JP2007311595A - 基板処理方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光材料等を塗布した基板上に液浸法で露光を行う場合に、転写されたパターンの欠陥を減少させる。
【解決手段】基板Ｐ上に溶剤に溶かれたレジストを塗布するレジストコータ４１において、基板Ｐが収納されているチャンバ４２内の雰囲気中に溶剤容器６１、バルブ６２、及び給気管４４を介してそのレジストの溶剤を拡散するか、コンプレッサー等を用いてその雰囲気の気圧を高めるか、又はその雰囲気の温度を下げるかして、その溶剤の揮発を抑制する雰囲気中で基板Ｐ上にそのレジストを塗布する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に溶剤に溶かれた材料を塗布する基板処理技術、液体を介して露光ビームで基板を露光する露光技術、及びデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス及び液晶表示デバイス等は、レチクル等のマスク上に形成されたパターンをレジストが塗布されたウエハ等の基板上に転写する、所謂フォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程において、マスク上のパターンを投影光学系を介して基板上に転写するために、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置（いわゆるステッパー）、及びステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパー）等の露光装置が使用されている。

この種の露光装置では、半導体デバイス等の高集積化によるパターンの微細化に伴って、年々より高い解像度（解像力）が要求されるようになり、それに応えるために露光光の短波長化及び投影光学系の開口数（ＮＡ）の増大（大ＮＡ化）が行われて来た。しかるに、露光光の短波長化及び大ＮＡ化は、投影光学系の解像度を向上させる反面、焦点深度の狭小化を招くため、このままでは焦点深度が狭くなり過ぎて、露光動作時のフォーカスマージンが不足する恐れがある。

そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ空気中に比べて焦点深度を広くする方法として、液浸法を利用した露光装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水又は有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成した状態で露光を行うものであり、これによって液体中での露光光の波長が空気中の１／ｎ倍（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上できるとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大することができる。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

液浸法による露光時に、露光対象の基板上に凹凸があると、その凹凸がある部分を液浸領域とするときに微小な気泡が残る恐れがある。このような微小な気泡は小さいレンズのような作用をして、その基板上に転写されるライン・アンド・スペースパターンのピッチが円形領域で拡大するような欠陥が発生する恐れがある。その基板上の凹凸の一例は、その基板上にレジストを塗布する際に、そのレジストの溶剤が揮発してそのレジストが乾燥するときに、そのレジストのゲルが析出したものであることが考えられる。同様に、レジスト上にトップコートを塗布する際にも、そのトップコートの溶剤が揮発してそのトップコートが乾燥するときに、その表面に凹凸が生じると、液浸時にその部分に微小な気泡が残存して、転写されたパターンの欠陥が発生する恐れがある。

本発明はこのような事情に鑑み、感光材料等を塗布した基板上に液浸法で露光を行う場合に、転写されたパターンの欠陥を減少させることができる基板処理技術、露光技術、及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による基板処理方法は、基板（Ｐ）上に溶剤に溶かれた材料を塗布する基板処理方法において、その溶剤の揮発を抑制する雰囲気中でその基板上にその材料を塗布するものである。
また、本発明による基板処理装置は、基板（Ｐ）上に溶剤に溶かれた材料を塗布する基板処理装置において、その基板を保持する保持部材（４３）と、その保持部材に保持されたその基板上にその溶剤に溶かれたその材料を塗布する塗布機構（４８）と、そのその材料が塗布されたその基板を保持するその保持部材を覆う気密室（４２）と、その気密室内の雰囲気をその溶剤の揮発を抑制する雰囲気にする溶剤管理装置（６１，６２）とを備えたものである。

これらの本発明によれば、その基板上に塗布された材料から溶剤が揮発しにくいため、その材料の乾燥が遅くなり、その材料の表面に凹凸が生じにくくなる。従って、液浸法で露光を行うときに、気泡が残りにくいため、転写されたパターンの欠陥が減少する。
次に、本発明による露光方法は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）上に、その投影光学系と液体（１）とを介して露光光を照射することによってその基板を露光する露光方法において、その基板の露光前にその基板を本発明の基板処理方法で処理するものである。

また、本発明による露光装置は、投影光学系（ＰＬ）の像面側に配置された基板（Ｐ）上に、その投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによってその基板を露光する露光装置において、その基板の露光前にその基板を処理するために、本発明の基板処理装置（４１）を備えたものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。

なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例の露光システムは、露光装置と、その露光装置にレジストを塗布した基板を供給するレジストコータとを備えている。
図１は、本例のレジストコータ４１を示し、この図１において、設置面Ｆ上に内部を気密状態とする箱状のチャンバ４２が設置され、チャンバ４２の底面上に開口４２ａを通して基板回転部４３（保持部材）が収納されている。基板回転部４３は、レジスト塗布対象の半導体ウエハ又はガラスプレート等の基板Ｐを吸着保持して、不図示の回転モータによって高速回転する。基板回転部４３には基板Ｐを昇降するためのピン（不図示）が内蔵されている。

