JPH10303114A

JPH10303114A - 液浸型露光装置

Info

Publication number: JPH10303114A
Application number: JP9121757A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ushida; 一雄牛田; Kyoichi Suwa; 恭一諏訪
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JP3747566B2

Abstract

(57)【要約】【課題】結像性能の劣化を招くことのない液浸型露光装
置を提供する。【解決手段】レチクルＲ上に描画されたパターンＰａを
ウエハＷ上に焼付転写する投影光学系ＰＬを有し、該投
影光学系のウエハに最も近接したレンズ面Ｐｅとウエハ
Ｗとの間のワーキングディスタンスのうちの少なくとも
一部分を、露光光ＩＬを透過する液体ＬＱで満たした液
浸型露光装置において、ワーキングディスタンスの長さ
をＬとし、露光光ＩＬの波長をλとし、液体ＬＱの屈折
率の温度係数をＮ（１／℃）としたとき、Ｌ≦λ／
（０．３×｜Ｎ｜）となるように形成したことを特徴と
し、また、液体ＬＱとして、純水の表面張力を減少させ
又は純水の界面活性度を増大させる添加剤を純水に添加
したものを用いたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レチクル上に描画
されたパターンを投影光学系によってウエハに焼付ける
露光装置に関し、特に液浸型の露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学系の最終レンズ面と像面との間の間
隔をワーキングディスタンスというが、従来の露光装置
の投影光学系のワーキングディスタンスは、空気で満た
されていた。このワーキングディスタンスは、オートフ
ォーカス光学系を介在させるなどの都合により、１０ｍ
ｍ以上取るのが普通であった。他方、ウエハに転写する
パターンについては、その微細化がますます望まれてお
り、そのためには露光波長の短波長化を図るか、あるい
は開口数の増大を図る必要がある。しかるに短波長の光
を透過するガラス材料の種類には限度があるから、ワー
キングディスタンスを液体で満たして開口数の増大を図
ることにより、露光パターンの微細化を図る液浸型の露
光装置が提案されている。

【０００３】液浸型の露光装置では、ワーキングディス
タンスに介在させた液体の温度分布によって、屈折率に
分布が生じるおそれがある。そこで液体の温度変化に起
因する結像性能の劣化への対策として、次のような技術
が提案されている。すなわち、（あ）液体の温度安定機
構によって温度の安定化を図るものとして、米国特許
４，３４６，１６４号の図３に開示された技術が提案さ
れており、加振撹拌機構によって温度の均一化を図るも
のとして、特開平６−１２４８７３号公報に開示された
技術が提案されている。また、（い）液体の温度モニタ
ー機構によって温度調節にフィードバックするものとし
て、同じく特開平６−１２４８７３号公報に温度、又は
屈折率を計測することが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし（あ）において
は、温度をどの程度安定させれば実用上問題ないかと言
った議論は成されておらず、実際には下記に示すよう
に、現実的とは言いがたい精度での温度コントロールが
必要になる。また、（い）についても、結像性能に最も
影響するのが液体の温度不均一であることを考慮する
と、有効な対策とは言い難い。このように液浸型露光装
置に関する従来公知の技術においては、ワーキングディ
スタンスのような投影光学系の光学パラメーターそのも
のについての制約に言及した例はなく、液浸型の特殊事
情が考慮されているとは言えない状況であった。したが
って本発明は、ワーキングディスタンスを満たす液体の
温度制御を容易にして、結像性能の劣化を招くことのな
い液浸型露光装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、レチクル上
に描画されたパターンをウエハ上に焼付転写する投影光
学系を有し、該投影光学系のウエハに最も近接したレン
ズ面とウエハとの間のワーキングディスタンスのうちの
少なくとも一部分を、露光光を透過する液体で満たした
液浸型露光装置において、ワーキングディスタンスの長
さをＬとし、露光光の波長をλとし、液体の屈折率の温
度係数をＮ（１／℃）としたとき、Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜）となるように形成したことを特徴とする液浸型露光装置
であり、また、前記液体として、純水の表面張力を減少
させ又は純水の界面活性度を増大させる添加剤を純水に
添加したものを用いたことを特徴とする液浸型露光装置
である。

【０００６】以下に本発明の作用を説明する。投影光学
系の先端のガラス面から結像面までの距離、すなわちワ
ーキングディスタンスをＬとし、ワーキングディスタン
スＬを満たす媒質の温度分布の幅をΔＴとし、この温度
分布ΔＴに起因する結像波面の収差をΔＦとし、液体の
屈折率の温度係数をＮとすると、近似的に以下の式
（１）が成立する。 ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×ΔＴ ‥‥（１）

【０００７】媒質の温度分布ΔＴについては、その均一
化を図るためにいかにコントロールしようとも、ΔＴ＝
０．０１℃程度の温度分布が存在すると想定される。し
たがって、結像波面収差ΔＦは、少なくとも、 ΔＦ＝Ｌ×｜Ｎ｜×０．０１ ‥‥（１ａ）だけは存在する。ここでＮは、屈折率の温度係数を１／
℃単位で表した値である。

【０００８】屈折率の温度係数Ｎの値は液体と気体で大
きく異なり、例えば空気ではＮ＝−９×１０^-7／℃であ
るのに対して、水の場合はＮ＝−８×１０^-5／℃であ
り、１００倍近い差がある。他方、縮小投影露光装置の
投影光学系のワーキングディスタンスＬは、通常Ｌ＞１
０ｍｍであるが、Ｌ＝１０ｍｍであるとしても、結像波
面収差ΔＦは以下のようになる。空気：ΔＦ＝１０ｍｍ×｜−９×１０^-7／℃｜×０．０１℃ ＝０．０９ｎｍ水：ΔＦ＝１０ｍｍ×｜−８×１０^-5／℃｜×０．０１℃ ＝８．０ｎｍ

