曝光装置及元件制造方法
【专利说明】
[00011 本申请是申请日为2013年2月16日，申请号为201310051383.0,发明名称为"曝光 装置、曝光方法、元件制造方法以及维护方法"的发明专利申请的分案申请，是针对该发明 专利申请的第一次审查意见通知书中指出的单一性问题而提交的分案申请，该发明专利申 请是申请日为2005年6月7日，申请号为200580018359.0，发明名称为"曝光装置及元件制造 方法"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种曝光装置及元件制造方法，透过投影光学系统与液体以使基板曝 光。
[0003] 本案，根据2004年6月9日所申请的日本特愿2004-171115号而主张优先权，在此援 引其内容。
【背景技术】
[0004] 半导体装置或液晶显示装置，将形成于光罩上的图案转印至感光性基板上，即所 谓微影方法而制造。在此微影步骤所使用的曝光装置，具有用以支持光罩的光罩载台、与用 以支持基板的基板载台，边逐次移动光罩载台与基板载台，边透过投影光学系统将光罩图 案转印于基板上。近年来，为对应元件图案朝更高集积度发展，投影光学系统亦被期望具更 高解析度。投影光学系统的解析度，随着使用的曝光波长愈短、以及投影光学系统的数值孔 径愈大而愈高。因此，曝光装置所使用的曝光波长逐年朝更短波长进展，投影光学系统的数 值孔径亦逐渐增大。又，现在主流的曝光波长是KrF准分子激光的248nm，然而，更短波长的 ArF准分子激光的193nm亦进入实用化阶段。
[0005] 又，在进行曝光时，焦点深度(D0F)与解析度同样重要。对解析度R及焦点深度δ分 别以下式表示。
[0006] R=KiXA/NA..............(1)
[0007] δ=±Κ2Χλ/ΝΑ2.......(2)
[0008] 此处，λ表示曝光波长，ΝΑ表示投影光学系统的数值孔径，心、1(2表示处理系数。由 (1)式、（2)式可得知，若为了提高解析度R而缩短曝光波长λ、且加大数值孔径NA，则焦点深 度δ愈小。
[0009] 若是焦点深度δ过小，基板表面不易与投影光学系统的像面一致，而会有曝光动作 时的焦点裕度(margin)不足之虞。此处，举例如下述专利文献1所揭示的液浸法，乃是可实 质缩短曝光波长、且使焦点深度变大的方法。该液浸法，是在投影光学系统的下面与基板表 面之间填满水或有机溶剂等液体以形成液浸区域，利用曝光用光在液体中的波长为空气中 的l/n(n为液体的折射率，通常为1.2-1.6左右)的现象来提高解析度，同时增大焦点深度约 η倍。
[0010] 专利文献1:国际公开第99/49504号公报
[0011]此外，在液浸法中，为了要以高精度来透过液体施以曝光处理及测量处理，将液体 维持在所要状态乃重要的事。因而，在液体有不良状况时，或是在透过液体所进行的曝光处 理及测量处理有不良状况时，依照不良状况迅速施以适当处置是相当重要的。
【发明内容】
[0012]本发明有鉴于此，其目的在于提供曝光装置及元件制造方法，根据液浸法而可高 精度进行曝光处理及测量处理。
[0013]为解决上述问题，本发明如图1 -图9所示，采用以下的构成。
[00M]本发明的曝光装置(EX)，在投影光学系统(PL)的像面侧形成液体(LQ)的液浸区域 (AR2)，透过投影光学系统(PL)与液浸区域(AR2)的液体(LQ)使基板(P)曝光，其特征在于具 备：
[0015]测量装置(6〇)，用以测量液浸区域(AR2)形成用的液体(LQ)的性质和/或成分。
[0016] 依此发明，因为以测量装置来测量液体的性质和/或成分，故可根据其测量结果， 来判断液体是否是所要状态。又，当液体有不良状况时，可按照不良状况而迅速施以适当处 置。因此，可透过液体高精度的进行曝光处理及测量处理。
