JPH06168866A - 液浸式投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用する露光光源の波長に関わらずどの波長
でもそれぞれの波長に応じた効果を期待できる低コスト
でかつ生産性の高い露光装置、さらには従来のプロセス
技術を生かせる露光装置を提供する。 【構成】 原版のパターンを照明する照明手段、基板を
保持する保持手段、および照明手段によって照明される
原版のパターン像をこの保持手段によって保持された基
板上に投影する投影光学系を備えた投影露光装置におい
て、投影光学系の基板表面に対向する光学素子を、投影
光学系本体とは分離しており、かつ相互に平行な２つの
表面を有する平板状素子とし、この平板状素子とこれに
対向する基板との間に液体を充填するための閉空間を構
成する容器を具備し、平板状素子はこの容器の上部を構
成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置、特に
半導体製造工程においてウエハ等の基板上に微細な回路
パターンを露光するための液侵式投影露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化が進み、従来、露光
光源として高圧水銀灯のｇ線から、より波長の短いｉ線
へと移行してきた。そしてより高解像力を必要とするた
め、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくしなければな
らず、そのため、焦点深度はますます浅くなる傾向にあ
る。これらの、関係は一般に良く知られているように、
次式で表すことができる。

【０００３】（解像力）＝ｋ_１ （λ／ＮＡ） （焦点深度）＝±ｋ_２ λ／ＮＡ^２ ここに、λは露光に使用する光源の波長、ＮＡは投影レ
ンズのＮＡ（開口数）、ｋ_１ ，ｋ_２ はプロセスに関
係する係数である。

【０００４】近年では、従来の高圧水銀灯のｇ線、ｉ線
から、より波長の短いエキシマレーザと呼ばれる（Ｋｒ
Ｆ，ＡｒＦ）光源、更には、Ｘ線による露光、あるいは
電子ビーム（ＥＢ）による直接描画も検討されている。
また、一方では、位相シフトマスク、あるいは変形照明
などによる高解像力、高深度化の検討もなされ、実用さ
れ始めている。

【０００５】また、光学式顕微鏡の解像力をあげる方法
としては、従来から、対物レンズと試料の間を高屈折率
の液体で満たす、所謂、液浸法が知られている（例え
ば、Ｄ．Ｗ． Ｐｏｈｌ， Ｗ． Ｄｅｎｋ ＆ Ｍ．
Ｌａｎｚ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．
４４６５２ （１９８４）） 。この効果を半導体素子
の微細回路パターンの転写に応用した例としては、Ｈ．
Ｋａｗａｔａ， Ｊ．Ｍ． Ｃａｒｔｅｒ， Ａ．
Ｙｅｎ， Ｈ． Ｉ． Ｓｍｉｔｈ， Ｍｉｃｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ９（１９
８９） 、あるいは、Ｔ． Ｒ． Ｃｏｒｌｅ， Ｇ．
Ｓ． Ｋｉｎｏ， ＵＳＰ ５，１２１，２５６
（Ｊｕｎ ９，１９９２） がある。また、Ｔａｂａｒ
ｅｌｌｉ，Ｗｅｒｎｅｒ Ｗ．， Ｄｒ．， ＥＰ ０
０２３ ２３１ Ａ１ （０４．０２．１９８１）
は、Ｘ、ＹおよびＺ方向に移動可能なステージ上に、液
浸のための容器を載せ、その中にウエハ、ウエハチャッ
クおよび液体を入れ、これらを移動させて露光する構成
を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エキシ
マレーザ、Ｘ線、ＥＢを利用する方法は、装置コストが
高くなり、位相シフトマスク、変形照明等を利用する方
法は、回路パターンによっては効果が期待できない場合
もある等の問題を抱えている。

【０００７】また、前記Ｄ．Ｗ． Ｐｏｈｌ らの論文
は、露光における液浸の効果を検討したものであるが、
実用的な半導体露光装置としての構成を論じていない。
また、前記ＵＳＰ ５，１２１，２５６ は、液浸レン
ズをウエハの表面近くに置く方法を開示しているに過ぎ
ない。

【０００８】また、前記ＥＰ ０ ０２３ ２３１の方
法によると、移動させる部分の重量が重くなり、スルー
プット（生産性）が悪くなることは否めない。ＥＰ ０
０２３ ２３１はさらに、液体の温度をコントロール
するために、容器に液体の循環のための配管を接続する
方法も開示しているが、このような容器を移動させるよ
うな構成では、配管の材料を柔らかいものを使用したと
しても、今日の半導体素子の微細化を考えると、ステー
ジの位置決め精度に悪影響を及ぼすことは十分考えられ
る。加えて、上面が解放された容器に液体を入れて、こ
れをステップ・アンド・リピート動作させることは、液
体の流動や流出を招くために、高速でステージ移動させ
ることは困難であり、製造装置としての生産性の低下を
余儀なくされる。

