされた液体を介して、基板上に形成された感光性材料を感光し、現像液を用いて前記パターンを現像することにより前記パターンを転写する露光方法であって、
少なくとも前記液体の存在する領域を空気より低い酸素濃度にして露光を行う液浸型露光方法。
【請求項８】
前記酸素濃度を、１．０体積％以下にする請求項７に記載の液浸型露光方法。
【請求項９】
供給用の配管を介して前記液体の周りに低酸素気体を連続的に供給し、前記液体を挟んで対向する位置に配置された排出用の配管を介して前記低酸素気体を回収することにより、前記液体の周りを空気より低い酸素濃度にする請求項７又は８に記載の液浸型露光方法。
【請求項１０】
前記低酸素気体が、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる不活性ガスのうちの何れかを含むものである請求項９に記載の液浸型露光方法。
【請求項１１】
前記液体の周りを隔壁で囲って露光を行う請求項７〜１０の何れか一項に記載の液浸型露光方法。
【請求項１２】
供給用の配管を介して所定方向に沿って連続的に液体の供給をするとともに、前記基板を挟んだ対称の位置において排出用の配管を介して液体の回収をすることにより、前記投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面の所望の領域との間を前記液体で満たす請求項７〜１１の何れか一項に記載の液浸型露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学手段の基板側の光学素子（レンズ等）の先端部と、ステージ上に配置された基板の表面と、の間が、液体で満たされる液浸型露光装置と、投影光学手段の基板側の光学素子（レンズ等）の先端部と、ステージ上に配置された基板の表面と、の間を液体で満たして行う液浸型露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、撮像素子等の電子デバイスを製造する際に、原版（レチクル（又はマスクと呼ぶ））のパターンの像を投影光学手段を介して、感光材であるレジストが塗布された基板（ウエハ、又は液晶表示素子等に用いられるガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する（投影型の）露光装置が使用されている。
【０００３】
電子デバイスには、より小型化、より高集積化が求められることから、電子デバイスの回路は、年々、微細化している。この微細化に応えるためには、露光装置に備えられている投影光学手段の解像度を向上させる必要があるが、この投影光学手段の解像度は、使用する露光波長を短くする程、又、投影光学手段の開口数が大きい程、高くなるものである。従って、回路の微細化に伴って、露光装置で使用される露光波長は、年々、短波長化してきており、投影光学手段の開口数も増大してきている。近時の露光波長は、ＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍが主流であるが、より短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。一方、露光を行う際には、解像度と同様に、焦点深度も重要となる。ここで、解像度Ｒ及び焦点深度δは、それぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ１・λ／ＮＡ      （ｉ）
δ＝ｋ２・λ／ＮＡ2    （ｉｉ）
【０００４】
上記（ｉ）式及び（ｉｉ）式において、λは露光に用いるレーザ光源の真空中の波長、ＮＡは投影光学手段の開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）、ｋ１，ｋ２はプロセス係数である。尚、ＮＡは、投影光学手段のレンズと基板との間の空間の屈折率をｎとし、（露光）光の（基板上に塗られた）レジスト表面への最大入射角をθとしたとき、次式で表される
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ      （ｉｉｉ）
【０００５】
上記（ｉ）式及び（ｉｉ）式により、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が狭くなることが理解される。従って、半導体素子等の回路の一層の高集積化に対応するため、露光波長を更に短波長化していくと、焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のマージンが不足するおそれが生じてくる。
【０００６】
そこで、実質的に露光波長を短くし且つ焦点深度を広くする方法として、液浸型露光方法（液浸法ともいう）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法は、投影光学手段の下面と基板表面との間を液体で満たし、液体中での露光光源の波長が、液体の屈折率をｎとしたときに、空気中の１／ｎ倍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倍に拡大する方法である。即ち、液浸法によれば、解像度Ｒ及び焦点深度δは、それぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ１・（λ／ｎ）／ＮＡ      （ｉｖ）
