(57)【要約】  【課題】  液浸露光装置において、液体と接触する光学素子の交換作業、及びその交換時期の判断を自動化することができる露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法を提案する。  【解決手段】  投影光学系３０と基板Ｗとの間に液浸領域ＡＲを形成し、液浸領域ＡＲを形成する液体Ｌと投影光学系３０とを介してパターンＰＡの像を基板Ｗ上に投影して基板Ｗを露光する露光装置ＥＸにおいて、投影光学系３０の下端に配置されて液体Ｌと接触する光学素子３２を、新たな光学素子３２と交換する光学素子交換部６０を備える。  【選択図】  図１
2005268412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系と基板との間に液浸領域を形成し、前記液浸領域を形成する液体と前記投影光学系とを介してパターン像を前記基板上に投影して前記基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の下端に配置されて前記液体と接触する光学素子を、新たな光学素子と交換する光学素子交換部を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記光学素子交換部は、前記光学素子を把持及び搬送するアーム部を備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記アーム部は、前記投影光学系を支持する架台に支持されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記光学素子交換部は、前記光学素子を前記投影光学系に脱着させるクランプ機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記前記光学素子交換部は、前記液体と接触する光学素子の光学特性の変化を検出する検出部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記光学素子における前記液体との接触面に対して光を投射する発光部と、前記接触面からの反射光を受光する受光部とを備えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
投影光学系と基板との間に液浸領域を形成し、前記液浸領域を形成する液体と前記投影光学系とを介してパターン像を前記基板上に投影して前記基板を露光する露光方法において、
前記投影光学系の下端に配置されて前記液体と接触する光学素子の光学特性の変化を検出する工程と、
前記光学素子を新たな光学素子と交換する交換工程と、を有することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記検出工程による検出結果に基づいて前記交換工程の要否を判断することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項９】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程において請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の露光装置、或いは請求項７又は請求項８に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高集積半導体回路素子の製造のためのリソグラフィ工程のうち、転写工程で用いられる露光装置に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、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転写するものである。
近年、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長は、ＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。解像度Ｒｅ、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    …  （１）
δ＝±ｋ２・λ／ＮＡ２    …  （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ１、ｋ２はプロセス係数である。式（１），（２）より、解像度Ｒｅを高めるために、露光波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。
【０００３】
焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のマージンが不足する恐れがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば下記特許文献１に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。
【特許文献１】国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、投影光学系の下面と基板表面との間の液体は、基板交換等に伴って繰り返し入れ替えが行われる。この際、投影光学系の下面の光学素子に水滴跡（所謂ウォーターマーク）が残ってしまい、その後の露光処理に悪影響を与えてしまう。
