曝光装置和器件制造方法

专利名称：曝光装置和器件制造方法
技术领域：
本发明是关于以液体充满了投影光学系统和衬底之间的至少一部分的状态，用由投影光学系统而投影了的图案像曝光衬底的曝光装置和用该曝光装置的器件制造方法。
背景技术：
半导体器件和液晶显示器件是通过把掩模上所形成的图案复制到感光性衬底上边的所谓光刻方法而制造的。在这一光刻工序中使用的曝光装置有支承掩模的掩模台和支承衬底的衬底台，通过投影光学系统一边顺序地移动掩模台和衬底台一边把掩模图案复制到衬底上的装置。近年来，为了与器件图案的更进一步高集成化相对应，希望更加提高投影光学系统的图像分辨率。投影光学系统的图像分辨率是使用的曝光波长越短，而且投影光学系统的数值孔径提高越大。因此，在曝光装置中射使用的曝光波长逐年短波化，投影光学系统的数值孔径也在增大。然而，现在主流曝光波长是KrF准分子激光器的248nm，然而也正在实际应用更短波长的ArF准分子激光器的193nm。而且，在进行曝光的时候，与图像分辨率同样聚焦深度(DOF)也很重要。分别以下式表示图像分辨率R和聚焦深度δ。
R＝k1·λ/NA …(1)δ＝±k2·λ/NA2…(2)在这里，λ为曝光波长，NA为投影光学系统的数值孔径、k1、k2为工艺加工系数。由(1)式、(2)式可知，为了提高图像分辨率R，缩短曝光波长λ增大数值孔径NA，就会使聚焦深度δ变狭。
聚焦深度δ变得过狭，就难以使衬底表面对投影光学系统的像面重合，有曝光动作时余量不足的危险。因此，作为实质上缩短曝光波长，而且扩大聚焦深度的方法，提出例如在国际公开第99/49504号的公报上揭示的浸液法。这种浸液法是以水和有机溶剂等液体充满投影光学系统的下面和衬底表面之间，利用液体中的曝光光的波长变为空气中的1/n(n是液体的折射率，通常1.2～1.6左右)的折射率来提高图像分辨率，同时使聚焦深度扩大约n倍。
可是，在投影光学系统的下面和衬底表面之间充满了液体的状态下，在投影光学系统的下面和衬底表面附着气泡等级，曝光中在投影光学系统和衬底之间的液体中存在气泡的话，就发生用于在衬底上边形成图像的光不能到达衬底上边，或者用于在衬底上边形成图像的光不能到达衬底上希望的位置等的现象，使衬底上形成的图案像恶化了。

发明内容
本发明就是鉴于这样的场合而发明，其目的在于提供一种在投影光学系统和衬底之间充满液体进行曝光处理的时候，能够抑制起因于液体中气泡的图案像恶化的曝光装置和使用该曝光装置的器件制造方法。
为了解决上述的课题，本发明采用与表示实施方案的带有图1～图7相应的以下构成。
按照本发明的第1方案，就是以规定图案的像使衬底曝光的曝光装置，提供曝光装置具备使上述规定图案像投影到衬底上的投影光学系统(PL)；向上述投影光学系统和衬底之间供给液体的液体供给装置(1)；和用于除去包含在上述投影光学系统和衬底之间所供给的液体中气体成分的气体除去装置(21)。
在本发明的曝光装置，因为具备为了从液体中除去气体成分的气体除去装置，就能将充分除去了气体成分的液体供给投影光学系统和衬底之间。还有，不仅投影光学系统和衬底之间(曝光光的光路中)存在的液体，而且对于从气体除去装置到投影光学系统和衬底之间的液体流路内存在的液体中也抑制气泡发生。气体除去装置从上述液体中除去气体成分使得上述液体中的空气浓度降到最好是0.016cm3/cm3以下。气体除去装置可用加热装置、减压装置或脱气膜或者这些的组合。气体除去装置可以配置在液体供给装置内或其外部配置，也可以配置在曝光装置室的外侧。
液体供给装置可以具有向投影光学系统和衬底之间供给液体的多个供给管嘴和回收供给投影光学系统和衬底之间液体的多个回收管嘴。通过用多个管嘴，可向投影区均匀地供应液体。曝光装置具备載置衬底并使其移动的载物台。载物台在对投影光学系统投影的像移动衬底期间能进行曝光(扫描曝光)。这时，供给管嘴向衬底的移动方向喷出液体的办法降低供给液体的流入阻力，对载物台的移动没有造成影响这一点是令人满意的。
本发明的曝光装置还有具备为了调整从上述液体供给装置供给的液体温度的温度调整装置。温度调整装置调整液体的温度使其成为曝光装置内，例如收容曝光装置室内的气氛温度是最好的。这样一来，通过向投影光学系统和衬底之间供给温度调整后的液体就能控制衬底的温度。
按照本发明第2方案，是用投影光学系统(PL)把图案像投影到衬底(P)上投影之后，曝光上述衬底的曝光装置(EX)，提供曝光装置(EX)具有用于以液体(50)充满上述投影光学系统(PL)和衬底(P)之间至少一部分的液体供给装置(1)；和抑制上述液体中发生气泡的气泡抑制装置(21)。
按照本发明，由于设置了抑制投影光学系统和衬底之间的液体中发生气泡的气泡抑制装置，由于可在曝光光光路上的液体中气泡存在的状态下进行曝光处理，所以能够防止起因于气泡的图案像恶化，能制作有高图案精度的器件。例如，在向投影光学系统和衬底之间供给液体的液体供给装置中，设置了抑制液体中发生气泡的气泡抑制装置的场合下，能充分地抑制液体中发生气泡因而可把该液体送到投影光学系统和衬底之间。所以，投影光学系统和衬底之间充满了液体后也没有发生气泡。而且，即使假设在投影光学系统的下面和衬底表面等液体流的流路中发生着气泡，由于充分地抑制了发生气泡的液体在液流路中流动，液体也能吸收除去该液流路中发生了的气泡。这样，因为以曝光光光路上的液体中没有气泡存在的状态下进行曝光处理，所以能防止起因于气泡的图案像恶化，制造有高图案精度的器件。
在本发明的曝光装置，上述气泡抑制装置含有除去液体中气体的脱气装置是令人满意的。而且，上述脱气装置含有加热液体的加热装置是令人满意的。上述加热装置能把液体的温度设定为30℃＜T≤100℃。还有，上述脱气装置也可以包括使保持液体的装置内部减压的减压装置。上述减压装置能够根据液体的温度设定压力。而且，上述脱气装置根据上述投影光学系统和上述衬底之间液体的至少部分温度变化决定脱气程度使其没有发生气泡是令人满意的。而且，上述脱气装置也可以根据对上述投影光学系统和上述衬底之间液体的压力变化决定脱气程度使其不发生气泡。