δ＝ｋ２・ｎλ／ＮＡ2          （ｖ）
【特許文献１】特開平１１−１７６７２７号公報
【特許文献２】国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
【非特許文献１】ＮＩＫＫＥＩ  ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥ  ２００４年４月号  ７７ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、本願出願人によって研究が重ねられた結果、液浸法においては、投影光学手段の下面と基板表面との間が液体（本明細書において液浸型露光用液体ともいう）で満たされることに由来して、解決すべき問題があることが判明した。
【０００８】
先ず、投影光学手段の下面（基板側のレンズの先端部）と基板表面との間に満たされる液体中に酸素が溶け込み、その溶存酸素が光を吸収するという問題が挙げられる。光の吸収によって生じた液体中のエネルギーは熱に転換され、温度上昇を引き起こし、液体の屈折率の局所的な変化を招き、局所的な焦点のずれを生じさせ、原版（マスク）のパターンが基板全面に精度よく転写されない原因になり得る。又、液体の光の吸収によって、レジスト（膜）に到達する光の量が減少し、パターンを最適な寸法に解像するのに必要な照射量（ドーズ量とも呼ぶ）が低下してしまい、露光にかかるスループットの大幅な低下を引き起こしたり、基板毎に変化するので調整が困難になったりする原因になり得る。それらの結果、電子デバイスの歩留まりが悪化し生産効率を低下させるおそれがある。
【０００９】
例えば、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いる場合には、液体として純水を用いることが検討されている（特許文献２を参照）。純水は、半導体工場のユーティリティとして入手容易であり、環境的に他に与える影響が少ない液体であり、半導体工場では溶存酸素を低減した超純水の入手も可能な場合がある。一般に、純水（超純水）は、何も溶けておらず、液浸型露光用液体としてよい液体である。空気中に数十分放置しておいても、純水中に多量の酸素が溶け込んで１９３ｎｍの波長において吸収度（又は透過率）が大きく変化することは少ない。しかし、純水は、専用の供給配管から供給されると、接触物（例えば感光剤のレジスト膜等）から、酸発生剤（Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｉｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）等から酸のある成分を溶解させるため、（液浸）露光装置において吸収度が劣化したりする。又、純水は金属材料と接すると金属成分が溶け出し、金属汚染の原因となることが知られているので、材料の選択には注意が必要である。液浸型露光用液体として使用された場合にも、純水は、レジストを溶解させて現像後のパターンに欠陥を生じさせたり、露光装置の投影光学手段のレンズを汚染するおそれがある。更には、レンズに接触し、レンズを構成するフッ化カルシウムをも浸食することが報告されており（非特許文献１を参照）、レンズの保護対策を要するという問題も生じている。
【００１０】
純水（水）は、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ相当）における屈折率ｎが１．４４であり、液浸法ではない空気を媒体とする露光方法と比較すれば、上記（ｉｖ）式及び（ｖ）式に基づき、解像度Ｒは６９．４％になり、焦点深度δは１４４％になり得る優れた液浸型露光用液体である。しかし、回路の更なる微細化が求められる次世代の液浸型露光方法においては、更に屈折率の大きな、純水以外の液浸型露光用液体が採用されるものと考えられる。本願出願人は、自らの研究により、有機物液体であるデカリン等の脂環式炭化水素化合物等が、波長１９３ｎｍにおける屈折率ｎが１．６４程度であり、次世代の液浸型露光方法に好適な液浸型露光用液体であることを見出している（本願出願人による特願２００４−１５１７１１、特願２００４−２５２２８９参照）。
【００１１】
しかし、一般に、有機物液体である、上記脂環式炭化水素化合物は、引火点が低い傾向にあるため、露光装置内では容易には使用出来ず、安全対策を図る必要があるという課題があった。上記脂環式炭化水素化合物の引火点は６０℃前後と高いので、２３℃程度の室温における液浸型露光用液体としての使用は、原則としては問題がないと思われるが、本液体の使用現場（露光装置内の一部）では、基板を保持する基板保持手段や基板の移し替えにかかるロボットアーム等の動作により、一時的に静電気が発生し得て、それらによる瞬時的な引火が考えられるため、工場火災事故防止のためには、万全な対策を施す必要があるからである。
