(57)【要約】【課題】  液体を介して基板を露光する液浸法を適用した場合にも、所望の性能で基板の露光を行うことができる露光装置、及び露光方法を提供する。【解決手段】  液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置であって、前記液体内に含まれるを不純物を除去する不純物除去機構が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
2009009954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置であって、
前記液体内に含まれるを不純物を除去する不純物除去機構が設けられていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記液体は、デカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）であ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】
前記不純物は、酸素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記不純物除去機構は、酸素除去フィルターであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の露光装置。
【請求項５】
液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光方法であって、
前記液体内に含まれるを不純物を除去し、
前記不純物が除去された液体を介して前記露光ビームを前記基板に照射して、前記基板を露光する露光方法。
【請求項６】
前記液体は、デカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）であることを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記不純物は、酸素であることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光方法。
【請求項８】
液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置であって、
前記基板を実質的に密閉するチャンバーと、
前記チャンバー内に希ガスを導入する希ガス導入口と、
前記チャンバー内の希ガスを排出する希ガス排出口とが設けられていることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記希ガスは、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス又はそれらの混合ガスであることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光方法であって、
前記基板を実質的に密閉されたチャンバ内に搬入し、
前記チャンバー内に希ガスを導入し、
前記チャンバー内の希ガスを排出することを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
前記希ガスは、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス又はそれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置において、
前記露光ビームに対する液体の透過率低下を抑制する透過率抑制機構を備えた露光装置。
【請求項１３】
前記液体は、デカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）を含む請求項１２記載の露光装置。
【請求項１４】
前記液体を供給する液体供給機構を備え、
前記透過率抑制機構は、前記液体供給機構から供給される液体中の酸素を除去する酸素装置を含む請求項１３記載の露光装置。
【請求項１５】
前記透過率抑制機構は、前記基板上の液体が酸素と接触しないように、前記基板上の液体の周囲に所定のガスを供給するガス供給機構を含む請求項１３又は１４記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程で露光装置、及び露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、感光性基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置が使用されている。従来は投影露光装置として、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置（ステッパ）が多用されていたが、最近では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も注目されている。
【０００３】
投影露光装置に備えら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、集積回路の微細化に伴い投影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きている。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、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されている。
【０００４】
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              （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。（１）式、（２）式より、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が狭くなることが分かる。
【０００５】
そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ焦点深度を広くする液浸法を用いた投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは投影光学系の下面とウエハ表面との間を水、または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倍（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共に、焦点深度を約ｎ倍に拡大する投影露光装置である。
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、液浸型の露光装置においては、液体の透過率が低下すると、露光装置が所望の性能を発揮しなくなるという問題がある。