还有，就本发明来说，上述脱气装置为膜脱气装置是令人满意的。而且，上述膜脱气装置有中空线部件是令人满意。上述中空线部件只要是气体透过性的，而且液体非透过性的就行。还有，上述液体供给装置包括加热供给上述膜脱气装置的液体，使上述膜脱气装置所供给液体中溶解存在的气体的浓度降低的加热装置是令人满意的。
在本发明的曝光装置，用上述气泡抑制装置抑制了发生气泡的液体，在没有和气体接触下供给上述投影光学系统和上述衬底之间是令人满意。
在本发明的曝光装置，上述液体供给装置具备过滤供给上述投影光学系统和上述衬底之间液体的过滤器装置是令人满意的。而且，上述液体供给装置还具备用上述脱气装置脱气后液体温度的温度调整装置是令人满意的。
在本发明的曝光装置，上述液体供给装置还具备调整用上述脱气装置脱气后液体温度的温度调整装置是令人满意的。
在本发明方面，提供用本发明的第1或第2方案的曝光装置作为特征的器件制造方法。


图1是表示本发明曝光装置-实施例的概略构成图。
图2是表示投影光学系统的顶端部和液体供给装置及液体回收装置的位置关系图。
图3是表示供给管嘴和回收管嘴的配置例图。
图4是表示液体供给装置-实施例的概略构成图。
图5是表示液体供给装置其他实施例的概略构成图。
图6是表示液体供给装置又一不同实施例的概略构成图。
图7是表示膜脱气装置的概略构成剖面图。
图8是表示供给管嘴和回收管嘴的配置例图。
图9是表示半导体器件制造工序的一个例子流程图。
具体实施例方式
以下，边参照附图边说明本发明的曝光装置和器件制造方法。图1是表示本发明曝光装置-实施例的概略构成图。
第1实施例在图1中，曝光装置EX具备支承掩模M的掩模台MST、支承衬底P的衬底台PST、用曝光光EL照明掩模台MST所支承的掩模M的照明光学系统IL、把用曝光光EL照明了的掩模M的图案像投影到衬底台PST支承的衬底P进行曝光的投影光学系统PL、以及统括控制曝光装置EX整体动作的控制装置CONT。
在这里，对本实施例而言，作为曝光装置EX举例说明使用一面使掩模M和衬底P在对扫描方向的互相不同的方向(相反方向)同步移动一面对衬底P曝光形成于掩模M上图案的扫描型曝光装置(所谓扫描步进器)的场合。在以下说明中，设定和投影光学系统PL的光轴AX一致的方向为Z轴方向，在和Z轴方向垂直的平面内设掩模M和衬底P的同步移动方向(扫描方向)为X轴方向，设和Z轴方向与Y轴方向垂直的方向(非扫描方向)为Y轴方向。而且，设X轴、Y轴和Z轴转动方向分别为θX、θY和θZ方向。还有，这里说的「衬底」是包括在半导体晶片上边涂布了抗蚀剂的，「掩模」是包括在衬底上形成了缩小投影的器件图案的中间掩模。
照明光学系统IL是以曝光光EL照明被掩模台MST所支承的掩模M的光学系统，它具有曝光用光源、使曝光用光源射出的光束照度均匀化的光积分器、聚集来自光积分器曝光光EL的聚光镜、中继透镜系统、和呈狭缝状设定由曝光光EL形成的掩模M上照明区的可变视野光阑等。掩模M上规定的照明区由照明光学系统IL以均匀的照度分布的曝光光EL照明。就从照明光学系统IL射出的曝光光EL来说，例如，可以使用从水银灯射出的紫外区的辉线(g线、h线、i线)和KrF准分子激光器光(波长248nm)等的远紫外光(DUV光)、ArF准分子激光器光(波长193nm)以及F2激光器光(波长157nm)等的真空紫外光(VUV光)等。在本实施例中用ArF准分子激光器光。
掩模台MST就是支承掩模M的装置，是在和投影光学系统PL的光轴AX垂直的平面内，即在XY平面内二维可移动和在θZ方向可微小旋转的。掩模台MST由线性马达等掩模台驱动装置MSTD驱动。掩模台驱动装置MSTD由控制装置CONT控制。掩模台MST上掩模M的二维方向位置和旋转角用激光干涉仪实时测量，并将测量结果送给控制装置CONT。控制装置CONT根据激光干涉仪的测量结果驱动掩模台驱动装置MSTD，对掩模台MST所支承的掩模M进行定位。
投影光学系统PL是以规定的投影放大倍数β向衬底P投影曝光掩模M图案的光学系统，它由多个光学元件(透镜)构成，这些光学元件用作为金属部件的镜筒PK来支承。在本实施例中，投影光学系统PL是投影放大倍数β例如为1/4或者1/5的缩小系统。还有，投影光学系统PL也可以是任何一个等倍系统和放大系统。而且，在本实施例投影光学系统PL的顶端一侧(衬底P侧)，光学元件(透镜)60从镜筒PK露出来。这个光学元件60被设置成对镜筒PK可装卸(更换)的方式。
衬底台PST是支承衬底P的装置，它具备通过衬底支架保持衬底P的Z载物台51、支承Z载物台51的XY载物台52和支承XY载物台52的基座53。衬底台PST用线性马达等衬底台驱动装置PSTD驱动。衬底台驱动装置PSTD由控制装置CONT控制。通过驱动Z载物台51控制在Z载物台51上保持着的衬底P的Z轴方向的位置(焦点位置)、和在θX、θY方向的位置。而且，通过驱动XY载物台52控制衬底P在XY方向的位置(和投影光学系统PL的图像平面实质上平行方向的位置)。即，Z载物台51控制衬底P的焦点位置和倾斜角，以自动聚焦方式和自动调整方式而使衬底P的表面与投影光学系统PL的像面重叠，XY载物台52对衬底P的X轴方向和Y轴方向进行定位。还有，不用说整体设置Z载物台和XY载物台也行。
在衬底台PST(Z载物台51)上边，设置与衬底台PST一起对投影光学系统PL移动的移动镜54。而且，在与移动镜54相对的位置设有激光干涉仪55。用激光干涉仪55实时测量衬底台PST上的衬底P二维方向的位置和旋转角，并将测量结果向控制装置CONT输出。控制装置CONT根据激光干涉仪55的测量结果驱动衬底台驱动装置PSTD对衬底台PST所支承的衬底P进行定位。
