JP4018647B2 - 投影露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影露光装置およびデバイス製造方法に関する。

半導体素子の微細化が進み、露光光源としては、高圧水銀灯のｇ線からより波長の短いｉ線へと移行し、更に、より波長の短いＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザへと移行してきた。また、より高い解像力を実現するためには、投影レンズのＮＡ（開口数）を大きくしなければならず、その為、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様に、次式で表すことができる。

（解像力）＝ｋ１・（λ／ＮＡ）
（焦点深度）＝±ｋ２・λ／ＮＡ²
ここで、λは露光に使用する光の波長、ＮＡは投影レンズのＮＡ（開口数）、ｋ１、ｋ２は、プロセスに関係する係数である。

近年では、波長の短いＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザが使われるようになり、更には、Ｆ２エキシマレーザやＥＵＶ光源、Ｘ線光源の使用も検討されている。また、一方では、位相シフトマスク、或は変形照明等による高解像力、高深度化技術が実用化されている。しかし、Ｆ２エキシマレーザ、ＥＵＶ光源、Ｘ線光源を利用する方法は、装置コストの増加を招く。

そこで、既存のＡｒＦエキシマレーザを用いた投影露光装置に対して液浸方式を適用しようとする試みがなされている。ここで、液浸方式は、投影レンズとウエハとの間の空間を高屈折率の液体で満たすことにより高い解像度と深い焦点深度を得る方法である。液浸方式の投影露光装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

具体的には、液浸方式では、図１３に示すように、投影レンズの最終段の光学素子７とウエハ２との間隙に液体２５を満たす。ここで、露光光の空気中における波長をλ０、液浸に使用する液体２５の空気に対する屈折率をｎ、光線の収束半角をαとし、ＮＡ０＝ｓｉｎαとすると、液浸した場合の解像力及び焦点深度は、次式のようになる。

（解像力）＝ｋ１・（λ０／ｎ）／ＮＡ０
（焦点深度）＝±ｋ２・（λ０／ｎ）／（ＮＡ０）²
すなわち、液浸の効果は、露光波長を１／ｎにすることと等価であると言える。換言すると、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有効であり、更に位相シフト法、変形照明法等と組み合わせることも可能である。

この効果を活用するためには、液体の純度、均一性、温度等の精密な管理が必要であり、ステップ・アンド・リピ−ト動作でウエハ上に逐次露光を行なう露光装置では、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、ウエハを液体内に搬入する際にウエハ表面に残留する気泡をいかにして除去するか等が重要である。

また、液浸方式ではない一般的な投影露光装置では、ウエハの近傍に、ウエハ上に照射される露光光の照度や露光光の照度むらを計測する照度むらセンサが搭載されていることが一般的である。また、ウエハの近傍には、キャリブレーションのために投影レンズの倍率や焦点位置変動を計測するセンサが設けられることが一般的である。

キャリブレーション用のセンサユニットとしては、クロム等により図４に示すような基準マークパターンが形成された石英ガラスの下に受光素子を設置したものがある。このようなセンサユニットは、次のように利用される。すなわち、レチクルに図４の基準マークと同様なパターンを設けて、このパターンを基準マーク上に投影し、基準マークを通過した光量を受光素子により計測する。フォーカスが合っているときは、レチクルに形成されたパターンの投影像と基準マークのパターンとが一致するため受光素子によって検出される光量が最大となる。フォーカスがずれると、レチクルに形成されたパターンがボケて基準マークパターン上に投影されるため、受光素子によって検出される光量が低下する。したがって、受光素子によって光量を検出しながらフォーカスを変動させ、検出光量が最大となるフォーカス位置を見つけることによりフォーカスのキャリブレーションを実行することができる。

また、レチクルに形成されたパターンの投影像に対してＸＹ方向に基準マークが変位すると同様に検出光量が変化する。したがって、ＸＹ方向のズレも検出することが可能である。即ち、このようなセンサユニットは、アライメント用センサユニットとしても使用可能である。この他にも、ショット内の露光むらの計測や有効光源の計測に用いられる多数の画素より構成されるラインセンサ、投影レンズの収差計測に用いられる二次元ＣＣＤなどがウエハステージに搭載される場合もある。

このようなセンサユニットは、計測精度等を考慮すると、液浸式投影露光装置では、ウエハと同様に、投影レンズ下に液を満たした状態（液浸状態）で使われることが望ましい。
特開平０６−１２４８７３号公報

しかし、液浸状態で上記のようなセンサユニットを使用すると、以下のような問題が発生する。

図１２に照度むらセンサユニットの従来例を示す。照度むらセンサユニットは、封止窓２１で密閉されたセンサ容器２２の中に受光素子２３を配置し、封止窓２１の上に、ピンホールが形成された遮光部材２８を配置して構成されている。受光素子２３を密閉空間に配置しているのは、湿度等の影響を受けて受光素子２３の特性が劣化することを防止するためである。このような構造のセンサユニットに光が入射すると、スネルの法則として知られているように、空気と封止窓２１の境界面、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面で屈折が起こる。