【０００９】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、ｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ等の
使用する露光光源の波長に関わらずどの波長でもそれぞ
れの波長に応じた効果を期待できる低コストでかつ生産
性の高い露光装置、さらには従来のプロセス技術を生か
せる露光装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、レチクル等の原版のパターンを照明する照
明手段、ウエハ等の基板を保持する保持手段、および照
明手段によって照明される原版のパターン像をこの保持
手段によって保持された基板上に投影する投影光学系を
備えた投影露光装置において、投影光学系の基板表面に
対向する光学素子を、投影光学系本体とは分離してお
り、かつ相互に平行な２つの表面を有する平板状素子と
し、この平板状素子とこれに対向する基板との間に液体
を充填するための閉空間を構成する容器を具備し、平板
状素子はこの容器の上部を構成していることを特徴とし
ている。

【００１１】また、通常は、投影光学系による投影像に
対する原版の水平方向の位置関係を検出するアライメン
ト計測系、投影光学系のフォーカス位置と原版の上下方
向の位置との位置関係を検出するフォーカス位置検出
系、および、これら検出系の検出結果に基き原版上のパ
ターンを前記投影像に合致させるために保持手段をＸ、
Ｙ、θおよびＺ方向に移動させならびに傾ける手段、前
記容器を保持手段上に搬入しおよび搬出する搬送手段、
前記閉空間への液体の充填を前記保持手段上で、あるい
は前記保持手段上とは異なる位置において行う手段を有
する。

【００１２】また、原版が前記容器の底部を構成する場
合と、保持手段の原版を直接保持する部分が分離してお
り、この部分が前記容器の底部を構成しかつ保持手段の
他の部分がこの容器を保持する場合とがある。いずれの
場合においても、原版は通常、前記容器から着脱可能で
ある。

【００１３】さらに前記容器は、それが構成する前記閉
空間を陽圧または負圧にし得る構造を有し、一部が低熱
膨張材料で構成され、一部が断熱材で覆われ、外壁面の
うち少なくとも隣接する２面が前記アライメント検出系
の測長用の参照ミラーを構成し、前記平板状素子が着脱
可能であり、内部に液体を注入しおよび排出するための
バルブ付きの配管を備え、前記保持手段上に配置する際
の基準マークあるいは前記保持手段の他の部分に位置決
めする際の基準となる部材を有し、そして、基板を取り
出し得るように開閉可能であるのが好ましい。

【００１４】さらに、前記充填された液体については、
液体の圧力を検出するための圧力計、液体の圧力を制御
する手段、液体の圧力を負圧にするための真空ポンプ、
液体の温度を計測するための温度計、液体の温度を制御
する手段、液体を超音波加振する手段、液体の液体を前
記閉空間内に流入させおよび排出させるためのポンプ、
液体をろ過させるろ過装置、液体を注入する際に前記容
器を斜めもしくは垂直にし下方から注入を行う手段など
を備えるのが好ましい。

【００１５】また、前記閉空間への液体の充填は、露光
とは無関係のタイミングで行うようにしてもよい。ま
た、保持手段が前記容器の底部を構成している場合は、
それに設けられた、原版を真空吸引により保持するため
の管路を介して液体が流入するのを防止する開閉可能な
シャッタを有する。また、前記容器に対する必要な電気
的接続および空圧あるいは真空的な連通を行う手段を有
する。さらに、前記容器内に露光に際しての照度むらを
測定する照度むら測定器などを有するのが好ましい。

【００１６】

【作用】本発明は、投影光学系を構成する対物レンズの
一部を、液体を充填した容器の側に構成し、この容器と
ともに原版を露光位置に搬送し、あるいはこの容器の搬
送、原版の搬送および液体の充填を露光位置で行い、露
光するという発想の転換により、現在開発されている生
産設備としての投影露光装置を僅か変更するだけで簡単
に従来例の諸欠点を改良できるようにしたものである。

【００１７】本発明は、上記構成により、液浸の効果を
利用するものであるが、ここで言う「液浸の効果」と
は、λ_０ を露光光の空気中での波長とし、図１０に示
すようにｎを液浸に使用する液体２３の空気に対する屈
折率、αを光線の収束半角とし、ＮＡ_０ ＝ｓｉｎαと
すると、液浸した場合、前述の解像力、および焦点深度
は、次式のようになることを意味する。

