発明の背景
１．発明の利用分野
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造するための露光装置、及びデバイス製造方法に関する。
２．従来技術の記載
半導体素子や液晶表示素子等の電子デバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に、パターンが形成されたマスクまたはレチクル（以下、レチクルと称する）のパターン像を、投影光学系を介して、感光材（レジスト）が塗布された基板上の各投影（ショット）領域に投影する投影露光装置が使用されている。電子デバイスの回路は、上記投影露光装置を用いて基板上に回路パターンを露光することにより転写され、後処理によって形成される。
近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進められている。そのため、投影露光装置における露光用照明ビーム（露光光）が短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）等の短波長の光源が用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いた露光装置の実用化も最終段階に入りつつある。また、さらなる高密度集積化のために、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）を用いた露光装置の開発が進められている。
波長約１９０ｎｍ以下のビームは真空紫外域に属し、空気を透過しない。これは、空気中に含まれる酸素分子・水分子・二酸化炭素分子などの物質（以下、吸光物質と称する）によってビームのエネルギーが吸収されるからである。
真空紫外域の露光光を用いた露光装置において、基板上に露光光を十分な照度で到達させるには、露光光の光路を構成する空間から吸光物質を低減もしくは排除する必要がある。そのため、露光装置では、この空間を筐体で囲い、この筐体内に、露光光を透過する透過性のガスを充填している場合が多い。この場合、例えば光路の全長を１０００ｍｍとすると、光路を構成する空間内の吸光物質濃度は、１ｐｐｍ程度以下が実用的とされている。
しかしながら、露光装置では、基板が頻繁に交換されるため、光路を構成する空間のうち、投影光学系と基板との間に位置する空間内における吸光物質を排除するのに困難が伴う。例えば、この空間を筐体で囲うには、基板交換用の機構をも含めて囲うような大型の筐体を設置するのが好ましいが、この場合、筐体内に充填するガスの消費量が、筐体の大型化に伴い多くなる。
そのため、露光装置では、投影光学系と基板との間の空間に、露光光を透過する透過性のガスを吹き付けることにより、光路上の空間から吸光物質を排除する場合がある。この技術は、例えば、特開平６−２６０３８５号公報等に記載されている。
しかしながら、上記技術では、吹き付けたガスが基板の周囲に漏れやすく、漏れた透過性のガスが周辺の機器に影響を及ぼす可能性がある。例えば、露光装置では、基板を保持するステージの位置を制御するために、レーザ光を用いた干渉計システムが用いられる場合が多いが、透過性ガスが干渉計の光路上に流入すると、それまでの気体と透過性ガスとの屈折率の差によりレーザ光の光路長が変化し、干渉計システムの制御精度が低下する可能性がある。
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、周辺の機器に影響を及ぼすことなく、投影光学系と基板との間の空間から適切に吸光物質を排除することができる露光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、パターン精度の向上を図ることができるデバイス製造方法を提供することを他の目的とする。
発明の要約
本発明は、エネルギービームにより投影光学系を介してマスクのパターンを基板に転写する露光装置であって、エネルギービームを透過する透過性ガスを投影光学系と基板との間の空間に供給するガス供給口と、前記空間から透過性ガスを含む気体を前記透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で排気する排気口とを備えることを特徴とする。
この露光装置では、投影光学系と基板との間にガス供給口から透過性ガスが供給され、排気口から透過性ガスを含む気体が排気されるため、投影光学系と基板との間の空間から吸光物質が排気される。また、投影光学系と基板との間の空間に対し、ガス供給口の外側から透過性ガスを含む気体が排気されるため、透過性ガスの周辺への漏れが防止される。
さらに、透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で、透過性ガスを含む気体が排気口から排気されるので、投影光学系と基板との間の空間への新たに吸光物質の流入が防止される。したがって、透過性ガスを周辺へ漏らすことなく、投影光学系と基板との間の空間から吸光物質を排除することができる。
すなわち、この露光装置によれば、周辺の機器に影響を及ぼすことなく、投影光学系と基板との間の空間から適切に吸光物質を排除することができる。
この場合、ガス供給口から供給される透過性ガスを、投影光学系の光軸に対し垂直な所定の方向に流してもよい。透過性ガスを投影光学系の光軸に対し垂直な所定の方向に流れることにより、投影光学系と基板との間の空間から吸光物質を良好に排除することが可能となる。
さらに、透過性ガスの流れを、投影光学系の光軸に向かう方向としてもよく、あるいは、投影光学系の光軸を横切る方向としてもよい。透過性ガスの流れを投影光学系の光軸に向かう方向とすることにより、投影光学系と基板との間の空間における透過性ガスの圧力が適切に高まり、その空間への吸光物質の流入が防止される。また、透過性ガスの流れを投影光学系の光軸を横切る方向とすることにより、基板に塗布された感光材から新たに発生する吸光物質を速やかに排除することができる。
この場合、上記構成は、例えば、ガス供給口を、投影光学系の光軸を含む面に向け配置することにより達成される。
また、排気口を、投影光学系の光軸に対してガス供給口より離れた位置に設けてもよく、さらに、排気口を、投影光学系と基板との間の空間を囲むよう設け、ガス供給口を、排気口と前記空間との間に設けてもよい。これにより、透過性ガスの周辺への漏れがより確実に防止される。
また、ガス供給口を、投影光学系と基板との間の空間に向けて配し、排気口を、基板に向けて配してもよい。これにより、投影光学系と基板との間の光路付近で圧力が高まり、排気口と基板との間で圧力が低くなり、その結果、透過性ガスの周辺への漏れや投影光学系と基板との間の空間への吸光物質の流入が、確実に防止される。
また、排気口を、ガス供給口に比べ基板に近づけて配してもよい。これにより、排気口と基板との間で圧力が低くなり、その結果、透過性ガスを含む気体が排気口から確実に排気され、透過性ガスの周辺への漏れや投影光学系と基板との間の空間への吸光物質の流入が、より確実に防止される。
この場合、上記構成は、例えば、ガス供給口を、投影光学系と基板との間の空間のうち、投影光学系側に設け、排気口を、前記空間のうち、基板側に設けることにより達成される。
また、排気口を、基板に向かって略垂直に延在する排気管に設けてもよい。これにより、排気口付近において基板に対して略垂直の流れが形成され、透過性ガスの周辺への漏れや投影光学系と基板との間の空間への吸光物質の流入が、より確実に防止される。
また、排気口を、ガス供給口に比べ基板に近づけて配置してもよい。
また、投影光学系の光軸を中心として、排気口を備える排気管を環状に配置してもよい。この場合、上記構成は、例えば、排気管を、排気口が基板に対向するように、基板に対し略垂直に延設することにより達成される。
また、投影光学系の光軸に対して排気口より近い位置に、ガス供給口に対向する気体吸気口を設けてもよい。
また、ガス供給口及び排気口のうちの少なくとも一方を、投影光学系を構成する部材に設けてもよい。これにより、少ないスペースにガス供給口及び排気口を容易に配置することができる。
また、本発明のデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを基板上に転写する工程を含むことを特徴とする。
このデバイス製造方法では、露光装置において、透過性ガスの漏れによる制御精度の低下が防止されるため、パターン精度が向上する。
好ましい実施様態
以下、本発明に係る露光装置の好ましい実施様態について図面を参照して説明する。本実施様態は、露光用のエネルギビームとして、真空紫外光を用いるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本発明に係る露光装置の構造の例を示す一部断面図である。この露光装置１０は、照明光学系２１、レチクル操作部２２、投影光学系ＰＬ、及びウエハ操作部２３を備える。照明光学系２１、レチクル操作部２２、投影光学系ＰＬは、それぞれ箱状の照明系チャンバ２５、レチクル室２６、及び鏡筒２７の内部に、外気（ここでは後述のチャンバ内の気体）から隔離され密閉度が高められた状態で、収納されている。さらに、露光装置１０は、内部の気体の温度が所定の目標範囲内に制御された一つの大きいチャンバ（不図示）の内部に収納されている。なお、チャンバの内部に、照明光学系２１の一部（例えば光源を除く部分）、レチクル操作部２２、投影光学系ＰＬ、及びウエハ操作部２３を収納してもよい。
照明光学系２１には、露光光源２０として、真空紫外域の波長１５７ｎｍのパルスレーザ光を発生するＦ２レーザ光源を備えており、露光光源２０の射出端が照明系チャンバ２５の下部に取り付けられている。露光時に露光光源２０から照明系チャンバ２５内に射出された露光光ＩＬ（エネルギビーム）は、ミラー３０で上方に反射され、振動等による光軸ずれをあわせるための自動追尾部（不図示）、及び照明系の断面形状の整形と光量制御とを行うビーム整形光学系３１を介して、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ（又はロッドレンズ）３２に入射する。フライアイレンズ３２の射出面には開口絞り（不図示）が配置され、フライアイレンズ３２から射出され開口絞りを通過した露光光ＩＬは、ミラー３４によってほぼ水平方向に反射されて、リレーレンズ３５を介して視野絞り（レチクルブラインド）３６に達する。