对本实施例而言，因为实质上缩短曝光波长提高图像分辨率的同时，实质上扩大聚焦深度，所以应用浸液法。为此，在至少把掩模M图案像复制(投影)到衬底P上的期间，使规定的液体50充满衬底P的表面和投影光学系统PL的衬底P一侧光学元件(透镜)60的顶端面(下表面)7之间。如上述的一样，在投影光学系统PL的顶端一侧露出透镜60，液体50用后述的供给管嘴供给使之只和透镜60接触。因此，防止由金属构成的镜筒PK被腐蚀等。在本实施例中，就液体50来说可用纯水。纯水不仅在ArF准分子激光器光，而且例如从水银灯射出的紫外区的辉线(g线、h线、i线)和krF准分子激光器光(波长248nm)等的远紫外光(DUV光)作为曝光光EL时，都能透过这些曝光光EL。
曝光装置EX具备向投影光学系统PL的顶端面(透镜60的顶端面)7和衬底P之间的空间56供给规定的液体50的液体供给装置1和回收空间56的液体50的液体回收装置2。液体供给装置1是用于以液体50充满投影光学系统PL和衬底P之间至少-部分的装置，它具备收容液体50的贮液罐、和加压泵等。将供给管3的-端部连接到液体供给装置1，供给管3的另一端部连接供给管嘴4。液体供给装置1通过供给管3和供给管嘴4向空间56供给液体50。
液体回收装置2具备吸引泵、收容已回收的液体50的贮液罐等。将回收管6的-端部连接到液体回收装置2，回收管嘴5连接到回收管6的另一端部。液体回收装置2通过回收管嘴5和回收管6回收空间56的液体50。在空间56里充满液体50的时候，控制装置CONT驱动液体供给装置1通过供给管3和供给管嘴4对空间56以每单位时间供给规定量的液体50，同时驱动液体回收装置2通过回收管嘴5和回收管6以每单位时间从空间56回收规定量的液体50。因此，在投影光学系统PL的顶端面7和衬底P之间的空间56保持液体50。
图2是表示曝光装置EX的投影光学系统PL下部、液体供给装置1和液体回收装置2等的图1部分放大图。在图2中，投影光学系统PL最下端的透镜60，在顶端部60A只有扫描方向留下必要的部分并在Y轴方向(非扫描方向)形成细长矩形状。扫描曝光时，在顶端部60A正下方的矩形投影区投影掩模M的一部分图案像，对投影光学系统PL虽然沿-X方向(或+X方向)以速度V移动掩模M但是同步经过XY载物台52沿+X方向(或-X方向)以速度β·V(β为投影放大倍数)移动衬底P。然后，对1个照射区曝光结束后，随着衬底P的步进而使下一个照射区移动到开始扫描位置，以下，以步进扫描方式顺序地对各照射区进行曝光处理。在本实施例中，设定在和衬底P移动方向平行，使其在和衬底P的移动方向同一方向流动液体50。
图3是表示投影光学系统PL的透镜60顶端部60A、沿X轴方向供给液体50的供给管嘴4(4A～4C)、和回收液体50的回收管嘴5(5A，5B)的位置关系图。图3中，透镜60顶端部60A的形状成了在Y轴方向细长的矩形状，而在X轴方向以夹着投影光学系统PL透镜60的顶端部60A的样子，沿+X方向一侧配置3个供给管嘴4A～4C，沿-X方向一侧配置2个回收管嘴5A、5B。然后，经过供给管3将供给管嘴4A～4C连接到液体供给装置1，经过回收管4将回收管嘴5A、5B连接到液体回收装置2。而且，在供给管嘴4A～4C和回收管嘴5A、5B对顶端部60A的中心大约旋转了180°的位置配置供给管嘴8A～8C和回收管嘴9A、9B。供给管嘴4A～4C和回收管嘴9A、9B为沿Y轴方向交替地排列，供给管嘴8A～8C和回收管嘴5A、5B则沿Y轴方向交替地排列，供给管嘴8A～8C经过供给管10连接到液体供给装置1，回收管嘴9A、9B经过回收管11连接液体回收装置2。进行来自管嘴的液体供给，使得投影光学系统PL和衬底P之间没有产生气体部分。
图4是液体供给装置1的构成图。如图4所示，液体供给装置1具备脱气装置21作为抑制液体50中发生气泡的气泡抑制装置。图4中示出的脱气装置21具备加热液体50的加热装置。在这里，在本实施例方面，液体50就是在液体供给装置1和液体回收装置2之间循环，从液体回收装置2来的液体50就经过循环管12返回液体供给装置1。在液体供给装置1，设有向其上游侧送出液体的加压泵15。
为了防止衬底P和投影光学系统PL受污染，或者为了防止投影到衬底P上的图案像恶化，液体供给装置1具备例如用于过滤用液体回收装置2回收后的液体50，除去用液体回收装置2回收后的50内液体的异物等的过滤器20，把通过过滤器20后的液体50加热到规定温度(例如90℃)的加热装置21，将用加热装置21加热了的液体50温度调整到要求温度的温度调整装置22。而且，在图4中虽未图示，但液体供给装置1具备液体50可保持规定量的罐等容器。在这里，设于液体供给装置1的温度调整装置22把空间56供给的液体50温度，例如设定为与收容曝光装置EX的室内温度(例如23℃)大致相同。将温度调整装置22同供给管3、10连接起来，用温度调整装置22调整了温度的液体50，借助于加压泵15通过供给管3(10)送给空间56。
加热装置21就是，通过在例如容器等的收容装置内部收容液体50，加热该收容装置加热液体50，在该收容装置上连接有构成排气装置一部分的排气管13。加热装置21的动作应该由控制装置CONT控制。通过加热装置21把液体50加热到规定温度，从液体50除去(脱气)溶解于该液体50里的气体。取出的气体成分从排气管13排出装置外部。液体50通过用加热装置21脱气的办法抑制气泡的发生。加热装置21可采用，例如，在可保持液体50的不锈钢容器外侧缠绕电热器，控制其电热器的温度，或者浸入控制了温度的不锈钢制的螺旋管的高温液体中，在该螺旋管中流过液体50等办法。