[0017] 此处，作为测量装置所测量的液体的性质或成分，其项目可举例如:液体的比电阻 值、液体中的全有机碳（T0C:total organic carbon)、含于液体中的包含微粒子 (particle)或气泡（bubble)的异物、含溶存氧（DO: dissolved oxygen)及溶存氮（DN: dissolved nitrogen)的溶存气体、以及液体中的二氧化娃浓度、生菌等。
[0018] 本发明的曝光装置(EX)，在投影光学系统(PL)的像面侧形成液体(LQ)的液浸区域 (AR2)，并透过投影光学系统(PL)与液浸区域(AR2)的液体(LQ)使基板(P)曝光，其特征在于 具备：
[0019] 功能液供应装置（120)，用以对与液体(LQ)接触的预定构件（2、13、23、33、51、70 等），供应具有预定功能的功能液。
[0020] 依此发明，藉由功能液供应装置，将功能液供应至与液体接触的预定构件，可使预 定构件对液体成为所要状态。因此，就算预定构件或与预定构件接触的液体具有不良状况， 可按照不良状况而供应功能液，藉此可使与预定构件接触的液体维持或变换成所要状态。 因此，可透过液体高精度的进行曝光处理及测量处理。
[0021] 本发明的曝光装置(EX)，在投影光学系统(PL)的像面侧形成液体(LQ)的液浸区域 (AR2)，并透过投影光学系统(PL)与液浸区域(AR2)的液体(LQ)，使设定在基板(P)上的多个 照射(shot)区域(S1-S24)依序曝光，其特征在于具备：
[0022] 液体供应机构（10)，用以供应液体(LQ);
[0023] 第1液体回收机构(20)，用以回收液体(LQ);
[0024] 第2液体回收机构（30)，用以回收第1液体回收机构（20)未能完全回收的液体 (LQ)；
[0025]检测装置(90)，用以检测第2液体回收机构(30)是否已回收液体(LQ);及 [0026]记忆装置(MRY)，使检测装置(90)的检测结果与照射区域(S1-S24)建立对应关系 而予以记忆。
[0027]依此发明，使用检测装置来检测第2液体回收机构是否已回收液体，将其检测结果 与基板上的照射区域建立对应关系，而以记忆装置加以记忆，藉此可使用记忆装置的记忆 资讯，来解析照射区域上所发生的不良状况的发生原因。亦即，就第2液体回收机构有回收 液体时经曝光的照射区域而言，照射区域的曝光精度有可能发生劣化等不良状况，但在此 状况时，可使用记忆资讯来指定不良状况的发生原因。因此，可按照所指定的不良状况的发 生原因，迅速施以适当处置，而可透过液体高精度的进行曝光处理及测量处理。
[0028] 本发明的元件制造方法，其特征在于，使用上述的曝光装置(EX)来制造元件。依此 发明，能在维持良好曝光精度及测量精度的状态下来制造元件，故能制得具有所要性能的 元件。
[0029] 本发明的曝光装置(EX)的维护方法，该曝光装置(EX)在投影光学系统(PL)的像面 侧形成液体(LQ)的液浸区域(AR2)，并透过投影光学系统与液浸区域的液体来使基板(P)曝 光;其特征在于具有以下阶段：
[0030] 将液浸区域形成用的液体与具备预定功能的功能液(LK)置换。依此发明，与形成 液浸区域的液体接触的部分，可根据功能液的预定功能而维持。
[0031 ]依此发明，可透过液体高精度的进行曝光处理及测量处理。
[0032]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0033]图1是本发明的曝光装置的一实施形态的概略构成图。
[0034] 图2是图1的重要部位放大图。
[0035] 图3是液体供应部的概略构成图。