この発明の目的は、液体を介して基板を露光する液浸法を適用した場合にも、所望の性能で基板の露光を行うことができる露光装置、及び露光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の露光装置は、液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置であって、前記液体内に含まれるを不純物を除去する不純物除去機構が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この請求項１記載の投影露光装置によれば、液体に含まれる不純物を除去することができるので、所望の露光を行うことができる。
また、請求項２記載の露光装置は、前記液体がデカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の露光装置は、前記不純物が酸素であることを特徴とする。
請求項４記載の露光装置は、前記不純物除去機構が酸素除去フィルターであることを特徴とする。
さらに、請求項５記載の露光方法は、液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光方法であって、前記液体内に含まれるを不純物を除去し、前記不純物が除去された液体を介して前記露光ビームを前記基板に照射して、前記基板を露光することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の露光方法は、前記液体がデカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）であることを特徴とする。
請求項７記載の露光方法は、前記不純物が酸素であることを特徴とする。
【００１１】
請求項８記載の露光装置は、液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置であって、前記基板を実質的に密閉するチャンバーと、前記チャンバー内に希ガスを導入する希ガス導入口と、前記チャンバー内の希ガスを排出する希ガス排出口とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この請求項８記載の投影露光装置によれば、液体を酸素濃度が極めて低い環境で使用することができるので、液体の透過率低下を抑制することができ、所望の露光を行うことができる。
【００１３】
請求項９記載の露光装置は、前記希ガスが窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス又はそれらの混合ガスであることを特徴とする。
請求項１０記載の露光方法は、液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光方法であって、前記基板を実質的に密閉されたチャンバ内に搬入し、前記チャンバー内に希ガスを導入し、前記チャンバー内の希ガスを排出することを特徴とする。
【００１４】
請求項１１記載の露光方法は、前記希ガスが窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス又はそれらの混合ガスであることを特徴とする。
請求項１２記載の露光装置は、液体を介して基板に露光ビームを照射することによって、前記基板を露光する露光装置において、前記露光ビームに対する液体の透過率低下を抑制する透過率抑制機構を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項１３記載の露光装置は、前記液体がデカヒドロナフタレン（Ｃ10Ｈ8）であることを特徴とする。
請求項１４記載の露光装置は、前記液体を供給する液体供給機構を備え、前記透過率抑制機構は、前記液体供給機構から供給される液体中の酸素を除去する酸素装置を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項１５記載の露光装置は、前記透過率抑制機構が前記基板上の液体が酸素と接触しないように、前記基板上の液体の周囲に所定のガスを供給するガス供給機構を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の露光装置、露光方法によれば、液浸法を適用した場合にも最適な状態で基板の露光を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態にかかる投影露光装置の説明を行う。図１は、第１の実施の形態にかかるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置の概略構成を示す図である。以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００１９】
この実施の形態にかかる投影露光装置は、図１に示すように、露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系１を備えている。光源から射出された波長１９３ｎｍの紫外パルス光よりなる露光光（露光ビーム）ＩＬは、照明光学系１を通過し、レチクル（マスク）Ｒに設けられたパターンを照明する。レチクルＲを通過した光は、両側（又はウエハＷ側に片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウエハ（基板）Ｗ上の露光領域に所定の投影倍率β（例えば、βは１／４、１／５等）で縮小投影露光する。
【００２０】
なお、露光光ＩＬとしては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）や水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）等を使用してもよい。
また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴにはＸ方向、Ｙ方向及び回転方向にレチクルＲを微動させる機構が組み込まれている。レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置は、レチクルレーザ干渉計（図示せず）によってリアルタイムに計測、且つ制御されている。
【００２１】
また、ウエハＷはウエハホルダ（図示せず）を介してＺステージ９上に固定されている。Ｚステージ９は、投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ１０上に固定されており、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御する。Ｚステージ９のＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置は、Ｚステージ９上に位置する移動鏡１２を用いたウエハレーザ干渉計１３によってリアルタイムに計測、且つ制御されている。また、ＸＹステージ１０は、ベース１１上に載置されており、ウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向を制御する。
【００２２】