チャンバ４２には基板搬入用の窓部４２ｂ及び基板搬出用の窓部４２ｃが形成され、窓部４２ｂ及び４２ｃはそれぞれシャッタ４９Ａ及び４９Ｂで開閉される。窓部４２ｂ及び４２ｃの外側にはそれぞれ基板Ｐを基板回転部４３上に搬入するための搬送アーム６０Ａ、及びレジストの塗布された基板Ｐを基板回転部４３から露光装置（不図示）に搬送するための搬送アーム６０Ｂが配置されている。基板回転部４３の上方には、チャンバ４２の上面を通して、基板Ｐに溶剤に溶かれたレジスト（フォトレジスト等の感光材料）を滴下するためのノズル４８が設置されている。ノズル４８は、不図示の配管を介してレジストの供給装置（不図示）に連結されている。そのレジストは、一例として液浸法の露光に適した撥水性のレジストである。また、チャンバ４２の上面に給気管４４を介して除塵フィルタ４６及び送風ファン機構４７からのクリーンな空気が供給されており、供給された空気は、上面の全面に配置された吹き出し部４５からダウンフロー方式でチャンバ４２内を流れ、排気管６５Ａ，６５Ｂ等を介して排気されている。

さらに、本例のレジストコータ４１においては、給気管４４の途中から、溶剤容器６１及びバルブ６２を介して、基板Ｐ上に塗布されるレジストの溶剤と同じ溶剤が気化した状態で供給（拡散）できるように構成されている。レジストの溶剤の一例は、ペグミア(PEGMEA:poly(ethylene glycol methyl ether acrylate))又はシンナーである。溶剤容器６１及びバルブ６２によって、チャンバ４２内の雰囲気が溶剤が揮発しにくい状態になるように管理できる。

本例のレジストコータ４１の動作は以下の通りである。
（Ａ１）先ず、基板回転部４３上に基板Ｐを保持した状態で、シャッタ４９Ａ，４９Ｂを閉じバルブ６２を開いて、チャンバ４２内にクリーンな空気を供給するとともに、その空気にレジストの溶剤を拡散する。これによって、チャンバ４２内にその溶剤の揮発を抑制する雰囲気が形成される。この状態で、ノズル４８から基板Ｐ上に、その溶剤に溶かれたレジストを滴下した後、基板回転部４３を回転して基板Ｐ上にレジストをスピンコートする。その後、シャッタ４９Ｂを開いて、レジストが塗布された基板Ｐを搬送アーム６０Ｂに受け渡し、搬送アーム６０Ｂはその基板Ｐを不図示の露光装置に搬送する。この際に、基板Ｐ上のレジストからの溶剤の揮発を低減するために、基板Ｐを小型の容器内に格納し、その容器内の雰囲気にもその溶剤を拡散させておいてもよい。

この結果、基板Ｐ上に塗布されたレジストから溶剤が揮発しにくくなるため、そのレジストの乾燥が遅くなり、そのレジストの表面に凹凸が生じにくくなる。従って、液浸法で露光を行うときに、そのレジストの表面に気泡が残らないため、転写されたパターンの欠陥が減少する。
これに対して、基板Ｐ上にレジストを塗布する際に溶剤が揮発し易い雰囲気である場合には、その表面が乾燥して凹凸が生じ易くなり、液浸法で露光を行う際に図２（Ａ）に示すように、基板Ｐ上のレジストＰＲの上面の液体１が供給された領域内に気泡６７が残る恐れがある。なお、図２（Ａ）では、説明の便宜上、レジストＰＲの上にトップコート６６も塗布されている。

この場合、その気泡６７の底面のレジストの領域に、図２（Ｂ）に示すように、ライン・アンド・スペースパターンの像６８を転写するものとすると、気泡６７のレンズ作用によって、円形の領域ＣＡ内でパターンピッチが広がるような欠陥が生じる恐れがある。本例のレジストの塗布方法によれば、溶剤が揮発しにくくなり、レジストの表面が平坦であるため、そのような欠陥の発生を抑制できる。

（Ａ２）なお、基板Ｐ上のレジストＰＲの表面に保護用のトップコート６６（図２（Ａ）参照）を溶剤に溶いて塗布する場合には、そのトップコート６６を塗布する雰囲気にもその溶剤を拡散して、その溶剤の揮発を抑制することが好ましい。トップコートの溶剤の一例は、アルコール、エーテル、ブタノール、又はシンナーである。さらに、レジスト層の底面に反射防止膜を施す場合には、その反射防止膜を塗布（形成）する際の雰囲気もその反射防止膜の溶剤を拡散しておくことが望ましい。これによって、液浸法で露光する際の欠陥の発生を抑制できる。