センサユニットの外部空間の屈折率をｎ１、封止窓２１の屈折率をｎ２、センサユニットの内部空間の屈折率をｎ３、センサユニットの外部空間と封止窓２１との境界面に対する光の入射角をθｉ１、屈折角をθｒ１、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面に対する光の入射角をθｉ２、屈折角をθｒ２とすると、スネルの法則より、
ｎ２・ｓｉｎ（θｉ２）＝ｎ３・ｓｉｎ（θｒ２）
が成り立つ。したがって、
ｓｉｎ（θｒ２）＝（ｎ２／ｎ３）・ｓｉｎ（θｉ２）
の関係が得られ、ｎ２＞ｎ３の場合には、ｓｉｎ（θｉ２’）＝ｎ３／ｎ２で定義されるθｉ２’（臨界角）以上の入射角で入射する光は、屈折せずに全反射を起こす。

投影レンズのＮＡは、
ＮＡ＝ｎ１・ｓｉｎ（θｉ１）
で求められる。

液浸式ではない一般的な投影露光装置では、センサユニットの外部空間は空気なので、屈折率ｎ１＝１である。屈折率が１の場合、ＮＡは１．０未満であり、実際には、大きくても０．９程度である。ＮＡ＝０．８３とした場合、入射角θｉ１＝５６．４４°である。封止窓２１の材質が石英ガラスとすると、屈折率ｎ２＝１．５６である。スネルの法則より、センサユニットの外部空間と封止窓２１との境界面での屈折角θｒ１＝３２．２９°である。θｒ１＝θｉ２の関係より、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面に対する光の入射角θｉ２もθｉ２＝３２．２９°である。封止窓とセンサユニットの内部空間との境界面での臨界角θｉ２’は、
ｓｉｎθｉ２’＝ｎ３／ｎ２＝１／１．５６＝０．６４
である。したがって、θｉ２’＝３９．９°となり、θｉ２’＞θｉ２となるので全反射にはならず、光は受光素子表面まで到達することができる。

一方、液浸式の投影露光装置では、センサユニットの外部空間は液体で満たされる。ここでは、液体として純水を想定する。純水の屈折率は１．４４である。上記の例で屈折率ｎ１＝１．４４とすると、入射角θｉ１＝５６．４４°であり、屈折率ｎ２＝１．５６であるので、スネルの法則より、センサユニットの外部空間と封止窓２１との境界面での屈折角θｒ１＝５０．２８°である。θｒ１＝θｉ２の関係より、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面に対する光の入射角θｉ２もθｉ２＝５０．２８°となる。封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面での臨界角θｉ２’は、上記と同様に、
ｓｉｎθｉ２’＝ｎ３／ｎ２＝１／１．５６＝０．６４
である。したがって、θｉ２’＝３９．９°となり、θｉ２’＜θｉ２となるので全反射となってしまう。したがって、入射角が３９．９°〜５０．２８°の範囲の光は境界面で全反射して受光素子の表面に到達し得ないので、全光束を用いた正確な計測をすることができないという問題がある。このような問題は、照度むらセンサユニットに留まらず、前述したキャリブレーション用センサユニットその他に対しても同様な悪影響を及ぼす。

以上の議論は液浸式投影露光装置における問題に関するが、高ＮＡの投影露光装置では、液浸式でない従来方式でもセンサユニットの計測精度を劣化させる要因があった。一般的に光センサは受光面に対する光の入射角に応じて感度が変化するという特性をもっている。したがって、従来方式の投影露光装置では、光の全反射なしに全光束が受光素子まで到達するが、センサの受光面に対する入射角の大きい光が存在するため、感度の角度特性の影響を受けて正確な光量計測が行なえないという問題があった。

これらの問題は、センサ上に複雑な光学系を構成することにより対処することも可能であるが、ウエハを保持して高速で移動するステージ上にセンサユニットが搭載されることを考えると、重量的にもスペース的にも実現は非常に困難である。

本発明は、上記の課題認識を基礎としてなされたものであり、高ＮＡの光学系から射出した光束を高精度に検出できるようにすることを主たる目的とする。

本発明の第１の側面は、投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置に係り、該装置は、前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、前記受光素子が配された容器と、前記受光素子を覆うように前記容器内に満たされたフッ素系樹脂と、を有するように構成されている。

本発明の好適な実施形態によれば、前記投影露光装置は、前記フッ素系樹脂上に配された遮光部材をさらに有しうる。

本発明の第２の側面は、投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置に係り、該装置は、前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、前記受光素子が配された容器と、前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、前記受光素子を覆うフッ素系樹脂と、前記封止窓と前記フッ素系樹脂との間に満たされた液体と、を有するように構成されている。

本発明の第３の側面は、投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置に係り、該装置は、前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、前記受光素子が配された容器と、前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、前記基板を保持し、かつ移動するステージと、前記ステージの冷却用の液体を前記容器内に供給する供給手段と、を有するように構成されている。