この投影露光装置に備えられている主制御系１４は、レチクルレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてレチクルＲのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、レチクルステージＲＳＴに組み込まれている機構に制御信号を送信し、レチクルステージＲＳＴを微動させることによりレチクルＲの位置調整を行なう。
【００２３】
また、主制御系１４は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式によりウエハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＺステージ９を駆動させることによりウエハＷのフォーカス位置及び傾斜角の調整を行なう。更に、主制御系１４は、ウエハレーザ干渉計１３により計測された計測値に基づいてウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置の調整を行なう。即ち、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウエハＷのＸ方向、Ｙ方向及び回転方向の位置調整を行なう。
【００２４】
露光時には、主制御系１４は、ウエハステージ駆動系１５に制御信号を送信し、ウエハステージ駆動系１５によりＸＹステージ１０を駆動させることによりウエハＷ上の各ショット領域を順次露光位置にステップ移動させる。即ち、ステップ・アンド・リピート方式によりレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に露光する動作を繰り返す。
【００２５】
この投影露光装置においては、露光波長を実質的に短くし、且つ解像度を向上させるために液浸法が適用されている。ここで、液侵法を適用した液浸型の投影露光装置においては、少なくともレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に転写している間は、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬのウエハＷ側の透過光学素子４との間に所定の液体７が満たされている。投影光学系ＰＬは、投影光学系ＰＬを構成する合成石英ガラス等により形成された複数の光学素子を収納する鏡筒３を備えている。この投影光学系ＰＬにおいては、最もウエハＷ側の透過光学素子４が合成石英ガラスにより形成されており、透過光学素子４の表面のみが液体７と接触するように構成されている。これによって、金属からなる鏡筒３の腐食等が防止されている。
【００２６】
また、液体７としては、高屈折率液体であるデカヒドロナフタレン（C10H18）（以下、デカリンと言う。）が使用されている。
この実施の形態にかかる投影露光装置は、デカリン７の供給を制御する液体供給装置５及びデカリン７の排出を制御する液体回収装置６を備えている。
【００２７】
液体供給装置５は、デカリン７のタンク（図示せず）、加圧ポンプ（図示せず）、温度制御装置（図示せず）、酸素除去フィルター５５等により構成されている。また、液体供給装置５には、供給管２１を介してウエハＷ側に細い先端部を有する排出ノズル２１ａが接続されている。液体供給装置５は、温度制御装置によりデカリン７の温度を調整し、排出ノズル２１ａより、供給管２１を介して温度調整されたデカリン７をウエハＷ上に供給する。なお、デカリン７の温度は、温度制御装置により、例えば、この実施の形態にかかる投影露光装置が収納されているチャンバ内の温度と同程度に設定される。
【００２８】
液体回収装置６は、デカリン７のタンク（図示せず）、吸引ポンプ（図示せず）等により構成されている。また、液体回収装置６には、回収管２３を介して広い先端部を有する流入ノズル２３ａが接続されている。
【００２９】
液体回収装置６は、流入ノズル２３ａより、回収管２３を介してデカリン７をウエハＷ上から回収する。
この第１の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、液体供給装置５内にデカリン７に含まれる酸素を除去する酸素除去フィルター５５を設けたので、酸素吸収によるデカリン７の透過率低下を防止することができる。
【００３０】
本実施の形態では、酸素除去フィルターを液体供給装置５内に設けたが、供給管２１に設けてもいいことは、いうまでもない。
次に、図面を参照して、第２の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図２は、第２の実施の形態にかかるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の投影光学系ＰＬＡの下部、液体供給装置５及び液体回収装置６等を示す正面図である。
【００３１】
ウエハ室１０１内には、ウエハ、Ｚステージ９、ＸＹステージ１０、ウエハＷ、供給管２１又は、回収管２３を実施的に密閉するように配置される。
ウエハ室１０１に窒素ガス導入するための希ガス導入口１０２及び、窒素ガスを排出するために希ガス排出口１０３が設けられている。希ガス導入口１０２は不図示の窒素タンクに接続され、希ガス排出口は不図示のフィルターを介して、排出される。
【００３２】
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、デカリン７は窒素雰囲気中でウエハＷと投影光学系ＰＬとの間のに満たされるので、デカリンの酸素吸収による透過率低下を防止することができる。
【００３３】
なお、上述の第２実施形態においては、ウエハ室１０１を設けて、デカリン７は窒素雰囲気中でウエハ７と投影光学系ＰＬとの間を満たすようにしているが、例えば特開２００４−２８９１２６号公報に開示されているように、液体（デカリン）７を所定領域に封じ込めるためのガスシール機構に用いられるガスとして窒素を用いてもよい。
【００３４】
本実施の形態では、希ガスとして窒素を用いたが、ヘリウムガス、アルゴンガス又はそれらの混合ガスを用いてもいいことはいうまでもない。
また、第１及び第２の実施の形態において、高屈折率液体としてデカヒドロナフタレン（C10H18）を用いたが、ｃｉｓ−デカヒドロナフタレン（C10H18）、ｔｒａｎｓ−デカヒドロナフタレン（C10H18）及びそれらの混合物であってもいいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態において使用される投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態において使用される投影露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｒ・・・レチクル
ＰＬ・・・投影光学系
Ｗ・・・ウエハ
１・・・照明光学系
５・・・液体供給装置
６・・・液体回収装置
７・・・液体（デカリン）
９・・・Ｚステージ
１０・・・ＸＹステージ
１４・・・主制御系
２１・・・供給管
２１ａ・・・排出ノズル
２３・・・回収管
２３ａ・・・流入ノズル
５５・・・酸素除去フィルター
１０１・・・ウエハ室
１０２・・・希ガス導入口
１０３・・・希ガス排出口
【図１】
2009009954.tif 000003
【図２】
2009009954.tif 000004