【００１８】 （解像力）＝ｋ_１ （λ_０ ／ｎ）／ＮＡ_０ （焦点深度）＝±ｋ_２ （λ_０ ／ｎ）／（ＮＡ_０ ）^２ すなわち、液浸の効果は波長が１／ｎの露光波長を使用
するのと等価である。言い換えると、同じＮＡの投影光
学系を設計した場合、液浸により、焦点深度をｎ倍にす
ることができる。これは、あらゆるパターンの形状に対
しても有効であり、さらに、現在検討されている位相シ
フト法、変形照明法などと組み合わせることも可能であ
る。この効果を生かすためには、液体の純度、均一性、
温度などの精密な管理が必要であり、ステップ・アンド
・リピート動作でウエハ上に逐次露光していく露光装置
では、動作中に発生する液体の流動や振動を極力少なく
すること、ウエハを液体に搬入する際のウエハ表面に残
留する気泡をいかにして除去するかなどが問題になる。

【００１９】本発明では、実施例でも詳細に説明するよ
うに、これらの諸問題を解決するための構成を有し、液
浸の効果を十分生かせる生産機械としての液浸式露光装
置が提供される。従来、２５６Ｍｂｉｔ〜１Ｇｂｉｔの
ＤＲＡＭの生産では、Ｘ線、あるいは電子ビーム（Ｅ
Ｂ）を用いた露光装置が必要と考えられていたが、本発
明によって、ｉ線、あるいはエキシマレーザを光源とす
る従来のステッパを用い、かつ従来の製造プロセスを流
用することができ、技術的に確立された製造プロセス
で、コスト的にも有利な生産が行われる。さらに本発明
は、ウエハ上に付着するコンタミネーションの問題も解
決し、プロセスを経て平面度の劣化したウエハに対する
平面矯正も行えるなどの利点があり、ますます微細化す
る半導体素子の製造において、有利な装置を提供するも
のである。以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００２０】

【実施例】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例に係る液侵式投影露光装置
の模式的な側面図である。この装置は、同図に示すよう
に、予めカセット９に収納され、液浸されたウエハを、
搬送して露光するものである。

【００２１】これらの図において、１はレチクル、３は
レチクル１上の回路パターンを感光剤を塗布したウエハ
上に投影するためのシャッタおよび調光装置等を備えた
照明光学系、４はそのような投影を行う投影光学系、５
はレチクル１を保持して所定の位置に位置決めするため
のレチクルステージ、６はレチクル１を位置決めするた
め、およびレチクル像をウエハ上に既に転写されている
回路パターンに合致させるためのアライメント光学系で
ある。７は投影光学系４のウエハの表面に対向するレン
ズであり、これを第２の光学素子と呼ぶことにする。こ
の第２の光学素子７は、図２に示すように、平行平面ガ
ラスで構成される。これは、第２の光学素子７を投影光
学系４から分離し、ウエハステージで移動可能なカセッ
ト９の一部に構成する上で重要である。また、第２の光
学素子７のウエハ２に対向する面を平面にすることは、
液侵する際に、第２の光学素子７表面に空気層や気泡が
残らないようにするために重要である。また、液浸され
る光学素子７の表面およびウエハ上の感光剤の表面は、
液浸に使用する液体と浸和性のあるコーチングを施すこ
とが望ましい。また、図２に示すように、第２の光学素
子７およびウエハ２とカセット９の間には液体２３の漏
れを防ぐため、およびカセット９の気密を保たたせるた
めのシール８が設けられている。

【００２２】１０はカセット９をストックするカセット
ストッカである。１１−１〜１１−３はカセットストッ
カ１０からカセット９を搬入しウエハステージ上にセッ
トするためのカセット搬送装置およびカセットの粗位置
決め装置の一部もしくは全体である。すなわち１１−１
はカセット９の搬送を行うためのカセット搬送装置、１
１−２はカセット位置粗検出機構（通常、プリアライメ
ント機構と呼んでいる）、１１−３はカセット９送り込
み用のハンドである。１２はカセット９底部に装着され
たウエハをカセットごと保持するためのウエハチャッ
ク、１３はカセット９に入ったウエハを所定の位置に位
置決めするためのＸＹステージ、１４はＸＹステージ１
３上に配置され、ウエハのθ位置の補正機能、Ｚ位置の
調整機能、ウエハの傾きを補正するためのチルト機能を
有する微動ステージ、１５はステージ位置を計測するた
めのレーザ干渉計、１６は微動ステージ１４の上面にＸ
およびＹ方向に取り付けられ（Ｙ方向は不図示）、レー
ザ干渉計１５の光を反射させるための参照ミラーであ
る。