このため、適宜、光学素子の交換を行う必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、液浸露光装置において、液体と接触する光学素子の交換作業、及びその交換時期の判断を自動化することができる露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る露光装置、露光方法、及びデバイスの製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、投影光学系（３０）と基板（Ｗ）との間に液浸領域（ＡＲ）を形成し、液浸領域を形成する液体（Ｌ）と投影光学系とを介してパターン（ＰＡ）の像を基板上に投影して基板を露光する露光装置（ＥＸ）において、投影光学系の下端に配置されて液体と接触する光学素子（３２）を、新たな光学素子と交換する光学素子交換部（６０）を備えるようにした。この発明によれば、液体と接触する光学素子に所謂ウォーターマークが付いて光学特性が変化した場合等には、光学素子交換部によりこの光学素子を新たな光学素子に交換することができる。
【０００７】
また、光学素子交換部（６０）が、光学素子（３２）を把持及び搬送するアーム部（６５）を備えるものでは、作業スペースが限られた露光装置内においても、アーム部が自在に移動して投影光学系の下端に配置された光学素子を交換することができる。
また、アーム部（６５）が、投影光学系（３０）を支持する架台（３５，１１０）に支持されるものでは、アーム部を例えば旋回機構と昇降機構により構成することにより、容易に光学素子への交換作業を実現することができる。
また、光学素子交換部（６０）が、光学素子（３２）を投影光学系に脱着させるクランプ機構（６１）を備えるものでは、光学素子の脱着が容易化されると共に、投影光学系の構造の複雑化を防止できる。
また、光学素子交換部（６０）が、液体（Ｌ）と接触する光学素子（３２）の光学特性の変化を検出する検出部（７０）を備えるものでは、光学素子に付着したウォーターマークによる光学特性の劣化を検出できるので、光学素子の交換時期を的確に判断することができる。
また、検出部（７０）が、光学素子（３２）における液体（Ｌ）との接触面（３２ａ）に対して光を投射する発光部（７１）と、接触面からの反射光を受光する受光部（７３，７４）とを備えるものでは、光学素子の反射率の変化により、ウォーターマークの影響を検出することができる。これにより、容易かつ確実に光学特性の劣化を検出することができる。
【０００８】
第２の発明は、投影光学系（３０）と基板（Ｗ）との間に液浸領域（ＡＲ）を形成し、液浸領域を形成する液体（Ｌ）と投影光学系とを介してパターン（ＰＡ）の像を基板上に投影して基板を露光する露光方法において、投影光学系の下端に配置されて液体と接触する光学素子（３２）の光学特性の変化を検出する工程と、光学素子を新たな光学素子（３２）と交換する交換工程と、を有するようにした。この発明によれば、液体と接触する光学素子にウォーターマークが付着して光学特性が劣化した際には、この光学素子を新たな光学素子に交換することができる。これにより、液体の交換に伴う光学素子の汚れによる露光不良を未然に防止することができる。
また、検出工程による検出結果に基づいて交換工程の要否を判断するものでは、例えば、所定の光学特性値を基準にして、光学素子の交換の要否を判断することにより、適切な交換時期を判断することができる。これにより、露光作業の品質を安定させることができる。
【０００９】
第３の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において第１の発明の露光装置、或いは第２の発明の露光方法を用いるようにした。この発明によれば、ウォーターマークの付着による光学特性の劣化が防止されるので、高品質のデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明では、液体の交換に伴う光学素子の汚れによる露光不良を未然に防止することができる。
【００１１】
第２の発明では、光学素子が劣化した際に、新たな光学素子に交換することにより、光学素子の汚れによる露光不良を未然に防止することができる。
【００１２】
第３の発明では、高品質のデバイスを安定かつ低コストに製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の露光装置，露光方法、及びデバイスの製造方法の実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の露光装置ＥＸの一実施形態を示す概略構成図である。
露光装置ＥＸは、レチクルＲとウエハ（基板）Ｗとを一次元方向に同期移動しつつ、レチクルＲに形成されたパターンＰＡを投影光学系３０を介してウエハＷ上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
そして、露光装置ＥＸは、露光光ＥＬによりレチクルＲを照明する照明光学系１０、レチクルＲを保持するレチクルステージ２０、レチクルＲから射出される露光光ＥＬをウエハＷ上に投射する投影光学系３０、ウエハＷを保持するウエハステージ４０、露光装置ＥＸを統括的に制御する制御装置５０、アーム部６５、異物検出系７０を備える。そして、これらの各装置は、本体フレーム１００或いは基礎フレーム２００上に防振ユニット３００，４００等を介して支持される。
なお、以下の説明において、投影光学系３０の光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクルＲとウエハＷとの同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００１４】
また、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、ウエハＷ上に液体Ｌを供給する液体供給装置８１とウエハＷ上の液体を回収する液体回収装置８２とを備える。
なお、本実施形態において、液体Ｌには純水が用いられる。純水は、例えば、水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）を透過可能である。