在这里，加热装置21把液体50的温度设定为30℃以上而且100℃以下。即，将液体50加热到比由温度调整装置22设定的温度(是室内温度例如23℃)要高的温度，而且液体沸点以下的温度范围内。加热装置21是在上述温度范围内加热液体50使之脱气，抑制供给空间56的液体50中发生气泡。尤其是，加热装置21采用将液体50加热到其沸点的办法就能充分地脱气。
还有，液体50是加热装置21方面设定为比室内(空间56)的温度要高而且沸点以下的温度是令人满意的，所以液体50是水以外的液体情况下，加热装置21加热到和该液体沸点对应的温度。
其次，说明有关用上述的曝光装置EX使掩模M的图案对衬底P曝光的顺序。
将掩模M装在掩模台MST上，同时将衬底P装到衬底台PST上以后，控制装置CONT驱动液体供给装置1，开始对空间56的液体供给动作。在液体供给装置1，液体50通过过滤器20以除去了异物等的总统送给加热装置21。送到加热装置21的液体50被加热到规定的温度。液体50通过用加热装置21加热到规定温度而脱气。所除去的气体成分经过构成排气装置一部分的排气管13向装置外部排出。已脱气的液体50送给温度调整装置22，将温度调整到例如与室内温度大致相等的温度后，通过供给管3和供给管嘴4送到空间56。在这里，连接加热装置21和温度调整装置22的管路14、温度调整装置22和供给管3等的液体50的流路是密闭的，液体50在充分地充满了这个流路的总统下流动。即，就是流过该流路的液体50没有和气体接触地送到空间56。而且，形成从加热装置21到供给空间56的流路的供给管3等内壁面(与液体的接触码)是亲水性的，抑制在从加热装置21到空间56的流路里液体中发生气泡。这种情况下，例如作为供给管3，可用电解研磨过的不锈钢导管。还有，也可以设法把已脱气状态的液体50事先保存在不与气体接触的储藏容器和导管中，在要求的定时送给空间56。这时，除加热装置21以外，上述流路和上述储藏容器，或者上述导管也起到气泡抑制装置一部分功能作用。
然后，沿箭头Xa(图3参照)表示的扫描方向(-X方向)移动衬底P进行扫描曝光的场合，用供给管3、供给管嘴4A～4C、回收管4和回收管嘴5A、5B，借助于液体供给装置1和液体回收装置2进行液体50的供给和回收。即，衬底P沿-X方向移动的时候时，经过供给管3和供给管嘴4(4A～4C)液体供给抑制了发生气泡的液体50供给投影光学系统PL和衬底P，同时经过回收管嘴5(5A、5B)和回收管6将液体50液体送回回收装置2，好像充满透镜60和衬底P之间一样沿-X方向流着液体50。另一方面，沿箭头XB表示的扫描方向(+X方向)移动衬底P进行扫描曝光的场合，用供给管10、供给管嘴8A～8C、回收管11和回收管嘴9A、9B，借助于液体供给装置1和液体回收装置2进行液体50的供给和回收。即，衬底P沿+X方向移动的时候，经过供给管10和供给嘴8(8A～8C)用液体供给装置1脱气后的液体50送到投影光学系统PL和衬底P之间，同时经过回收管嘴9(9A、9B)和回收管11的液体50就被液体回收装置2回收，像充满透镜60和衬底P之间的那样沿+Y方向流动液体50。这样，控制装置CONT用液体供给装置1和液体回收装置2沿着衬底P的移动方向流动液体50。这时，例如从液体供给装置1通过供给管嘴4供给的液体50应该随着向衬底P的-X方向的移动引入空间56，所以即使液体供给装置1的供给能量很小，也混容易把液体50送到空间56。而且，即使根据扫描方向转换流动液体50的方向，在+X方向，或-Y方向的哪个方向扫描衬底P的场合，也能以液体50充满透镜60的顶端面7和衬底P之间，能得到高解图像分辨率和宽广聚焦深度。
如以上说过的一样，在曝光装置，尤其是，在向投影光学系统PL和衬底P之间供给液体50的液体供给装置1中，设置了加热液体50的加热装置21，因而能够在充分使液体50脱气后把该液体50送到投影光学系统PL和衬底P之间。所以，曝光处理中，能抑制投影光学系统PL和衬底P之间充满了的液体50里面发生气泡。而且，即使在加热装置(脱气装置)21和空间56之间的流路里、投影光学系统PL的顶端面7、或者衬底P表面等因某种原因假设发生气泡，由于已充分脱气的液体50在流路和空间56里流动，也能吸收除去液体50存在于该流路中的气泡。而且送给投影光学系统PL和衬底P之间的空间56的液体50因为没有与其周围气体(空气)接触，虽然有周围的气体(空气)溶入液体50里的危险，但因为向液体50里溶解气体(空气)数量部分程度，由液体供给装置1供给的液体50在失去其脱气的性质以前，被液体回收装置2回收。所以，也不会因为向空间56里的液体50溶解的气体(空气)而在投影光学系统PL和衬底P之间的液体50产生气泡。这样，就能够在曝光光EL光路上的液体50里不存在气泡的状态进行曝光处理，所以防止因气泡而引起的图案像恶化，能制作有高的图案精度的器件。还有，加热装置21也可以不设在液体供给装置1内，而设在离开液体供给装置1的地方，也可以设在曝光装置室内部或外部。
而且，液体50是在用温度调整装置22调整了温度的状态供给空间56，所以进行衬底P表面的温度调整，能防止由于曝光时产生的热引起衬底P热膨胀而造成的对准精度等降低。
如上述那样，本实施例的液体50用了纯水。在半导体制造厂等很容易地大量取得纯水，同时有对衬底P上的光致抗蚀剂和光学元件(透镜)等没有不良影响的优点。而且，纯水对环境没有不良影响，同时杂质含量非常低，所以也能期待对衬底P的表面和设于投影光学系统PL的顶端面的光学元件表面有清洗的作用。