本発明の第４の側面は、投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置に係り、該装置は、前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、前記受光素子が配された容器と、前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、前記容器内に満たされた液体と、前記基板を保持するチャックと、前記チャックを保持するステージと、を有し、前記封止窓は、前記チャックに取り付けられ、前記容器は、前記ステージに取り付けられているように構成されている。

本発明の好適な実施形態によれば、前記容器と前記封止窓との間に配されたＯリングをさらに有しうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記受光素子を覆うフッ素系樹脂をさらに有しうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記封止窓は、遮光部材を含みうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記液体は、例えば、不活性液体でありうる。前記液体は、例えば、ＰＦＥ（パー・フルオロ・エーテル）、ＰＦＰＥ（パー・フルオロ・ポリエーテル）、ＨＦＥ（ハイドロ・フルオロ・エーテル）およびＨＦＰＥ（ハイドロ・フルオロ・ポリエーテル）のいずれかを含みうる。

本発明によれば、高ＮＡの光学系から射出した光束を高精度に検出することができる。

まず、本発明の原理を説明する。図２は、本発明が適用されたセンサユニット（例えば、照度むらセンサユニット）の概略構成を示す図である。図２に示すセンサユニットは、封止窓２１で密閉されたセンサ容器２２の中に受光素子２３を配置し、センサユニットの内部空間、即ち封止窓２１と受光素子２３との間の空間を液体、例えばウエハ露光の液浸に使用する液体とほぼ同等な屈折率を持つ液体２４で満たして構成されている。封止窓２１の上に、ピンホールが形成された遮光部材２８が配置されている。このような構造のセンサユニットに光が入射すると、空気と封止窓２１との境界面、及び、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面で屈折が起こる。

センサユニットの外部空間の屈折率をｎ１、封止窓２１の屈折率をｎ２、センサユニットの内部空間の屈折率をｎ３、センサユニットの外部空間と封止窓２１との境界面に対する光の入射角をθｉ１、屈折角をθｒ１、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面に対する光の入射角をθｉ２、屈折角をθｒ２とする。

液浸式投影露光装置では、センサユニットの外部空間は液体で満たされる。ここでは、液体として純水（屈折率＝１．４４）を想定する。屈折率ｎ１＝１．４４とすると、ＮＡ＝０．８３における入射角はθｉ１＝５６．４４°であり、屈折率はｎ２＝１．５６であるので、スネルの法則よりセンサユニットの外部空間と封止窓２１との境界面での屈折角θｒ１＝５０．２８°となる。θｒ１＝θｉ２の関係より、封止窓２１とセンサユニットの内部空間との境界面に対する光の入射角θｉ２もθｉ２＝５０．２８°となる。封止窓とセンサユニットの内部空間との境界面での臨界角θｉ２’は、センサユニットの内部空間を屈折率ｎ３＝１．３４の不活性な液体で満たした場合を考えると、
ｓｉｎθｉ２’＝ｎ３／ｎ２＝１．３４／１．５６＝０．８６
を満たす。したがって、θｉ２’＝５９．２０°となり、θｉ２’＞θｉ２となるので全反射は起こらず、全入射光が受光素子２３の表面まで到達する。

図７は、本発明が適用された他の照度むらセンサユニットの概略構成を示す図である。図７に示すセンサユニットは、センサ容器２２の中に受光素子２３を配置し、受光素子２３をコーティング部材（固体物質）３３でコーティングし、コーティング部材３３の上に、ピンホールが形成された遮光部材２８を配置して構成されている。コーティング部材３３は、液浸に使用する液体から受光素子２３を保護するように機能し、液浸に使用する液体とほぼ同等かそれ以上の屈折率を有することが好ましい。コーティング部材３３は、センサユニット内部に空間が生じないように配置された遮光窓として把握することもできる。

このような構造のセンサユニットに光が入射すると、空気とコーティング部材３３との境界面で屈折が起こる。センサユニットの外部空間の屈折率をｎ１、コーティング部材３３の屈折率をｎ２、センサユニットの外部空間とコーティング部材３３との境界面に対する光の入射角をθｉ１、屈折角をθｒ１とする。液浸式投影露光装置では、センサユニットの外部空間は液体で満たされる。ここでは、液体として純水（屈折率＝１．４４）を想定する。屈折率ｎ１＝１．４４とすると、ＮＡ＝０．８３における入射角θｉ１＝５６．４４°である。コーティング部材３３の屈折率ｎ２が１．３０より大きければ全ての入射光をコーティング部材中に導き、受光素子表面に到達させることができる。

図２、図７に例示的に示すようなセンサユニットを液浸式投影露光装置に組み込むことにより、高ＮＡの光学系から射出してセンサユニットに入射する広角の入射光であっても、照度むら計測やキャリブレーション計測等において、高い精度で当該入射光を検出することができる。