（Ａ３）また、要は溶剤の揮発を抑制できればよいため、上記のようにチャンバ４２内に溶剤を拡散する代わりに、又はその拡散と併用して、チャンバ４２内の気圧を通常の１気圧に対して例えば１０％程度高くしてもよい。これによって、溶剤の沸点が高くなるため、溶剤の揮発を抑制できる。このためには、図１の給気管４４の送風ファン機構４７にコンプレッサ機構６３を付加してもよい。

さらに、溶剤の揮発を抑制するために、チャンバ４２内の雰囲気の温度を例えば数度下げてもよい。このためには、一例として給気管４４からチャンバ４２内に供給する空気の温度を通常よりも下げるか、又はノズル４８から滴下するレジスト（又はトップコート等）の温度を通常よりも低くしてもよい。
（Ａ４）なお、溶剤の温度を下げるために、基板回転部４３、ひいては基板Ｐの温度を下げてもよい。このためには、図１に点線で示すように、基板回転部４３の底面に冷媒が流れる配管６４を設置してもよい。又は、基板回転部４３の底面にペルティエ素子のような吸熱素子を設置してもよい。これらによって、基板Ｐに塗布されたレジスト（溶剤）の温度を効率的に下げることができ、溶剤の揮発を低減できる。

（Ａ５）また、本例のレジストコータ４１において、溶剤容器６１及びバルブ６２がチャンバ４２内の雰囲気に溶剤を拡散する拡散装置（溶剤管理装置）として作用しているため、簡単な構成でチャンバ４２内に溶剤を拡散できる。
（Ａ６）さらに、チャンバ４２内の気圧を高めるコンプレッサ機構６３を設けた場合、又はチャンバ４２内の温度を下げる配管６４を設けた場合には、それぞれ簡単な機構で基板Ｐ上のレジストの溶剤の揮発を抑制できる。

次に、本例の液浸法で露光を行う露光装置の一実施形態につき説明する。図３はその露光装置ＥＸを示す概略構成図である。
図３において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＲＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＲＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴと、液浸法の適用のために基板Ｐ上に液体１を供給する液体供給機構１０と、基板Ｐ上に供給された液体１を回収する液体回収機構２０とを備えている。

露光装置ＥＸは、少なくともマスクＭのパターン像を基板Ｐ上に転写している間、液体供給機構１０から供給した液体１により投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１を含む基板Ｐ上の一部に（局所的に）液浸領域ＡＲ２を形成する。具体的には、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面側終端部の光学素子（例えば底面がほぼ平坦なレンズ又は平行平面板等）２と、その像面側に配置された基板Ｐ表面との間に液体１を満たす局所液浸方式を採用し、この投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の液体１及び投影光学系ＰＬを介してマスクＭを通過した露光光ＥＬを基板Ｐに照射することによって、マスクＭのパターンを基板Ｐに転写露光する。

ここで、本例では、露光装置ＥＸとして、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニング・ステッパー）を使用する場合を例にして説明する。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）に沿ってＸ軸を、その走査方向に垂直な方向（非走査方向）に沿ってＹ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。なお、本例の基板Ｐは、半導体ウエハ上に感光性材料であるレジスト（フォトレジスト）を塗布したものを含み、マスクＭは、基板Ｐ上に縮小投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。基板Ｐには、図１のレジストコータ４１によって溶剤が揮発しにくい環境下で撥水性のレジストが塗布され、必要に応じてそのレジストの底面に反射防止膜が形成され、そのレジスト上にトップコートが塗布されている。

先ず、照明光学系ＩＬは、マスクステージＲＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、露光用光源、この露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、又はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。本例においてはＡｒＦエキシマレーザ光が用いられる。

また、マスクステージＲＳＴは、マスクＭを支持するものであって、不図示のマスクベース上の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＲＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＲＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＲＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＲＳＴ上には移動鏡５０が設けられ、移動鏡５０に対向する位置にはレーザ干渉計５１が設けられている。マスクステージＲＳＴ（マスクＭ）の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５１によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５１の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＲＳＴＤを駆動することでマスクステージＲＳＴに支持されているマスクＭの移動又は位置決めを行う。

投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で基板Ｐ上に投影露光するものであって、基板Ｐ側（投影光学系ＰＬの像面側）の終端部に設けられた光学素子２を含む複数の光学素子から構成されており、これら光学素子は鏡筒ＰＫにより支持されている。なお、投影光学系ＰＬは縮小系のみならず、等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬの先端部の光学素子２は鏡筒ＰＫに対して着脱（交換）可能に設けられており、光学素子２には液浸領域ＡＲ２の液体１が接触する。