然后，可以认为纯水(水)对波长193nm左右曝光光EL的折射率n大约1.47～1.44左右，作为曝光光EL的光源用了ArF准分子激光器光(波长193nm)的场合，在衬底P上波长缩短到1/n，即大约131～134nm左右能得到高的图像分辨率。还有，聚焦深度和空气中相比扩大约n倍，即大约1.47～1.44倍左右，所以对能够确保与空气中使用的场合同等程度聚焦深度就行的场合，能进一步增加投影光学系统PL的数值孔径，即使这一点也提高图像分辨率。
在本实施例中，在投影光学系统PL的顶端安装着透镜60，然而作为安装于投影光学系统PL顶端的光学元件，也可以是用于调整投影光学系统PL的光学特性，例如象差(球面象差，彗形象差等)的光学板。或者也可以是能透过曝光光EL的平行平面板。由于把与液体50接触的光学元件作为比透镜廉价的平行平面板，在曝光装置EX的搬运，组装，调整时等，使投影光学系统PL的透射率、衬底P上的曝光光EL的照度和照度分布的均匀性降低的物质(例如硅系有机物)即使附着到该平行平面板上，也只要在供给液体50之前更换其平行平面板就行，与把液体50接触的光学元件作为透镜的场合相比有降低其更换成本的优点。即，因为曝光光EL的照射而由抗蚀剂发生的飞散粒子或液体50里带有的杂质等造成与液体50接触的光学元件表面污染，必需定期更换该光学元件，然而由于这种光学元件为廉价的平行平面板，与透镜相比更换构件的成本低，而且能缩短更换使需的时间，能抑制维修成本(运行成本)的上升和生产率的降低。
而且，由于液体50的流动而产生的投影光学系统PL顶端的光学元件和衬底P之间的压力很大场合下，不仅其光学元件成为可更换的，而且根据其压力也可以坚固地固定光学元件使之不动。
还有，在本实施例中，虽然是投影光学系统PL和衬底P表面之间用液体50充满的结构，但是也可以是，例如在衬底P的表面安装由平行平面板构成的覆盖玻璃状态充满液体50的结构。
还有，本实施例的液体50是水，然而是水以外的液体也行。例如，曝光光EL的光源为F2激光的场合，该F2激光器光不能透过水，因而作为液体50，也可以是能透过F2激光器光，例如氟油系(氟系液体)和過氟聚乙烯乙醚(PFPE)。而且，作为液体50，在其他方面，使用对曝光光EL的透过性折射率尽可能地高，对投影光学系统PL和涂布到衬底P表面的光致抗蚀剂稳定的液体(例如雪松油)也可以。
第2实施例其次，边参照图5边说明本发明曝光装置EX的第2实施例。在这里，在以下的说明方面，与上述的实施例相同或同等的构成部给予相同的标号，并简略或省略其说明。有关本实施例的特征部分是设置减压装置23来替换向加热装置21这一点。
如图5所示，为了防止对衬底P和投影光学系统PL的污染，或者为了防止使衬底P上投影的图案像恶化，液体供给装置1具备；过滤例如用液体回收装置2回收的液体50，除去液体50里异物的过滤器20、通过给由过滤器20除去了异物的液体50减压使该液体50脱气的减压装置23、把用减压装置23脱气处理过的液体50调整到与室内温度大体相同温度的温度调整装置22、以及加压泵25。减压装置23具有保持液体50的贮液罐，就是将这个容器内部减压使液体50脱气。这样，借助于减压的办法而不用加热液体50也能使液体50脱气。减压装置50例如可由能定量保持液体50的贮液罐，和与容器连接，使该容器内靠近液体50的气体压力减压的真空泵而构成。
还有，为了使液体50脱气，也可以同时进行对液体50的加热处理和减压处理。即，可在具有容器能保持液体50的减压装置23里，成为设置加热该容器的加热装置结构。减压装置23在容器内收容液体50，一边使该容器减压一边用上述加热装置加热液体50，就能使液体50脱气。
这时，减压装置23，根据液体50的温度设置压力。即，采用将液体50加热到沸点的办法得到充分的脱气效果，然而因为液体50的沸点取决于压力，根据液体50的温度设置压力的办法就能够使液体50高效而且很好地脱气。例如，作为液体50的水的沸点为100℃时的压力(沸腾压力)，是大气压(101325pa)。沸点为90℃的沸腾压力是70121Pa。同样，在沸点80℃下沸腾压力47377Pa，在沸点50℃下沸腾压力12345Pa，在沸点30℃下沸腾压力4244.9Pa，在沸点20℃下沸腾压力2338.1Pa。所以，减压装置23在液体50的温度例如用加热装置设定为100℃的场合，可以不进行减压处理而在大气压下使液体50沸腾脱气。另一方面，液体50的温度是90℃的场合，减压装置23应该把压力设定在大气压～温度90℃的沸腾压力(70121Pa)的范围，可使液体50沸腾脱气。同样，例如就液体50的温度是30℃来说，就是减压装置23把压力设为大气压～沸腾压力(4244.9Pa)，可使液体50沸腾脱气。这样，因为液体50的沸点随压力而变动，所以减压装置23应根据液体50的温度设置压力可使液体50良好地脱气。
还有，供给投影光学系统PL和衬底P之间的液体50的脱气程度，即液体50的溶解气体浓度，由液体50的使用条件(曝光条件等)决定就行。浸液曝光的场合，因为随曝光光EL的照射，或者随曝光光EL的照射而温暖了衬底P的热，使投影光学系统PL和衬底P之间的液体50温度曝光中全体或者局部地上升。液体50的温度上升随曝光光EL的强度等也不同，大约是几度(1～3℃)，然而如果液体50的脱气程度低的，随着液体50的温度上升，液体50中溶解的气体有发生成为气泡的可能性。所以，必需设定液体50的脱气程度，以至在投影光学系统PL和衬底P之间液体50尽管发生温度上升也不会产生气泡。例如，如上述那样，向投影光学系统PL和衬底P之间供给将液体温度控制在温度23℃的场合，估计安全，例如只要设置脱气程度使得液体的温度即使上升到30℃也不发生气泡就行。具体点说，设液体50，即水的脱气程度为对30℃水的空气溶解饱和量0.016cm3/cm3以下(如果以质量比来说的话，N2为13ppm以下，O2是7.8ppm以下)就好。还有，「cm3/cm3」是表示溶解于1cm3水中的空气体积cm3。