また、図２、図７に例示的に示すようなセンサユニットを液浸式以外の投影露光装置に組み込んだ場合においても、照度むら計測やキャリブレーション計測等において、高い精度で入射光を検出することができる
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る液浸式投影露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す露光装置は、照明光学系３によってレチクル１を照明し、レチクル１に形成された回路パターンを感光剤が塗布されたウエハ２に投影光学系４を介して投影し転写する。照明光学系３は、ウエハ２上にレチクル１の回路パターンを投影するための変形照明形成装置及び調光装置等を備えうる。レチクル１は、レチクルステージ５によって保持され、所定位置に位置決めされる。レチクル１の位置は、レチクルステージ５に設けられた参照ミラー１４を利用してレーザ干渉計１６によって計測される。また、レチクルステージ５は、駆動モータ１８によって駆動される。

レチクル１の回路パターンとウエハ２に既に形成されているパターンとを位置合わせするための情報は、アライメント光学系６を用いて取得される。

投影光学系４は、複数の光学素子を含んで構成され、それらのうち最終段の光学素子として光学素子７を有する。光学素子７の下面、すなわちウエハ２表面に対向する面は、平面形状、又は、ウエハ２表面に向かって凸となる形状に構成されることが好ましい。これは、光学素子７とウエハ２との間の空間、又は、光学素子７とセンサユニット２７との間の空間を液体で満たす際（液浸する際）に、光学素子７の表面に空気層や気泡を残留させないことに寄与する。また、液浸される光学素子７の表面、ウエハ２上の感光剤光量センサユニット２７の表面は、液浸に使用する液体２５と親和性のあるコーティングがなされることが好ましい。

液浸は、液体供給装置１２が光学素子７とウエハ２（又はセンサユニット２７）との間の空間に液体２５を供給することによってなされる。この液体２５は、液体回収装置１１によって回収される。

ウエハ２は、ウエハチャック８によって保持される。ウエハチャック８（ウエハ２）は、駆動モータ１７によって駆動されるＸＹステージ１０、及び、ＸＹステージ１０上に配置された微動ステージ９によって駆動される。微動ステージ９は、ウエハ２のθ方向位置を補正する機能、ウエハ２のＺ位置を調整する機能、及び、ウエハ２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９には、Ｘ方向及びＹ方向の位置を計測するための参照ミラー１３（Ｙ方向の参照ミラーは不図示）が取り付けられており、これらを利用してレーザ干渉計１５によって微動ステージ９のＸ方向及びＹ方向の位置が計測される。フォーカス計測装置１９、２０は、ウエハ２のＺ方向の位置及びウエハ２の傾きを計測する。

ＸＹステージ１０、レチクルステージ５、フォーカス計測装置１９、２０等は、コントローラ２６によって制御される。

センサユニット２７は、この実施形態では、露光光の光量を計測する光量センサユニットとして構成されている。センサユニット２７は、封止窓２１で密閉されたセンサ容器２２内に配置された受光素子２３を有し、センサ容器２２内の空間が不活性液体２４で満たされている。センサユニット２７は、ウエハチャック８に配置されてもよいし、微動ステージ９に配置されてもよいし、露光光の光量を計測することができる限りにおいて他の場所に配置されてもよい。光量センサユニット２７の表面の封止窓２１には、ピンホールを有するパターンが形成されており、センサユニット２７は、例えば露光光の絶対照度や照度むらの計測に用いられうる。センサユニット２７の表面の光通過部分の形状（マスクの形状）を変更することにより、センサユニット２７をアライメントやキャリブレーションの用途に使用することもできる。

次に、図１に示す露光装置の動作を説明する。露光光の照度計測の際は、光量センサユニットとして構成されたセンサユニット２７は、ＸＹステージ１７を駆動することにより投影光学系４の中心の下に位置決めされる。次に、光学素子７とセンサユニット２７との間の空間に液体供給装置１２により液体２５を供給する。この状態で、照明光学系３によって投影光学系４を通してセンサユニット２７を露光しながら露光光の照度が計測される。液浸に使用する液体２５は、液体供給装置１２から光学素子７とセンサユニット２７との間の空間に供給されるとともに液体回収装置１１により回収される。

センサユニット２７のセンサ容器２２内は、液体、例えば液浸に使用する液体２５とほぼ同等な屈折率を持った不活性液体２４で満たされる。したがって、高いＮＡの投影光学系４からの露光光であってもその全てが受光素子２３まで到達し高精度な計測が可能となる。

次に、図１０を参照しながらウエハの露光について説明する。ウエハを露光する際には、まず、あらかじめ感光剤を塗布してあるウエハ２を不図示のウエハ搬送装置によりウエハチャック８上に搬送する。ウエハチャック８上に載せられたウエハ２は、バキューム吸着等の吸着法によって固定され、平面矯正される。次に、フォーカス計測装置１９、２０によりウエハ２の全面についてフォーカス及びチルトに関する計測がなされる。

次に、フォーカス及びチルトに関する計測情報に従って、微動ステージ９の位置を制御しながら、光学素子７とウエハ２との間の空間に液体供給装置１２により液体２５を供給しつつ液体回収装置１１により回収しながら、ウエハ２にレチクル１のパターンが投影され、これによってウエハ２が露光される。ウエハ２の露光が終了すると、不図示のウエハ搬送装置によりウエハチャック９上からウエハ２が回収され、一連の露光動作が終了する。