【０００９】しかるに一般に結像波面収差ΔＦは、露光
波長λの１／３０以下が望ましく、すなわち、 ΔＦ≦λ／３０ ‥‥（２）が成立することが好ましい。例えば波長１９３ｎｍのＡ
ｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるときには、
ΔＦ＜６．４ｎｍが望ましい。ワーキングディスタンス
を満たす媒質が水の場合には、従来技術のようにワーキ
ングディスタンスＬがＬ＞１０ｍｍでは、媒質の温度分
布による結像波面収差の発生量が大きすぎて、実用上問
題を生ずることが分かる。

【００１０】（１ａ）式と（２）式とから、Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜） ‥‥（３）を得る。したがって（３）式を満たすことにより、実現
可能な温度安定性（温度分布）のもとに、浸液中の温度
分布によって生じる波面収差発生量が露光波長の１／３
０以下に抑えられた投影光学系を搭載した液浸型露光装
置が得られる。以上のように本発明においては、温度分
布を持った媒質中を露光光が通過することで発生する波
面収差量が、温度分布量と媒質中の光路長の積に依存す
ることに着目し、光路長に上限を設けることにより、温
度分布に対する要求を緩和している。これにより実現可
能なレベルでの浸液の温度コントロールのもとで、液浸
型露光装置を実用に供することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明に好適ないくつかの
実施例を説明する。

【００１２】

【第１の実施例の説明】図１は、本発明の第１の実施例
による投影露光装置の全体構成を示し、ここでは、物体
側と像側の両側においてテレセントリックに構成された
円形イメージフィールドを有する縮小投影レンズ系ＰＬ
を介して、レチクルＲ上の回路パターンを半導体ウエハ
Ｗ上に投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影レン
ズ系ＰＬに対して相対走査するレンズ・スキャン方式の
投影露光装置を示す。図１において照明系１０は、波長
１９３ｎｍのパルス光を放射するＡｒＦエキシマレーザ
光源（不図示）、その光源からのパルス光の断面形状を
整形するビームエクスパンダ（不図示）、その整形され
たパルス光を入射して２次光源像（複数の点光源の集ま
り）を生成するフライ・アイレンズ等のオプチカルイン
テグレータ（不図示）、その２次光源像からのパルス光
を均一な照度分布のパルス照明光にする集光レンズ系
（不図示）、そのパルス照明光の形状を走査露光時の走
査方向（Ｙ方向）と直交した方向（Ｘ方向）に長い矩形
状に整形するレチクルブラインド（照明視野絞り、不図
示）、及びそのレチクルブラインドの矩形状の開口から
のパルス光ＩＬを図１中のコンデンサーレンズ系１２、
ミラー１４と協働してレチクルＲ上にスリット状又は矩
形状の照明領域ＡＩとして結像するためのリレー光学系
（不図示）とを含んでいる。

【００１３】レチクルＲは、走査露光時には大きなスト
ロークで１次元方向に等速移動可能なレチクルステージ
１６上に真空吸着（場合によっては静電吸着、機械締
結）される。レチクルステージ１６は、図１においては
装置本体のコラム構造体１９上を図中の左右（Ｙ方向）
にスキャン移動するようにガイドされ、図の紙面と垂直
な方向（Ｘ方向）にも移動するようにガイドされる。そ
のレチクルステージ１６のＸＹ平面内での座標位置や微
小回転量は、レチクルステージ１６の一部に取り付けら
れた移動鏡（平面鏡やコーナーミラー）ＭＲｒにレーザ
ビームを投射して、その反射ビームを受光するレーザ干
渉計システム１７によって逐次計測される。そしてレチ
クルステージ制御器２０は、干渉計システム１７によっ
て計測されるＸＹ座標位置に基づいてレチクルステージ
１６を駆動するためのリニアモータやボイスコイル等の
モータ１８を制御し、レチクルステージ１６のスキャン
方向の移動と非スキャン方向の移動とを制御する。

【００１４】さて、コンデンサーレンズ系１２とミラー
１４から射出された矩形状のパルス照明光ＩＬがレチク
ルＲ上の回路パターン領域の一部を照射すると、その照
明領域ＡＩ内に存在するパターンからの結像光束が１／
４倍の縮小投影レンズ系ＰＬを通して、ウエハＷの表面
に塗布された感応性のレジスト層に結像投影される。そ
の投影レンズ系ＰＬの光軸ＡＸは、円形イメージフィー
ルドの中心点を通り、照明系１０とコンデンサーレンズ
系１２の各光軸とも同軸になるように配置されている。
また投影レンズ系ＰＬは、波長１９３ｎｍの紫外線に対
して高い透過率を有する石英と螢石の２種類の硝材で作
られた複数枚のレンズ素子で構成され、螢石は主に正の
パワーを持つレンズ素子に使われる。さらに投影レンズ
系ＰＬの複数枚のレンズ素子を固定する鏡筒の内部は、
波長１９３ｎｍのパルス照明光の酸素による吸収を避け
るために窒素ガスに置換されている。このような窒素ガ
スによる置換は照明系１０の内部からコンデンサーレン
ズ系１２（又はミラー１４）までの光路に対しても同様
に行われる。

【００１５】ところで、ウエハＷはその裏面を吸着する
ホルダテーブルＷＨ上に保持される。このホルダテーブ
ルＷＨの外周部全体には一定の高さで壁部ＬＢが設けら
れ、この壁部ＬＢの内側には液体ＬＱが所定の深さで満
たされている。そしてウエハＷは、ホルダテーブルＷＨ
の内底部の窪み部分に真空吸着される。またホルダテー
ブルＷＨの内底部の周辺には、ウエハＷの外周を所定の
幅で取り囲むような環状の補助プレート部ＨＲＳが設け
られている。この補助プレート部ＨＲＳの表面の高さ
は、ホルダテーブルＷＨ上に吸着された標準的なウエハ
Ｗの表面の高さとほぼ一致するように定められている。