視野絞り３６の配置面は露光対象のレチクルＲのパターン面と光学的にほぼ共役であり、視野絞り３６は、そのパターン面での細長い長方形の照明領域の形状を規定する固定ブラインドと、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光を防止するためにその照明領域を閉じる可動ブラインドとを備えている。視野絞り３６を通過した露光光ＩＬは、リレーレンズ３７、ミラー３８、及び照明系チャンバ２５の先端部に固定されたコンデンサレンズ系３９を介してレチクルＲのパターン面上の、長方形をなすスリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。露光光源２０〜コンデンサレンズ系３９により照明光学系２１が構成され、照明光学系２１内の露光光ＩＬの光路、すなわち露光光源２０からコンデンサレンズ系３９までの光路は、照明系チャンバ２５によって密閉されている。
照明光学系２１からの露光光ＩＬにより、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して、所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、感光材（フォトレジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影される。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等からなる円板状の基板である。
ここで、本例のように露光光ＩＬがＦ２レーザ光である場合、透過率の良好な光学硝材が蛍石（ＣａＦ２の結晶）、フッ素や水素等をドープした石英ガラス、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等に限られるため、投影光学系ＰＬを屈折光学部材のみで構成して所望の結像特性（色収差特性等）を得るのは困難である傾向がある。そこで、本例の投影光学系ＰＬでは、屈折光学部材と反射鏡とを組み合わせた反射屈折系を採用している。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと交差する方向をＸ軸とし、図１の紙面に垂直な方向をＹ軸として説明する。すなわち、本例のレチクルＲ上の照明領域はＸ方向に細長い長方形となり、露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ方向となる。
レチクル操作部２２において、レチクルＲはレチクルステージ４０上に保持されている。このレチクルステージ４０はレチクルベース（不図示）上で後述のウエハステージと同期してＹ方向にレチクルＲを連続的に移動させるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向に同期誤差を低減させるようにレチクルＲを微小駆動させる。レチクルステージ４０の位置及び回転角はレーザ干渉計（不図示）により高精度に計測され、この計測値と、装置全体の動作を統括制御するコンピュータにより構成されり主制御系２４からの制御情報とに基づき、レチクルステージ４０が駆動される。レチクルステージ４０、及びレチクルベースやレチクルローダ（不図示）等からレチクル操作部２２が構成され、レチクル操作部２２内の露光光ＩＬの光路、すなわちコンデンサレンズ系３９から投影光学系ＰＬまでの光路がレチクル室２６によって密閉されている。
投影光学系ＰＬにおいて、複数の光学部材（光学素子）が鏡筒２７内に収納され、投影光学系ＰＬのレチクル側の光学部材からウエハ側の光学部材までの光路が鏡筒２７内に密閉されている。
ウエハ操作部２３において、ウエハＷはウエハホルダ４５上の凹部よりなる載置面に吸着保持され、ウエハホルダ４５はウエハステージ４６上の凹部に固定されている。ウエハステージ４６はウエハベース（不図示）上で前述したレチクルステージと同期してＹ方向にウエハＷを連続的に移動させるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にウエハＷを所定のステップで移動させる。また、ウエハステージ４６は、オートフォーカスセンサ（不図示）によって計測されるウエハＷの表面の光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置）の情報に基づき、オートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。ウエハステージ４６のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）、Ｙ軸の回りの回転角（ローリング量）、Ｚ軸の回りの回転角（ヨーイング量）は、レーザ干渉計４７によって高精度に計測され、この計測値と、主制御系２４からの制御情報とに基づき、ステージ駆動系４８を介してウエハステージ４６が駆動される。なお、ウエハステージ４６（ウエハホルダ４５）に取り付けられ、レーザ干渉計４７からのレーザビーム（測長ビーム）を反射する移動鏡には、別々の角柱状のミラーからなる構成、一体型のＬ字型のミラーからなる構成、ウエハステージ（ウエハホルダ）の側面を鏡面加工してミラーとして用いる構成等、様々の構成が適用可能である。また、ウエハホルダ４５、ウエハステージ４６、及びウエハベース等によりウエハ操作部２３が構成され、ウエハ操作部２３の側方には、搬送系としてのウエハローダ等（不図示）が配置されている。
ここで、本例の露光光ＩＬは波長１５７ｎｍの真空紫外光であるため、その露光光ＩＬに対する吸光物質としては、酸素（Ｏ２）、水（水蒸気：Ｈ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭酸ガス（二酸化炭素：ＣＯ２）、有機物、及びハロゲン化物等がある。一方、露光光ＩＬが透過する気体（エネルギ吸収がほとんど無い物質）としては、窒素ガス（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）からなる希ガスがある。以降、この窒素ガス及び希ガスをまとめて「透過性ガス」と呼ぶ。
本例の露光装置１０では、ガス供給装置５０により、光路上の空間、すなわち、照明系チャンバ２５、レチクル室２６、及び鏡筒２７の内部に、真空紫外域のビームに対してエネルギー吸収の少ない上記透過性ガスを供給して満たし、その気圧を大気圧と同程度もしくはより高く（例えば、大気圧に対し１〜１０％程度高く）している。ガス供給装置５０は、排気用の真空ポンプ５１Ａ，５１Ｂ及び５１Ｃと、露光装置１０の全体が収納されているチャンバの外部に設置され、透過性ガスが高純度の状態で圧縮又は液化された貯蔵されたボンベ５３と、開閉制御されるバルブ５２Ａ，５２Ｂ及び５２Ｃとを含む。
なお、窒素ガスは波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対しては吸光物質として作用する、ヘリウムガスは波長１００ｎｍ程度までの光に対しては透過性ガスとして使用することができる。また、ヘリウムガスは熱伝導率が窒素ガスの約６倍であり、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素ガスの約１／８であるため、特に高透過率と光学系の結像特性の安定性や冷却性が優れている。なお、ヘリウムガスは高価であるため、露光ビームの波長がＦ２レーザのように１５０ｎｍ以上であれば、運転コストを低減させるために、透過性ガスとして窒素ガスを使用してもよい。
また、本例では、ワーキング・ディスタンス部ＷＤ、すなわち投影光学系ＰＬの先端とウエハＷとの間の空間においても、ガス供給装置５０により、上記透過性ガスを供給し、光路上から吸光物質を排除している。すなわち、ガス供給装置５０は、ワーキング・ディスタンス部用として、排気用の真空ポンプ６０、排気配管６１、ガス供給配管６２、及びバルブ６３等を備える。図２Ａにワーキング・ディスタンス部付近を側方から見た様子を、図２Ｂにワーキング・ディスタンス部をウエハステージ側から見た様子をそれぞれ模式的に示す。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ワーキング・ディスタンス部ＷＤにおいて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを囲むようにガス供給配管６２のガス供給口６５が配設されており、その外側に排気配管６１の排気口６６が配設されている。排気配管６１及びガス供給配管６２により、ワーキング・ディスタンス部ＷＤを囲む空間形成部材を構成する。また、ガス供給口６５及び排気口６６は、投影光学系ＰＬ側で、かつ投影光学系ＰＬの光軸側に設けられている。本例では、これらのガス供給口６５及び排気口６６は、投影光学系ＰＬの鏡筒２７のウエハＷ側の周縁部に設けられている。排気口６６は、ウエハＷの面に対して略垂直に延在する排気配管６１の先端に、ワーキング・ディスタンス部ＷＤを囲むように環状に設けられ、ウエハＷに対向して開口している。例えば、排気口６６は、投影光学系ＰＬの光軸を中心とした環状に設けられる。また、ガス供給口６５は、排気口６６とワーキング・ディスタンス部ＷＤとの間に環状に設けられ、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに向け、ウエハＷ方向から光軸ＡＸ方向に傾くよう開口している。さらに、排気口６６は、ガス供給口６５に比べてウエハＷに近づけて配されている。なお、本例では、透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で排気口６６から気体が排気されるように透過性ガスの供給量や配管形状等が定められている。また、排気配管６１、及びガス供給配管６２は、露光光の光路、及び前述したオートフォーカスセンサの光路を遮らないように配設される。