次に、図２を参照しながらセンサユニット２７について更に詳細に説明する。センサユニット２７は、光量センサユニットとして構成される場合は、図３に例示的に示すようなピンホールを有するパターンを構成する遮光部材２８がクロム等により表面に形成された封止窓２１によってセンサ容器２２を密閉し、センサ容器２２内に受光素子２３を配置するとともにセンサ容器２２内に不活性液体２４等の液体を満たすことにより構成されうる。

封止窓２１の材質としては、例えば、石英等、露光光を効率よく透過する材料が好ましい。不活性液体２４としては、例えば、ＰＦＥ（パー・フルオロ・エーテル）、ＰＦＰＥ（パー・フルオロ・ポリエーテル）、ＨＦＥ（ハイドロ・フルオロ・エーテル）、ＨＦＰＥ（ハイドロ・フルオロ・ポリエーテル）等のフッ素系不活性液体が好適である。選択の目安としては、液浸に使用する液体２５とほぼ同等の屈折率を持ち、露光光に対して良好な透過率を持ち、かつ露光光による劣化が少なく、かつ受光素子２３に対して特性劣化等を引き起こさないことが重要である。

ピンホールを有するパターンを形成する遮光部材２８は、例えば、貫通孔が形成された薄板を使用することができ、この薄板は、封止窓２１の表面又は近傍に配置されうる。また、アライメント計測やキャリブレーション計測に好適なセンサユニットは、ピンホールを有するパターンに代えて、例えば図４に例示的に示すような複数のバーを配列したパターンを配置することによって構成されうる。もちろん、他の用途に使用する場合は、その用途に適したパターン形状を採用すればよい。

封止窓２１及びセンサ容器２２は、センサユニット内部の不活性液体２４が揮発しない構造にするのが望ましい。また、図５に示すように、封止窓２１とセンサ容器２２との結合部にＯリング２９を配置して密封するような構造にすると、必要に応じて封止窓２１とセンサ容器２２とを容易に分離することができる。例えば、光量センサユニット２７をウエハチャック８に固定した構造においては、ウエハチャック８を露光装置から取り外す際に、受光素子２３と他のユニット（例えば、コントローラ２６）との間の電気配線を切り離すことが困難な場合が想定されうる。そこで、図５に示すような構成のセンサユニットにおいて、例えば、封止窓２１をウエハチャック８に取り付け、センサ容器２２を微動ステージ９に取り付けるような構造にすると、受光素子２３からの電気配線を気にせずにウエハチャック８を露光装置から取り外すことが可能となる。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る液浸式投影露光装置のセンサユニットの概略構成を示す図である。センサユニット以外の装置全体の構成及び動作は、第１実施形態と同様である。図６では、光量センサユニット２７は、図３に例示的に示すようなピンホールを有するパターンを構成する遮光部材２８がクロム等により表面に形成された封止窓２１、及び、循環用ポート３２ａ、３２ｂを有するセンサ容器３２によって外部空間から内部空間を仕切っている。内部空間には、受光素子２３が配置されている。この構成例は、センサ容器３２の内部空間に不活性液体２４を供給し循環させる構造を有する。

外部空間には、不活性液体２４を貯留するタンク３０、タンク３０内の不活性液体２４をセンサ容器２４内に供給する送液ポンプ３１が配置されうる。不活性液体２４は、ポンプ３１により常にセンサ容器３２内を循環させることができる。或いは、不活性液体２４がセンサ容器３２内を満たした状態でポンプ３１を停止させておき、必要時にのみポンプ３１を駆動して不活性液体２４を循環させてもよい。

このようにセンサ容器２４内に不活性液体２４を供給可能な構成によれば、例えば、封止窓２１とセンサ容器３２との結合部（図５のようにＯリング２９があってもよい）の間に意図せずして生じうる隙間より不活性液体２４が揮発してセンサ容器３２内部が液体２５で満たされなくなった場合においても、センサ容器２４内を再び不活性液体２４で満たすことができる。また、長期間の露光光照射により不活性液体２４の組成が変化し劣化が起こった場合においても、容易に新しい液体に交換することができる。また、センサ容器３２の内壁や受光素子２３からの不純物の発生により不活性液体２４が汚染された場合においても、容易に新しい液体に交換することができる。

また、タンク３０にある程度の量の不活性液体２４を貯留して循環させることにより、例えば第１実施形態よりも総量の多い不活性液体２４を使用することになるので、露光光照射や不純物による不活性液体２４の劣化が抑えられるという利点もある。

更に、不活性液体２４としてＸＹステージ１０の冷却に用いられる冷媒を使用することも可能である。不活性液体と冷媒とを共通化することにより、センサユニット専用の送液ポンプやタンクを持つ必要がなくなるという利点がある。