【００１２】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液浸法を適用した場合に、酸素が液浸型露光用液体に溶け込まず、液浸型露光用液体における光の吸収が防止され、且つ、引火点が水より低い液体を安全に使用し得る露光手段を提供することを目的とする。本願出願人によって更なる研究が重ねられた結果、以下に示す手段により、上記目的を達成出来ることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、先ず、本発明によれば、原版（レチクル又はマスクと呼ぶ）を照明する照明手段と、基板をステージに保持する基板保持手段と、原版のパターンを基板の上に転写する投影光学手段と、を備えるとともに、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面と、の間が、液体（液浸型露光用液体）で満たされる露光装置であって、少なくとも液体の周りを空気より低い酸素濃度にする低酸素濃度化手段を有する液浸型露光装置が提供される。
【００１４】
本発明に係る液浸型露光装置においては、原版とはマスク及びレチクルを指し、基板とは例えばシリコンウエハ、液晶等のディスプレイ素子用のガラスプレート、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合成石英等からなる原版（マスク又はレチクル）等を指す。原版を照明するための露光の光（光源）は限定されず、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ2エキシマレーザ（１５７ｎｍ）等を使用出来、水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）であってもよいが、短波長の方が微細なパターンを解像するには望ましい。投影光学手段とは、主に鏡筒で支持された複数の光学素子で構成され、その光学素子とは通常レンズやミラー等が単独に又は組み合わされたものである。基板保持手段は、限定されるものではないが、更に移動機能を備えるものであることが好ましく、例えば、基板を載置するステージと、そのステージを三次元方向に自由に精度よく位置決めし得る直動システムと、で構成することが出来る。投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間を満たす液体（液浸型露光用液体）は限定されず、純水を使用する場合も有効であるし、有機化合物を含む液体等であってもよい。又、本発明に係る液浸型露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置であってもよく、レチクルとウエハとを同期走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であってもよい（上記内容は、後述の本発明に係る液浸型露光方法においても同様である）。
【００１５】
本発明に係る液浸型露光装置においては、上記酸素濃度が、１．０体積％以下であることが好ましい。より好ましくは、０．２体積％以下、更に好ましくは、０．１体積％以下である（これは、後述の本発明に係る液浸型露光方法においても同様である）。
【００１６】
本発明に係る液浸型露光装置は、少なくとも液浸型露光用液体の周りを空気より低い酸素濃度にすることが可能な手段であれば、上記低酸素濃度化手段を限定するものではない。好ましい低酸素濃度化手段として、供給用の配管を介して液体の周りに低酸素気体を連続的に供給する低酸素気体供給装置と、液体を挟んで対向する位置に配置された排出用の配管を介して低酸素気体を回収する低酸素気体回収装置と、を含む手段が挙げられる。そして、この場合において、低酸素気体供給装置は、単に系外で深冷分離方式等により製造された低酸素気体をファン、ブロワ等で圧送し供給するものであって、低酸素気体回収装置が、供給されたその低酸素気体を真空ポンプ等で吸引し回収するものであってもよいが、ローカルに独立した低酸素気体供給・回収システムを構築してもよい。例えば、液浸型露光装置近傍において、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式や膜分離方式等により空気（原料）から低酸素気体を製造して供給し、回収するシステムであってもよい。本発明に係る液浸型露光装置では、低酸素であればよいから、低酸素気体供給・回収システムは、その回収した（使用した）低酸素気体を原料として上記方式等で酸素除去し繰り返し使用するクローズドシステムとしてもよい。
【００１７】