上記ガス供給口６５及び排気口６６を有するワーキング・ディスタンス部ＷＤでは、ガス供給口６５を介して透過性ガスが供給されるとともに、排気口６６から透過性ガスを含む気体が排気される。この給排気により、ワーキング・ディスタンス部ＷＤが透過性ガスで満たされる。また、排気口６６付近が周囲に比べて負圧となるため、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに存在していた吸光物質は、透過性ガスとともに排気口６６から排気される。また、本例では、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに対し、ガス供給口６５の外側から透過性ガスを含む気体が排気されることから、ガス排気口６６付近の負圧領域が壁となり、透過性ガスの周辺への漏れが防止される。さらに、本例では、透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で、透過性ガスを含む気体が排気口６６から排気される。ここで、透過性ガスの供給量と気体の排気量との関係は、ワーキング・ディスタンス部ＷＤが透過性ガスで常時満たされ、かつ透過性ガスの供給量に比べ気体の排気量が多くなる関係にある。したがって、透過性ガスが確実に排気口６６から排気されるとともに、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに新たに吸光物質が流入するのが防止される。その結果、透過性ガスを周辺へ漏らすことなく、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから吸光物質を排除することができる。しかも、本例では、排気口６６が、ワーキング・ディスタンス部ＷＤを囲んで環状に設けられ、ガス供給口６５が、排気口６６とワーキング・ディスタンス部ＷＤとの間に環状に設けられていることから、透過性ガスの周辺への漏れがより確実に防止される。
また、本例では、ガス供給口６５が、鏡筒２７のウエハＷ側の周縁部に設けられ、かつワーキング・ディスタンス部ＷＤに向けて、ウエハＷ方向から光軸ＡＸ方向に傾けて配されていることから、ガス供給口６５から供給される透過性ガスは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な方向、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに向かう方向に流れる。透過性ガスが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに向かう方向に流れることにより、ワーキング・ディスタンス部ＷＤにおける透過性ガスの圧力が適切に高められる。また、排気口６６は、ウエハＷに向けて配されるとともに、ガス供給口６５に比べてウエハＷに近づけて配されていることから、排気口６６とウエハＷとの間で圧力が適切に低くなる。これらにより、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから吸光物質が良好に排除されるとともに、透過性ガスの周辺への漏れやワーキング・ディスタンス部ＷＤへの吸光物質の流入が、確実に防止される。しかも、本例では、排気口６６が、ウエハＷに向かって略垂直に延在する排気配管６１に設けられていることから、排気口６６付近においてウエハＷに対して略垂直の流れが形成される。この略垂直の流れは、その周囲の気体に対して、ウエハＷの表面に沿った方向への余分な方向性をほとんど加えない。したがって、透過性ガスの周辺への漏れやワーキング・ディスタンス部ＷＤへの吸光物質の流入が、より確実に防止される。この場合、排気配管６１の先端が他から突出していることによりその効果が増す。
なお、ガス供給口や排気口の形状や配置位置等は、図示したものに限定されない。例えば、ガス供給口６５や排気口６６は円環状に限らず他の形状、例えば四角形、六角形、八角形等の多角形状でもよく、また、その開口幅は一定でなくてもよい。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に係る露光装置の第二実施例を示している。本例では、上述した実施例と異なり、透過性ガスが投影光学系の光軸を横切る方向に流れるように、ガス供給口及び排気口が配設されている。
図３Ａ及び図３Ｂにおいて、排気口７０がワーキング・ディスタンス部ＷＤを囲むように環状に設けられるとともに、ガス供給口７１が排気口７０とワーキング・ディスタンス部ＷＤとの間の一部の領域に設けられている。すなわち、本例では、ガス供給口７１は、ワーキング・ディスタンス部ＷＤの側方の一部のみに設けられている。また、ガス供給口７１は、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに向けて、すなわちウエハＷ方向から光軸ＡＸ方向に傾けて配されており、排気口７０は、前述した実施例と同様、ウエハＷに向けて配されている。なお、本例においても、ガス供給口７１からの透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で排気口７０から気体が排気されるように設定されている。また、ガス供給口及び排気口の形状及び配置位置等は図示したものに限定されない。例えば、図３では、ガス供給口７１は弧状に形成されているが、これに限定されず矩形状でもよい。また、ガス供給口７１の数は１つに限らず複数でもよい。
本例では、上述した実施例と同様に、ガス供給口７１を介して透過性ガスが供給されるとともに、排気口７０から透過性ガスを含む気体が排気されることにより、ワーキング・ディスタンス部ＷＤが透過性ガスで満たされるとともに、ワーキング・ディスタンス部ＷＤに存在していた吸光物質が、透過性ガスとともに排気口７０からから排気される。これにより、透過性ガスを周辺へ漏らすことなく、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから吸光物質を排除することができる。また、本例では、上述した各実施例と異なり、ガス供給口７１が、ワーキング・ディスタンス部ＷＤの側方の一部のみに設けられ、そのガス供給口７１がワーキング・ディスタンス部ＷＤに向けて配されていることから、ガス供給口７１から供給された透過性ガスが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横切る方向に流れる。そのため、この流れにより、ウエハＷに塗布された感光材（フォトレジスト）から新たに発生する吸光物質を含む脱ガスを速やかに排除することができる。その結果、投影光学系ＰＬの最下段の光学素子における、上記脱ガスによる曇りの発生を防止できる。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係る露光装置の第三実施例を示している。本例では、上述した各実施例と異なり、透過性ガスが投影光学系の近くで光軸を横切る方向に流れるようにガス供給口及び吸気口が配設され、さらにそのガス供給口及び吸気口の外側を囲むように排気口が配設されている。
図４Ａ及び図４Ｂにおいて、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含む面を挟んで、ガス供給口７５と吸気口７６とが投影光学系ＰＬの直下で対向配置されており、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを含む面に対して垂直方向に両者が互いに向き合っている。また、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して、ガス供給口７５及び吸気口７６の外側に、排気口７７が、ワーキング・ディスタンス部ＷＤと、ガス供給口７５及び吸気口７６を囲むように環状に設けられている。なお、上記の実施例と同様、本例においても、ガス供給口７５からの透過性ガスの供給量に比べて多い排気量で吸気口７６及び排気口７７から気体が排気されるように設定されている。なお、吸気口７６からの排気量は、透過性ガスの供給量とほぼ同じとしてもよい。
本例では、上述した各実施例と同様に、ガス供給口７５を介して透過性ガスが供給されるとともに、吸気口７６及び排気口７７から透過性ガスを含む気体が排気されることにより、透過性ガスを周辺へ漏らすことなく、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから吸光物質を排除することができる。また、本例では、上述した各実施例と異なり、ガス供給口７５と吸気口７６とが投影光学系ＰＬの直近で対向配置され、互いに向き合っていることから、透過性ガスが投影光学系ＰＬの直近で光軸ＡＸを横切る方向に流れる。そのため、この透過性ガスの流れにより、ウエハＷに塗布された感光材（フォトレジスト）から新たに発生する吸光物質を含む脱ガスを良好に排除できる。しかも、透過性ガスが投影光学系ＰＬの直近を流れることから、投影光学系ＰＬの最下段の光学素子の表面を透過性ガスで覆い、その光学素子への吸光物質の付着を確実に防止することができる。また、ガス供給口７５及び吸気口７６の外側では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とした環状の排気口７７を介して透過性ガスを含む気体が排気されることから、透過性ガスの周囲への漏れが確実に防止される。この場合、投影光学系ＰＬの直近の吸気口７６の排気量は、排気口７７の排気量に比べて多いのが好ましく、例えば、排気口７７の排気量が透過性ガスの供給量の約４０％である場合、吸気口７６の排気量は、透過性ガスの供給量の約８０％に設定される。吸気口７６の排気量が、排気口７７の排気量に比べて多いことで、投影光学系ＰＬの直近での光軸方向を横切る透過性ガスの流れが良好に形成されかつ維持される。なお、吸気口７６及び排気口７７から排気する流量の割合は任意に設定可能であり、上述したものに限定されない。また、排気口７７は四角形状に限らず他の形状、例えば円形、あるいは六角形、八角形等の多角形状でもよい。
なお、図３Ａ〜図４Ｂにそれぞれ示す例のように、透過性ガスの流れが光軸に対して非対称である場合（透過性ガスが光軸を横切るように流れる場合）、ウエハステージの走査方向やステッピング方向に応じて透過性ガスの流れを設定するとよい。すなわち、ウエハステージの走査方向やステッピング方向に応じて、ガス供給口及び排気口の配置位置を定めるとよい。この場合、例えば、走査方向と同一方向に透過性ガスが流れるように、ガス供給口と排気口とを走査方向に並べて配置するとよい。これにより、ウエハステージの走査移動中において、ワーキング・ディスタンス部の雰囲気を良好に維持することが可能となる。
図５は、本発明に係る露光装置の第四実施例を示している。本例では、上述した各実施例と異なり、ガス供給口及び排気口が、投影光学系を構成する部材に設けられている。