【００１５】
照明光学系１０は、レチクルステージ２０に支持されているレチクルＲを露光光ＥＬで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるレチクルＲ上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等（いずれ不図示）を有している。
そして、光源５から射出されたレーザビームは、照明光学系１０に入射され、レーザビームの断面形状がスリット状又は矩形状（多角形）に整形されるとともに照度分布がほぼ均一な照明光（露光光）ＥＬとなってレチクルＲ上に照射される。
なお、照明光学系１０から射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本実施形態においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。
この照明光学系１０は、本体フレーム１００を構成する第２支持盤１２０の上面に固定された照明系支持部材１２によって支持される。
【００１６】
レチクルステージ２０は、レチクルＲを支持しつつ、投影光学系３０の光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内の２次元移動及びθＺ方向の微小回転を行うものであって、レチクルＲを保持するレチクル微動ステージと、レチクル微動ステージと一体に走査方向であるＹ軸方向に所定ストロークで移動するレチクル粗動ステージと、これらを移動させるリニアモータ等（いずれも不図示）を備える。そして、レチクル微動ステージには、矩形開口が形成されており、開口周辺部に設けられたレチクル吸着機構によりレチクルが真空吸着等により保持される。
レチクルステージ２０上には移動鏡２１が設けられ。また、移動鏡２１に対向する位置にはレーザ干渉計２２が設けられる。そして、レチクルステージ２０上のレチクルＲの２次元方向の位置及び回転角は、レーザ干渉計２２によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御装置５０に出力される。そして、制御装置５０がレーザ干渉計２２の計測結果に基づいてリニアモータ等を駆動することで、レチクルステージ２０に支持されているレチクルＲの位置決め等が行われる。
このレチクルステージ２０は、本体フレーム１００を構成する第２支持盤１２０の上面に不図示の非接触ベアリング（例えば気体静圧軸受け）を介して浮上支持される。
【００１７】
投影光学系３０は、レチクルＲのパターンＰＡを所定の投影倍率βでウエハＷに投影露光するものであって、ウエハＷ側の先端（下端）部に設けられた光学素子３２を含む複数の光学素子で構成されており、これら光学素子は鏡筒３１で支持される。本実施形態において、投影光学系３０は、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。なお、投影光学系３０は等倍系及び拡大系のいずれでもよい。
また、投影光学系３０の先端部の光学素子３２は、クランプ機構６１（図２参照）によって、鏡筒３１に対して着脱可能に指示される。なお、クランプ機構６１については後述する。
投影光学系３０の下端に配置される光学素子３２は、螢石で形成される。螢石は水との親和性が高いので、光学素子３２の液体接触面３２ａ（図３参照）のほぼ全面に液体Ｌを密着させることができる。すなわち、光学素子３２の液体接触面（接触面）３２ａとの親和性が高い液体Ｌ（水）を供給するようにしているので、光学素子３２の液体接触面３２ａと液体Ｌとの密着性が高く、光学素子３２とウエハＷとの間を液体Ｌで確実に満たすことができる。なお、光学素子３２は水との親和性が高い石英であってもよい。また光学素子３２の液体接触面３２ａに親水化（親液化）処理を施して、液体Ｌとの親和性をより高めるようにしてもよい。
そして、鏡筒３１の外壁にはフランジ３３が設けられ、フランジを有する円筒形のセンサ支持架台（架台）３５に挿入される。更に、鏡筒３１及びセンサ支持架台３５は、本体フレーム１００を構成する第１支持盤（架台）１１０に設けられた穴部１１３に挿入、支持される。そして、第１支持盤１１０は、防振ユニット３００を介して、基礎フレーム２００上にほぼ水平に支持される。
なお、センサ支持架台は、オートフォーカスセンサ等のセンサ類を支持する部材である。また、第１支持盤１１０とセンサ支持架台３５との間には、不図示のキネマティックマウントが設けられ、投影光学系３０のあおり角を調整することが可能である。
【００１８】
ウエハステージ４０は、ウエハＷを支持しつつ、ＸＹ平面内の２次元移動及びθＺ方向の微小回転を行うものであって、ウエハＷを保持するウエハホルダ４１、ウエハＷのレベリング及びフォーカシングを行うためにウエハホルダ４１をＺ軸方向、θＸ方向、及びθＹ方向の３自由度方向に微小駆動するＺテーブル４２、Ｚテーブル４２をＹ軸方向に連続移動するとともにＸ軸方向にステップ移動するＸＹテーブル４３、ＸＹテーブル４３をＸＹ平面内で移動可能に支持するウエハ定盤４４、Ｚテーブル４２及びＸＹテーブル４３を移動させるリニアモータ等（いずれも不図示）等を備える。
そして、Ｚテーブル４２を移動させることにより、Ｚテーブル４２に保持されているウエハＷのＺ軸方向における位置（フォーカス位置）、及びθＸ、θＹ方向における位置が制御される。また、ＸＹテーブル４３を移動させることにより、ウエハＷのＸＹ方向における位置（投影光学系３０の像面と実質的に平行な方向の位置）が制御される。すなわち、Ｚテーブル４２は、ウエハＷのフォーカス位置及び傾斜角を制御してウエハＷの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系３０の像面に合わせ込み、ＸＹテーブル４３はウエハＷのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。なお、ＺステージとＸＹステージとを一体的に設けてもよい。