【００１６】この補助プレート部ＨＲＳの主要な機能
は、フォーカス・レベリングセンサーの検出点がウエハ
Ｗの外形エッジの外側に位置するような場合の代替のフ
ォーカス検出面として利用されることである。また補助
プレート部ＨＲＳは、ウエハＷ上のショット領域とレチ
クルＲ上の回路パターンとを相対的に位置合わせすると
きに使われるアライメントセンサーのキャリブレーショ
ンや、ショット領域を走査露光するときに使われるフォ
ーカス・レベリングセンサーのキャリブレーションにも
兼用可能である。ただしアライメントセンサーやフォー
カス・レベリングセンサーのキャリブレーションは、補
助プレート部ＨＲＳと個別に設けられた専用の基準マー
ク板を使う方が望ましい。この場合、基準マーク板も液
浸状態で投影レンズ系ＰＬの投影像面とほぼ同一の高さ
になるようにホルダテーブルＷＨ上に取り付けられ、ア
ライメントセンサーは基準マーク板上に形成された各種
の基準マークを液浸状態で検出することになる。なお、
テーブル上の基準マーク板を使ってフォーカスセンサー
のシステム・オフセットをキャリブレーションする方法
の一例は、例えば米国特許４，６５０，９８３号に開示
され、各種アライメントセンサーのキャリブレーション
方法の一例は、例えば米国特許５，２４３，１９５号に
開示されている。

【００１７】ところで図１に示した通り、本実施例では
投影レンズ系ＰＬの先端部を液体ＬＱ内に浸けるので、
少なくともその先端部は防水加工されて鏡筒内に液体が
染み込まないような構造となっている。さらに、投影レ
ンズ系ＰＬの先端のレンズ素子の下面（ウエハＷとの対
向面）は平面、又は曲率半径が極めて大きい凸面に加工
され、これにより、走査露光時にレンズ素子の下面とウ
エハＷの表面との間で生じる液体ＬＱの流れをスムーズ
にできる。さらに本実施例では、後で詳細に説明する
が、液浸状態における投影レンズ系ＰＬの最良結像面
（レチクル共役面）が、先端のレンズ素子の下面から約
２〜１ｍｍの位置に形成されるように設計されている。
従って、先端のレンズ素子の下面とウエハＷの表面との
間に形成される液体層の厚みも２〜１ｍｍ程度になり、
これによって液体ＬＱの温度調整の制御精度が緩和され
るとともに、その液体層内の温度分布ムラの発生も抑え
ることが可能となる。

【００１８】さて、ホルダテーブルＷＨは、投影レンズ
系ＰＬの光軸ＡＸに沿ったＺ方向への並進移動（本実施
例では粗移動と微動）と、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に
対する傾斜微動とが可能なように、ＸＹステージ３４上
に取り付けられる。このＸＹステージ３４はベース定盤
３０上をＸＹ方向に２次元移動し、ホルダテーブルＷＨ
はＸＹステージ３４上に３つのＺ方向用のアクチュエー
タ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを介して取り付けられる。各
アクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃは、ピエゾ伸縮素子、ボ
イスコイルモータ、ＤＣモータとリフト・カムの組合わ
せ機構等で構成される。そして３つのＺアクチュエータ
を同じ量だけＺ方向に駆動させると、ホルダテーブルＷ
ＨをＺ方向（フォーカス方向）に平行移動させることが
でき、３つのＺアクチュエータを互いに異なる量だけＺ
方向に駆動させると、ホルダテーブルＷＨの傾斜（チル
ト）方向とその量とが調整できる。

【００１９】また、ＸＹステージ３４の２次元移動は、
送りネジを回転させるＤＣモータや非接触に推力を発生
させるリニアモータ等で構成される駆動モータ３６によ
って行われる。この駆動モータ３６の制御は、ホルダテ
ーブルＷＨの端部に固定された移動鏡ＭＲｗの反射面の
Ｘ方向、Ｙ方向の各位置変化を計測するレーザ干渉計３
３からの計測座標位置を入力するウエハステージ制御器
３５によって行われる。なお、駆動モータ３６をリニア
モータとしたＸＹステージ３４の全体構成としては、例
えば特開平８−２３３９６４号公報に開示された構成を
使ってもよい。

【００２０】さて、本実施例では投影レンズ系ＰＬのワ
ーキングディスタンスが小さく、投影レンズＰＬの先端
のレンズ素子とウエハＷとの間の２〜１ｍｍ程度の狭い
間隔に液体ＬＱを満たすことから、斜入射光方式のフォ
ーカスセンサーの投光ビームを投影レンズ系ＰＬの投影
視野に対応したウエハ面上に斜めに投射することが難し
い。このため本実施例では図１に示す通り、オフ・アク
シス方式（投影レンズ系ＰＬの投影視野内にフォーカス
検出点がない方式）のフォーカス・レベリング検出系
と、オフ・アクシス方式でウエハＷ上のアライメント用
のマークを検出するマーク検出系とを含むフォーカス・
アライメントセンサーＦＡＤを投影レンズ系ＰＬの鏡筒
の下端部周辺に配置する。

【００２１】このフォーカス・アライメントセンサーＦ
ＡＤの先端に取り付けられた光学素子（レンズ、ガラス
板、プリズム等）の下面は、図１に示すように液体ＬＱ
中に配置され、その光学素子からはアライメント用の照
明ビームやフォーカス検出用のビームが液体ＬＱを通し
てウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面上に照
射される。そしてフォーカス・レベリング検出系はウエ
ハＷの表面の最良結像面に対する位置誤差に対応したフ
ォーカス信号Ｓｆを出力し、マーク検出系はウエハＷ上
のマークの光学的な特徴に対応した光電信号を解析し
て、マークのＸＹ位置又は位置ずれ量を表すアライメン
ト信号Ｓａを出力する。