図５において、投影光学系ＰＬの鏡筒の一部に、ガス供給口８０及び排気口８１が設けられている。その形状及び互いの配設位置の関係は、例えば先の図２Ａ及び図２Ｂに示した例と同様である。すなわち、排気口８１がワーキング・ディスタンス部ＷＤを囲むように環状に設けられ、排気口８１とワーキング・ディスタンス部ＷＤとの間にガス供給口８０が環状に設けられる。なお、この形状は、他の例にも適用することができる。
本例では、上述した各実施例と同様に、ガス供給口８０を介して透過性ガスが供給されるとともに、排気口８１から透過性ガスを含む気体が排気されることにより、透過性ガスを周辺へ漏らすことなく、ワーキング・ディスタンス部ＷＤから吸光物質を排除することができる。また、本例では、上述した各実施例と異なり、投影光学系ＰＬの鏡筒に、ガス供給口８０及び排気口８１が設けられているので、少ないスペースであってもガス供給口８０及び排気口８１を容易に配置することができる。これにより、省スペース化、軽量化を図ることができる。なお、投影光学系ＰＬの部材を通過してガスが流れる場合、ガス流れによって投影光学系ＰＬが振動し、これにより、パターン精度の低下を招く恐れがある。そのため、ガス供給口や排気口に整流板を設けるなど、ガスの流れを滑らかにして、振動の発生を防止したり抑制したりすることが好ましい。なお、投影光学系の部材に設けるガス供給口及び排気口の形状や配置位置は図５に示したものに限定されない。また、ガス供給口及び排気口を設ける部材は鏡筒に限定されず、投影光学系における他の部材（例えば光学素子等）でもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的な範囲に属するものと了解される。
なお、上述した各実施例では、主としてガス供給口及び排気口について説明したが、透過性ガスの流れを所望の状態にするために、整流板やガイドなどを適宜設けるとよい。
また、ワーキング・ディスタンス部の吸光物質の濃度を計測する濃度計を設置し、その計測結果に基づいて透過性ガスの供給量を調整するなど、濃度管理を行ってもよい。
また、ウエハ上に塗布された感光材（フォトレジスト）からの吸光物質を含む脱ガスは、感光材の種類や温度等によって量、種類ともに異なる。この場合、感光材からの脱ガスの量、種類を予め調査しておき、感光材によって透過性ガスの供給量を調整するとよい。これにより、ワーキング・ディスタンス部から確実に光物質を排除する一方で、一般に高価な透過性ガスの消費量を必要最小限に抑えることが可能となる。
また、光路上から吸光物質を排除するには、予め構造材料表面からの脱ガス量を低減する処置を施しておくことが好ましい。例えば、（１）構造材料の表面積を小さくする、（２）構造材料表面を機械研磨、電解研磨、バル研磨、化学研磨、又はＧＢＢ（Ｇｌａｓｓ Ｂｅａｄｓ Ｂｌａｓｔｉｎｇ）といった方法によって研磨し、構造材料の表面粗さを低減しておく、（３）超音波洗浄、クリーンドライエア等の流体の吹き付け、真空加熱脱ガス（ベーキング）などの手法によって、構造材料表面を洗浄する、（４）炭化水素やハロゲン化物を含む電線被膜物質やシール部材（Ｏリング等）、接着剤等を光路空間に可能な限り設置しない、等の方法がある。
また、照明系チャンバからウエハ操作部のカバーを構成する筐体（筒状体であってもよい）や、透過性ガスを供給する配管は、不純物ガス（脱ガス）の少ない材料、例えばステンレス鋼、四フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン−テルフルオロ（アルキルビニルエーテル）、又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロペン共重合体等の各種ポリマーで形成することが望ましい。
また、各筐体内の駆動機構（レチクルブラインドやステージ等）等に電力を供給するケーブルなども、同様に上述した不純物ガス（脱ガス）の少ない材料で被服することが望ましい。
なお、本発明は走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装置等にも適用できることは明らかである。これらに備えられる投影光学系は、反射屈折系のみならず、屈折系や反射系であってもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小倍率のみならず、等倍や拡大であってもよい。
また、本発明では、エネルギビームとして、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する場合や、Ｋｒ２レーザ光（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光（波長１２６ｎｍ）、ＹＡＧレーザ等の高調波、又は半導体レーザの高調波等の波長が２００ｎｍ〜１００ｎｍ程度の真空紫外光にも適用できる。
また、エキシマレーザやＦ２レーザ等の代わりに、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ：分布帰環型）半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）との両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
また、本発明に係る露光装置の用途は半導体製造用の露光装置には限定されない。本発明に係る露光装置は、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
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。
また、ステージの駆動装置として平面モータを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）又は電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニット又は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。
また、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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
また、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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
以上のように、本願実施例の露光装置は、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、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には、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。
そして、上記のように露光が行われたウエハＷから、現像工程、パターン形成工程、ボンディング工程、パッケージング等を経て、半導体素子等の電子デバイスが製造される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る露光装置の構造の例を示す一部断面図である。
図２Ａは、本発明の第一実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す側面図である。
図２Ｂは、本発明の第一実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す、ウエハステージ側から見た平面図である。
図３Ａは、本発明の第二実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す側面図である。
図３Ｂは、本発明の第二実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す、ウエハステージ側から見た平面図である。
図４Ａは、本発明の第三実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す側面図である。
図４Ｂは、本発明の第三実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す、ウエハステージ側から見た平面図である。
図５は、本発明の第四実施例におけるワーキング・ディスタンス部付近の構成を模式的に示す側面図である。Background of the Invention
1. Field of use of the invention
The present invention relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method for manufacturing an electronic device such as a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device (CCD or the like), and a thin film magnetic head.
2. Description of prior art
When an electronic device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a pattern image of a mask or reticle (hereinafter referred to as a reticle) on which a pattern is formed is transferred via a projection optical system to a photosensitive material ( A projection exposure apparatus that projects onto each projection (shot) region on a substrate coated with a resist) is used. The circuit of the electronic device is transferred by exposing the circuit pattern on the substrate using the projection exposure apparatus, and is formed by post-processing.