なお、ウエハホルダ４１は、Ｚテーブル４２から脱着可能に構成される。ウエハホルダ４１を定期的に取り外し、洗浄する必要があるからである。そして、Ｚテーブル４２からウエハホルダ４１を取り外すと、Ｚテーブル４２上には光学素子３２が戴置される光学素子ホルダ（不図示）が出現するようになっている。
また、Ｚテーブル４２上には移動鏡４７が設けられ、これに対向する位置にはレーザ干渉計４８が設けられる。そして、ウエハステージ４０上のウエハＷの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計４８によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置５０に出力される。そして、制御装置５０がレーザ干渉計４８の計測結果に基づいてリニアモータ等を駆動することでウエハステージ４０に支持されているウエハＷの位置決めを行う。
そして、ＸＹテーブル４３の底面には、非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッド）４５が固定されており、これらのエアベアリング４５によってＸＹテーブル４３がウエハ定盤４４上に、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る。また、ウエハ定盤４４は、基礎フレーム２００の支持盤２１０上に、防振ユニット４００を介してほぼ水平に支持されている。
【００１９】
制御装置５０は、露光装置ＥＸを統括的に制御するものであり、各種演算及び制御を行う演算部の他、各種情報を記録する記憶部や入出力部等を備える。
そして、例えば、レーザ干渉計２２，４８の検出結果に基づいてレチクルＲ及びウエハＷの位置を制御して、レチクルＲに形成されたパターンＰＡの像をウエハＷ上のショット領域に転写する露光動作を繰り返し行う。
【００２０】
液体供給装置８１及び液体回収装置８２は、少なくともレチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷ上に転写している間、所定の液体Ｌ（水）により投影光学系３０の投影領域を含むウエハＷ上の一部に液浸領域ＡＲを形成するものである。
具体的には、液体供給装置８１により、投影光学系３０の先端部の光学素子３２とウエハＷの表面との間に液体Ｌを満たし、この投影光学系３０とウエハＷとの間の液体Ｌ及び投影光学系３０を介してレチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷ上に投影し、ウエハＷを露光する。同時に、液体回収装置８２により、液浸領域ＡＲの液体Ｌを回収することにより、液浸領域ＡＲの液体Ｌは常に循環されて、液体Ｌの汚染防止や温度管理等が厳密に行われる。
なお、液体供給装置８１及び液体回収装置８２を構成する各部材のうち少なくとも液体Ｌが流通する部材には、例えばポリ四フッ化エチレン等の合成樹脂により形成される。これにより、液体Ｌに不純物が含まれることを抑制できる。
そして、液体供給装置８１及び液体回収装置８２によるウエハＷ上に対する単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量は、制御装置５０により制御される。
本実施形態では、液体Ｌとして純水が用いられ、その純水を製造する純水製造装置や純水を所定の温度に管理するための温調装置が設けられている。これら純水製造装置と温調装置の少なくとも一方或いは各装置の一部は、露光装置が設置される床下に配置されるようにしてもよい。例えば、露光光の光源であるレーザ光原とともにこれらの装置の少なくとも一部（または装置の一部）を床下に配置すれば、これらの装置が露光装置内に占めるスペースが減り、露光装置の設置面積（フットプリント）を低減させることができる。
【００２１】
本体フレーム１００は、投影光学系３０を支持する第１支持盤１１０と、投影光学系３０の上方に配置されるレチクルステージ２０等を支持する第２支持盤１２０と、第１支持盤１１０と第２支持盤１２０との間に立設する複数の支柱１３０とから構成される。第１支持盤１１０は、上述したように、円筒状の投影光学系３０の外径よりもやや大きく形成された穴部１１３が形成される。なお、第１支持盤１１０或いは第２支持盤１２０と複数の支柱１３０とは、締結手段等で連結される構造としてもよいし、これらを一体に形成した構造としてもよい。
そして、上述したように、本体フレーム１００は、防振ユニット３００を介して基礎フレーム２００上に支持される。
【００２２】
基礎フレーム２００は、その上面に防振ユニット４００を介してウエハステージ４０を支持する支持盤２１０と、支持盤２１０上に立設するとともに防振ユニット３００を介して本体フレーム１００を支持する複数の支柱２２０とから構成される。支持盤２１０と支柱２２０とは、締結手段等で連結される構造であっても、一体に形成される構造であってもよい。
そして、基礎フレーム２００は、クリーンルームの床面Ｆ上に足部２１５を介して略水平に設置される。
【００２３】
図２は、投影光学系３０の下端周辺を示す拡大図である。
投影光学系３０の下端周辺には、鏡筒３１の下端に保持された光学素子３２を新たな光学素子３２に交換する光学素子交換部６０が設けられる。光学素子交換部６０は、クランプ機構６１、アーム部６５、異物検出系７０とから構成される。
【００２４】