而且，浸液曝光的场合，在投影光学系统PL和衬底P之间的液体50发生流动的话，就产生液体50的压力变化。该压力变化也随液体的供给量、回收量、衬底P的移动速度等而不同，为数百Pa(100～300Pa)左右，然而液体50的脱气程度低时，就有可能对液体50的压力变化而在液体50中发生气泡的可能性。所以，要设定液体50的脱气程度，使其即使因液体50压力变化数百Pa也不会发生气泡就行。
而且，提高脱气程度很困难的情况下，也可以决定曝光条件以便不会在投影光学系统PL和衬底P之间的液体中引起发生气泡的温度变化或压力变化。作为曝光条件，包括液体的供给量、回收量、衬底P的移动速度、曝光光强度、曝光脉冲光的发射周期(脉冲间隔)、曝光脉冲光的脉冲宽度之中的至少一个条件。还有，考虑到液体的温度变化和压力变化决定曝光条件的场合，不仅防止发生气泡，而且当然也需要实地决定防止起因于液体折射率变化的图案像成像恶化。
第3实施例边参照图6和7说明本发明曝光装置EX的第3实施例。在本实施例的曝光装置中，代替第1实施例中液体供给装置的加热装置而具备如图6所示那样的膜脱气装置24和加热装置25。在以下说明中对与上述实施例相同或同等的构成部分给予相同标号，并简略或省略其说明。
图6是液体供给装置1的构成图。如图6所示，为了防止对衬底P和投影光学系统PL的污染，或者为了防止衬底P上投影的图案像恶化，液体供给装置1具备过滤例如用液体回收装置2回收的液体50，用于除去由液体回收装置2回收后的液体50内异物等的过滤器20、把通过过滤器20的液体50加热到规定温度的加热装置25、除去用加热装置25加热了的液体50里气体的膜脱气装置24、把用膜脱气装置24脱气处理后的液体50温度调整到要求温度的温度调整装置22、以及加压泵15。借助于加热装置25使溶解存在气体浓度降低了的液体50通过管路12供给膜脱气装置24。进而用膜脱气装置24脱气后的液体50通过管路14供给温度调整装置22。而且，将膜脱气装置24和排气管13连接起来，排出由液体50中除去(脱气)的气体。而且，温度调整装置22把供给空间56的液体50温度设定为例如与收容曝光装置EX的室内温度(例如23℃)大约相同温度。将供给管3、10连接到温度调整装置22，就将用温度调整装置22调整了温度的液体50借助于加压泵15经过供给管3(10)供给空间56。还有，该膜脱气装置24的动作也由控制装置CONT来控制。
图7是表示膜脱气装置24的概略构成剖面图。外壳71内部介以规定空间73收容筒状的中空线束72。中空线束72是多个麦杆状中空线膜74平行成捆，各中空线腺74由疏水性高气体透过性优良的材料(例如，聚四甲基戊烯1)形成。在外壳71的两端固定真空间隙部件75a、75b，在外壳71的两端外侧形成封闭空间76a、76b。在真空间隙部件75a、75b设有连接到图未示出的真空泵的脱气口77a、77b。而且，只在外壳71的两端形成密封部78a、78b使其封闭空间76a、76b，借助于连接哦脱气口77a、77b的真空泵可分别使中空线膜74的里面成为减压状态。在中空线束79的内部配置与管路12连接的管路79。在管路79设置多个液体供给洞孔80，从液体供给洞孔80向以密封部78a、78b和中空线束79包围的空间81供给液体50。连续从液体供给洞孔80向空间81供给液体50，液体50就像横跨平行成捆的中空线膜74的层那样往外侧流动，液体50和中空线膜74的外表面接触。如上述那样中空线膜74分别由疏水性高气体透过性优越的材料形成，所以液体50不会进入中空线膜74内侧，而是通过各中空线膜74之间向中空线束72外侧的空间73移动。另一方面，液体50中溶解的气体(分子)因为中空线膜74内侧成了减压状态(20Torr左右)的结果，所以往各中空线膜74内侧移动(被吸收)。这样一来，在横跨中空线膜74层期间从液体50中除去(脱气)的气体成分，就如箭头83所示，从中空线束79的两端通过封闭空间76a、76b从脱气口77a、77b排出。而且，脱气处理后的液体50从设于外壳51的液体出口82通过管路14供给温度调整装置22。
如以上说过的一样，在向投影光学系统PL和衬底P之间供给液体50的液体供给装置1中，设置除去(脱气)液体50里气体的膜脱气装置24，因而可使液体50充分脱气后把该液体50供给投影光学系统PL和衬底P之间。所以，曝光处理中能抑制充满投影光学系统PL和衬底P之间的液体50里发生气泡。而且，在膜脱气装置24和空间56之间的流路中，投影光学系统PL的顶端面7或衬底P表面等假设由于某种原因即使发生气泡，因为已充分脱气的液体50在流路和空间56流动，能够吸收除去液体50在流路中存在的气泡。这样，因为可在曝光光EL光路上的液体50中不存在气泡的状态下曝光处理，所以能防止起因于气泡的图案像恶化，制作有高图案精度的器件。
在本实施例中，用加热装置25加热液体，降低溶解气体浓度之后向膜脱气装置24供给液体，设法提高供给空间56的液体脱气程度，然而也可以用减压装置代替加热装置25使溶解气体浓度降低之后向膜脱气装置24供给液体。而且，膜脱气装置24的脱气能力足够高的场合，不用经过加热装置和减压装置而把通过了过滤器20的液体引入膜脱气装置24也可以。
在上述各实施例中，上述的管嘴形状并没有特别限定，例如也可以设法在顶端部60A的长边用两对管嘴进行液体50的供给或回收。还有，这时，为了要从+X方向，或-X方向的任一个方向也都进行液体50的供给和回收，所以上下并排配置供给管嘴和回收管嘴也行。
而且，如图8所示，也能夹着顶端部60A在Y轴方向两侧分别设置供给管嘴31、32和回收管嘴33、34。借助于这些供给管嘴和回收管嘴，即使在步进移动时向衬底P的非扫描方向(Y轴方向)移动时，也能对投影光学系统PL和衬底P之间稳定地供给液体50。