本例において、液体１には純水が用いられる。純水はＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、例えば水銀ランプから射出される輝線及びＫｒＦエキシマレーザ光等の遠紫外光（ＤＵＶ光）も透過可能である。光学素子２は螢石（ＣａＦ₂ ）から形成されている。螢石は水との親和性が高いので、光学素子２の液体接触面２ａのほぼ全面に液体１を密着させることができる。なお、光学素子２は水との親和性が高い石英であってもよい。

また、基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基板ホルダ（不図示）を介して保持するＺステージ５２と、Ｚステージ５２を支持するＸＹステージ５３とを備え、ベース５４上に２次元的に移動できるように気体軸受けを介して載置されている。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。Ｚステージ５２を駆動することにより、Ｚステージ５２に保持されている基板ＰのＺ方向の位置（フォーカス位置）、及びθＸ、θＹ方向における位置が制御される。また、ＸＹステージ５３を駆動することにより、基板ＰのＸ方向、Ｙ方向における位置（投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行な方向の位置）が制御される。

基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５２）上には移動鏡５５が設けられ、移動鏡５５に対向する位置にはレーザ干渉計５６が設けられている。基板ステージＰＳＴ上のＺステージ５２（基板Ｐ）の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５６によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５６の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動することで基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐの移動又は位置決めを行う。

また、基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ５２）上には、基板Ｐを囲むように環状のプレート部５７が設けられている。プレート部５７は基板ホルダに保持された基板Ｐの表面とほぼ同じ高さの平坦面５７Ａを有している。ここで、基板Ｐのエッジとプレート部５７との間には０．１〜１ｍｍ程度の隙間があるが、液体１の表面張力によりその隙間に液体１が流れ込むことはほとんどなく、基板Ｐの周縁近傍を露光する場合にも、プレート部５７により投影光学系ＰＬの下に液体１を保持することができる。

液体供給機構１０は、所定の液体１を基板Ｐ上に供給するものであって、液体１を送出可能な第１液体供給部１１及び第２液体供給部１２と、第１、第２液体供給部１１，１２のそれぞれにその一端部を接続する第１、第２供給管１１Ａ，１２Ａとを備えている。第１、第２液体供給部１１，１２のそれぞれは、液体１を収容するタンク及び加圧ポンプ等を備えている。

液体回収機構２０は、基板Ｐ上に供給された液体１を回収するものであって、液体１を回収可能な液体回収部２１と、液体回収部２１にその一端部が接続された回収管２２（第１〜第４回収管２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄからなる。図４参照）とを備えている。回収管２２（２２Ａ〜２２Ｄ）の途中にはバルブ２４（第１〜第４バルブ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄからなる。図４参照）が設けられている。液体回収部２１は例えば真空ポンプ等の真空系（吸引装置）、及び回収した液体１を収容するタンク等を備えている。

投影光学系ＰＬの終端部の光学素子２の近傍には流路形成部材３０が配置されている。流路形成部材３０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方において光学素子２の周りを囲むように設けられた環状部材である。流路形成部材３０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方に設けられ、その基板Ｐ表面に対向するように配置された第１供給口１３と第２供給口１４（図５参照）とを備えている。また、流路形成部材３０は、その内部に供給流路８２（８２Ａ，８２Ｂ）を有している。供給流路８２Ａの一端部は第１供給口１３に接続し、他端部は第１供給管１１Ａを介して第１液体供給部１１に接続している。供給流路８２Ｂの一端部は第２供給口１４に接続し、他端部は第２供給管１２Ａを介して第２液体供給部１２に接続している。更に、流路形成部材３０は、基板Ｐ（基板ステージＰＳＴ）の上方に設けられ、その基板Ｐ表面に対向するように配置された４つの回収口２３（図６参照）を備えている。

図４は、流路形成部材３０の概略斜視図である。図４に示すように、流路形成部材３０は投影光学系ＰＬの終端部の光学素子２の周りを囲むように設けられた環状部材であって、第１部材３１と、第１部材３１の上部に配置される第２部材３２と、第２部材３２の上部に配置される第３部材３３とを備えている。第１〜第３部材３１〜３３のそれぞれは板状部材であってその中央部に投影光学系ＰＬ（光学素子２）を配置可能な穴部３１Ａ〜３３Ａを有している。