クランプ機構６１は、鏡筒３１と光学素子３２とを着脱可能にするものであって、鏡筒３１の下端に光学素子３２を取り囲むように配置される。クランプ機構６１は、光学素子３２を鏡筒３１に向けて押し付けることにより作動して、光学素子３２と鏡筒３１とを固着させる。そして、再度、光学素子３２を鏡筒３１に向けて押し付けることにより作動して、光学素子３２と鏡筒３１との固着を解除して、鏡筒３１から光学素子３２を取り外すことが可能に構成される。なお、クランプ機構６１は、上述したような機械式に限らず、アクチュエータ等を用いた電気式であってもよい。
【００２５】
アーム部６５は、光学素子３２を把持及び搬送するものであって、第１支持盤１１０の下面、且つ投影光学系３０の側方に配置される。また、光学素子３２を把持しつつ、光学素子３２をクランプ機構６１に向けて押し付けて、クランプ機構６１を作動させることにより、光学素子３２と鏡筒３１との着脱を行う。
アーム部６５は、旋回機構６６と昇降機構６７とハンド６８を備える。ハンド６８は、取り換えが可能であって、光学素子把持用、ウエハホルダ把持用などが用意される。すなわち、ハンド６８を取り換えることにより、光学素子３２に限らず、ウエハホルダ４１等を把持、運搬するができる。なお、旋回機構６６と昇降機構６７とを備えた形式に限らず、多間接型（例えば６軸アーム）等であってもよい。
また、アーム部６５は、第１支持盤１１０に限らず、センサ支持架台３５の下面に設置してもよし、後述する支柱２２０に設置してもよい。また、ウエハステージ４０（ウエハ定盤４４等）に設置してもよい。
そして、アーム部６５は、ウエハ交換或いは液体除去動作の後、液浸領域ＡＲがなくなってから、鏡筒３１の下方から光学素子３２に接近し、光学素子３２を把持して、鏡筒３１から取り外す。また、新たな光学素子３２を把持して、鏡筒３１の下端に取り付ける。なお、投影光学系３０とウエハＷとの間の距離が１ｍｍ程度であるため、光学素子交換作業時には、ウエハステージ４０を、図２に示すように、投影光学系３０の直下から退避して、作業スペースが確保される。
【００２６】
図３は、異物検出系７０を示す模式図である。
異物検出系（検出部）７０は、ウエハ交換或いは液体除去動作の後、投影光学系３０の先端の光学素子３２の液体接触面３２ａに異物が付着しているかどうかを確認するものであって、光学素子３２の下方（ウエハステージ４０（Ｚテーブル４２）上）に設けられる。ここでいう異物とは、フォトレジストの破片やフォトレジストに含まれる電解質の析出物等の他に、残留した液体Ｌの液滴も含む。
異物検出系７０は、投影光学系３０の先端に設置された光学素子３２の液体接触面３２ａに対して斜め下方から所定の照射光を照射する発光部７１と、光学素子３２の液体接触面３２ａと発光部７１とを結ぶ光路上に配置された分岐ミラー７２と、ウエハステージ４０上に設けられて発光部７１からの照射に基づく光学素子３２の液体接触面３２ａからの反射光を受光するための第１受光部７３と、ウエハステージ４０の上方位置に配置されて分岐ミラー７２からの分岐光を受光するための第２受光部７４とを備える。ここで、異物検出系７０を構成する発光部７１及び第１受光部７３等は、ウエハステージ４０上のうちウエハホルダ４１以外の位置に設けられている。
そして、第１，第２受光部７３，７４の受光結果は光電信号として制御装置５０に出力される。制御装置５０は、第１，第２受光部７３，７４から出力された光電信号に基づいて、光学素子３２の液体接触面３２ａの光反射率を実反射率として演算し、更に演算した実反射率と予め記憶されている所定反射率との対比結果に基づいて、光学素子３２の液体接触面３２ａの汚染度（光学特性の劣化）を測定する。つまり、光学素子３２に異物が付着していれば、この異物に起因して散乱光が生じて反射率が変化し、第１受光部７３で受光される受光量が変化するので、受光量の変化率等により汚染度を判定する。
なお、所定反射率として、露光装置ＥＸの完成時に測定された光学素子３２の液体接触面３２ａの光反射率が予め制御装置５０に記憶される。
なお、本実施形態では、異物検出系７０をＺテーブル４２上に設けているが、異物検出系７０の設置位置はこれに限定されるものではない。例えば、アーム部６５のハンド６８に、発光部７１、分岐ミラー７２、第１受光部７３を配置しておき、旋回機構６６及び昇降機構６７によってハンド６８を前述のような異物検出を行える位置に移動させるようにしてもよい。また、このようなハンド６８を、前述の取り換え可能なハンドの一種として用意しておいてもよい。
【００２７】
続いて、上述した露光装置ＥＸを用いてレチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷに露光する方法について説明する。
まず、レチクルＲがレチクルステージ２０にロードされるとともに、ウエハＷがウエハステージ４０にロードされると、走査露光処理を行うに際し、制御装置５０は液体供給装置８１を動作させて、ウエハＷ上に対する液体供給動作を開始する。
液体供給装置８１を動作させると、液体ＬがウエハＷ上に供給され、投影光学系３０とウエハＷとの間の領域を液体Ｌで満たし、液浸領域ＡＲを形成する。そして、液浸領域ＡＲを形成した後は、液体回収装置８２も動作させて、液体Ｌの供給量と回収量とが略同一或いは供給量が回収量をやや上回る程度に設定して、その状態を維持する。このようにして、露光開始時には、液浸領域ＡＲが液体Ｌで満たされる。
【００２８】
次に、各種の露光条件が設定された後に、制御装置５０の管理の下で、レチクル顕微鏡及びオフアクシス・アライメントセンサ等（ともに不図示）を用いたレチクルアライメント、アライメントセンサのベースライン計測等の所定の準備作業が行われる。その後、アライメントセンサを用いたウエハＷのファインアライメント（エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）等）が終了し、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。