In recent years, integrated circuits have been integrated at high density, that is, circuit patterns have been miniaturized. Therefore, the exposure illumination beam (exposure light) in the projection exposure apparatus tends to be shortened. That is, instead of the mercury lamps that have been mainstream so far, a short-wavelength light source such as a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) is used, and an exposure apparatus using a short-wavelength ArF excimer laser (193 nm). The practical application is entering the final stage. Also, for higher density integration, F 2 Development of an exposure apparatus using a laser (157 nm) is in progress.
A beam having a wavelength of about 190 nm or less belongs to the vacuum ultraviolet region and does not transmit air. This is because the energy of the beam is absorbed by substances such as oxygen molecules, water molecules, carbon dioxide molecules (hereinafter referred to as light absorbing materials) contained in the air.
In an exposure apparatus that uses exposure light in the vacuum ultraviolet region, in order to allow exposure light to reach the substrate with sufficient illuminance, it is necessary to reduce or eliminate the light-absorbing substance from the space constituting the optical path of the exposure light. Therefore, in an exposure apparatus, this space is often surrounded by a casing, and the casing is often filled with a permeable gas that transmits exposure light. In this case, for example, assuming that the total length of the optical path is 1000 mm, the concentration of the light-absorbing substance in the space constituting the optical path is practically about 1 ppm or less.
However, in the exposure apparatus, since the substrate is frequently exchanged, it is difficult to eliminate the light-absorbing substance in the space that is located between the projection optical system and the substrate in the space that forms the optical path. For example, in order to enclose this space with a casing, it is preferable to install a large casing that includes a mechanism for replacing the substrate, but in this case, the consumption of gas filled in the casing is Increasing with the size of the housing.
For this reason, in the exposure apparatus, a light-absorbing substance may be excluded from the space on the optical path by blowing a permeable gas that transmits the exposure light to the space between the projection optical system and the substrate. This technique is described in, for example, JP-A-6-260385.
However, in the above technique, the sprayed gas easily leaks around the substrate, and the leaked permeable gas may affect peripheral devices. For example, in an exposure apparatus, an interferometer system using a laser beam is often used to control the position of a stage that holds a substrate. However, when a permeable gas flows into the optical path of the interferometer, The optical path length of the laser light changes due to the difference in refractive index between the gas and the permeable gas, and the control accuracy of the interferometer system may be reduced.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an exposure apparatus that can appropriately remove a light-absorbing substance from the space between the projection optical system and the substrate without affecting peripheral devices. The purpose is to do. Another object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving the pattern accuracy.
Summary of invention
The present invention relates to an exposure apparatus for transferring a mask pattern onto a substrate with an energy beam through a projection optical system, and a gas that supplies a transmissive gas that transmits the energy beam to a space between the projection optical system and the substrate. It is characterized by comprising a supply port and an exhaust port for exhausting a gas containing a permeable gas from the space with a larger displacement than the supply amount of the permeable gas.
In this exposure apparatus, a permeable gas is supplied from the gas supply port between the projection optical system and the substrate, and a gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port. Therefore, the space between the projection optical system and the substrate is exhausted. The light-absorbing material is exhausted. In addition, since the gas containing the permeable gas is exhausted from the outside of the gas supply port to the space between the projection optical system and the substrate, leakage of the permeable gas to the periphery is prevented.
Further, since the gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port with a larger displacement than the supply amount of the permeable gas, a new absorption of the light-absorbing substance into the space between the projection optical system and the substrate. Is prevented. Therefore, the light-absorbing substance can be excluded from the space between the projection optical system and the substrate without leaking the permeable gas to the periphery.
That is, according to this exposure apparatus, the light-absorbing substance can be appropriately excluded from the space between the projection optical system and the substrate without affecting peripheral equipment.
In this case, the permeable gas supplied from the gas supply port may flow in a predetermined direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system. By allowing the permeable gas to flow in a predetermined direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system, it is possible to satisfactorily exclude the light-absorbing substance from the space between the projection optical system and the substrate.
Further, the flow of the permeable gas may be a direction toward the optical axis of the projection optical system, or may be a direction across the optical axis of the projection optical system. By setting the flow of the permeable gas in the direction toward the optical axis of the projection optical system, the pressure of the permeable gas in the space between the projection optical system and the substrate is appropriately increased, and the flow of the light-absorbing substance into the space is prevented. Is prevented. Further, by setting the flow of the permeable gas in a direction crossing the optical axis of the projection optical system, it is possible to quickly eliminate the light absorbing material newly generated from the photosensitive material applied to the substrate.
In this case, the above configuration is achieved, for example, by arranging the gas supply port toward a surface including the optical axis of the projection optical system.
The exhaust port may be provided at a position away from the gas supply port with respect to the optical axis of the projection optical system, and the exhaust port is provided so as to surround the space between the projection optical system and the substrate. A supply port may be provided between the exhaust port and the space. Thereby, the leak to the periphery of a permeable gas is prevented more reliably.
Further, the gas supply port may be disposed toward the space between the projection optical system and the substrate, and the exhaust port may be disposed toward the substrate. As a result, the pressure increases near the optical path between the projection optical system and the substrate, and the pressure decreases between the exhaust port and the substrate. Inflow of the light-absorbing substance into the space between is reliably prevented.
Further, the exhaust port may be arranged closer to the substrate than the gas supply port. As a result, the pressure between the exhaust port and the substrate is lowered, and as a result, the gas containing the permeable gas is surely exhausted from the exhaust port, and the leakage of the permeable gas to the periphery or the projection optical system and the substrate Inflow of the light-absorbing substance into the space between them is more reliably prevented.
In this case, the above configuration is achieved, for example, by providing the gas supply port on the projection optical system side in the space between the projection optical system and the substrate and providing the exhaust port on the substrate side in the space. Is done.
Further, the exhaust port may be provided in an exhaust pipe extending substantially perpendicularly toward the substrate. As a result, a flow that is substantially perpendicular to the substrate is formed near the exhaust port, and leakage of permeable gas to the periphery and absorption of light-absorbing substances into the space between the projection optical system and the substrate can be prevented more reliably. Is done.
Further, the exhaust port may be disposed closer to the substrate than the gas supply port.
Further, an exhaust pipe having an exhaust port may be arranged in an annular shape around the optical axis of the projection optical system. In this case, the above configuration is achieved, for example, by extending the exhaust pipe substantially perpendicularly to the substrate so that the exhaust port faces the substrate.
Further, a gas intake port facing the gas supply port may be provided at a position closer to the optical axis of the projection optical system than the exhaust port.
Further, at least one of the gas supply port and the exhaust port may be provided in a member constituting the projection optical system. Thereby, the gas supply port and the exhaust port can be easily arranged in a small space.
The device manufacturing method of the present invention includes a step of transferring a device pattern formed on a mask onto a substrate using the above-described exposure apparatus.
In this device manufacturing method, in the exposure apparatus, a decrease in control accuracy due to leakage of the permeable gas is prevented, so that the pattern accuracy is improved.
Preferred embodiment
Hereinafter, preferred embodiments of an exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a step-and-scan projection exposure apparatus that uses vacuum ultraviolet light as an energy beam for exposure.
FIG. 1 is a partial sectional view showing an example of the structure of an exposure apparatus according to the present invention. The exposure apparatus 10 includes an illumination optical system 21, a reticle operation unit 22, a projection optical system PL, and a wafer operation unit 23. The illumination optical system 21, the reticle operation unit 22, and the projection optical system PL are isolated from outside air (here, gas in a chamber described later) inside a box-shaped illumination system chamber 25, a reticle chamber 26, and a lens barrel 27, respectively. It is stored in a state where the sealing degree is increased. Further, the exposure apparatus 10 is accommodated in one large chamber (not shown) in which the temperature of the internal gas is controlled within a predetermined target range. A part of the illumination optical system 21 (for example, a part excluding the light source), the reticle operation unit 22, the projection optical system PL, and the wafer operation unit 23 may be housed in the chamber.