[0036]图4是由上方俯视基板载台PST图。
[0037] 图5是用以说明本发明的曝光方法的流程图。
[0038] 图6A是用以说明第1及第2液体回收机构的液体回收动作的示意图。
[0039]图6B是用以说明第1及第2液体回收机构的液体回收动作的示意图。
[0040]图7是本发明的曝光装置的另一实施形态的重要部位放大图。
[0041 ]图8是使用功能液的维护方法的一例的流程图。
[0042]图9是半导体元件的制程的一例的流程图。
[0043] 2:光学元件 2A:液体接触面
[0044] 10:液体供应机构 11:液体供应部
[0045] 12:供应口
[0046] 13:供应管(供应流路、流路形成构件）
[0047] 13T:计时器 16:纯水制造装置
[0048] 17:调温装置 20:第1液体回收机构
[0049] 21:第1液体回收部 22:第1回收口
[0050] 23:回收管（回收流路、流路形成构件）30:第2液体回收机构 [00511 31:第2液体回收部 32:第2回收口
[0052] 33:回收管（回收流路、流路形成构件）51:上面
[0053] 60:测量装置 61-64:测量器(测量装置）
[0054] 61K-64K:分歧管(分支流路） 70:第1嘴构件
[0055] 70A:液体接触面 80:第2嘴构件
[0056] 80A:液体接触面 90:检测装置
[0057] 120:功能液供应装置(洗净装置） 161:纯水制造器(调整装置）
[0058] 162:超纯水制造器(调整装置） 173:脱气装置(调整装置）
[0059] 174:过滤器(调整装置） 300:测量构件(基准构件）
[0060] 400、500、600:光测量部 AR1:投影区域
[0061] AR2:液浸区域 EX:曝光装置
[0062] INF:告知装置 MRY:记忆装置
[0063] LK:功能液 LQ:液体
[0064] P:基板 PL:投影光学系统
[0065] PST:基板载台 S1-S24:照射区域
[0066] SB1-SB5:步骤
【具体实施方式】
[0067] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的曝光装置及元件制造方法其【具体实施方式】、结构、 特征及其功效，详细说明如后。
[0068] 图1是本发明的曝光装置的一实施形态的概略构成图。
[0069]图1中的曝光装置EX包含:光罩载台MST，以可移动的方式保持光罩Μ而移动；基板 载台PST，以可移动的方式保持基板Ρ而移动;照明光学系统IL，用以将曝光用光EL照明于光 罩载台MST所支持的光罩Μ;投影光学系统PL，用以将被曝光用光EL所照明的光罩Μ的图案 像，投影曝光于基板载台PST所支持的基板Ρ上;控制装置C0NT，用以综合控制曝光装置ΕΧ整 体的动作。控制装置C0NT，与用以告知曝光处理的相关资讯的告知装置INF相连接。告知装 置INF包含：显示装置(显示器）、及使用声音或光以发出警报(警告）的警报装置等。又，控制 装置C0NT，与用以记忆曝光处理相关资讯的记忆装置MRY相连接。曝光装置EX整体，由电力 公司所供应的商用电源(第1驱动源Η00Α的电力来驱动。