図５は、図４の第１〜第３部材３１〜３３のうち最下段に配置される第１部材３１を示す斜視図である。図５において、第１部材３１は、投影光学系ＰＬの−Ｘ方向側に形成され、基板Ｐ上に液体１を供給する第１供給口１３と、投影光学系ＰＬの＋Ｘ方向側に形成され、基板Ｐ上に液体１を供給する第２供給口１４とを備えている。第１供給口１３及び第２供給口１４のそれぞれは第１部材３１を貫通する貫通穴であって、平面視略円弧状に形成されている。更に、第１部材３１は、投影光学系ＰＬの−Ｘ方向、−Ｙ方向、＋Ｘ方向、及び＋Ｙ方向側に形成され、それぞれ基板Ｐ上の液体１を回収する第１回収口２３Ａ、第２回収口２３Ｂ、第３回収口２３Ｃ、及び第４回収口２３Ｄを備えている。第１〜第４回収口２３Ａ〜２３Ｄのそれぞれも第１部材３１を貫通する貫通穴であって、平面視略円弧状に形成されており、投影光学系ＰＬの周囲に沿って略等間隔に、かつ供給口１３，１４より投影光学系ＰＬに対して外側に設けられている。供給口１３，１４の基板Ｐとの離間距離と、回収口２３Ａ〜２３Ｄの基板Ｐとの離間距離とは、ほぼ同じに設けられている。つまり、供給口１３，１４の高さ位置と、回収口２３Ａ〜２３Ｄの高さ位置とはほぼ同じに設けられている。

図３に戻り、流路形成部材３０は、その内部に回収口２３Ａ〜２３Ｄ（図５参照）に連通した回収流路８４（８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ）を有している。なお、回収流路８４Ｂ，８４Ｄ（不図示）は、図５の非走査方向の回収口２３Ｂ，２３Ｄと図４の回収管２２Ｂ，２２Ｄとを連通させるための流路である。回収流路８４Ａ〜８４Ｄの他端部は図４の回収管２２Ａ〜２２Ｄを介して液体回収部２１にそれぞれ連通している。本例において、流路形成部材３０は液体供給機構１０及び液体回収機構２０それぞれの一部を構成している。

第１〜第４回収管２２Ａ〜２２Ｄに設けられた第１〜第４バルブ２４Ａ〜２４Ｄは、第１〜第４回収管２２Ａ〜２２Ｄの流路のそれぞれを開閉するものであって、その動作は制御装置ＣＯＮＴに制御される。回収管２２（２２Ａ〜２２Ｄ）の流路が開放されている間、液体回収機構２０は回収口２３（２３Ａ〜２３Ｄ）から液体１を吸引回収可能であり、バルブ２４（２４Ａ〜２４Ｄ）により回収管２２（２２Ａ〜２２Ｄ）の流路が閉塞されると、回収口２３（２３Ａ〜２３Ｄ）を介した液体１の吸引回収が停止される。

図３において、第１及び第２液体供給部１１，１２の液体供給動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは、第１及び第２液体供給部１１，１２による基板Ｐ上に対する単位時間あたりの液体供給量をそれぞれ独立して制御可能である。第１及び第２液体供給部１１，１２から送出された液体１は、供給管１１Ａ，１２Ａ、及び流路形成部材３０の供給流路８２Ａ，８２Ｂを介して、基板Ｐの上方に設けられた供給口１３，１４（図５参照）より基板Ｐ上に供給される。

また、液体回収部２１の液体回収動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは、液体回収部２１による単位時間あたりの液体回収量を制御可能である。基板Ｐの上方に設けられた回収口２３から回収された基板Ｐ上の液体１は、流路形成部材３０の回収流路８４及び回収管２２を介して液体回収部２１に回収される。流路形成部材３０のうち回収口２３より投影光学系ＰＬに対して外側の下面（基板Ｐ側を向く面）には、液体１を捕捉する所定長さの液体トラップ面７０が形成されている。トラップ面７０は親液処理を施されている。回収口２３の外側に流出した液体１は、トラップ面７０で捕捉される。

図６は、流路形成部材３０に形成された第１及び第２供給口１３，１４及び第１〜第４回収口２３Ａ〜２３Ｄと、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１との位置関係を示す平面図である。図６において、投影光学系ＰＬの投影領域ＡＲ１はＹ方向（非走査方向）を長手方向とする矩形状に設定されている。液体１が満たされた液浸領域ＡＲ２は、投影領域ＡＲ１を含むように実質的に４つの回収口２３Ａ〜２３Ｄで囲まれたほぼ円形の領域の内側に形成され、且つ走査露光時には基板Ｐ上の一部に（又は基板Ｐ上の一部を含むように）局所的に形成される。この場合、第１及び第２供給口１３，１４は走査方向（Ｘ方向）に関して投影領域ＡＲ１を挟むようにその両側に略円弧状のスリット状に形成されている。供給口１３，１４のＹ方向における長さは、少なくとも投影領域ＡＲ１のＹ方向における長さより長くなっている。液体供給機構１０は、２つの供給口１３，１４より、投影領域ＡＲ１の両側で液体１を同時に供給可能である。