The illumination optical system 21 generates F laser light having a wavelength of 157 nm in the vacuum ultraviolet region as the exposure light source 20. 2 A laser light source is provided, and an emission end of the exposure light source 20 is attached to a lower portion of the illumination system chamber 25. An exposure light IL (energy beam) emitted from the exposure light source 20 into the illumination system chamber 25 at the time of exposure is reflected upward by the mirror 30, and an automatic tracking unit (not shown) for adjusting the optical axis deviation due to vibration or the like, Then, the light is incident on a fly-eye lens (or rod lens) 32 as an optical integrator (homogenizer) through a beam shaping optical system 31 that performs shaping of the cross-sectional shape of the illumination system and light amount control. An aperture stop (not shown) is disposed on the exit surface of the fly-eye lens 32, and the exposure light IL that has exited from the fly-eye lens 32 and passed through the aperture stop is reflected in a substantially horizontal direction by the mirror 34, and the relay lens 35. To reach the field stop (reticle blind) 36.
The surface of the field stop 36 is optically conjugate with the pattern surface of the reticle R to be exposed. The field stop 36 includes a fixed blind that defines the shape of an elongated rectangular illumination area on the pattern surface, and scanning exposure. And a movable blind that closes the illumination area in order to prevent exposure to unnecessary portions at the start and end. The exposure light IL having passed through the field stop 36 has a rectangular slit shape on the pattern surface of the reticle R via a relay lens 37, a mirror 38, and a condenser lens system 39 fixed to the tip of the illumination system chamber 25. The illumination area is illuminated with a uniform illuminance distribution. The illumination optical system 21 is configured by the exposure light source 20 to the condenser lens system 39, and the optical path of the exposure light IL in the illumination optical system 21, that is, the optical path from the exposure light source 20 to the condenser lens system 39 is sealed by the illumination system chamber 25. ing.
Due to the exposure light IL from the illumination optical system 21, an image of the pattern in the illumination area of the reticle R is passed through the projection optical system PL at a predetermined projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5, etc.). And projected onto the wafer W coated with a photosensitive material (photoresist). The wafer W is a disk-shaped substrate made of, for example, a semiconductor (silicon or the like) or SOI (silicon on insulator).
Here, the exposure light IL is F as in this example. 2 In the case of laser light, an optical glass material with good transmittance is fluorite (CaF 2 Crystal), quartz glass doped with fluorine, hydrogen, etc., and magnesium fluoride (MgF) 2 ) And the like, it tends to be difficult to obtain the desired imaging characteristics (such as chromatic aberration characteristics) by configuring the projection optical system PL with only refractive optical members. Therefore, the projection optical system PL of this example employs a catadioptric system in which a refractive optical member and a reflecting mirror are combined. In the following description, it is assumed that the direction intersecting the optical axis AX of the projection optical system PL is the X axis, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. That is, the illumination area on the reticle R in this example is a rectangle elongated in the X direction, and the scanning direction of the reticle R and the wafer W during exposure is the Y direction.
In reticle operation unit 22, reticle R is held on reticle stage 40. The reticle stage 40 continuously moves the reticle R in the Y direction in synchronism with a later-described wafer stage on a reticle base (not shown), and reduces synchronization errors in the X, Y, and rotation directions. The reticle R is finely driven. The position and rotation angle of the reticle stage 40 are measured with high accuracy by a laser interferometer (not shown), and this measurement value is constituted by a computer that controls the overall operation of the apparatus, and control information from the main control system 24. Based on the above, the reticle stage 40 is driven. A reticle operating unit 22 is configured by a reticle stage 40, a reticle base, a reticle loader (not shown), and the like, and an optical path of exposure light IL in the reticle operating unit 22, that is, an optical path from the condenser lens system 39 to the projection optical system PL. Sealed by the reticle chamber 26.
In the projection optical system PL, a plurality of optical members (optical elements) are accommodated in the lens barrel 27, and the optical path from the reticle side optical member to the wafer side optical member of the projection optical system PL is sealed in the lens barrel 27. ing.
In the wafer operation unit 23, the wafer W is sucked and held on a mounting surface made of a recess on the wafer holder 45, and the wafer holder 45 is fixed to the recess on the wafer stage 46. The wafer stage 46 continuously moves the wafer W in the Y direction in synchronization with the above-described reticle stage on a wafer base (not shown), and moves the wafer W in the X direction and the Y direction in predetermined steps. Further, the wafer stage 46 projects the surface of the wafer W by the autofocus method based on information on the position (focus position) of the surface of the wafer W in the optical axis AX direction measured by an autofocus sensor (not shown). Focus on the PL image plane. The position of the wafer stage 46 in the X and Y directions, the rotation angle around the X axis (pitching amount), the rotation angle around the Y axis (rolling amount), and the rotation angle around the Z axis (yawing amount) are: The wafer interferometer 47 is measured with high accuracy, and the wafer stage 46 is driven via the stage drive system 48 based on the measured value and the control information from the main control system 24. The movable mirror that is attached to the wafer stage 46 (wafer holder 45) and reflects the laser beam (measurement beam) from the laser interferometer 47 has a configuration composed of separate prismatic mirrors, an integral L-shape. Various configurations such as a configuration composed of the above mirrors, and a configuration in which the side surface of the wafer stage (wafer holder) is mirror-finished and used as a mirror are applicable. The wafer holder 45, the wafer stage 46, the wafer base, and the like constitute the wafer operation unit 23, and a wafer loader or the like (not shown) as a transfer system is disposed on the side of the wafer operation unit 23.
Here, since the exposure light IL of this example is vacuum ultraviolet light with a wavelength of 157 nm, oxygen (O 2 ), Water (water vapor: H 2 O), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (carbon dioxide: CO 2 ), Organic substances, and halides. On the other hand, as a gas (substance with little energy absorption) through which the exposure light IL passes, nitrogen gas (N 2 ), Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and radon (Rn). Hereinafter, the nitrogen gas and the rare gas are collectively referred to as “permeable gas”.
In the exposure apparatus 10 of this example, the gas supply device 50 absorbs less energy with respect to the vacuum ultraviolet beam in the space on the optical path, that is, in the illumination system chamber 25, the reticle chamber 26, and the lens barrel 27. The permeable gas is supplied and filled, and the atmospheric pressure is about the same as or higher than the atmospheric pressure (for example, about 1 to 10% higher than the atmospheric pressure). The gas supply apparatus 50 is installed outside the chamber in which the vacuum pumps 51A, 51B, and 51C for exhaust and the entire exposure apparatus 10 are housed, and the permeable gas is compressed or liquefied in a high purity state. The cylinder 53 and the valves 52A, 52B and 52C which are controlled to open and close are included.
Nitrogen gas can act as a light-absorbing substance for light having a wavelength of about 150 nm or less, and helium gas can be used as a permeable gas for light having a wavelength of about 100 nm or less. In addition, helium gas has a thermal conductivity about 6 times that of nitrogen gas, and the amount of change in refractive index with respect to changes in atmospheric pressure is about 1/8 that of nitrogen gas. Excellent stability and cooling performance. Since helium gas is expensive, the wavelength of the exposure beam is F 2 If it is 150 nm or more like a laser, nitrogen gas may be used as the permeable gas in order to reduce operating costs.
Further, in this example, in the working distance portion WD, that is, in the space between the tip of the projection optical system PL and the wafer W, the gas supply device 50 supplies the permeable gas, and the light-absorbing substance is supplied from the optical path. Eliminated. That is, the gas supply device 50 includes an exhaust vacuum pump 60, an exhaust pipe 61, a gas supply pipe 62, a valve 63, and the like for the working distance unit. FIG. 2A schematically shows the vicinity of the working distance portion viewed from the side, and FIG. 2B schematically shows the working distance portion viewed from the wafer stage side.