在上述的实施例中，虽然构成是使得用气体除去装置(加热装置21、减压装置23、膜脱气装置24)进行了气体除去的液体不与气体接触就供给投影光学线PL和衬底P之间的空间56，但是都知道充分地进行气体除去，液体中溶解的气体量就很少，在一部分或全部的流路中触及气体也可以。即，做到在气体除去装置和空间56之间不触及液体，就不需要用于抑制气泡的结构。
在上述的实施例中，由液体回收装置2回收的液体成了返回液体供给装置1的机构，然而这不一定需要，也可以向液体供给装置1送新的纯水，废弃用液体回收装置2回收的液体。
在上述的实施例中，说明了有关对衬底P曝光时在投影光学系统PL的像面一侧形成浸液区的情况，然而不但对衬底P曝光时而且有时在衬底台PST(Z载物台51)上设有的各种测量部件和测量传感器情况下在投影光学系统PL的像面一侧也配置液体，介以该液体进行各种测量。在进行这样的测量场合，也和上述同样采用抑制液体中发生气泡的办法防止起因于气泡的测量误差等。
上述实施例中的液体供给装置和液体回收装置是，在投影光学系统PL投影区两侧有供给管嘴和回收管嘴，根据衬底P的扫描方向，从投影区的一方侧面供给液体，从另一方侧面回收液体的结构，然而液体供给装置和液体回收装置的结构，并不只限于此，在投影光学系统PL和衬底P之间能局部地保持液体就行。
还有，就上述各实施例的衬底P来说，不仅半导体器件制造用的半导体晶片，而且应用显示器件用的玻璃衬底、薄膜磁头用的陶瓷片或者曝光装置中用的掩模或中间掩模的原版(合成水晶片，硅晶片)等。
而且，在上述的实施例中，采用局部以液体充满投影光学系统PL和衬底P之间的曝光装置，然而对在液槽里使保持曝光对象的衬底载物台移动的浸液曝光装置，和载物台上形成规定深度的液体槽，其中保持衬底的浸液曝光装置也能应用本发明。在液槽里使保持曝光对象的衬底载物台移动的浸液曝光装置的构造和曝光动作，例如在特开平6-124873号公报上有详细记载，而且，在载物台上形成规定深度的液体槽，其中保持衬底的浸液曝光装置的构造和曝光动作，例如在特开平10-303114号公报和美国专利5825043上有详细记载，分别在本国际申请指定或选定国法律允许的范围内，引用这些文献的记载内容作为本文记载的一部分。
就曝光装置EX来说，除使掩模M和衬底P同步移动扫描曝光掩模M的图案的步进扫描方式扫描型曝光装置(扫瞄步进器)外，也能应用于在掩模M和衬底P静止状态对掩模M的图案-并曝光，顺序步进移动衬底P的步进重复方式投影曝光装置(步进器)。而且，本发明也能应用于在衬底P上局部地重叠复制至少2个图案的步进开关方式曝光装置。
而且，本发明也能应用于成对载物台式的曝光装置。成对载物台式曝光装置的构造和曝光动作，例如公开在特开平10-163099号和特开平10-214783号(对应美国专利6341007、6400441、65499269和6590634)，特表2000-505958号(对应美国专利5969441)或者在美国专利6208407上，分别在本国际申请指定或选定国法律允许范围内，引用这些文献的记载内容作为本文记载的一部分。
就曝光装置EX的种类来说，不只限于在衬底P上曝光半导体元件图案的半导体元件制造用的曝光装置，也能广泛地应用于液晶显示元件制造用或显示器件制造用的曝光装置和用于制造薄膜磁头、摄像元件(CCD)或者中间掩模或掩模等的曝光装置等。
将线性马达用在衬底台PST和掩模台MST的场合，也可以使用哪种用了空气轴承的气浮式和洛伦兹力或电抗力的磁浮式的载物台。而且，各载物台PST、MST也可以沿着导轨移动的类型，也可以是不设导轨的无轨类型。载物台上使用线性马达的例子公开在美国专利5623853和5528118上，分别在本国际申请指定或选定国法律允许范围内，引用这些文献的记载内容作为本文记载的一部分。
就各载物台PST、MST的驱动机构来说，也可以使用二维配置磁铁的磁铁单元和二维配置线圈的电枢单元对置借助电磁力驱动各载物台PST、MST的平面马达。这时，把磁铁单元和电枢单元的任一方连接到载物台PST、MST，把磁铁单元和电枢单元的另一方设在载物台PST、MST的移动面一侧就行。
随衬底台PST的移动而发生的反作用力，也可以用支座部件机械式地向地面(大地)释放使其不会传给投影光学系统PL。该反作用力的处理方法，例如在特开平8-166475号公报(对应美国专利5528118)上有详细披露，分别在本国际申请指定或选定国法律允许范围内，引用这些文献的记载内容作为本文记载的一部分。
随掩模台MST的移动而发生的反作用力，也可以用支座部件机械式地向地面(大地)释放使其不会传给投影光学系统PL。该反作用力的处理方法，例如在特平8-330224号公报(对应美国专利5874820)上有详细披露，分别在本国际申请指定或选定国法律允许范围内，引用这些文献的记载内容作为本文记载的一部分。
如以上那样，本申请实施例的曝光装置EX是通过装配包括本申请专利要求范围内举出的各构成要素的各种子系统制造的，以便具有规定的机械精度、电精度、和光学精度。为了这些确保各种精度，在该装配的前后，进行为了达成有关各种光学系的光学精度的调整，为了达成有关各种机械系的机械精度的调整，以及为了达成各种电气系的电精度的调整。由各种子系统装配曝光装置的工序包括各种子系统系统互相的机械连接、电路布线连接、以及气压回路的配管连接等。在由各种子系统装配曝光装置的工序以前，不用说也有各自装配各子系统的工序。各种子系统装配曝光装置的工序结束以后，进行综合调整，确保作为曝光装置整体的各种精度。还有，在管理温度和洁净度等的洁净室里进行曝光装置的制造是理想的。