また、第１〜第４回収口２３Ａ〜２３Ｄは、供給口１３，１４及び投影領域ＡＲ１を取り囲むように円弧状のスリット状に形成されている。複数（４つ）の回収口２３Ａ〜２３Ｄのうち、回収口２３Ａ及び２３ＣがＸ方向（走査方向）に関して投影領域ＡＲ１を挟んでその両側に配置されており、回収口２３Ｂ及び２３ＤがＹ方向（非走査方向）に関して投影領域ＡＲ１を挟んでその両側に配置されている。回収口２３Ａ，２３ＣのＹ方向における長さは、供給口１３，１４のＹ方向における長さより長くなっている。回収口２３Ｂ，２３Ｄのそれぞれも回収口２３Ａ，２３Ｃとほぼ同じ長さに形成されている。回収口２３Ａ〜２３Ｄはそれぞれ図４の回収管２２Ａ〜２２Ｄを介して図３の液体回収部２１に連通している。なお、本例において、回収口２３の数は４つに限られず、投影領域ＡＲ１及び供給口１３，１４を取り囲むように配置されていれば、任意の複数設けることができる。

なお、上記実施形態で用いた流路形成部材３０は、上述の構造に限られず、例えば、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、国際公開第２００４／０５７５８９号パンフレット、国際公開第２００４／０５７５９０号パンフレット、国際公開第２００５／０２９５５９号パンフレットに記載されているものも用いることができる。
また、本例では液体の供給口１３，１４と回収口２３Ａ〜２３Ｄとは同じ流路形成部材３０に設けられているが、供給口１３，１４と回収口２３Ａ〜２３Ｄとは別の部材に設けてもよい。さらに、例えば国際公開第２００５／１２２２１８号パンフレットに開示されているように、流路形成部材３０の外側に液体回収用の第２の回収口（ノズル）を設けてもよい。また、供給口１３，１４は基板Ｐと対向するように配置されていなくてもよい。さらに、流路形成部材３０はその下面が投影光学系ＰＬの下端面（射出面）とほぼ同じ高さ（Ｚ位置）に設定されているが、例えば流路形成部材３０の下面を投影光学系ＰＬの下端面よりも像面側（基板側）に設定してもよい。この場合、流路形成部材３０の一部（下端部）を、露光光ＥＬを遮らないように投影光学系ＰＬ（光学素子２）の下側まで潜り込ませて設けてもよい。

図７は、基板ステージＰＳＴのＺステージ５２を上方から見た平面図である。平面視矩形状のＺステージ５２の互いに垂直な２つの縁部に移動鏡５５が配置されている。そして、Ｚステージ５２上のほぼ中央部に基板Ｐが保持され、その基板Ｐの周囲を囲むように基板Ｐの表面とほぼ同じ高さの平坦面５７Ａを有する環状のプレート部５７がＺステージ５２と一体で設けられている。

プレート部５７の平坦面５７Ａの２つのコーナーは幅広になっており、その一方の幅広部に、マスクＭ及び基板Ｐを所定位置に対してアライメントする際に使う基準マークＦＭが設けられている。基準マークＦＭは、マスクＭの上方に設けられたマスクアライメント系９０（図３参照）により、マスクＭ及び投影光学系ＰＬを介して検出される。つまり、マスクアライメント系９０は、所謂ＴＴＭ（スルー・ザ・マスク）方式のアライメント系を構成している。なお不図示ではあるが、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬに並ぶように設けられ、基板Ｐ上に形成されたアライメントマーク及び基準マークＦＭを検出可能なオフアクシス方式の基板アライメント系も備えている。

また、プレート部５７の平坦面５７Ａのうち他方の幅広部には、光センサ部５８が設けられている。光センサ部５８は、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＥＬを検出するものであって、投影光学系ＰＬの像面側での露光光ＥＬの照射量（照度）を検出する照度センサ、あるいは投影領域ＡＲ１の照度分布（照度むら）を検出する照度むらセンサにより構成されている。

図７に示すように、基板Ｐ上には複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０が設定されており、制御装置ＣＯＮＴは、基板Ｐ上に設定された複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を順次露光する。本例において、制御装置ＣＯＮＴは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（投影領域ＡＲ１）が図７の波線矢印５９に沿って進むようにレーザ干渉計５６の出力をモニタしつつ基板ステージＰＳＴ（ＸＹステージ５３）を移動し、複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２０を順次ステップ・アンド・スキャン方式で露光する。図３の露光装置ＥＸによる走査露光時には、投影光学系ＰＬの終端部直下の矩形状の投影領域ＡＲ１にマスクＭの一部のパターン像が投影され、投影光学系ＰＬに対して、マスクＭがＸ方向に速度Ｖで移動するのに同期して、ＸＹステージ５３を介して基板ＰがＸ方向に速度β・Ｖ（βは投影倍率）で移動する。そして、図７の基板Ｐ上の１つのショット領域への露光終了後に、基板Ｐのステップ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方式で基板Ｐを移動しながら各ショット領域に対する走査露光処理が順次行われる。