[0070]本实施形态的曝光装置EX，适用实质缩短曝光波长以提高解析度并扩大焦点深度 的液浸法的液浸曝光装置，其具备:液体供应机构10,用以将液体LQ供应至基板P上；以及第 1液体回收机构20与第2液体回收机构30，用以回收液体LQ。曝光装置EX，至少在将光罩Μ的 图案像转印至基板Ρ上的期间，由液体供应机构1 〇所供应的液体LQ，在基板Ρ上至少一部分 (包含投影光学系统PL的投影区域AR1)，局部形成较投影区域AR1为大但较基板Ρ为小的液 浸区域AR2。具体而言，曝光装置ΕΧ所采用的液浸方式，局部性地将液体填满投影光学系统 PL的像面侧端部的光学元件2、与配置在像面侧的基板Ρ表面之间，并透过投影光学系统PL 与基板Ρ两者间的液体LQ及投影光学系统PL，使通过光罩Μ的曝光用光EL照射在基板Ρ，藉以 将光罩Μ的图案投影曝光至基板Ρ上。控制装置C0NT使用液体供应机构10以将预定量的液体 LQ供应至基板Ρ上，且使用第1液体回收机构20以回收基板Ρ上的预定量的液体LQ，藉以在基 板Ρ上局部形成液体LQ的液浸区域AR2。又，第2液体回收机构30,用以回收由液体供应机构 10所供应、且未能被第1液体回收机构20完全回收的液体LQ。
[0071] 又，曝光装置EX具备测量装置60,用以测量液浸区域AR2形成用的液体LQ的性质 和/或成分。本实施形态中的测量装置60,测量由液体供应机构10所供应的液体LQ。液体供 应机构10包含功能液供应装置120,其可供应与液浸区域AR2形成用的液体LQ具有不同功能 的功能液。又，曝光装置EX具备检测装置90,用以检测第2液体回收机构30是否已回收液体 LQ〇
[0072] 在投影光学系统PL的像面侧附近，具体而言是投影光学系统PL的像面侧端部的光 学元件2附近，配置有详述于后的第1嘴构件70。第1嘴构件70是环状构件，以在基板P(基板 载台PST)的上方围绕光学元件2的周缘的方式设置。又，在以投影光学系统PL的投影区域 AR1为基准第1嘴构件70的外侧，配置有不同于第1嘴构件70的第2嘴构件80。第2嘴构件80是 环状构件，以在基板P(基板载台PST)的上方围绕第1嘴构件70的周缘的方式设置。本实施形 态中的第1嘴构件70，构成各液体供应机构10及第1液体回收机构20的一部分。另一方面，第 2嘴构件80构成第2液体回收机构30的一部分。
[0073] 本实施形态的曝光装置EX，以使用扫描型曝光装置(即扫描步进机)为例的情形来 说明，其使光罩Μ与基板P于扫描方向彼此朝不同方向（逆向）进行同步移动，并将光罩Μ所形 成的图案曝光于基板Ρ上。在以下的说明中，与投影光学系统PL的光轴ΑΧ-致的方向设为Ζ 轴方向，在垂直于Ζ轴方向的平面内的光罩Μ与基板Ρ进行同步移动的方向（扫描方向）设为X 轴方向，与X轴方向及X轴方向垂直的方向设为Υ轴方向（非扫描方向）。又，绕X轴、Υ轴及Ζ轴 旋转(倾斜)的方向，分别设为ΘΧ、ΘΥ、及ΘΖ方向。
[0074] 曝光装置ΕΧ具备：设置在地面上的底座（base)BP、及设置在底座ΒΡ上的主柱架 (main columnH。在主柱架1，形成有朝内侧突出的上侧段部7及下侧段部8。照明光学系统 IL，用以将曝光用光EL照明于由光罩载台MST所支持的光罩M，其被固定在主柱架1的上部的 柱架3所支持。
[0075] 照明光学系统IL具备:曝光用光源、使曝光用光源射出的光束的照度均一化的光 学积分器、使来自光学积分器的曝光用光EL会聚的聚光镜、中继透镜系统、以及将曝光用光 EL对光罩Μ上的照明区域设定成狭缝状的可变视野光圈等。光罩Μ上的预定照明区域，由照 明光学系统IL以照度均匀分布的曝光用光EL来照明。自照明光学系统IL射出的曝光用光 EL，可举例为，由水银灯所射出的紫外域光(g线、h线、i线)及KrF准分子激光(波长248nm)等 远紫外光(DUV光）、或ArF准分子激光(波长193nm)&F 2激光(波长157nm)等真空紫外光(VUV 光）。本实施形态使用ArF准分子激光。
[0076] 本实施形态的液体LQ使用纯水。纯水不仅可使ArF准分子激光透过，例如水银灯所 射出的紫外域光线(g线、h线、i线）以及KrF准分子激光(波长248nm)等远紫外光(DUV光），亦 可透过纯水。