【００２３】カセット９の周囲には、外部との熱伝導を
遮断して温度を維持するための断熱材１７が設けられて
いる。断熱材１７は、カセット９自体を断熱効果のある
材料、例えばエンジニアリングセラミックで構成すれ
ば、不要である。さらに、カセット９の材質を低熱膨張
材、例えばゼロジュール、スーパーインバー（いずれも
商品名）等を使用し、レーザ干渉計１５の参照ミラー１
６をその側面に構成すれば、計測精度の向上も期待でき
る。さらにこの場合、カセット９の上面でかつウエハ表
面から離れた位置に取り付けられた第２の光学素子７の
表面に塵埃が付着しても、ウエハ表面には転写されにく
くなるので、ウエハの搬送時に表面に付着する塵埃、コ
ンタミネーション等の問題も解決でき、ますます微細化
する半導体素子の製造において有利である。

【００２４】露光に際しては、まず、図２に示すように
あらかじめ感光剤を塗布してあるウエハ２を装着し内部
を液浸のための液体２３で満たしたカセット９をカセッ
ト搬送装置１１−１を用いてカセットストッカ１０から
取り出し、カセット位置粗検出機構１１−２に載せ、粗
位置決めした後に、ハンド１１−３でカセット９をハン
ドリングし、ウエハステージ上のウエハチャック１２上
に移動し、そして位置決めして吸着固定する。次に、通
常のウエハの露光装置と同様に、ウエハ２の精密位置決
め（アライメント、フォーカスなど）をしてから、露光
を行う。このとき、ステップ・アンド・リピート動作に
より、液体２３の流動が発生するが、第２の光学素子７
とウエハ２の表面の間隔が数ｍｍから数十ｍｍ程度であ
り、液体２３が粘性を有することから、比較的短時間
で、カセット９内における液体２３の流動はなくなる。
カセット９の外周は、断熱材で覆ってあるため、通常、
１枚のウエハを処理する時間程度は、一定温度を保つこ
とが可能であり温度制御をする必要はない。ウエハ２の
全面の露光が完了すると、搬出ハンド１１−４で、ウエ
ハチャック１２上のカセット９をハンドリングして、他
方のカセットストッカ１０に収納する。

【００２５】図２は、カセット９内部を負圧にしてウエ
ハ２をカセット９に装着し内部を液浸のための液体２３
で満たしたカセット９に固定するためのカセット液浸処
理装置を示す模式的な断面図である。また、図３は、カ
セット９内部を陽圧にして、ウエハ２をカセット９に固
定する場合の断面図である。このような装置を前記投影
露光装置に併置して、ウエハの処理をすることも可能で
ある。

【００２６】このカセット液浸処理装置は、図２に示す
ように、液体２３の温度を測定する温度計１８、この出
力に基き液体２３の温度を調整する温度コントローラ１
９、液体２３の量を制御するとともに温度制御された液
体２３を循環させる機能および液体２３の圧力をコント
ロールする機能も備えた循環ポンプ２０、液体２３中の
不純物をろ過するためのフィルタ２１、液体２３を均質
にするとともにウエハ２表面や第２の光学素子７の表面
に気泡が付着するのを防ぐ目的で設置された超音波加振
装置２２、カセット９の内部を負圧にして液体２３中の
気泡を除去するための真空ポンプ２４、真空ポンプ２４
に接続されたバルブ２５−１、液体２３の配管系に接続
されたバルブ２５−２および２５−３、第２の光学素子
７を固定するための金具２６、および、カセット９の内
圧を測定するための圧力計２７を備える。

【００２７】図４はこのカセット液侵処理装置に用いら
れる搬送手段等を示す模式図である。図４において、２
８はウエハストッカ、２９はウエハストッカ２８からウ
エハを搬出し、ウエハ粗位置決め装置３０に送るための
ウエハ搬入ハンド、３１はカセットストッカ１０からカ
セット９を取り出して所定の位置に移動するためのカセ
ット搬出ハンド、３２はカセット９を固定し、各種の配
管およびセンサなどをカセット９に自動的に接続するた
めのカセットチャックおよびウエハ２を固定するウエハ
チャックを具備するカセットステーション、３３はカセ
ットステーション３２を傾けるための機構、３４は位置
決めしたウエハ２をウエハチャック１１２上に移動する
ためのウエハ移動ハンドである。

【００２８】図５は露光処理が終了したカセット９の後
処理を行うための構成を示す模式図である。同図におい
て、３６は露光処理が終了したカセット９内の液体２３
を搬出する機構を有する後処理ステーション、３５は露
光を終了したカセット９を後処理ステーション３６に移
動するためのカセット搬出ハンド、３８はウエハ２をカ
セット９から取り出し、ウエハストッカ２８に搬送する
ためのハンド、そして３９は空になったカセット９をカ
セットストッカ１０に収納するためのハンドである。