露光処理を行うに際し、制御装置ＣＯＮＴは液体供給機構１０を駆動し、基板Ｐ上に対する液体供給動作を開始する。液体供給機構１０の第１、第２液体供給部１１，１２のそれぞれから送出された液体１は、供給管１１Ａ，１２Ａを流通した後、流路形成部材３０内部に形成された供給流路８２Ａ，８２Ｂを介して基板Ｐ上に供給される。
基板Ｐ上に供給された液体１は、基板Ｐの動きに合わせて投影光学系ＰＬの下を流れる。例えば、あるショット領域の露光中に基板Ｐが＋Ｘ方向に移動しているときには、液体１は基板Ｐと同じ方向である＋Ｘ方向に、ほぼ基板Ｐと同じ速度で、投影光学系ＰＬの下を流れる。この状態で、照明光学系ＩＬより射出されマスクＭを通過した露光光ＥＬが投影光学系ＰＬの像面側に照射され、これによりマスクＭのパターンが投影光学系ＰＬ及び液浸領域ＡＲ２の液体１を介して基板Ｐに露光される。制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが投影光学系ＰＬの像面側に照射されているときに、すなわち基板Ｐの露光動作中に、液体供給機構１０による基板Ｐ上への液体１の供給を行う。露光動作中に液体供給機構１０による液体１の供給を継続することで液浸領域ＡＲ２は良好に形成される。一方、制御装置ＣＯＮＴは、露光光ＥＬが投影光学系ＰＬの像面側に照射されているときに、すなわち基板Ｐの露光動作中に、図４の第１〜第４バルブ２４Ａ〜２４Ｄのそれぞれを駆動して第１〜第４回収管２２Ａ〜２２Ｄの流路を閉塞し、液体回収機構２０による基板Ｐ上の液体１の回収を行わない。露光動作中に（露光光ＥＬが投影光学系ＰＬの像面側に照射されているときに）、液体回収機構２０による液体１の回収を行わないようにすることで、液体１の回収動作に起因する音や振動を抑えた状態で露光処理することができる。

本例において、露光動作中、液体供給機構１０は、供給口１３，１４より投影領域ＡＲ１の両側から基板Ｐ上への液体１の供給を同時に行う。これにより、供給口１３，１４から基板Ｐ上に供給された液体１は、投影光学系ＰＬの終端部の光学素子２の下端面と基板Ｐとの間に良好に濡れ拡がり、液浸領域ＡＲ２を少なくとも投影領域ＡＲ１より広い範囲で形成する。

なお、投影領域ＡＲ１の走査方向両側から基板Ｐに対して液体１を供給する際、制御装置ＣＯＮＴは、液体供給機構１０の第１及び第２液体供給部１１，１２の液体供給動作を制御し、走査方向に関して、投影領域ＡＲ１の手前から供給する単位時間あたりの液体供給量を、その反対側で供給する液体供給量よりも多く設定してもよい。この場合、例えば基板Ｐが＋Ｘ方向に移動することにより、投影領域ＡＲ１に対して＋Ｘ方向側に移動する液体量が増し、基板Ｐの外側に大量に流出する可能性がある。ところが、＋Ｘ方向側に移動する液体１は流路形成部材３０の＋Ｘ側下面に設けられているトラップ面７０で捕捉されるため、基板Ｐの周囲等に流出したり飛散したりする不都合を抑制できる。

露光動作中、液体回収機構２０による液体１の回収動作は行われず、露光完了後、制御装置ＣＯＮＴはバルブ２４を駆動して回収管２２の流路を開放し、基板Ｐ上の液体１を回収する。制御装置ＣＯＮＴは、一例として、基板Ｐ上のある１つのショット領域の露光完了後であって、次のショット領域の露光開始までの一部の期間（ステッピング期間の少なくとも一部）において、液体回収機構２０により基板Ｐ上の液体１の回収を行う。

制御装置ＣＯＮＴは、液体回収機構２０による基板Ｐ上の液体１の回収動作中を含む、ある１つのショット領域の露光完了後であって次のショット領域の露光開始までの期間において、液体供給機構１０による液体１の供給を継続する。これにより、液体１の供給及び供給停止を繰り返すことにより投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間で生じる液体１の振動（所謂ウォーターハンマー現象）の発生を防止することができる。このようにして、基板Ｐの全部のショット領域に液浸法で露光を行うことができる。本例の露光装置を用いた場合の動作は以下の通りである。

（Ａ７）液浸法で図３の基板Ｐを露光するに際して、基板Ｐの露光前に基板Ｐの表面に図１のレジストコータ４１を用いてレジストを塗布している。従って、そのレジストからの溶剤の揮発によるそのレジスト表面の凹凸が少ないため、そのレジスト表面の液浸領域ＡＲ２内に気泡が生じにくい。従って、そのレジスト層に転写されるパターンの欠陥を減少させることができ、半導体デバイス等の歩留りが向上する。