半导体器件等微器件，如图9所示，经过进行微器件的功能·性能设计的步骤201、制作基于该设计步骤的掩模(中间掩模)的步骤202、制造衬底作为器件基本材料的步骤203、用上述实施例的曝光装置EX把掩模的图案对衬底曝光的曝光处理步骤204、器件装配步骤(包括划片工序、焊接工序、封装工序)205、以及检测工序206等而制成。
按照本发明，因为设置了抑制投影光学系统和衬底之间的液体中发生气泡的气泡抑制装置，因为可在曝光光光路上的液体中不存在气泡的状态进行曝光处理，所以能防止起因于气泡的图案像恶化，能够制造有高图案精度的器件。
权利要求
1.一种曝光装置，用于以规定图案像使衬底曝光，其特征在于包括使上述规定图案像投影到衬底上的投影光学系统；向上述投影光学系统和衬底之间供给液体的液体供给装置；以及除去包含在供给上述投影光学系统和衬底之间的液体中气体成分的气体除去装置。
2.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于上述气体除去装置从上述液体中除去气体成分使得上述液体中的空气浓度是0.016cm3/cm3以下。
3.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于上述气体除去装置是加热装置、减压装置和脱气膜中的至少一种。
4.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于上述液体供给装置包括向投影光学系统和衬底之间供给液体的多个供给管嘴和回收供给投影光学系统和衬底之间的液体的多个回收管嘴。
5.按照权利要求4所述的曝光装置，其特征在于曝光装置具备放置衬底移动的载物台，該载物台在对由投影光学系统投影的像移动衬底的期间进行曝光，上述供给管嘴向衬底的移动方向喷射液体。
6.按照权利要求4所述的曝光装置，其特征在于上述供给管嘴和回收管嘴交替排列。
7.按照权利要求6所述的曝光装置，其特征在于上述交替排列的供给管嘴和回收管嘴的组合相对夹着投影光学系统的投影区。
8.按照权利要求1～4任一项所述的曝光装置，其特征在于还具备用于调整从上述液体供给装置供给的液体温度的温度调整装置。
9.按照权利要求8所述的曝光装置，其特征在于上述温度调整装置调整液体温度使之成为曝光装置内的温度。
10.按照权利要求9所述的曝光装置，其特征在于通过向投影光学系统和衬底之间供给上述温度调整后的液体，控制衬底的温度。
11.一种曝光装置，用于由投影光学系统使图案像投影到衬底上曝光上述衬底，其特征在于包括用于以液体充满上述投影光学系统和衬底之间的至少一部分的液体供给装置；和抑制上述液体中发生气泡的气泡抑制装置。
12.按照权利要求11所述的曝光装置，其特征在于上述气泡抑制装置包括除去液体中气体的脱气装置。
3.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述脱气装置包括加热液体的加热装置。
14.按照权利要求13所述的曝光装置，其特征在于上述加热装置设定液体温度T为30℃＜T≤100℃。
15.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述脱气装置包括使保持液体的装置内部减压的减压装置。
16.按照权利要求15所述的曝光装置，其特征在于上述减压装置根据液体温度设置压力。
17.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述脱气装置根据上述投影光学系统和上述衬底之间液体的至少一部分温度变化决定脱气程度使液体不会发生气泡。
18.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述脱气装置根据对上述投影光学系统和上述衬底之间液体的压力变化决定脱气程度使液体不会发生气泡。
19.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述脱气装置是膜脱气装置。
20.按照权利要求19所述的曝光装置，其特征在于上述膜脱气装置具有中空线部件。
21.按照权利要求20所述的曝光装置，其特征在于上述中空线部件是气体透过性的，而且是液体非透过性的。
22.按照权利要求19所述的曝光装置，其特征在于包括加热供给上述膜脱气装置的液体，使供给上述膜脱气装置的液体中气体的溶解浓度降低的加热装置。
23.按照权利要求11所述的曝光装置，其特征在于用上述气泡抑制装置抑制了气泡发生的液体，在没有和气体接触下供给上述投影光学系统和上述衬底之间。
24.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述液体供给装置具备过滤供给上述投影光学系统和上述衬底之间液体的过滤装置。
25.按照权利要求24所述的曝光装置，其特征在于上述液体供给装置还具备调整用上述脱气装置脱气后液体温度的温度调整装置。
26.按照权利要求12所述的曝光装置，其特征在于上述液体供给装置还具备调整用上述脱气装置脱气后液体温度的温度调整装置。
27.使用按照权利要求1或11所述的曝光装置制造器件的器件制造方法。
全文摘要
提供一种曝光装置，在投影光学系统和衬底之间充满液体进行曝光处理的时候，能够抑制起因于液体中气泡的图案像恶化。该曝光装置包括用于以液体(50)充满上述投影光学系统和衬底之间的至少一部分的液体供给装置(1)，通过投影光学系统将图案图像投影在衬底上曝光。液体供给装置包括抑制上述液体(50)中发生气泡的气泡抑制装置(21)。
文档编号G03F7/20GK1723536SQ20038010539
公开日2006年1月18日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月10日
发明者大和壮一 申请人:株式会社尼康