【００２９】液侵処理に際しては、図４に示すように、
まず、ウエハストッカ２８から感光剤を塗布したウエハ
２を、ウエハ搬入ハンド２９で取り出し、ウエハ粗位置
決め装置３０に載せて、ウエハ２の粗位置決めを行う。
これにより位置決めしたウエハ２を、ウエハ移動ハンド
３４でカセットステーション３２上のウエハチャック上
に位置決めし、真空吸着する。次に、カセットストッカ
１０から、カセット搬出ハンド３１で空のカセットを取
り出し、カセットステーション３２上のウエハチャック
１１２にセットする。この状態で、各種の配管と、各種
のセンサを、ウエハチャック１１２等を介してカセット
９に結合する。これにより、ウエハ２もカセット９の底
部に位置決めされることになる。次に、機構３３を動作
させて、カセット９をカセットステーション３２ごと斜
めに傾け、あるいは垂直に立てる。そして、循環ポンプ
２０を動作させ液体２３をカセット９内に送り込み、液
量が一定の量になると循環ポンプ２０を停止させる。

【００３０】このとき、ウエハカセット９内の上部には
空気が僅かに残る可能性があるためその部分には真空ポ
ンプ２４が接続されており、これを作動させて、液体２
３中に混入している空気を除去する。このとき、超音波
加振装置２２を作動させてカセット９の内壁およびウエ
ハ２表面に付着した小さな気泡を除去するようにすれ
ば、より短時間に液体２３を均一にすることができる。
カセット９内の空気を除去すると、カセット９に組み込
まれている真空ポンプ用バルブ２５−１を閉じ、循環ポ
ンプ２０を再び動作させて、液体２３をカセット９内に
満たし、圧力計２７で内圧を計測しながら僅か減圧す
る。この、ウエハ２をカセット９底部に固定するための
減圧量は、大気圧の０．９９〜０．８０倍程度で十分で
ある。内圧が所定の圧力になった時点で、循環ポンプ２
０を停止させ、カセット９内の各々の配管に組み込んで
あるバルブ２５−２および２５−３を閉じる。この状態
で、カセットステーション３２を水平に戻し、液浸が完
了したカセット９をカセット搬送ハンド３１でカセット
ストッカ１０に収納する。

【００３１】以上の動作を順次繰り返し、ウエハ２を液
浸状態にセットをする。この装置を図１の露光装置に組
み込む場合は、液浸されたカセット９をカセット送込み
ハンド１１−３でウエハステージ上のウエハチャック１
２に直接搬送しても良い。このような構成にすると、図
１のカセット搬送装置１１−１およびカセット位置粗検
出機構１１−２は、それぞれ、カセット搬送ハンド３１
とカセットステーション３２で置き換えることができ
る。

【００３２】また、露光を終了したカセットの回収は、
図１の搬出ハンド１１−４の代わりに、カセット搬出ハ
ンド３５を使用し、後処理ステーション３６に載せ、液
体の搬出機構で液体２３を除去した後に、ハンド３８で
カセット９を開け、ウエハ２を取り出し、ウエハストッ
カ２８に収納する。空のカセットは、ハンド３９でカセ
ットストッカ１０に収納する。

【００３３】なお、この図２〜図５の装置は、図１の露
光装置とは、独立した単独の装置として構成することも
可能である。また、ここでは、液体２３をカセット９に
流入させる際に、カセット９を斜め、もしくは垂直に立
て、下方から液体を満たすような構成にしてあり、内部
に気泡が残留しないような工夫がなされているととも
に、液体中の気泡除去の目的で、超音波加振装置２２、
真空ポンプ装置２４などが用いられているため、より効
果的に気泡の残留が防止される。また、後処理ステーシ
ョン３６上でカセット９からウエハ２を搬出した後に、
エアブローを行う装置４０を介して、ウエハ２を乾燥さ
せることも可能である。

【００３４】実施例２ 図６は本発明の第２の実施例に係る液侵式投影露光装置
のカセットチャック部分を示す断面図である。この装置
では、カセット９内にウエハチャック６０１が設けられ
ており、微動ステージ１４（図１）上には図１の装置に
おけるウエハチャック１２の代わりに、カセット９をバ
キューム吸着によって位置決めし固定するためのカセッ
トチャック６１２を備える。この場合、カセット９は、
ウエハ２を出し入れするための開閉機構６３１を有し、
これにより第２の光学素子７が着脱可能な構成となって
いる。また、カセットチャック６１２には、カセット９
を位置決めするための位置決めピン６１７が３か所に埋
め込まれている。他の部分の構成は図１の装置の場合と
同様であり、また、露光も、予め液侵してあるカセット
９を用い、同様にして行われる。

【００３５】実施例３ 図７は本発明の第３の実施例に係る液侵式投影露光装置
のカセットチャック部分を示す断面図である。この装置
では、カセット９の底面がウエハチャック６０１を構成
しており、ウエハチャック６０１がカセット９本体と分
離できるようになっている。この分離によりウエハ２の
出し入れが可能となっている。他の構成は図６の場合と
同様である。