図６に示すセンサユニットにおいて、遮光部材２８は、例えば、図３や図４に例示的に示すように用途に応じたパターン形状に変更されうる。また、封止窓２１とセンサ容器３２との結合構造は、例えば、図５に例示的に示す構成に変更されうる。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る液浸式投影露光装置のセンサユニットの概略構成を示す図である。センサユニット以外の装置全体の構成及び動作は第１実施形態と同様である。

図７に示す構成例では、センサユニット２７は、図３に例示的に示すようなピンホールを有するパターンを構成する遮光部材２８、センサ容器２２、受光素子２３、受光素子２３を覆うようにセンサ容器２２内に満たされたコーティング部材（固体物質）３３を含む。コーティング部材３３は、液浸に使用する液体２５とほぼ同等かそれより大きな屈折率を有することが好ましく、また、露光光に対して良好な透過率を有し、かつ露光光による劣化が少なく、かつ受光素子２３に対して特性劣化等を引き起こさず、かつ液浸に使用する液体２５に対して耐性がある材料、例えば、フッ素系樹脂やガラス系の材料で構成されることが好ましい。図７に示すセンサユニットにおいて、遮光部材２８は、例えば、図３や図４に例示的に示すように用途に応じたパターン形状に変更されうる。

［第４実施形態］
図８は、本発明の第４実施形態に係る液浸式投影露光装置のセンサユニットの概略構成を示す図である。センサユニット以外の装置全体の構成及び動作は第１実施形態と同様である。図８に示すセンサユニット２７は、図３に例示的に示すようなピンホールを有するパターンを構成する遮光部材２８がクロム等により表面に形成された封止窓２１、センサ容器２２、受光素子２３、受光素子２３を覆うコーティング部材３３、センサ容器内に満たされた液体３４を含む。

コーティング部材（固体物質）３３は、センサ容器２２内に満たされた液体３４とほぼ同等かそれより大きな屈折率を有することが好ましく、また、露光光に対して良好な透過率を有し、かつ露光光による劣化が少なく、かつ受光素子２３に対して特性劣化等を引き起こさず、センサ容器内に満たされた液体３４に対して耐性がある材料、例えばフッ素系樹脂やガラス系の材質で構成されることが好ましい。

センサ容器２２内を満たす液体３４としては、例えば、第１、第２実施形態で提示された不活性液体でもよいし、液浸に使用する液体２５をそのまま用いてもよい。図８に示すセンサユニットにおいて、遮光部材２８は、例えば、図３や図４に例示的に示すように用途に応じたパターン形状に変更されうる。また、封止窓２１とセンサ容器３２との結合構造は、例えば、図５に例示的に示す構成に変更されうる。

［第５実施形態］
図９は、本発明の第５実施形態に係る液浸式投影露光装置のセンサユニット及びその周辺部の概略構成を示す図である。ここで言及する事項以外は、第１実施形態に従いうる。図９に示す光量センサユニット２７は、図３に例示的に示すようなピンホールを有するパターンを構成する遮光部材２８がクロム等により表面に形成された封止窓２１、及び、循環用ポート３２ａ、３２ｂを有するセンサ容器３２によって外部空間から内部空間を仕切った構成を有する。内部空間には、受光素子２３が配置され、受光素子２３がコーティング部材３３で覆われている。内部空間は、光学素子７とウエハ２又はセンサユニットとの間の空間に供給される液体と同一の液体２５によって満たされる。

液体２５は、タンク３０に貯留され、送液管４０、４２を通して送液ポンプ３１によって液体供給装置１２に供給されるとともに、送液管４０、４１、ポート３２ｂを通してセンサ容器３２内に供給される。液体供給装置１２によって光学素子７とウエハ２又はセンサユニットとの間の空間に供給された液体２５は液体回収装置１１によって回収されて送液管５２に送り出され、また、ポート３２ｂを通してセンサ容器３２に供給された液体２５はポート３２ａを通して送液管５１に送り出され、送液管５０を通してタンク３０に戻る。液体２５は、このようにして２つの経路を循環する。

コーティング部材３３は、センサ容器３２内に満たされる液体２５とほぼ同等かそれより大きな屈折率を有することが好ましく、また、露光光に対して良好な透過率を有し、かつ露光光による劣化が少なく、かつ受光素子２３に対して特性劣化等を引き起こさず、センサ容器内に満たされた液浸に使用する液体２５に対して耐性がある材料、例えばフッ素系樹脂やガラス系の材質で構成されることが好ましい。

送液管４１、５１にバルブを設けて、液体２５がセンサ容器３２内を満たした状態で該バルブを閉じることができる構成も有用であり、この場合、センサ容器３２内の液体２５を交換する場合など、必要時にのみ該バルブを開けることができる。

このようにセンサ容器３２内に液体２５を供給可能な構成によれば、例えば、封止窓２１とセンサ容器３２との結合部等から液体２５が揮発してセンサ容器３２内部が液体２５で満たされなくなった場合においても、センサ容器３２内を再び液体２５で満たすことができる。また、長期間の露光光照射により液体２５の組成が変化し劣化が起こった場合においても、容易に新しい液体に交換することができる。また、センサ容器３２の内壁やコーティング部材３３等からの不純物の発生により液体２５が汚染された場合においても、容易に新しい液体に交換することができる。