更に、上記低酸素気体が、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる不活性ガスのうちの何れかを含むものであることが好ましい。より好ましくは、その気体密度により液体の周りに固定し易いことからアルゴンガスである（これは、後述の本発明に係る液浸型露光方法においても同様である）。
【００１８】
加えて、液体の周りを囲う隔壁を備えることが好ましい。隔壁の態様は限定されるものではなく、使用する低酸素気体の密度によって、速い拡散を防止出来るように設ければよい。尚、隔壁は液体の周りを密閉するものを排除するわけではないが、低酸素気体の拡散を抑制出来る程度に気体の流れを封じることが出来ればよいのであって、密閉する場合には、液体の温度上昇を防止する手段を講じることが望ましい（これは、後述の本発明に係る液浸型露光方法においても同様である）。
【００１９】
尚更には、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面と、の間を満たす液体が、所定方向に沿って連続的に供給をされ、上記した間を通って回収をされるものであり、供給用の配管を介して液体の供給をする液体供給装置と、排出用の配管を介して液体の回収をする液体回収装置と、を有することが好ましい。
【００２０】
次に、本発明によれば、原版を照明し、その原版のパターンを、基板の上に、投影光学手段、及びその投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間に満たされた液体を介して、基板上に形成された感光性材料を感光し、現像液を用いて前記パターンを現像することにより前記パターンを転写する露光方法であって、少なくとも液体の存在する領域を空気より低い酸素濃度にして露光を行う液浸型露光方法が提供される。
【００２１】
本発明に係る液浸型露光方法においては、上記酸素濃度を、１．０体積％以下にすることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る液浸型露光方法は、少なくとも液浸型露光用液体の周りを空気より低い酸素濃度にして露光を行う方法であって、それを実現するための手段を限定するものではないが、供給用の配管を介して液体の周りに低酸素気体を供給し、液体を挟んで対向する位置に配置された排出用の配管を介して低酸素気体を回収することにより、液体の周りを空気より低い酸素濃度にすることが好ましい。
【００２３】
更に、上記低酸素気体が、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる不活性ガスのうちの何れかを含むものであることが好ましい。
【００２４】
加えて、液体の周りを隔壁で囲って露光を行うことが好ましい。
【００２５】
尚更には、供給用の配管を介して所定方向に沿って連続的に液体の供給をするとともに、基板を挟んだ対称の位置において排出用の配管を介して液体の回収をすることにより、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間を液体で満たすことが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法は、液浸法を採用しているので、原版のパターンの像の焦点深度を、空気中における焦点深度の約ｎ倍に拡大出来、微細な回路等のパターンを、高い解像度で安定的に転写することが可能である。そして、少なくとも液浸型露光用液体の周りが空気より低い酸素濃度に維持されるので、特にその液体が有機化合物の液体である場合に、その液体に酸素が溶け込み難くなり、液体を通した露光中に吸収される光の量を、より低減出来る。その結果、液浸型露光用液体の周りが通常の空気である場合に比較して、液体の温度上昇、液体の屈折率の変化により発生する、焦点のずれをより抑制することが出来るので、上記した液浸法の効果を維持出来、原版のパターンが基板に精度よく転写されないおそれを排除出来る。又、レジスト（膜）に到達する光の量が減少しないため、転写速度の低下も生じず、露光にかかるスループットが少なくとも計画（設計）通りに維持されるし、露光途中で変化することも少ない。従って、微細な寸法の電子デバイスの歩留まりを、従来より大幅に向上させ、生産効率をより高めることが可能である。
【００２７】
上記した効果は、液浸型露光用液体の周りの酸素濃度が、１．０体積％以下であれば、より増幅され安定的なものになる。酸素濃度が、０．２体積％以下、０．１体積％以下と、より低くなれば尚更に効果が大きくなる。即ち、液体の温度上昇、液体の屈折率の変化、焦点のずれの発生、レジスト（膜）に到達する光の量の減少は非常に小さくなる。