ウエハＷの露光のための準備作業が終了すると、制御装置５０は、アライメント結果に基づいてウエハＷ側のレーザ干渉計４８の計測値をモニタしつつ、ウエハＷのファーストショット（第１番目のショット領域）の露光のための加速開始位置（走査開始位置）にウエハステージ４０を移動させる。
次いで、制御装置５０は、レチクルステージ２０及びウエハステージ４０とのＹ軸方向の走査を開始させ、レチクルステージ２０、ウエハステージ４０がそれぞれの目標走査速度に達すると、露光光ＥＬによってレチクルＲのパターン領域が照射され、走査露光が開始される。
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が露光光ＥＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上のファーストショット領域に対する走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンＰＡが投影光学系３０及び液体Ｌを介してウエハＷ上のファーストショット領域のレジスト層に縮小転写される。
このファーストショット領域に対する走査露光が終了すると、制御装置５０は、ウエハステージ４０をＸ，Ｙ軸方向にステップ移動させて、セカンドショット領域の露光のための加速開始位置に移動させる。すなわち、ショット間ステッピング動作が行われる。そして、セカンドショット領域に対して上述したような走査露光を行う。
このようにして、ウエハＷのショット領域の走査露光と次ショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の全ての露光対象ショット領域にレチクルＲのパターンＰＡが順次転写される。
【００２９】
ウエハＷの露光処理が完了すると、液体供給装置８１の動作を停止し、かつ液体回収装置８２による液体Ｌの回収量を増やし、液浸領域ＡＲの全ての液体Ｌを回収する。そして、液体Ｌの回収後に、ウエハＷの交換が行われ、新たなウエハＷの露光処理が再開される。
このような処理を繰り返すことにより、複数のウエハＷの露光が行われる。
【００３０】
このように、露光装置ＥＸでは、ウエハ交換時或いはメンテナンス時には、液浸領域ＡＲの液体Ｌが回収される。この際、光学素子３２等に付着した水滴を乾燥させる必要があるが、光学素子３２の液体接触面３２ａに付着した水滴を乾燥させると、所謂ウォーターマークが残ってしまう。液体Ｌには、フォトレジストの破片やフォトレジストに含まれる電解質の不純物が含まれるため、この不純物が析出して、ウォーターマークが形成されてしまう。しかも、このウォーターマークは、再度、液体Ｌを供給して液浸領域ＡＲを形成したとしても、液体Ｌに溶解することなく、光学素子３２の液体接触面３２ａに付着し続ける。このため、ウエハ交換の回数が増えると、光学素子３２に付着したウォーターマークも増えて、光学素子３２の光学特性を劣化させてしまう。
【００３１】
そこで、光学素子３２の光学特性が劣化した際には、新たな光学素子３２への交換作業を行う。
光学素子交換作業では、まず、液体Ｌを回収した際に、異物検出系７０により光学素子３２の光学特性の測定を行う。具体的には、制御装置５０は、ウエハステージ４０を移動して異物検出系７０を投影光学系３０の下に配置する。そして、発光部７１から所定の照射光が照射されると、その照射光のうち分岐ミラー７２を透過した照射光は、光学素子３２の液体接触面３２ａを照射した後にこの液体接触面３２ａで反射し、その反射光は第１受光部７３により受光される。一方、分岐ミラー７２により分岐された照射光（分岐光）は光学素子３２の液体接触面３２ａに至ることなく第２受光部７４により受光される。そして、第１，第２受光部７３，７４により光電変換された光電信号がそれぞれ制御装置５０に出力される。
制御装置５０は、第１受光部７３からの光電信号と第２受光部７４からの光電信号とに基づき、光学素子３２の液体接触面３２ａの反射率を演算する。すなわち、一般に、２つの媒質の境界面に対してある入射角で光が入射するとき、その反射率Ｒｆは、入射光束のエネルギーの強さをＩ０とし、反射光束のエネルギーの強さをＩrとしたとき、Ｒｆ＝Ｉr／Ｉ０で表される。従って、制御装置５０では、第１受光部７３からの光電信号に基づくエネルギーの強さをＩrとし、第２受光部７４からの光電信号に基づくエネルギーの強さをＩ０として、光学素子３２の液体接触面３２ａの実反射率Ｒｆrを求める。次に、制御装置５０は、予め記憶してある所定反射率Ｒｆ０を読出し、この所定反射率Ｒｆ０と実反射率Ｒｆrとの差ΔＲｆ（＝Ｒｆ０−Ｒｆr）を演算する。そして、求められた反射率Ｒｆ０，Ｒｆrの差ΔＲｆが許容値以内の場合には、光学素子３２の交換を行わずに、露光処理が再開される。一方、ΔＲｆが許容値を満足しない場合には、アーム部６５による光学素子３２の交換が行われる。
なお、ここでは、光学素子３２に照射光を照射し、光学素子３２の液体接触面３２ａでの散乱光を検出する構成であるが、異物が光学素子３２に付着している場合、投影光学系３０の像面側において照度むら又はテレセンずれが観測されるので、ウエハステージ４０上に設けられた照度センサを使って、焦点面とデフォーカス面とのそれぞれで照度を計測することにより、異物が付着しているかどうかを検出することも可能である。
【００３２】
アーム部６５により光学素子３２の交換作業を行う場合は、ウエハステージ４０を移動して投影光学系３０の下方に交換作業スペースを確保する。そして、旋回機構６６と昇降機構６７と駆動して、ハンド６８により投影光学系３０の下端に配置された光学素子３２を把持する。更に、光学素子３２を鏡筒３１に向けて押し付けることによりクランプ機構６１を作動させて、光学素子３２と鏡筒３１との固着を解除する。
そして、取り外した光学素子３２を把持しつつ、旋回機構６６と昇降機構６７と駆動して、光学素子３２を露光装置ＥＸのチャンバ（不図示）外に搬出する。