【００２２】そして以上のフォーカス信号Ｓｆとアライ
メント信号Ｓａは主制御器４０に送出され、主制御器４
０はフォーカス信号Ｓｆに基づいて３つのＺアクチュエ
ータ３２Ａ，Ｂ，Ｃの各々を最適に駆動するための情報
をウエハステージ制御器３５に送出する。これによって
ウエハステージ制御器３５は、ウエハＷ上の実際に投影
されるべき領域に対するフォーカス調整やチルト調整が
行われるように、各Ｚアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃを
制御する。

【００２３】また主制御器４０は、アライメント信号Ｓ
ａに基づいて、レチクルＲとウエハＷとの相対的な位置
関係を整合させるためのＸＹステージ３４の座標位置を
管理する。さらに主制御器４０は、ウエハＷ上の各ショ
ット領域を走査露光する際、レチクルＲとウエハＷとが
Ｙ方向に投影レンズ系ＰＬの投影倍率と等しい速度比で
等速移動するように、レチクルステージ制御器２０とウ
エハステージ制御器３５とを同期制御する。

【００２４】なお、図１中のフォーカス・アライメント
センサーＦＡＤは投影レンズ系ＰＬの先端部周辺の１ケ
所にだけしか設けられていないが、投影レンズ系ＰＬの
先端部を挟んでＹ方向に２ケ所、Ｘ方向に２ケ所の計４
ケ所に設けておくのがよい。また図１中のレチクルＲの
上方には、レチクルＲの周辺部に形成されたアライメン
ト用のマークとウエハＷ上のアライメント用のマーク
（又は基準マーク板上の基準マーク）とを投影レンズ系
ＰＬを通して同時に検出して、レチクルＲとウエハＷと
の位置ずれを高精度に計測するＴＴＲ（スルーザレチク
ル）方式のアライメントセンサー４５が設けられてい
る。そしてこのＴＴＲアライメントセンサー４５からの
位置ずれ計測信号は主制御器４０に送出され、レチクル
ステージ１６やＸＹステージ３４の位置決めに使われ
る。

【００２５】ところで図１の露光装置は、ＸＹステージ
３４をＹ方向に等速移動させて走査露光を行うものであ
るが、その走査露光時のレチクルＲ、ウエハＷのスキャ
ン移動とステップ移動とのスケジュールを図２を参照し
て説明する。図２において、図１中の投影レンズ系ＰＬ
は、前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ系ＬＧｂとで代表
的に表してあり、その前群レンズ系ＬＧａと後群レンズ
系ＬＧｂとの間には、投影レンズ系ＰＬの射出瞳Ｅｐが
存在する。また図２に示したレチクルＲには、投影レン
ズ系ＰＬの物体側の円形イメージフィールドの直径寸法
よりも大きな対角長を有する回路パターン領域Ｐａが、
遮光帯ＳＢによって区画された内側に形成されている。

【００２６】そしてレチクルＲ上の領域Ｐａは、レチク
ルＲを例えばＹ軸に沿った負方向に一定速度Ｖｒでスキ
ャン移動させつつ、ウエハＷをＹ軸に沿った正方向に一
定速度Ｖｗでスキャン移動させることによって、ウエハ
Ｗ上の対応したショット領域ＳＡａに走査露光される。
このとき、レチクルＲを照明するパルス照明光ＩＬの領
域ＡＩは、図２に示すようにレチクル上の領域Ｐａ内で
Ｘ方向に伸びた平行なスリット状又は矩形状に設定さ
れ、そのＸ方向の両端部は遮光帯ＳＢ上に位置する。

【００２７】さて、レチクルＲ上の領域Ｐａ内のパルス
光照明領域ＡＩに含まれる部分パターンは、投影レンズ
系ＰＬ（レンズ系ＬＧａ、ＬＧｂ）によってウエハＷ上
のショット領域ＳＡａ内の対応した位置に像ＳＩとして
結像される。そしてレチクルＲ上のパターン領域Ｐａと
ウエハＷ上のショット領域ＳＡａとの相対走査が完了す
ると、ウエハＷは例えばショット領域ＳＡａの隣りのシ
ョット領域ＳＡｂに対する走査開始位置にくるように、
一定量だけＹ方向にステップ移動される。このステップ
移動の間、パルス照明光ＩＬの照射は中断される。次
に、レチクルＲの領域Ｐａ内のパターンの像がウエハＷ
上のショット領域ＳＡｂに走査露光されるように、レチ
クルＲをパルス光照明領域ＡＩに対してＹ軸の正方向に
一定速度Ｖｒで移動させつつ、ウエハＷを投影像ＳＩに
対してＹ軸の負方向に一定速度Ｖｗで移動させること
で、ショット領域ＳＡｂ上に電子回路のパターン像が形
成される。なお、エキシマレーザ光源からのパルス光を
走査露光に用いる技術の一例は、例えば米国特許４，９
２４，２５７号に開示されている。

【００２８】ところで図１、２に示した投影露光装置
は、レチクルＲ上の回路パターン領域の対角長が投影レ
ンズ系ＰＬの円形イメージフィールドの直径よりも小さ
い場合、照明系１０内のレチクルブラインドの開口の形
状や大きさを変えて、照明領域ＡＩの形状をその回路パ
ターン領域に合わせると、図１の装置をステップ・アン
ド・リピート方式のステッパーとして使うことができ
る。この場合、ウエハＷ上のショット領域を露光してい
る間は、レチクルステージ１６とＸＹステージ３４とを
相対的に静止状態にしておく。しかしながらその露光中
にウエハＷが微動するときは、その微動をレーザ干渉計
システム３３で計測して投影レンズ系ＰＬに対するウエ
ハＷの微小な位置ずれ分をレチクルＲ側で追従補正する
ように、レチクルステージ１６を微動制御すればよい。
またレチクルブラインドの開口の形状や大きさを変える
場合は、開口形状やサイズの変更に合せて、レチクルブ
ラインドに達する光源からのパルス光を調整後の開口に
見合った範囲に集中させるようなズームレンズ系を設け
てもよい。