【００２８】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法によれば、少なくとも液浸型露光用液体の周りが空気より低い酸素濃度に維持されるので、液浸型露光用液体として、例えば引火点の低い有機化合物（液体）等を採用した場合においてでも、露光装置内部の静電気等による瞬時的な引火で燃焼し火災が発生するという問題が防止される。従って、液体選択の幅が広がり、純水より屈折率の大きな液浸型露光用液体でも使用することが出来るようになる。そうすると、純水の場合に比べて大きな開口数（ＮＡ）の光学系が導入出来、解像度を向上出来る。又、焦点深度を純水の場合に比べて更に拡大出来るので、回路等にかかる原版のパターンが尚更に微細になっても、高い解像度で安定的に、基板に転写することが出来る。又、純水に比べて１９３ｎｍの波長における屈折率ｎが大きな有機化合物液体を用いても、通常の空気（酸素）に触れる場合に比較して、吸収度の増大が発生し難く、微細なパターンを安定して製造出来るようになる。
【００２９】
例えば、既に記したように、本願出願人は、引火点が純水に比べて低いものの、波長１９３ｎｍにおける屈折率ｎが１．６４程度であり、次世代の液浸型露光方法における液浸型露光用液体として好適な脂環式炭化水素化合物を見出しており、これを液浸型露光用液体として、安全に使用することが可能になる。この脂環式炭化水素化合物（デカリン等）は、一般的なレジスト材料やフッ化カルシウムに対する反応性が極めて小さいものであるから、純水では問題になり得たレジスト膜からの酸等の溶解に起因する現像後のパターンの欠陥や、レンズの汚染・浸食が発生し難い。従って、電子デバイスの歩留まりを向上させ得るとともに、液浸型露光装置の保護・メンテナンスにかかる労役・コストも抑えられる。
【００３０】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法は、その好ましい態様において、液体の周りに低酸素気体を連続的に供給し、その液体を挟んで対向する位置において、その供給された（使用された）低酸素気体を回収するので、液体の周りは常に新鮮な低酸素気体が存在する状態に保たれ、仮にレジストや使用する液体自体から酸素を含む物質等が放出された場合にも、液体の周りを常に安定的に低酸素状態に維持することが可能である。従って、液体の種類・性質等の影響を受け難い。
【００３１】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法は、その好ましい態様において、低酸素気体が、空気から精製し製造可能であり、半導体工場で入手容易な、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる不活性ガスのうちの何れかを採用出来、又、液体の周りを囲う隔壁を備えているので、より低廉に、より無駄なく、液浸型露光用液体の周りを空気より低い酸素濃度に維持出来る。
【００３２】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法は、その好ましい態様において、供給用の配管を介して液体の供給をする液体供給装置と、排出用の配管を介して液体の回収をする液体回収装置と、を有し、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面と、の間を満たす液体が、所定方向に沿って連続的に供給をされ、上記した間を通って回収をされるものである。このような液体の供給・回収方法は、特に、基板を移動させながら露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の場合に好適であり、基板上に異物が付着していても、又、基板からの熱の放出があってもそれを流し去ることが出来るので、液体の温度変化に強く、レジスト膜等からの溶出物の影響を小さく出来る。このため、本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法を用いると、微細なパターンを十分な焦点深度を用いて製造出来るため、電子デバイスの歩留まりの向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。
【００３４】
先ず、本発明に係る液浸型露光装置について説明する。図１は、本発明に係る液浸型露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。図２は、図１に示される液浸型露光装置の投影光学手段の先端部と、基板と、の間の拡大図である。
【００３５】
図１に示される液浸型露光装置１００は、原版１０１（マスク）を支持する原版保持手段１０２と、予めレジストが塗布された基板１１１を支持する基板保持手段（ステージ）１１２と、原版保持手段１０２に支持されている原版１０１を露光光２０１で照明する照明手段２１１と、露光光２０１で照明された原版１０１のパターンの像を基板保持手段１１２に支持されている基板１１１に投影露光する投影光学手段１２１を備えている。この液浸型露光装置１００は、原版１０１と基板１１１とを、走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつ原版１０１に形成されたパターンを基板１１１に露光する走査型の液浸型露光装置の例である。尚、以下の説明においては、投影光学手段１２１の光軸２０２と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面において原版１０１と基板１１１との移動方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする（図１参照）。