なお、光学素子３２のチャンバ外への搬出は、アーム部６５のみで行ってもよいし、或いは取り外した光学素子３２をウエハステージ４０に乗せて搬出するようにしてもよい。この場合は、ウエハホルダ４１が洗浄等のために取り外されている場合に可能である。
このようにして、異物が付着した光学素子３２が装置外に取り出される。そして、新たな光学素子３２をウエハステージ４０或いは直接アーム部６５に載せ、取り外しとは逆の手順で光学素子３２を鏡筒３１に取り付ける。
このようにして、ウォーターマークが付着して光学特性が劣化した光学素子３２が、新たな光学素子３２に交換される。
【００３３】
そして、光学素子３２を交換した後には、再度、異物検出系７０により光学特性が計測される。そして、その値は、制御装置５０に基準値として保存される。更に、露光に先立って、他のセンサ類による光学素子３２の光学特性（例えば、投影光学系３０の透過率、ウエハＷ上での露光光ＥＬの照度、及び照度分布の均一性等）の計測や、温度調整等の準備作業が行われる。
そして、このような様々な準備作業完了後に、再度、ウエハＷ及び液体Ｌが供給され、露光処理が再開される。
【００３４】
以上、説明したように、露光装置ＥＸによれば、投影光学系３０の下端に配置されて液体Ｌと接触する光学素子３２を新たな光学素子３２と交換する光学素子交換部６０を備えるようにしたので、光学素子３２にウォーターマークが付いて光学特性が変化した場合には、新たな光学素子３２に交換することにより、光学素子３２の汚れによる露光不良を未然に防止することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００３６】
上述した実施形態では、投影光学系３０の先端に光学素子３２としてレンズが取り付けられており、このレンズにより投影光学系３０の光学特性、例えば収差（球面収差、コマ収差等）の調整を行うことができるが、光学素子３２としてはレンズより安価な平行平面板とすることも可能である。
光学素子３２を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト（ランニングコスト）の上昇やスループットの低下を抑えることができる。
【００３７】
本実施形態においては、露光光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光を用い、液浸露光用の液体として純水が供給される。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、ウエハＷ上のフォトレジストや光学素子（レンズ）等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、ウエハＷの表面、及び投影光学系３０の先端面に設けられている光学素子３２の表面を洗浄する作用も期待できる。
波長が１９３ｎｍ程度の露光光ＥＬに対する純水（水）の屈折率ｎはほぼ１．４４といわれている。露光光ＥＬの光源としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いた場合には、ウエハＷ上では１／ｎ、すなわち約１３４ｎｍに短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約ｎ倍、すなわち約１．４４倍に拡大される。
また、液体Ｌとしては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があって、できるだけ屈折率が高く、投影光学系３０やウエハＷの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。
露光光ＥＬとしてＦ２レーザ光を用いる場合には、液体ＬとしてＦ２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よい。この場合、液体Ｌと接触する部分には、例えばフッ素を含む極性の小さい分子構造の物質で薄膜を形成することで親液化処理することが望ましい。
また、液体Ｌとしては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系３０やウエハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。この場合も表面処理は用いる液体Ｌの極性に応じて行われる。
【００３８】
また、ウエハＷとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ等が適用される。
【００３９】
露光装置ＥＸとしては、レチクルとウエハとを同期移動してレチクルのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、レチクルとウエハとを静止した状態でレチクルのパターンを一括露光し、ウエハを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。また、本発明はウエハ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
更に、例えば、倍率１／８の屈折系の光学系を備えた液浸型ステッパとしてもよい。この場合、大面積のチップを一括露光できないので、大面積のチップではスティッチング（ステップ・アンド・スティッチ）方式を採用してもよい。
【００４０】
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【００４１】
露光装置ＥＸの種類としては、ウエハ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。
【００４２】
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００４３】
ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００４４】
レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
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号、同６，４００，４４１号、同６，５４９，２６９号及び同６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）或いは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。
【００４５】
なお、上述したように液浸法を用いた場合には、投影光学系３０の開口数ＮＡが０．９〜１．３になることもある。このように投影光学系３０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いるランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化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、レチクルのライン・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、レチクルＲのパターンからは、Ｓ偏光成分（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３０とウエハＷ表面に塗布されたレジストとの間が液体で満たされている場合、投影光学系３０とウエハ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３０の開口数ＮＡが１．０を超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、位相シフトマスクや特開平６−１８８１６９号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）などを適宜組み合わせるとより効果的である。
また、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Ｌ／Ｓ）をウエハ上に露光するような場合、レチクルの構造（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効果によりレチクル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）の回折光が多くレチクルから射出されるようになる。この場合も、上述したような直接偏光照明を用いるのが望ましいが、ランダム偏光光でレチクルを照明しても、開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい投影光学系を使って高い解像性能を得ることができる。
また、レチクル上の極微細なライン・アンド・スペースパターンをウエハ上に露光するような場合には、Wave 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を使って、２５ｎｍより大きいライン・アンド・スペースパターンをウエハ上に露光するような条件であれば、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レチクルから射出されるので、投影光学系の開口数ＮＡが０．９〜１．３のように大きい場合でも高い解像特性を得ることができる。
また、レチクルＲ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）だけでなく、特開平６−５３１２０号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、レチクルＲ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く、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在する場合には、同じく特開平６−５３１２０号に開示されているように、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３０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。
【００４６】
また、本発明が適用される露光装置は、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。
【００４７】
また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図４に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】露光装置ＥＸを示す概略構成図
【図２】投影光学系３０の下端周辺を示す拡大図
【図３】異物検出系７０を示す模式図
【図４】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図
【符号の説明】
【００４９】
３０  投影光学系
３２  光学素子
３２ａ  液体接触面（接触面）
３５  センサ支持架台（架台）
６０  光学素子交換部
６１  クランプ機構
６５  アーム部
７０  異物検出系（検出部）
７１  発光部
７３，７４  受光部
１１０  支持盤（架台）
ＡＲ  液浸領域
ＥＸ  露光装置
Ｌ  液体
ＰＡ  パターン
Ｗ  ウエハ（基板）
【図１】
2005268412.tif 000003
【図２】
2005268412.tif 000004
【図３】
2005268412.tif 000005
【図４】
2005268412.tif 000006