【００２９】なお、図２から明らかなように、投影像Ｓ
Ｉの領域はＸ方向に延びたスリット状又は矩形状に設定
されているため、走査露光中のチルト調整は本実施例で
は専らＹ軸回りの回転方向、すなわち走査露光の方向に
対してローリング方向にのみ行われる。もちろん、投影
像ＳＩの領域の走査方向の幅が大きく、ウエハ表面の走
査方向に関するフラットネスの影響を考慮しなけばなら
ないときは、当然にＸ軸回りの回転方向、すなわちピッ
チング方向のチルト調整も走査露光中に行われる。

【００３０】ここで、本実施例による露光装置の特徴で
あるホルダテーブルＷＨ内の液体ＬＱの状態について、
図３を参照して説明する。図３は投影レンズ系ＰＬの先
端部からホルダテーブルＷＨまでの部分断面を表す。投
影レンズ系ＰＬの鏡筒内の先端には、下面Ｐｅが平面で
上面が凸面の正レンズ素子ＬＥ１が固定されている。こ
のレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅは、鏡筒金物の先端部の
端面と同一面となるように加工（フラッシュサーフェス
加工）されており、液体ＬＱの流れが乱れることを抑え
ている。さらに投影レンズ系ＰＬの鏡筒先端部で液体Ｌ
Ｑ内に浸かる外周角部１１４は、例えば図３のように大
きな曲率で面取り加工されており、液体ＬＱの流れに対
する抵抗を小さくして不要な渦の発生や乱流を抑える。
また、ホルダテーブルＷＨの内底部の中央には、ウエハ
Ｗの裏面を真空吸着する複数の突出した吸着面１１３が
形成されてい。この吸着面１１３は、具体的には１ｍｍ
程度の高さでウエハＷの径方向に所定のピッチで同心円
状に形成された複数の輪帯状ランド部として作られる。
そして各輪帯状ランド部の中央に刻設された溝の各々
は、テーブルＷＨの内部で真空吸着用の真空源に接続さ
れる配管１１２につながっている。

【００３１】さて、本実施例では図３に示したように、
投影レンズ系ＰＬの先端のレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅ
とウエハＷ（又は補助プレート部ＨＲＳ）の表面とのベ
ストフォーカス状態での間隔Ｌは、２〜１ｍｍ程度に設
定される。そのため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされ
る液体ＬＱの深さＨｑは、間隔Ｌに対して２〜３倍程度
以上であればよく、従ってホルダテーブルＷＨの周辺に
立設された壁部ＬＢの高さは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度でよ
い。このように本実施例では、投影レンズ系ＰＬのワー
キングディスタンスとしての間隔Ｌを極めて小さくした
ため、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの総
量も少なくて済み、温度制御も容易になる。

【００３２】ここで本実施例で使う液体ＬＱは、入手が
容易で取り扱いが簡単な純水を用いる。ただし本実施例
では、液体ＬＱの表面張力を減少させるとともに、界面
活性力を増大させるために、ウエハＷのレジスト層を溶
解させず、且つレンズ素子の下面Ｐｅの光学コートに対
する影響が無視できる脂肪族系の添加剤（液体）をわず
かな割合で添加しておく。その添加剤としては、純水と
ほぼ等しい屈折率を有するメチルアルコール等が好まし
い。このようにすると、純水中のメチルアルコール成分
が蒸発して含有濃度が変化しても、液体ＬＱの全体とし
ての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点が得
られる。

【００３３】さて、液体ＬＱの温度はある目標温度に対
して一定の精度で制御されるが、現在比較的容易に温度
制御できる精度は±０．０１℃程度である。そこでこの
ような温調精度のもとでの現実的な液浸投影法を考えて
みる。一般に空気の屈折率の温度係数Ｎ_aは約−９×１
０^-7／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎ_qは約−８×
１０^-5／℃であり、水の屈折率の温度係数Ｎ_qの方が２
桁程度も大きい。一方、ワーキングディスタンスをＬと
すると、ワーキングディスタンスＬを満たす媒質の温度
変化（温度むら）量ΔＴに起因して生じる結像の波面収
差量ΔＦは近似的に次式で表される。 ΔＦ＝Ｌ・｜Ｎ｜・ΔＴ

【００３４】ここで、液浸投影法を適用しない通常の投
影露光の場合、ワーキングディスタンスＬを１０ｍｍ、
温度変化量ΔＴを０．０１℃としたときの波面収差量Δ
Ｆ_airは以下のようになる。 ΔＦ_air＝Ｌ・｜Ｎ_a｜・ΔＴ≒０．０９ｎｍまた同じワーキングディスタンスＬと温度変化量ΔＴの
下で、液浸投影法を適用した場合に得られる波面収差量
ΔＦ_lqは以下のようになる。 ΔＦ_lq＝Ｌ・｜Ｎ_q｜・ΔＴ≒８ｎｍ

【００３５】この波面収差量は、一般に使用波長λの１
／３０ないしは１／５０〜１／１００程度が望ましいと
されているから、ＡｒＦエキシマレーザを使った場合に
許容される最大の波面収差量ΔＦ_maxは、λ／３０ない
しはλ／５０〜λ／１００程度の６．４３ないしは３．
８６〜１．９３ｎｍに定められ、望ましくはλ／１００
の１．９３ｎｍ以下に定められる。ところで空気と水の
０℃における各熱伝導率は、空気で０．０２４１Ｗ／ｍ
Ｋとなり、水で０．５６１Ｗ／ｍＫとなり、水の方が熱
伝導が良く、水中に形成される光路内での温度むらは空
気中のそれよりも小さくでき、結果的に液体中で発生す
る屈折率の揺らぎも小さくできる。しかしながら、式
（３）に表したようにワーキングディスタンスＬが１０
ｍｍ程度の場合、温度変化量ΔＴが０．０１℃であった
としても、発生する波面収差量ΔＦ_lqは許容収差量ΔＦ
_maxを大きく越えてしまう。