【００３６】
照明手段２１１は、原版保持手段１０２に支持されている原版１０１を露光光２０１で照明する手段である。照明手段２１１から射出される露光光２０１は、（例えば）ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）である。原版保持手段１０２は、原版１０１を支持するものであり、原版保持手段１０２上の原版１０１の位置はレーザ干渉計等によりリアルタイムで計測され、所定位置に精度よく位置決めされる。投影光学手段１２１は、原版１０１のパターンを所定の投影倍率（例えば、縮小系）で基板１１１に投影露光するものであり、（例えば）ステンレスで形成された鏡筒１２２で支持された複数の光学素子（レンズ）で構成されている。投影光学手段１２１の先端部１２３は、光学素子と、これを保持する鏡筒１２２の一部により構成されている。
【００３７】
基板保持手段１１２は、基板１１１を支持するものであって、基板１１１を保持するＺステージ１１３と、Ｚステージ１１３を支持するＸＹステージ１１４と、ＸＹステージ１１４を支持する基台１１５とを備える直動システムであり、図示しない駆動装置によって駆動される。Ｚステージ１１３を駆動することにより、それに保持されている基板１１１のＺ軸方向における位置が制御され、ＸＹステージ１１４を駆動することにより、基板１１１のＸＹ方向における位置、即ち、投影光学手段１２１の像面と平行な面の位置、が制御される。
【００３８】
液浸型露光装置１００では、基板１１１の表面と投影光学手段１２１の先端部１２３との間に液体３０１が満たされる。上述したように、投影光学手段１２１の先端部１２３には鏡筒１２２及びそれに支持された光学素子の一部が配置されており、液体３０１は光学素子と鏡筒１２２の一部に接触する。液体３０１には、透過性に優れ、半導体工場で入手容易な、（例えば）予め脱酸素処理を施した超純水が用いられているが、純水よりも屈折率の大きな液体の方が望ましい。尚、使用中に気泡が現れて露光に悪影響を与えないように、液体３０１（例えば超純水や有機系液体等）には、その供給の直前に、脱酸素処理の他に脱気処理によって、液体中に溶存する気体を除いておくことが、より好ましい。液体３０１の製造過程において、シール等のために、不活性ガス（窒素等）が過飽和に含まれている場合があるからである。
【００３９】
液浸型露光装置１００は、投影光学手段１２１の先端部１２３と基板１１１との間の空間１１６に所定の液体３０１を供給する液体供給装置１３１と、空間１１６の液体３０１を回収する液体回収装置１３２とを備えている。液体供給装置１３１は、投影光学手段１２１と基板１１１との間の少なくとも一部に、基板１１１の走査方向と平行に液体３０１を流す装置である。液体供給装置１３１は、液体３０１を収容するタンク、加圧ポンプ等を有し、供給管１３３を介して空間１１６に液体３０１を供給する。液体回収装置１３２は、吸引ポンプ、回収した液体３０１を収容するタンク等を有し、回収管１３４を介して空間１１６の液体３０１を回収する。液体３０１は、液体供給装置１３１から供給管１３３を介して空間１１６に対して単位時間当たり所定量だけ供給され、回収管１３４を介して液体回収装置１３２へ、同じく単位時間当たり所定量が回収される。これにより、投影光学手段１２１の先端面７と基板１１１との間の空間１１６に液体３０１が満たされる。
【００４０】
尚、液浸型露光装置１００においては、投影光学手段１２１の先端部１２３に液体３０１との親和性に応じた表面処理が施され、基板１１１の表面にも液体３０１との親和性に合わせて表面処理（例えばトップコート膜）が施され、他方、それ以外の液体の周り（例えば投影光学手段１２１の先端部１２３以外の鏡筒１２２部分）には疎水（液）性（例えば撥液化処理）の表面処理が施されているので、空間１１６から液体３０１が逃げ難くなっていて、空間１１６内に安定して保持される。これら表面処理にかかる材料は、液体３０１に対して非溶解性の材料が用いられる。
【００４１】
液浸型露光装置１００は、液体３０１の周りに、低酸素気体を連続的に供給する低酸素気体供給装置１４１と、その低酸素気体を回収する低酸素気体回収装置１４２とを備えている。低酸素気体供給装置１４１と低酸素気体回収装置１４２とは、液体３０１を挟んで対向する位置に配置される。低酸素気体は、（例えば）半導体工場で入手容易な、９９．９９９体積％以上の高純度の窒素（ガス）が用いられている。
【００４２】
低酸素気体供給装置１４１は、低酸素気体３０２を収容するタンク、加圧のためのファン、ブロワ等を有し、供給管１４３を介して空間１１６の液体３０１の周りに低酸素気体３０２を供給する。低酸素気体回収装置１４２は、真空ポンプ、回収した低酸素気体３０２を収容するタンク等を有し、回収管１４４を介して空間１１６（液体３０１の周り）から低酸素気体３０２を回収する。