【００３６】実施例４ 図８は本発明の第４の実施例に係る液侵式投影露光装置
のカセットチャック部分を示す断面図である。この装置
では、カセットチャック６１２上にカセット９を搬送し
固定してから液侵が行われる。図８において、８０１は
カセット９内の液体２３の高さを測定するための液面ゲ
ージ、８０３は液体２３の屈折率を測定するための測定
器、８０５はカセット９とカセットチャック６１２を電
気的に結合するためのコネクタ、８０７は真空ポンプ２
４に接続されたバルブ、６０１はカセット９の底面を構
成するとともにカセット９本体から分離可能なウエハチ
ャック、６３１はウエハチャック６０１を分離してウエ
ハ２を出し入れするための開閉機構である。なお、他の
図における要素と同様の部分は同じ符号を付してある。

【００３７】この構成において、カセット９は実施例１
の場合と同様にしてカセットチャック６１２上に搬送
し、バキューム吸着によって位置決め固定する。これに
よってカセット９とカセットチャック６１２とが結合す
ると、同時に、前記各種センサや、真空ポンプ装置２４
や循環ポンプ２０等からの配管系が自動的に接続される
ので、温度コントローラ１９で一定温度に制御された液
侵用の液体２３を循環ポンプ２０によってカセット９内
にフィルタ２１を介して送り込む。液体２３を所定量送
り込むと、液面ゲージ８０１がこれを検知するので、こ
れに基きポンプ２０を停止する。

【００３８】次に、カセット９上部近傍に接続してある
真空ポンプ２４を動作させ、液体２３中の気泡を除去す
る。これと同時に、超音波加振装置２２を動作させて、
液体２３中の気泡、ウエハ２表面に付着した気泡、およ
び第２の光学素子７表面に付着した気泡も除去する。こ
の超音波加振は、液体２３自体を均一にする効果も有し
ており、振動の振幅が小さく、周波数が高いために、ウ
エハの位置決めあるいは露光には影響しない。

【００３９】気泡を除去し終わると、真空ポンプ２４を
停止し、バルブ８０７を閉じるとともに、加圧・循環ポ
ンプ２０を動作させ、液体２３の加圧を始める。これに
より圧力計２７が所定の圧力になったことを検出する
と、温度計１８によって液体２３の温度の常時監視を開
始し、所定の温度から外れたときは再度加圧・循環ポン
プ２０を動作させ、一定温度の液体２３を循環させる。
このとき、液体２３の循環により液体２３の流動が起こ
り、液体２３の均一性が崩れる。したがって、屈折率測
定器８０３で均一性の測定を行い、均一性を確認してか
ら露光を行う。

【００４０】露光は上述と同様にして行うが、ステップ
・アンド・リピート動作による液体２３の流動の影響を
防止するため、各ショット毎にステップ移動後に遅延時
間をとるか、あるいは屈折率測定器８０３で流動状態を
測定し、流動が停止した時点でシーケンスを継続させる
ようにすれば良い。また、加圧した液体２３の圧力によ
ってウエハチャック６０１上のウエハ２の平面矯正能力
を増加させることも可能である。

【００４１】露光終了後は、循環ポンプ２０を動作さ
せ、カセット９内部の液体２３を排出し、ウエハチャッ
ク６０１内のシャッタを閉じてから、上述と同様にして
カセット９をウエハストッカ１０に収納することによ
り、ウエハ１枚の露光処理を終了する。

【００４２】実施例５ 図９は本発明の第５の実施例に係る、液侵処理装置を露
光装置に付加するための構成を示す模式図である。この
構成は、図６や図７に示すようなウエハチャック内蔵型
のカセットを使用する場合に適用される。図４のものと
異なるのは、カセットハンド３１の代わりにカセット９
の開閉機構をも有するカセットハンド９０１を用い、ウ
エハチャック１１２の代わりに、カセットチャック９０
３を備え、ハンド３４はウエハをカセットチャック９０
３上のカセット９内に入れるように構成されているとい
う点である。

【００４３】この構成において、液侵を行うには、ま
ず、カセットストッカ１０からカセットハンド９０１で
空のカセット９を取り出し、カセットチャック９０３上
にセットする。この状態で、図８で説明したと同様に各
種配管と各種センサが結合される。これと同時に、カセ
ットハンド９０１のカセット開閉機構によりカセット９
を開き、ウエハストッカ２８から感光剤を塗布したウエ
ハ２をハンド２９で取り出し、ウエハ粗位置決め機構３
０上に載せ、粗位置決めを行う。粗位置決めされたウエ
ハ２をハンド３４でカセット９内のウエハチャック上に
位置決めし、真空吸着する。次に、カセットハンド９０
１でカセット９を閉じ、ロックしてから、カセット９を
カセットステーション３２ごと斜めに傾けあるいは垂直
に立てる。次に、上述と同様にして、液体２３をカセッ
ト９内に送り込み、液体２３中の空気の除去を行ない、
そして加圧する。所定の圧力に達したら循環ポンプを停
止してカセット９内に組み込んである各配管のバルブを
閉じる。そしてカセットステーション３２を水平に戻
し、液侵の完了したカセット９をカセットハンド９０１
でカセットストッカ１０に収納する。