【００３６】そこで以上の考察から、許容波面収差量Δ
Ｆ_maxを考慮した温度変化量ΔＴとワーキングディスタ
ンスＬとの関係は、 ΔＦ_max＝λ／３０≧Ｌ・｜Ｎ_q｜・ΔＴないしは、 ΔＦ_max＝λ／１００≧Ｌ・｜Ｎ_q｜・ΔＴとなる。ここで、想定される温度変化量ΔＴを０．０１
℃、波長λを１９３ｎｍ、そして液体ＬＱの屈折率変化
量Ｎ_qを−８×１０^-5／℃とすると、必要とされるワー
キングディスタンス（液体層の厚み）Ｌは、８ｍｍない
しは２．４ｍｍ以下となる。望ましくは、そのワーキン
グディスタンスＬを液体ＬＱがスムーズに流れる範囲内
で２ｍｍよりも小さくした方がよい。以上のように本実
施例のように構成することにより、液体ＬＱの温度制御
が容易になるとともに、液体層内の温度変化に起因した
波面収差変化で生じる投影像の劣化が抑えられ、極めて
高い解像力でレチクルＲのパターンを投影露光すること
が可能となる。

【００３７】

【第２の実施例の説明】次に、本発明の第２の実施例に
ついて図４を参照して説明する。本実施例は、先の第１
の実施例にも同様に適用可能な液体ＬＱの温度制御法と
ウエハＷの交換時の液体ＬＱの取り扱い方法とを示す。
従って、図４において先の図１，３中の部材と同じもの
には同一の符号をつけてある。さて、図４においてホル
ダテーブルＷＨの内底部に円形の凹部として形成された
ウエハ載置部には複数の吸着面１１３が形成されてい
る。そして円形のウエハ載置部の周辺には、液体ＬＱの
供給と排出に用いる溝５１が環状に形成され、その溝５
１の一部は、テーブルＷＨ内に形成された通路５２を介
して、外部のパイプ５３につながれている。またホルダ
テーブルＷＨ内のウエハ載置部の直下と補助プレート部
ＨＲＳの直下には、ペルチェ素子等の温度調整器５０
Ａ，５０Ｂが埋め込まれ、ホルダテーブルＷＨ上の適当
な位置（望ましくは複数ケ所）には温度センサー５５が
取り付けられて、液体ＬＱの温度が精密に検出される。
そして温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、温度センサー５５
によって検出される液体ＬＱの温度が一定値になるよう
に、制御器６０によって制御される。

【００３８】一方、パイプ５３は、切り替えバルブ６２
を介して、液体供給ユニット６４と排出ポンプ６６に接
続されている。切り替えバルブ６２は、制御器６０から
の指令に応答して、液体供給ユニット６４からの液体Ｌ
Ｑをパイプ５３に供給する流路か、パイプ５３からの液
体ＬＱを排出ポンプ６６を介して供給ユニット６４に戻
す流路かを切り替えるように動作する。また供給ユニッ
ト６４内には、ホルダテーブルＷＨ上の液体ＬＱの全体
を収容可能なリザーブタンク（不図示）と、このタンク
から液体ＬＱを供給するポンプ６４Ａと、そのポンプ６
４Ａを含めタンク内の液体ＬＱ全体を一定の温度に保つ
温調器６４Ｂとが設けられている。さらに以上の構成に
おいて、バルブ６２、ポンプ６４Ａ、温調器６４Ｂ、排
出ポンプ６６の各動作は、制御器６０によって統括的に
制御される。

【００３９】さて、このような構成において、ウエハＷ
がホルダテーブルＷＨの載置部上に搬送され、プリアラ
イメントされた状態で複数の吸着面１１３上に載置され
ると、図３に示した真空吸着用の配管１１２を介して減
圧固定される。この間、温度調整器５０Ａ，５０Ｂは、
目標となる温度に制御され続けている。そしてウエハＷ
の真空吸着が完了すると、切り替えバルブ６２がクロー
ズ位置から供給ユニット６４側に切り替わり、温度調整
された液体ＬＱがポンプ６４Ａの作動によって、パイプ
５３、通路５２、溝５１を介してホルダテーブルＷＨの
壁部ＬＢの内部に一定量だけ注入されて、切り替えバル
ブ６２がクローズ位置に戻る。その後、ウエハＷに対す
る露光が完了すると、直ちに切り替えバルブ６２がクロ
ーズ位置から排出ポンプ６６側に切り替わり、排出ポン
プ６６の作動によってテーブルＷＨ上の液体ＬＱが溝５
１、パイプ５３を介して供給ユニット６４のリザーブタ
ンク内に戻される。そのタンク内に戻された液体ＬＱ
は、リザーブタンク内の温度センサーからの検出信号に
基づいて、次のウエハが準備できるまで温調器６４Ｂに
よって精密に温度制御される。

【００４０】このように本実施例によれば、液浸露光中
の液体ＬＱはホルダテーブルＷＨ内の温度調整器５０
Ａ，５０Ｂによって温度制御され、ウエハ交換動作中は
液体ＬＱを供給ユニット６４内に回収して温度制御する
ようにしたので、ウエハ交換が大気中で可能になるとと
もに、液体ＬＱの大きな温度変化を防止できると云った
利点がある。さらに本実施例によれば、ウエハ交換後に
ホルダテーブルＷＨに注入される液体ＬＱは、たとえ設
定温度に対して僅か（例えば０．５℃程度）に異なって
いたとしても、液体層の深さＨｑ（図３参照）が総じて
浅いために比較的早く設定温度に到達し得るから、温度
安定を待つ時間も短縮され得る。