【００４３】
低酸素気体３０２は、低酸素気体供給装置１４１から供給管１４３を介して空間１１６の液体３０１の周りに対して単位時間当たり所定量だけ供給され、回収管１４４を介して低酸素気体回収装置１４２へ、同じく単位時間当たり所定量が回収される。これにより、空間１１６に満たされた液体３０１の周りは低酸素気体３０２の雰囲気になり（低酸素気体３０２で覆われ）、（例えば）酸素濃度が０．５体積％以下となって空気より低い酸素濃度に維持される。尚、図示されないが、使用する低酸素気体の密度に応じて、拡散を防止すべく、投影光学手段１２１（鏡筒１２２）及び基板保持手段１１２の一部や他の領域を利用して、適宜、隔壁が設けられる。又、酸素濃度検出器が投影光学手段１２１（鏡筒１２２）又は基板保持手段１１２の一部や他の領域を利用して取り付けられ、液体３０１の周りの酸素濃度を監視する。
【００４４】
露光時には、投影光学手段１２１の先端部１２３の直下の投影領域に、原版１０１の一部のパターン像が投影される。固定されている投影光学手段１２１に対して、原版１０１が（例えば）−Ｘ方向に所定の速度で移動し、それに同期して、ＸＹステージ１１４を介して基板１１１が（例えば）＋Ｘ方向に投影倍率を考慮した所定の速度で移動し、露光が行われる。そして、１つの領域の露光が終了したら、基板１１１を移動させて、次の領域が走査開始位置に移動し、同様に、走査露光が、順次、行われる（ステップ・アンド・スキャン方式）。尚、基板１１１の移動方向と、液体３０１の流れる方向は平行になっている。
【００４５】
図３は、図１に示される液浸型露光装置１００において、投影光学手段１２１の先端部１２３の領域と、液体３０１をＸ軸方向に供給する供給管１３３（１３３ａ，１３３ｂ）と、液体３０１を回収する回収管１３４（１３４ａ，１３４ｂ）との位置関係を示す平面図である。図３において、先端部１２３の形状は、Ｙ軸方向に細長い矩形状を呈しており、投影光学手段１２１の先端部１２３をＸ軸方向に挟むように、末端が３つに分岐された供給管１３３ａと、末端が２つに分岐された回収管１３４ａが配置されている。そして、供給管１３３ａは集合した後に液体供給装置１３１に接続され、回収管１３４ａは集合した後に液体回収装置１３２に接続されている。
【００４６】
又、供給管１３３ａと回収管１３４ａとを先端部１２３の中心に対して１８０°回転した配置には、末端が３つに分岐された供給管１３３ｂと、末端が２つに分岐された回収管１３４ｂとが配置されている。供給管１３３ａと回収管１３４ｂとはＹ軸方向に交互に配列され、供給管１３３ｂと回収管１３４ａとはＹ軸方向に交互に配列される。そして、供給管１３３ｂは供給管１３３ａと同じく液体供給装置１３１に接続され、回収管１３４ｂは回収管１３４ａと同じく液体回収装置１３２に接続されている。
【００４７】
図４は、図１に示される液浸型露光装置１００において、投影光学手段１２１の先端部１２３と、低酸素気体３０２をＸ軸方向に供給する供給管１４３（１４３ａ，１４３ｂ）と、低酸素気体３０２を回収する回収管１４４（１４４ａ，１４４ｂ）との位置関係を示す平面図である。図４において、投影光学手段１２１の先端部１２３をＸ軸方向に挟むように、末端が３つに分岐された供給管１４３ａと、末端が２つに分岐された回収管１４４ａが配置されている。そして、供給管１４３ａは集合した後に低酸素気体供給装置１４１に接続され、回収管１４４ａは集合した後に低酸素気体回収装置１４２に接続されている。
【００４８】
又、供給管１４３ａと回収管１４４ａとを先端部１２３の中心に対して１８０°回転した配置には、末端が３つに分岐された供給管１４３ｂと、末端が２つに分岐された回収管１４４ｂとが配置されている。供給管１４３ａと回収管１４４ｂとは、Ｙ軸方向に交互に配列され、供給管１４３ｂと回収管１４４ａとは、Ｙ軸方向に交互に配列される。そして、供給管１４３ｂは供給管１４３ａと同じく低酸素気体供給装置１４１に接続され、回収管１４４ｂは回収管１４４ａと同じく低酸素気体回収装置１４２に接続されている。
【００４９】
次に、本発明に係る液浸型露光方法の一実施形態について、上記した液浸型露光装置１００を用いた場合を例に説明する。
【００５０】
先ず、原版１０１が原版保持手段１０２に送られ保持される。一方、予め所望のレジストが基板１１１の上に膜状に塗布され、必要に応じてレジストの上にレジストと液体３０１とを遮断する上層膜（トップコート膜とも呼ぶ）が形成された基板１１１が基板保持手段１１２に送られ、所定の場所に位置決めされる。
【００５１】
次に、液体供給装置１３１により、空間１１６へ液体３０１が供給され、同時に、液体回収装置１３２により液体３０１の回収が行われる。この液体３０１の供給・回収は、基板１１１が−Ｘ方向（図３において左方向）に移動するときは、供給管１３３ａを介して液体供給装置１３１から液体３０１が投影光学手段１２１と基板１１１との間に供給され、回収管１３４ａを介して液体３０１が液体回収装置１３２に回収され、この動作により、液体３０１は投影光学手段１２１の先端部１２３（レンズの下面）と基板１１１との間を満たすように−Ｘ方向に流れる。