（Ａ８）本例の露光装置ＥＸには、基板Ｐの露光前に基板Ｐを処理するための図１のレジストコータ４１が例えばインラインに配置されている。従って、製造される半導体デバイス等の歩留りが向上する。
なお、本例の液体１は水であるが水以外の液体であってもよい。例えば露光光ＥＬの光源がＦ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）である場合、液体１としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイル又は過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系流体であってもよい。また、液体１としては、その他にも、露光光ＥＬに対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬや基板Ｐ表面に塗布されているレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。また、液体１としては、石英や蛍石よりも屈折率が高いもの（屈折率が１．６〜１．８程度）を使用してもよい。更に、石英や蛍石よりも屈折率が高い（例えば１．６以上）材料で光学素子２を形成してもよい。

また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ、デバイスの基材である基板を製造するステップ、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、並びに検査ステップ等を経て製造される。

なお、上記各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたマスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含むものである。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報（対応する米国特許第６，３４１，００７、６，４００，４４１、６，５４９，２６９及び６，５９０，６３４号明細書）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応する米国特許第５，９６９，４４１号明細書）あるいは米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているような複数の基板ステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも適用できる。この場合、複数の基板ステージのそれぞれに対して洗浄が実施される。

また、上述の実施形態の投影光学系は、先端の光学素子の像面側の光路空間を液体で満たしているが、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットに開示されているように、先端の光学素子のマスク側の光路空間も液体で満たす投影光学系を採用することもできる。また、本発明は、投影光学系と基板との間の液浸領域をその周囲のエアーカーテンで保持する液浸型の露光装置にも適用することができる。
また、本発明は、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板Ｐ上に形成することによって、基板Ｐ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置にも適用できる。この場合も、光学部材と基板Ｐとの間の液体を介して基板Ｐに露光光が照射される。

さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応する米国特許第６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本発明の露光方法及びデバイス製造方法によれば、基板上に転写されるパターンの欠陥が減少するため、製造されるデバイスの歩留りが向上する。

本発明のレジストコータの実施形態の一例を示す断面図である。 （Ａ）は基板Ｐ上の液体１中に気泡が残存する状態を示す拡大断面図、（Ｂ）はその気泡に起因するパターンの欠陥の一例を示す拡大平面図である。 本発明の露光装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 図３中の流路形成部材３０を示す斜視図である。 図４の流路形成部材３０のうちの第１部材３１を示す斜視図である。 図３の液体供給口及び回収口の配置を示す平面図である。 図３の基板ステージＰＳＴ及びその上の基板Ｐを示す平面図である。

符号の説明

１…液体、２…光学素子、１０…液体供給機構、１１…第１液体供給部、１２…第２液体供給部、１３，１４…供給口、２０…液体回収機構、２１…液体回収部、２３Ａ〜２３Ｄ…回収口、３０…流路形成部材、ＡＲ１…投影領域、ＡＲ２…液浸領域、ＣＯＮＴ…制御装置、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｍ…マスク、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＳＴ…基板ステージ、４１…レジストコータ、４２…チャンバー、４３…基板回転部

Claims (12)

1. 基板上に溶剤に溶かれた材料を塗布する基板処理方法において、
   前記溶剤の揮発を抑制する雰囲気中で前記基板上に前記材料を塗布することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記材料は、感光材料又は感光材料上に塗布されるトップコートであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記溶剤の揮発を抑制する雰囲気は、前記溶剤が拡散された雰囲気、気圧が１気圧よりも高い雰囲気、及び温度が通常よりも低い雰囲気のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
4. 基板上に溶剤に溶かれた材料を塗布する基板処理装置において、
   前記基板を保持する保持部材と、
   前記保持部材に保持された前記基板上に前記溶剤に溶かれた前記材料を塗布する塗布機構と、
   前記前記材料が塗布された前記基板を保持する前記保持部材を覆う気密室と、
   前記気密室内の雰囲気を前記溶剤の揮発を抑制する雰囲気にする溶剤管理装置とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
5. 前記材料は、感光材料又は感光材料上に塗布されるトップコートであることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記溶剤管理装置は、前記気密室内に前記溶剤を拡散する拡散装置を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の基板処理装置。
7. 前記溶剤管理装置は、前記気密室内の気圧を高める加圧装置を含むことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記溶剤管理装置は、前記気密室内の温度を下げる冷却装置を含むことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
9. 前記冷却装置は、前記保持部材を冷却することを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 投影光学系の像面側に配置された基板上に、前記投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによって前記基板を露光する露光方法において、
    前記基板の露光前に前記基板を請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理方法で処理することを特徴とする露光方法。
11. 投影光学系の像面側に配置された基板上に、前記投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによって前記基板を露光する露光装置において、
    前記基板の露光前に前記基板を処理するために、請求項４から９のいずれか一項に記載の基板処理装置を備えたことを特徴とする露光装置。
12. 請求項１０に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
    

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