[0077]光罩载台MST，以可移动的方式来保持光罩Μ而移动。光罩载台MST，以真空吸附（或 静电吸附)方式来保持光罩Μ。在光罩载台MST的下面，设有多个作为非接触式轴承的空气轴 承(air bearing)45。光罩载台MST藉由空气轴承45,以非接触方式被支持于光罩定盘4的上 面(导引面）。在光罩载台MST及光罩定盘4的中央部，分别设有供光罩Μ的图案像通过的开口 部ΜΚ1、ΜΚ2。光罩定盘4透过防振装置46而由主柱架1的上侧段部7所支持。亦即，光罩载台 MST透过防振装置46及光罩定盘4而由主柱架1(上侧段部7)所支持。又，光罩定盘4与主柱架 1藉防振装置46来分隔振动，避免主柱架1的振动传达至用来支持光罩载台MST的定盘4。
[0078] 光罩载台MST，由控制装置⑶NT所控制的包含线性马达等的光罩载台驱动装置 MSTD来驱动，以在保持光罩Μ的状态下，在光罩定盘4上的与投影光学系统PL的光轴AX垂直 的平面内，亦即是ΧΥ平面内，进行2维移动及绕ΘΖ方向的微旋转。光罩载台MST能以指定的扫 描速度朝X轴方向移动，光罩Μ的全面至少具有能仅横切于投影光学系统PL的光轴ΑΧ的X轴 方向的移动行程(stroke)。
[0079] 在光罩载台MST上，设置有移动镜41。又，在对向于移动镜41的位置设有激光干涉 计42。在光罩载台MST上的光罩M，其在2维方向的位置以及ΘΖ旋转角(视情况而有包含ΘΧ、ΘΥ 方向的旋转角），藉由激光干涉计42作即时测量。将激光干涉计42的测量结果输出至控制装 置C0NT。控制装置C0NT根据激光干涉计42的测量结果来驱动光罩载台驱动装置MSTD，以进 行光罩载台MST所支持的光罩Μ的位置控制。
[0080] 投影光学系统PL以预定投影倍率β将光罩Μ的图案投影曝光至基板Ρ上，其包含设 置在基板Ρ侧的前端部的光学元件2的多个光学元件，等光学元件以镜筒ΡΚ支持。本实施形 态中的投影光学系统PL，投影倍率β例如为1/4、1/5或1/8的缩小系统。再者，投影光学系统 PL亦可为等倍系统或放大系统的任一种。又，本实施形态中的投影光学系统PL的前端部光 学元件2，自镜筒ΡΚ露出，液浸区域AR2的液体LQ接触于光学元件2。
[0081] 在保持投影光学系统PL的镜筒ΡΚ的外周，设有凸缘PF，投影光学系统PL透过凸缘 PF而由镜筒定盘5所支持。镜筒定盘5透过防振装置47而由主柱架1的下侧段部8所支持。亦 即，投影光学系统PL透过防振装置47及镜筒定盘5而由主柱架1的下侧段部8所支持。又，镜 筒定盘5与主柱架1藉由防振装置47而分隔振动，避免主柱架1的振动传达至用以支持投影 光学系统PL的镜筒定盘5。
[0082] 基板载台PST以可移动的方式，来支持供保持基板Ρ的基板保持具ΡΗ。基板保持具 ΡΗ以例如真空吸附等的方式来保持基板Ρ。在基板载台PST下面，设有多个作为非接触式轴 承的空气轴承(air bearing)48。基板载台PST藉由空气轴承48,以非接触方式被支持于基 板定盘6的上面（导引面）。基板定盘6透过防振装置49而被支持于底座BP上。又，基板定盘6 与主柱架1及底座BP(地面)藉防振装置49来分隔振动，避免底座BP(地面)或主柱架1的振动 传达至用以支持基板载台PST的基板定盘6。
[0083]基板载台PST，由控制装置C0NT所控制的包含线性马达等的基板载台驱动装置 PSTD来驱动，在透过基板保持具PH而保持着基板P的状态下，在基板定盘6上方的XY平面内 进行2维移动、及绕ΘΖ方向的微旋转。再者，基板载台PST亦可朝Z轴方向、ΘΧ方向、及ΘΥ方向 移动。
[0084]在基板载台PST上设有移动镜43。又，在与移动镜43对向的位置设有激光干涉计 44。藉由激光干涉计44，可即时测量基板载台PST上的基板P在2维方向的位置及旋转角。又， 尽管未予图示，在曝光装置EX中，设有例