【００４４】この場合も、図４で説明したのと同様にし
て図１の露光装置に組み込むことができる。また、露光
後の後処理は、図５での説明と同様にして行うことがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
侵の作用を従来の露光装置に対し、極めて容易に導入す
ることができ、したがって、ｇ線、ｉ線、あるいはエキ
シマレーザ等の使用する露光光源の波長に関わらずどの
波長でもそれぞれの波長に応じた解像度向上および焦点
深度の向上の効果を期待できる低コストでかつ生産性の
高い露光装置、さらには従来のプロセス技術を生かせる
露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る液侵式投影露光
装置の模式的な側面図である。

【図２】 図１の装置に適用し得るカセット液浸処理装
置を示す模式的な断面図である。

【図３】 図１の装置で用いられる他のカセットを示す
断面図である。

【図４】 図２の液侵処理装置に用いられる搬送手段等
を示す模式図である。

【図５】 図１の装置において露光処理が終了したカセ
ットの後処理を行うための構成を示す模式図である。

【図６】 本発明の第２の実施例に係る液侵式投影露光
装置のカセットチャック部分を示す断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施例に係る液侵式投影露光
装置のカセットチャック部分を示す断面図である。

【図８】 本発明の第４の実施例に係る液侵式投影露光
装置のカセットチャック部分を示す断面図である。

【図９】 本発明の第５の実施例に係る、液侵処理装置
を露光装置に付加するための構成を示す模式図である。

【図１０】 液浸の効果を説明するための模式図であ
る。

【符号の説明】

１：レチクル、３：照明光学系、４：投影光学系、５：
レチクルステージ、６：アライメント光学系、７：光学
素子、８：シール、９：カセット、１０：カセットスト
ッカ、１１−１：カセット搬送装置、１１−２：カセッ
ト位置粗検出機構、１１−３：ハンド、１１−４：搬出
ハンド、１２：ウエハチャック、１３：ＸＹステージ、
１４：微動ステージ、１５：レーザ干渉計、１６：参照
ミラー、１７：断熱材、１８：温度計、１９：温度計コ
ントローラ、２０：循環ポンプ、２１：フィルタ、２
２：超音波加振装置、２３：液体、２４：真空ポンプ、
２５，８０７：バルブ、２６：金具、２７：圧力計、２
８ウエハストッカ、２９：ウエハ搬入ハンド、３０：ウ
エハ粗位置決め装置、３１，３５：カセット搬出ハン
ド、３２：カセットステーション、３３：機構、３４：
ウエハ移動ハンド、３６：処理ステーション、３８：ハ
ンド、６０１：ウエハチャック、６１２，９０３：カセ
ットチャック、６３１：開閉機構、８０１：液面ゲー
ジ、８０３：屈折率測定器、８０５：コネクタ、９０
１：カセットハンド。