また、タンク３０にある程度の量の液体２５を貯留して循環させることにより、例えば第４実施形態よりも総量の多い液体２５を使用することになるので、露光光照射や不純物による液体２５の劣化が抑えられるという利点もある。

図９のセンサユニットにおいて、遮光部材２８は、例えば、図３や図４に例示的に示すように用途に応じたパターン形状に変更されうる。また、封止窓２１とセンサ容器３２との結合構造は、例えば、図５に例示的に示す構成に変更されうる。

また、センサ容器３２内に充填する液体を第１および第２実施形態のように不活性液体にしてもよい。この場合、液体供給装置１２、液体回収装置１１にそれぞれ通じる送液管４２、５２は省かれるのが一般的である。更に、不活性液体としてＸＹステージ１０の冷却に用いられる冷媒を使用することも可能である。不活性液体と冷媒とを共通化することにより、センサユニット専用の輸送ポンプやタンクを持つ必要がなくなるという利点がある。

図１１は、投影露光装置の構成図である。この投影露光装置は、液浸法ではなく、光学素子７とウエハとの間がガスで満たされた環境又は減圧環境の下で露光を行なう投影露光装置として構成されている。

図１１に示す露光装置は、照明光学系３によってレチクル１を照明し、レチクル１に形成された回路パターンを感光剤が塗布されたウエハ２に投影光学系４を介して投影し転写する。照明光学系３は、ウエハ２上にレチクル１の回路パターンを投影するための変形照明形成装置及び調光装置等を備えうる。レチクル１は、レチクルステージ５によって保持され、所定位置に位置決めされる。レチクル１の位置は、レチクルステージ５に設けられた参照ミラー１４を利用してレーザ干渉計１６によって計測される。また、レチクルステージ５は、駆動モータ１８によって駆動される。

レチクル１の回路パターンとウエハ２に既に形成されているパターンとを位置合わせするための情報は、アライメント光学系６を用いて取得される。

ウエハ２は、ウエハチャック８によって保持される。ウエハチャック８（ウエハ２）は、駆動モータ１７によって駆動されるＸＹステージ１０、及び、ＸＹステージ１０上に配置された微動ステージ９によって駆動される。微動ステージ９は、ウエハ２のθ方向位置を補正する機能、ウエハ２のＺ位置を調整する機能、及び、ウエハ２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９には、Ｘ方向及びＹ方向の位置を計測するための参照ミラー１３（Ｙ方向の参照ミラーは不図示）が取り付けられており、これらを利用してレーザ干渉計１５によって微動ステージ９のＸ方向及びＹ方向の位置が計測される。フォーカス計測装置１９、２０は、ウエハ２のＺ方向の位置及びウエハ２の傾きを計測する。

ＸＹステージ１０、レチクルステージ５、フォーカス計測装置１９、２０等は、コントローラ２６によって制御される。

センサユニット２７は、この実施形態では、露光光の光量を計測する光量センサユニットとして構成されている。センサユニット２７は、封止窓２１で密閉されたセンサ容器２２内に配置された受光素子２３を有し、センサ容器２２内の空間が不活性液体２４で満たされている。センサユニット２７は、ウエハチャック８に配置されてもよいし、微動ステージ９に配置されてもよいし、露光光の光量を計測することができる限りにおいて他の場所に配置されてもよい。光量センサユニット２７の表面の封止窓２１には、ピンホールを有するパターンが形成されており、センサユニット２７は、例えば露光光の絶対照度や照度むらの計測に用いられうる。センサユニット２７の表面の光通過部分の形状（マスクの形状）を変更することにより、センサユニット２７をアライメントやキャリブレーションの用途に使用することができる。

次に、図１１に示す露光装置の動作説明する。露光光の照度計測の際は、光量センサユニットとして構成されたセンサユニット２７は、ＸＹステージ１７を駆動することにより投影光学系４の中心の下に位置決めされる。次に、照明光学系３によって投影光学系４を通してセンサユニット２７を露光しながら露光光の照度が計測される。

センサユニット２７のセンサ容器２２内には屈折率が１より大きい液体３５が満たされているので、高いＮＡの投影光学系４からの露光光であってもその全てが受光素子２３まで到達し、これにより高精度な計測が可能となる。

次に、図１１を参照しながらウエハの露光について説明する。ウエハを露光する際には、まず、あらかじめ感光剤を塗布してあるウエハ２を不図示のウエハ搬送装置によりウエハチャック８上にセットする。ウエハチャック８上に載せられたウエハ２は、バキューム吸着等の吸着法によって固定され、平面矯正される。次に、フォーカス計測装置１９、２０によりウエハ２の全面についてフォーカス及びチルトに関する計測を行ないつつ微動ステージ９の位置を制御しながら露光を行なう。