【００４１】

【第３の実施例の説明】次に第３の実施例について図５
を参照して説明する。図５は先の図３の構成を改良した
ホルダテーブルＷＨの部分断面を表し、この実施例のホ
ルダテーブルＷＨは、ウエハＷを保持するウエハチャッ
ク９０と、フォーカス・レベリングのためのＺ方向移動
とチルト移動を行うＺＬステージ８２とに別れており、
ＺＬステージ８２上にウエハチャック９０が載置されて
いる。そしてＺＬステージ８２は、３つのＺアクチュエ
ータ３２Ａ，３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して、ＸＹス
テージ３４上に設けられる。そしてチャック９０には、
図１、３、４と同様に、壁部ＬＢ、補助プレート部ＨＲ
Ｓ、真空吸着用の配管１１２、液体ＬＱの供給、排出用
のパイプ５３（図４参照）に接続される通路５３Ａ，５
３Ｂがそれぞれ形成されている。ただし、通路５３Ａは
ウエハチャック９０内部の補助プレート部ＨＲＳの周辺
部分につながっており、通路５３Ｂはウエハチャック９
０内底部のウエハ載置部の最も低い部分につながってい
る。このようにウエハチャック９０内の複数ケ所に液体
排出、注入用の通路を形成しておくと、液体の出し入れ
が迅速に行われる。

【００４２】さらに本実施例では、チャック９０の中央
部に３つ（２つのみ図示）の貫通孔９１が形成され、こ
の貫通孔９１を通って上下動する３つ（２つのみ図示）
のセンターアップピン８３が、上下動駆動機構８５の上
に設けられている。この上下動駆動機構８５は、ＸＹス
テージ３４側に固定される。その３つのセンターアップ
ピン８３は、ウエハ交換時にチャック９０上のウエハＷ
を載置面から一定量だけ持ち上げたり、ウエハＷを載置
面上に下ろしたりするためのものであり、ウエハＷがチ
ャック９０の載置面に真空吸着された状態では、図５に
示すようにセンターアップピン８３の先端面は、チャッ
ク９０の載置面よりも下がった位置に設定される。

【００４３】一方、本実施例で使用する投影レンズ系Ｐ
Ｌの先端部には、サブ鏡筒８０の先端に光軸ＡＸと垂直
に固定された石英の平行平板ＣＧが取り付けられ、した
がって先端のレンズ素子ＬＥ１（平凸レンズ）が液体Ｌ
Ｑに浸かることがないように構成されている。本実施例
では、この平行平板ＣＧの下面とウエハＷの表面との間
隔が、見かけ上のワーキングディスタンスとなり、先の
実施例と同様に２ｍｍ以下に設定される。またサブ鏡筒
８０の平行平板ＣＧとの取付け面は防水加工され、サブ
鏡筒８０の内部には窒素ガスが充填されている。

【００４４】このように投影レンズ系ＰＬの先端に平行
平板ＣＧを設けるようにすると、投影レンズ系ＰＬの実
質的なバックフォーカス距離（屈折力を持つ先端の光学
素子から像面までの距離）が１０〜１５ｍｍ程度であっ
ても、容易にワーキングディスタンスＬを１〜２ｍｍ程
度にして液体の温度変化の影響を低減させた液浸投影法
が実現できる。また、平行平板ＣＧは後付けで設けるこ
とができるから、平行平板ＣＧの表面の一部分を波長の
数分の１程度のオーダーで研磨することにより、投影像
内で生じている局所的な微少歪曲収差（あるいはランダ
ムなディストーション）を容易に修正することが可能と
なる。すなわち、平行平板ＣＧは投影レンズ系ＰＬの最
先端のレンズ素子を液体から保護する窓としての機能
と、ディストーション補正板としての機能とを兼ね備え
ることになる。なお、別の見方をすれば平行平板ＣＧを
含めて投影レンズ系ＰＬの結像性能が保証されているの
で、平行平板ＣＧが投影レンズ系ＰＬの最先端の光学素
子であることに変わりはない。

【００４５】

【第４の実施例の説明】次に本発明の第４の実施例につ
いて図６を参照して説明する。本実施例は、先の図５に
示した実施例とも関連し、ワーキングディスタンスを極
めて小さくした投影光学系を液浸投影露光法に使用した
場合のウエハ交換に関するものである。図６において、
投影レンズ系ＰＬの鏡筒の下端部には、図１に示したレ
ーザ干渉計３３からの参照用ビームＢＳｒを受けて反射
する参照ミラーＭＬ（Ｘ方向用とＹ方向用）が固定され
ている。そしてレーザ干渉計３３からの測長用ビームＢ
Ｓｍは、先の図５に示したようなＺＬステージ８２の端
部に固定された移動鏡ＭＲｗに投射され、その反射ビー
ムはレーザ干渉計３３に戻り、参照用ビームＢＳｒの反
射ビームと干渉して移動鏡ＭＲｗの反射面の座標位置、
すなわちウエハＷのＸ，Ｙ方向の座標位置が、参照ミラ
ーＭＬを基準として計測される。さて、本実施例におい
ても、ＺＬステージ８２は３つのＺアクチュエータ３２
Ａ，３２Ｂ（３２Ｃは省略）を介してＸＹステージ３４
上に取り付けられ、Ｚ方向とチルト方向とに移動可能と
なっている。ただし、ＺＬステージ８２は、その周辺の
３ケ所で板バネ８４Ａ，８４Ｂ（８４Ｃは省略）を介し
てＸＹステージ３４と結合され、ＸＹステージ３４に対
する水平方向（ＸＹ面内）の剛性が極めて大きくなるよ
うに支持される。

【００４６】そして本実施例でも、先の図５と同様のウ
エハチャック９０がＺＬステージ８２上に設けられる
が、図５と異なる点は、ウエハチャック９０を複数のＺ
方向の駆動機構８８Ａ，８８Ｂによって比較的に大きな
ストローク（１０〜１５ｍｍ程度）でＺＬステージ８２
に対してＺ方向に移動する構成にしたことである。この
駆動機構８８Ａ，８８Ｂは、フォーカス・レベリングの
ためのＺアクチュエータ３２Ａ，Ｂ，Ｃと異なり、ウエ
ハチャック９０をそのストロークの両端間で移動させる
だけでよく、エア・シリンダやリンク機構等を使った簡
単なエレベーション機能でよい。さらに図６の実施例で
は、先の図５に示したセンターアップピン８３がＸＹス
テージ３４上に上下動することなく固定されている。そ
して図６のようにウエハチャック９０が最も上昇した状
態では、ウエハＷの表面が投影レンズ系ＰＬの先端の光
学素子の面から１〜２ｍｍ程度に設定され、センターア
ップピン８３の先端面はウエハチャック９０のウエハ載
置面よりもわずかに下側（２〜３ｍｍ程度）に下がって
いる。