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原版のパターンを照明する照明手段、基
   板を保持する保持手段、および照明手段によって照明さ
   れる原版のパターン像をこの保持手段によって保持され
   た基板上に投影する投影光学系を備えた投影露光装置に
   おいて、投影光学系の基板表面に対向する光学素子を、
   投影光学系本体とは分離しており、かつ相互に平行な２
   つの表面を有する平板状素子とし、この平板状素子とこ
   れに対向する基板との間に液体を充填するための閉空間
   を構成する容器を具備し、平板状素子はこの容器の上部
   を構成していることを特徴とする液侵式投影露光装置。
2. 【請求項２】 投影光学系による投影像に対する原版の
   水平方向の位置関係を検出するアライメント計測系、投
   影光学系のフォーカス位置と原版の上下方向の位置との
   位置関係を検出するフォーカス位置検出系、および、こ
   れら検出系の検出結果に基き原版上のパターンを前記投
   影像に合致させるために保持手段をＸ、Ｙ、θおよびＺ
   方向に移動させならびに傾ける手段を備えることを特徴
   とする請求項１記載の液侵式投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記容器を保持手段上に搬入しおよび搬
   出する搬送手段を備えることを特徴とする請求項１記載
   の液侵式投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記閉空間への液体の充填を前記保持手
   段上で行う手段を有することを特徴とする請求項３記載
   の液侵式投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記閉空間への液体の充填を前記保持手
   段上とは異なる位置において行う手段を有することを特
   徴とする請求項３記載の液侵式投影露光装置。
6. 【請求項６】 原版は前記容器の底部を構成すること特
   徴とする請求項３記載の液侵式投影露光装置。
7. 【請求項７】 保持手段は、原版を直接保持する部分が
   分離しており、この部分は前記容器の底部を構成してお
   り、かつ保持手段の他の部分はこの容器を保持するもの
   であることを特徴とする請求項１記載の液侵式投影露光
   装置。
8. 【請求項８】 原版は前記容器から着脱可能であること
   を特徴とする請求項６記載の液侵式投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記容器はそれが構成する前記閉空間を
   陽圧または負圧にし得る構造を有することを特徴とする
   請求項１〜８記載の液侵式投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記容器の一部が低熱膨張材料で構成
    されていることを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式
    投影露光装置。
11. 【請求項１１】 前記容器の外壁の一部が断熱材で覆わ
    れていることを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投
    影露光装置。
12. 【請求項１２】 前記アライメント検出系は測長用の参
    照ミラーを有し、前記容器の外壁面のうち少なくとも隣
    接する２面が相互に直交しており、また、この２面が、
    原版の表面に対してほぼ垂直になっており、前記参照ミ
    ラーを構成していることを特徴とする請求項２記載の液
    侵式投影露光装置。
13. 【請求項１３】 前記平板状素子は前記容器から着脱可
    能であることを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投
    影露光装置。
14. 【請求項１４】 前記容器は、前記閉空間内に液体を注
    入しおよび排出するためのバルブ付きの配管を備えるこ
    とを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投影露光装
    置。
15. 【請求項１５】 前記容器は、前記保持手段上に配置す
    る際の基準マークを有することを特徴とする請求項１〜
    ８記載の液侵式投影露光装置。
16. 【請求項１６】 前記充填された液体の圧力を検出する
    ための圧力計を有することを特徴とする請求項１〜８記
    載の液侵式投影露光装置。
17. 【請求項１７】 前記充填された液体の圧力を制御する
    手段を有することを特徴とする請求項１〜８記載の液侵
    式投影露光装置。
18. 【請求項１８】 前記充填された液体の圧力を負圧にす
    るための真空ポンプを有することを特徴とする請求項１
    〜８記載の液侵式投影露光装置。
19. 【請求項１９】 前記充填された液体の温度を計測する
    ための温度計を有することを特徴とする請求項１〜８記
    載の液侵式投影露光装置。
20. 【請求項２０】 前記充填された液体の温度を制御する
    手段を有することを特徴とする請求項１〜８記載の液侵
    式投影露光装。
21. 【請求項２１】 前記充填された液体を超音波加振する
    手段を有することを特徴とする請求項１〜８記載の液侵
    式投影露光装。
22. 【請求項２２】 前記閉空間内に液体を流入させおよび
    排出させるためのポンプを有することを特徴とする請求
    項１〜８記載の液侵式投影露光装置。
23. 【請求項２３】 前記ポンプに前記液体をろ過させるろ
    過装置が接続されていることを特徴とする請求項２２記
    載の液侵式投影露光装置。
24. 【請求項２４】 前記容器を斜めもしくは垂直にする手
    段を有し、前記閉空間に液体を注入する際には、これに
    より前記容器を斜めもしくは垂直にし、下方から注入を
    行うことを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投影露
    光装置。
25. 【請求項２５】 前記閉空間への液体の充填は、露光と
    は無関係のタイミングで行われることを特徴とする請求
    項５記載の液侵式投影露光装置。
26. 【請求項２６】 前記容器は、基板をその内部に配置し
    およびその内部から取り出し得るように、開閉可能であ
    ることを特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投影露光
    装置。
27. 【請求項２７】 前記保持手段は原版を真空吸引により
    保持するための管路を有し、この管路を介して液体が流
    入するのを防止する開閉可能なシャッタを有することを
    特徴とする請求項７記載の液侵式投影露光装置。
28. 【請求項２８】 前記容器内に露光に際しての照度むら
    を測定する照度むら測定器を備えることを特徴とする請
    求項１〜８記載の液侵式投影露光装置。
29. 【請求項２９】 前記容器は前記保持手段の他の部分に
    位置決めする際の基準となる部材を有することを特徴と
    する請求項７記載の液侵式投影露光装置。
30. 【請求項３０】 前記容器に対する必要な電気的接続お
    よび空圧あるいは真空的な連通を行う手段を有すること
    を特徴とする請求項１〜８記載の液侵式投影露光装置。
31. 【請求項３１】 前記充填された液体の屈折率を測定す
    る手段を有することを特徴とする請求項１〜８記載の液
    侵式投影露光装置。