ウエハ２の露光が終了すると、不図示のウエハ搬送装置によりウエハチャック９上からウエハ２を回収し、一連の露光動作が終了する。センサユニット２７の動作は、第１実施形態において説明した通りである。また、センサユニット２７の構成としては、第１〜第４実施形態として例示的に説明された構成を採用しうる。また、第５実施形態についても、液体供給装置１２、液体回収装置１１とそれぞれ接続する経路（送液管４２、５２）を除去した構成を採用することができる。

［第６実施形態］
第１〜第５実施形態として例示的に説明したセンサユニットの遮光部材２８は、用途に応じたパターン又は構造に変更されうるし、特定の用途においては除去されてもよい。また、封止窓は、例えば、基準マークパターン等のパターンを含んで構成されてもよい。すなわち、封止窓の他に遮光部材を設けるのではなく、封止窓自体がパターン（遮光部材）を有してもよい。また、封止窓は、板形状の他、種々の形状に変更されてもよい。

また、センサユニットに使用される受光素子の種類は、特定のものに限定されず、単一のフォトダイオードで構成されてもよいし、一次元や二次元ＣＣＤ等のリニア又はエリアセンサとし構成されてもよいし、他の形式で構成されてもよい。

［応用例］
次に、上記の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１４は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ1（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ3（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ6（検査）ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ7）する。

図１５は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ11（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16（露光）では上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。ステップ17（現像）ではパターンが転写されたウエハ上の感光剤を現像する。ステップ18（エッチング）では現像で残ったレジスト像の開口部を通してエッチングを行う。ステップ19（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の第１実施形態に係る液浸式投影露光装置の概略構成を示す図である。 センサユニットの構成例を概略的に示す図である。 センサユニットに適用されうるピンホールパターンを例示的に示す図である。 センサユニットに適用されうる複数のバーで構成されるパターンを例示的に示す図である。 センサユニットの他の構成例を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 本発明の第４実施形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る液浸式投影露光装置の概略構成を示す図である。 投影露光装置の構成を概略的に示す図である。 従来の光量センサユニットの構成を概略的に示す図である。 液浸の効果を説明するためのセンサユニットの断面図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

符号の説明

１：レチクル、２：ウエハ、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：ウエハチャック、９：微動ステージ、１０：ＸＹステージ、１１：液体回収装置、１２：液体供給装置、１３、１４：参照ミラー、１５：ＸＹステージ用レーザ干渉計、１６：レチクルステージ用レーザ干渉計、１７：ＸＹステージ駆動用モータ、１８：レチクルステージ駆動用モータ、１９、２０：フォーカス計測装置、２１：封止窓、２２：センサ容器、２３：受光素子、２４：不活性液体、２５：液浸用液体、２６：コントローラ、２７：センサユニット（光量センサユニット等）、２８：遮光部材、２９：Ｏリング、３０：タンク、３１：輸送ポンプ、３２：センサ容器、３３：コーティング部材、３４：センサ容器に充填された液体

Claims (11)

1. 投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置であって、
   前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、
   前記受光素子が配された容器と、
   前記受光素子を覆うように前記容器内に満たされたフッ素系樹脂と、
   を有することを特徴とする投影露光装置。
2. 前記フッ素系樹脂上に配された遮光部材をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置であって、
   前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、
   前記受光素子が配された容器と、
   前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、
   前記受光素子を覆うフッ素系樹脂と、
   前記封止窓と前記フッ素系樹脂との間に満たされた液体と、
   を有することを特徴とする投影露光装置。
4. 投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置であって、
   前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、
   前記受光素子が配された容器と、
   前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、
   前記基板を保持し、かつ移動するステージと、
   前記ステージの冷却用の液体を前記容器内に供給する供給手段と、
   を有することを特徴とする投影露光装置。
5. 投影光学系を有し、前記投影光学系と基板との間に液体を満たした状態で、前記投影光学系と該液体とを介して基板を露光する投影露光装置であって、
   前記投影光学系と該液体とを通過した光を検出する受光素子と、
   前記受光素子が配された容器と、
   前記容器を密閉し、かつ前記光が入射する封止窓と、
   前記容器内に満たされた液体と、
   前記基板を保持するチャックと、
   前記チャックを保持するステージと、
   を有し、
   前記封止窓は、前記チャックに取り付けられ、前記容器は、前記ステージに取り付けられている、
   ことを特徴とする投影露光装置。
6. 前記容器と前記封止窓との間に配されたＯリングをさらに有する、ことを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
7. 前記受光素子を覆うフッ素系樹脂をさらに有する、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の投影露光装置。
8. 前記封止窓は、遮光部材を含む、ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の投影露光装置。
9. 前記液体は、不活性液体である、ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の投影露光装置。
10. 前記液体は、ＰＦＥ（パー・フルオロ・エーテル）、ＰＦＰＥ（パー・フルオロ・ポリエーテル）、ＨＦＥ（ハイドロ・フルオロ・エーテル）およびＨＦＰＥ（ハイドロ・フルオロ・ポリエーテル）のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の投影露光装置。
11. デバイス製造方法であって、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の投影露光装置を用いて基板を露光する工程
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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