【００５２】
他方、基板１１１が＋Ｘ方向（図３において右方向）に移動するときは、供給管１３３ｂを介して液体供給装置１３１から液体３０１が投影光学手段１２１と基板１１１との間に供給され、回収管１３４ｂを介して液体３０１が液体回収装置１３２に回収され、この動作により、液体３０１は投影光学手段１２１の先端部１２３（レンズの下面）と基板１１１との間を満たすように＋Ｘ方向に流れる。
【００５３】
上記液体３０１の供給・回収にかかる動作が開始したら、続いて、低酸素気体供給装置１４１により、液体３０１の周りに低酸素気体３０２（例えば窒素）が供給され、同時に、低酸素気体回収装置１４２により低酸素気体３０２の回収が行われ、この低酸素気体３０２の供給・回収によって、液体３０１の周りの酸素濃度が、通常の空気より低い（例えば）０．５体積％以下になる。これらの動作は、同時に、同期を取って行ってもよい。
【００５４】
この低酸素気体３０２の供給・回収は、上記液体３０１の供給・回収と同じように、基板１１１の移動に合わせて行われる。即ち、基板１１１が−Ｘ方向（図４において左方向）に移動するときは、供給管１４３ａを介して低酸素気体供給装置１４１から低酸素気体３０２が液体３０１の周りに供給され、回収管１４４ａを介して低酸素気体３０２が低酸素気体回収装置１４２に回収され、この動作により、低酸素気体３０２は液体３０１の周り全体を覆いながら−Ｘ方向に流れる。
【００５５】
他方、基板１１１が＋Ｘ方向（図４において右方向）に移動するときは、供給管１４３ｂを介して低酸素気体供給装置１４１から低酸素気体３０２が液体３０１の周りに供給され、回収管１４４ｂを介して低酸素気体３０２が低酸素気体回収装置１４２に回収され、この動作により、低酸素気体３０２は液体３０１の周り全体を覆いながら＋Ｘ方向に流れる。
【００５６】
上記低酸素気体３０２の供給・回収にかかる動作が開始したら、所定時間が経過した後、露光を行う。露光は、照明手段２１１から射出される露光光２０１（例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ））で原版１０１を照明し、投影光学手段１２１及び液体３０１を介して、基板１１１（レジスト（膜））に原版１０１のパターンを転写する。既に記したように、液浸型露光装置１００では、露光時には、ステップ・アンド・スキャン方式により、順次、基板１１１の領域毎に走査露光が行われる。
【００５７】
全ての基板上の所望の位置の露光が終了したら、先ず、液体供給装置１３１を停止して液体３０１の供給を止め、所定時間経過後に（あるいは液体３０１が投影光学手段１２１の先端部１２３と基板１１１との間に存在しなくなったことを確認して）、液体回収装置１３２を停止する。次に、低酸素気体供給装置１４１を停止して低酸素気体３０２の供給を止め、所定時間経過後に（あるいは酸素濃度検出器により酸素濃度が高くなったことを確認して）、低酸素気体回収装置１４２を停止する。次いで、基板１１１をカセットに回収する。必要であれば、次の基板をステージに移動させて同じ工程を行う。このようにして必要な全ての基板の露光工程を終了する。尚、原版１０１は所定の収容場所へ戻される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の液浸型露光装置及び液浸型露光方法は、あらゆる用途の露光手段として利用出来る。特に、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスの製造に際し、原版のパターンを基板（ウエハ）上の感光性材料に転写する露光工程に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る液浸型露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示される液浸型露光装置の投影光学手段の先端部と、基板と、の間の拡大図である。
【図３】図１に示される液浸型露光装置において、投影光学手段の先端部と液体を供給する供給管と液体を回収する回収管との位置関係を示す平面図である。
【図４】図１に示される液浸型露光装置において、投影光学手段の先端部と低酸素気体をＸ軸方向に供給する供給管と低酸素気体を回収する回収管との位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００…液浸型露光装置、１２１…投影光学手段、１２３…（投影光学手段の）先端部、１３１…液体供給装置、１３２…液体回収装置、１４１…低酸素気体供給装置、１４２…低酸素気体回収装置、３０１…液体、３０２…低酸素気体。
【図１】
2006173295.tif 000003
【図２】
2006173295.tif 000004
【図３】
2006173295.tif 000005
【図４】
2006173295.tif 000006