As shown in FIGS. 2A and 2B, in the working distance section WD, the gas supply port 65 of the gas supply pipe 62 is disposed so as to surround the optical axis AX of the projection optical system PL, and the exhaust pipe is provided outside the gas supply port 65. 61 exhaust ports 66 are provided. The exhaust pipe 61 and the gas supply pipe 62 constitute a space forming member surrounding the working distance part WD. The gas supply port 65 and the exhaust port 66 are provided on the projection optical system PL side and on the optical axis side of the projection optical system PL. In this example, the gas supply port 65 and the exhaust port 66 are provided at the peripheral edge of the projection optical system PL on the wafer W side of the lens barrel 27. The exhaust port 66 is provided in an annular shape so as to surround the working distance portion WD at the front end of the exhaust pipe 61 extending substantially perpendicular to the surface of the wafer W, and is opened facing the wafer W. For example, the exhaust port 66 is provided in an annular shape around the optical axis of the projection optical system PL. The gas supply port 65 is provided in an annular shape between the exhaust port 66 and the working distance portion WD, and opens toward the optical axis AX direction from the wafer W direction toward the working distance portion WD. Further, the exhaust port 66 is disposed closer to the wafer W than the gas supply port 65. In this example, the supply amount of the permeable gas, the piping shape, and the like are determined so that the gas is exhausted from the exhaust port 66 with an exhaust amount larger than the supply amount of the permeable gas. The exhaust pipe 61 and the gas supply pipe 62 are arranged so as not to block the optical path of the exposure light and the optical path of the autofocus sensor described above.
In the working distance section WD having the gas supply port 65 and the exhaust port 66, a permeable gas is supplied through the gas supply port 65 and a gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port 66. By this supply and exhaust, the working distance part WD is filled with the permeable gas. Further, since the vicinity of the exhaust port 66 has a negative pressure compared to the surroundings, the light-absorbing substance present in the working distance portion WD is exhausted from the exhaust port 66 together with the permeable gas. In this example, since the gas containing the permeable gas is exhausted from the outside of the gas supply port 65 to the working distance portion WD, the negative pressure region near the gas exhaust port 66 serves as a wall, and the permeable gas. Leakage to the surroundings is prevented. Furthermore, in this example, the gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port 66 with an exhaust amount larger than the supply amount of the permeable gas. Here, the relationship between the supply amount of the permeable gas and the exhaust amount of the gas is a relationship in which the working distance portion WD is always filled with the permeable gas, and the exhaust amount of the gas is larger than the supply amount of the permeable gas. It is in. Therefore, the permeable gas is surely exhausted from the exhaust port 66, and the light absorbing material is prevented from newly flowing into the working distance portion WD. As a result, the light-absorbing substance can be excluded from the working distance portion WD without leaking the permeable gas to the periphery. In addition, in this example, the exhaust port 66 is provided in an annular shape so as to surround the working distance portion WD, and the gas supply port 65 is provided in an annular shape between the exhaust port 66 and the working distance portion WD. Therefore, leakage of the permeable gas to the periphery is more reliably prevented.
In this example, the gas supply port 65 is provided at the peripheral edge of the lens barrel 27 on the wafer W side, and is inclined from the wafer W direction toward the optical axis AX toward the working distance portion WD. Therefore, the permeable gas supplied from the gas supply port 65 flows in a direction perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, a direction toward the optical axis AX of the projection optical system PL. When the permeable gas flows in the direction toward the optical axis AX of the projection optical system PL, the pressure of the permeable gas in the working distance portion WD is appropriately increased. Further, since the exhaust port 66 is disposed toward the wafer W and is disposed closer to the wafer W than the gas supply port 65, an appropriate pressure is applied between the exhaust port 66 and the wafer W. Lower. As a result, the light-absorbing substance is well excluded from the working distance part WD, and leakage of the permeable gas to the periphery and the inflow of the light-absorbing substance to the working distance part WD are reliably prevented. In addition, in this example, since the exhaust port 66 is provided in the exhaust pipe 61 extending substantially perpendicularly toward the wafer W, a flow substantially perpendicular to the wafer W is formed in the vicinity of the exhaust port 66. The This substantially vertical flow adds little extra directionality in the direction along the surface of the wafer W to the surrounding gas. Therefore, the leakage of the permeable gas to the periphery and the inflow of the light-absorbing substance to the working distance part WD are more reliably prevented. In this case, the effect increases because the tip of the exhaust pipe 61 protrudes from the other.
Note that the shapes and arrangement positions of the gas supply port and the exhaust port are not limited to those illustrated. For example, the gas supply port 65 and the exhaust port 66 are not limited to an annular shape, and may have other shapes, for example, a polygonal shape such as a quadrangle, a hexagon, and an octagon, and the opening width may not be constant.
3A and 3B show a second embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. In this example, unlike the example described above, the gas supply port and the exhaust port are arranged so that the permeable gas flows in a direction crossing the optical axis of the projection optical system.
3A and 3B, the exhaust port 70 is provided in an annular shape so as to surround the working distance portion WD, and the gas supply port 71 is provided in a partial region between the exhaust port 70 and the working distance portion WD. It has been. That is, in this example, the gas supply port 71 is provided only in a part of the side of the working distance section WD. Further, the gas supply port 71 is arranged toward the working distance portion WD, that is, inclined from the wafer W direction to the optical axis AX direction, and the exhaust port 70 is directed to the wafer W as in the above-described embodiment. Are arranged. In this example as well, the gas is set to be exhausted from the exhaust port 70 with a larger exhaust amount than the supply amount of the permeable gas from the gas supply port 71. Further, the shapes and arrangement positions of the gas supply port and the exhaust port are not limited to those illustrated. For example, in FIG. 3, the gas supply port 71 is formed in an arc shape, but is not limited thereto and may be rectangular. Further, the number of gas supply ports 71 is not limited to one and may be plural.
In this example, the permeable gas is supplied through the gas supply port 71 and the gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port 70 in the same manner as the above-described embodiment, so that the working distance portion WD is obtained. Is filled with the permeable gas, and the light-absorbing substance present in the working distance portion WD is exhausted from the exhaust port 70 together with the permeable gas. Thereby, the light-absorbing substance can be excluded from the working distance part WD without leaking the permeable gas to the periphery. Further, in this example, unlike the above-described embodiments, the gas supply port 71 is provided only at a part of the side of the working distance part WD, and the gas supply port 71 faces the working distance part WD. Therefore, the permeable gas supplied from the gas supply port 71 flows in a direction crossing the optical axis AX of the projection optical system PL. Therefore, by this flow, degassing including a light-absorbing substance newly generated from the photosensitive material (photoresist) applied to the wafer W can be quickly eliminated. As a result, it is possible to prevent fogging due to the degassing in the lowermost optical element of the projection optical system PL.
4A and 4B show a third embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. In this example, unlike the above-described embodiments, the gas supply port and the intake port are arranged so that the permeable gas flows in the direction crossing the optical axis near the projection optical system, and the gas supply port and the intake port are further provided. An exhaust port is disposed so as to surround the outside.
In FIG. 4A and FIG. 4B, the gas supply port 75 and the intake port 76 are arranged to face each other directly below the projection optical system PL with the surface including the optical axis AX of the projection optical system PL interposed therebetween. Both face each other in a direction perpendicular to the plane including the optical axis AX. Further, the exhaust port 77 surrounds the working distance portion WD, the gas supply port 75 and the intake port 76 outside the gas supply port 75 and the intake port 76 with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL. It is provided in an annular shape. Note that, similarly to the above-described embodiment, in this example, the gas is exhausted from the intake port 76 and the exhaust port 77 with a larger exhaust amount than the supply amount of the permeable gas from the gas supply port 75. ing. The exhaust amount from the intake port 76 may be substantially the same as the supply amount of the permeable gas.
In this example, the permeable gas is supplied through the gas supply port 75 and the gas containing the permeable gas is exhausted from the intake port 76 and the exhaust port 77 as in the above-described embodiments. The light-absorbing substance can be excluded from the working distance portion WD without leaking the permeable gas to the periphery. Further, in this example, unlike each of the above-described embodiments, the gas supply port 75 and the intake port 76 are disposed to oppose each other in the immediate vicinity of the projection optical system PL and face each other. Flows in the direction crossing the optical axis AX. Therefore, degassing including a light-absorbing substance newly generated from the photosensitive material (photoresist) applied to the wafer W can be favorably eliminated by the flow of the permeable gas. In addition, since the permeable gas flows in the immediate vicinity of the projection optical system PL, the surface of the lowermost optical element of the projection optical system PL is covered with the permeable gas to reliably prevent the light-absorbing substance from adhering to the optical element. be able to. Further, outside the gas supply port 75 and the intake port 76, the gas containing the permeable gas is exhausted through the annular exhaust port 77 centering on the optical axis AX of the projection optical system PL. Leakage around is reliably prevented. In this case, it is preferable that the exhaust amount of the intake port 76 nearest to the projection optical system PL is larger than the exhaust amount of the exhaust port 77. For example, the exhaust amount of the exhaust port 77 is about 40 of the permeable gas supply amount. In the case of%, the exhaust amount of the intake port 76 is set to about 80% of the supply amount of the permeable gas. Since the exhaust amount of the intake port 76 is larger than the exhaust amount of the exhaust port 77, the flow of the permeable gas across the optical axis direction in the immediate vicinity of the projection optical system PL is well formed and maintained. The ratio of the flow rate exhausted from the intake port 76 and the exhaust port 77 can be arbitrarily set, and is not limited to the above. Further, the exhaust port 77 is not limited to a quadrangular shape, but may have another shape, for example, a circular shape or a polygonal shape such as a hexagonal shape or an octagonal shape.
3A to 4B, when the flow of the permeable gas is asymmetric with respect to the optical axis (when the permeable gas flows so as to cross the optical axis), the scanning direction of the wafer stage The flow of permeable gas may be set according to the stepping direction. That is, the arrangement positions of the gas supply port and the exhaust port may be determined according to the scanning direction or the stepping direction of the wafer stage. In this case, for example, the gas supply port and the exhaust port may be arranged side by side in the scanning direction so that the permeable gas flows in the same direction as the scanning direction. This makes it possible to maintain a favorable working distance atmosphere during the scanning movement of the wafer stage.
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. In this example, unlike the above-described embodiments, the gas supply port and the exhaust port are provided in a member constituting the projection optical system.
In FIG. 5, a gas supply port 80 and an exhaust port 81 are provided in a part of the lens barrel of the projection optical system PL. The relationship between the shape and the arrangement position of each other is the same as the example shown in FIGS. 2A and 2B, for example. That is, the exhaust port 81 is provided in an annular shape so as to surround the working distance portion WD, and the gas supply port 80 is provided in an annular shape between the exhaust port 81 and the working distance portion WD. Note that this shape can also be applied to other examples.
In this example, the permeable gas is supplied through the gas supply port 80 and the gas containing the permeable gas is exhausted from the exhaust port 81 in the same manner as in the above-described embodiments. The light-absorbing substance can be excluded from the working distance part WD without leaking to the periphery. Further, in this example, unlike each of the above-described embodiments, the gas supply port 80 and the exhaust port 81 are provided in the lens barrel of the projection optical system PL. The mouth 81 can be easily arranged. Thereby, space saving and weight reduction can be achieved. When the gas flows through the members of the projection optical system PL, the projection optical system PL vibrates due to the gas flow, which may cause a decrease in pattern accuracy. Therefore, it is preferable to prevent or suppress the occurrence of vibration by smoothing the gas flow, such as by providing a rectifying plate at the gas supply port or exhaust port. Note that the shapes and arrangement positions of the gas supply ports and the exhaust ports provided in the members of the projection optical system are not limited to those shown in FIG. The member for providing the gas supply port and the exhaust port is not limited to the lens barrel, and may be another member (for example, an optical element) in the projection optical system.
As mentioned above, although the suitable Example concerning this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It is obvious for a person skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the appended claims. It is understood that it belongs to the range.
In each of the above-described embodiments, the gas supply port and the exhaust port have been mainly described. However, a rectifying plate, a guide, and the like may be appropriately provided in order to make the flow of the permeable gas a desired state.
In addition, concentration management may be performed, for example, by installing a densitometer that measures the concentration of the light-absorbing substance in the working distance section and adjusting the supply amount of the permeable gas based on the measurement result.
Further, degassing including a light-absorbing substance from the photosensitive material (photoresist) applied on the wafer varies in amount and type depending on the type and temperature of the photosensitive material. In this case, the amount and type of degassing from the photosensitive material should be investigated in advance, and the supply amount of the permeable gas should be adjusted by the photosensitive material. As a result, it is possible to reliably eliminate the optical material from the working distance portion, while suppressing the consumption of the expensive permeable gas in general to the minimum necessary.
Further, in order to exclude the light-absorbing substance from the optical path, it is preferable to take a measure to reduce the amount of degassing from the surface of the structural material in advance. For example, (1) the surface area of the structural material is reduced, (2) the surface of the structural material is polished by a method such as mechanical polishing, electrolytic polishing, val polishing, chemical polishing, or GBB (Glass Beads Blasting). (3) Clean the surface of the structural material by techniques such as ultrasonic cleaning, spraying of fluids such as clean dry air, vacuum heating degassing (baking), etc. (4) removing hydrocarbons and halides There are methods such as not including the electric wire coating material, sealing member (O-ring, etc.), adhesive, etc. as much as possible in the optical path space.
In addition, the casing (which may be a cylindrical body) that constitutes the cover of the wafer operation unit from the illumination system chamber and the piping that supplies the permeable gas are made of a material that has little impurity gas (degassing), such as stainless steel. , Tetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-terfluoro (alkyl vinyl ether), or a tetrafluoroethylene-hexafluoropropene copolymer.
In addition, it is desirable that the cables for supplying power to the drive mechanisms (reticle blinds, stages, etc.) in each housing are also covered with the above-described material with little impurity gas (degassing).
It is apparent that the present invention can be applied not only to a scanning exposure type projection exposure apparatus but also to a batch exposure type (stepper type) projection exposure apparatus. The projection optical system provided in these may be not only a catadioptric system but also a refractive system or a reflective system. Furthermore, the magnification of the projection optical system may be not only a reduction magnification but also an equal magnification or enlargement.
In the present invention, when an ArF excimer laser beam (wavelength 193 nm) is used as the energy beam, 2 Laser light (wavelength 146 nm), Ar 2 The present invention can also be applied to vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 200 nm to 100 nm, such as laser light (wavelength 126 nm), harmonics such as YAG laser, or semiconductor laser harmonics.
Excimer laser and F 2 Instead of a laser or the like, a single wavelength laser in an infrared region or a visible region oscillated from a DFB (Distributed feedback) semiconductor laser or a fiber laser is used, for example, erbium (Er) (or erbium and ytterbium (Yb )) And harmonics that are amplified with a fiber amplifier doped with the above and then converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal.
The application of the exposure apparatus according to the present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor. The exposure apparatus according to the present invention can be widely applied to, for example, an exposure apparatus for liquid crystal that exposes a liquid crystal display element pattern on a square glass plate, and an exposure apparatus for manufacturing a thin film magnetic head.
When a linear motor is used for the wafer stage or reticle stage, either an air levitation type using air bearings or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force may be used. The stage may be a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not have a guide.
When a planar motor is used as the stage drive device, either the magnet unit (permanent magnet) or the armature unit is connected to the stage, and the other of the magnet unit or armature unit is connected to the stage moving surface (base). Should be provided.
Further, the reaction force generated by the movement of the wafer stage may be released mechanically to the floor (ground) using a frame member as described in JP-A-8-166475. The present invention can also be applied to an exposure apparatus having such a structure.
The reaction force generated by the movement of the reticle stage may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member as described in JP-A-8-330224. The present invention can also be applied to an exposure apparatus having such a structure.
As described above, the exposure apparatus according to the embodiment of the present application maintains various mechanical subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. To ensure these various accuracies, before and after this assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection, and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
Then, an electronic device such as a semiconductor element is manufactured from the wafer W that has been exposed as described above, through a development process, a pattern formation process, a bonding process, packaging, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view showing an example of the structure of an exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2A is a side view schematically showing a configuration in the vicinity of a working distance portion in the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a plan view seen from the wafer stage side, schematically showing the configuration in the vicinity of the working distance portion in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a side view schematically showing the configuration in the vicinity of the working distance portion in the second embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a plan view seen from the wafer stage side, schematically showing the configuration in the vicinity of the working distance portion in the second embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a side view schematically showing a configuration in the vicinity of a working distance portion in the third embodiment of the present invention.
FIG. 4B is a plan view seen from the wafer stage side, schematically showing the configuration in the vicinity of the working distance portion in the third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view schematically showing the configuration in the vicinity of the working distance portion in the fourth embodiment of the present invention.