【００４７】以上のような構成で、図６はウエハＷに対
する露光動作時の状態を表し、その露光動作が完了する
と先の図４に示した液体ＬＱの排出操作によってウエハ
チャック９０上の液体ＬＱを一時的に排出する。その
後、ウエハチャック９０の真空吸着が解除されると、駆
動機構８８Ａ，８８Ｂを作動させてウエハチャック９０
を図６の位置から最も下にダウンさせる。これによって
ウエハＷは３つのセンターアップピン８３の先端面上に
載せ替えられるとともに、ウエハチャック９０周辺の壁
部ＬＢの上端面が投影レンズ系ＰＬの先端面（図３中で
はレンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅ、図５中では平行平板Ｃ
Ｇの下面）よりも低くなるように位置決めされる。その
状態でＸＹステージ３４をウエハ交換位置まで移動させ
ると、ウエハＷは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出さ
れて、搬送用のアーム９５の方に移動する。このときア
ーム９５は、ウエハチャック９０の壁部ＬＢの上端面よ
りは高く、且つセンターアップピン８３上のウエハＷよ
りは低くなるような高さに設定された状態で、ウエハＷ
の下側に入り込む。それからアーム９０はウエハＷを上
方向にわずかに持ち上げつつ真空吸着を行い、所定のア
ンロード位置に向けてウエハＷを搬送する。ウエハＷの
搬入は、以上のシーケンスとは全く逆に行われる。

【００４８】ところで図６に示したように、レーザ干渉
計３３が参照ビームＢＳｒを投影レンズ系ＰＬの参照ミ
ラーＭＬに投射するような方式の場合、参照ビームＢＳ
ｒの光路の直下に液体ＬＱのプールが広がっているた
め、その液体ＬＱの飽和蒸気の上昇によって参照ビーム
ＢＳｒの光路に揺らぎを与えることが考えられる。そこ
で本実施例では、参照ビームＢＳｒの光路と液体ＬＱと
の間にカバー板８７を配置し、液体ＬＱから上昇する蒸
気流を遮断して参照ビームＢＳｒの光路で発生する揺ら
ぎを防止する。

【００４９】なお、カバー板８７の上部空間には、参照
ビームＢＳｒの光路をより安定にするために、光路と交
差する方向に温度制御された清浄な空気を送風してもよ
い。この場合、カバー板８７は光路空調用の空気が直接
液体ＬＱに吹き付けられることを防止する機能も備える
ことになり、液体ＬＱの不要な蒸発を低減させることが
できる。また、単なるカバー板８７に代えて、参照ビー
ムＢＳｒの光路全体を遮風筒で覆う構成にしてもよい。

【００５０】

【第５の実施例の説明】次に本発明の第５の実施例を図
７（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。本実施例は先の
図１に示したホルダテーブルＷＨの構造に、図５に示し
たセンターアップ機構（ピン８３、Ｚ駆動部８５）を組
合わせたものであり、ウエハ交換を簡単にするようにホ
ルダテーブルＷＨを改良したものである。そして図７
（Ｂ）はその改良されたホルダテーブルＷＨの平面を表
し、図７（Ａ）は図７（Ｂ）中の７Ａ矢視の断面を表
す。その図７（Ａ），（Ｂ）から分かるように、ホルダ
テーブルＷＨは、ＸＹステージ３４上に３つのＺアクチ
ュエータ３２Ａ、３２Ｃ（３２Ｂは省略）を介して保持
され、ホルダテーブルＷＨの中央付近には３つの貫通孔
９１が設けられている。この貫通孔９１には、駆動部８
５によって上下動するセンターアップピン８３が通る。

【００５１】先にも説明したように、投影レンズ系ＰＬ
の最下端面の高さは、そのままでは補助プレート部ＨＲ
Ｓ（ウエハＷ）の表面から２ｍｍ程度しか離れていな
い。さらにホルダテーブルＷＨの周辺に設けられた壁部
ＬＢの上端は投影レンズ系ＰＬの最下端面よりも高い。
従って、ウエハ交換のためにそのままＸＹステージ３４
を移動させて投影レンズ系ＰＬの直下からウエハを引き
出すように構成した場合、補助プレート部ＨＲＳの一部
分の幅が投影レンズ系ＰＬの鏡筒の直径寸法程度必要と
なり、液体ＬＱが注入されるホルダテーブルＷＨの内容
積を大きくすることになる。

【００５２】そこで本実施例では、図７に示すようにホ
ルダテーブルＷＨの壁部ＬＢの一部を切り欠いて、そこ
に開閉自在な液密ドア部ＤＢを設けた。この液密ドア部
ＤＢは、液体ＬＱが注入されている間は常に図７
（Ａ），（Ｂ）のように壁部ＬＢの切り欠き部を液密状
態で閉じており、液体ＬＱがホルダテーブルＷＨ上から
排出されると、図７（Ａ）中の破線のように開くように
なっている。その液密ドア部ＤＢは、開いた状態では補
助プレート部ＨＲＳの表面の高さよりも若干低くなるよ
うに設定されている。また液密ドア部ＤＢの内壁と接す
るホルダテーブルＷＨ本体側の壁部分（壁部ＬＢの切り
欠き部等）には、図７（Ｂ）のように液密性を確実にす
るＯリングＯＬが適宜の位置に設けられている。

【００５３】以上のような構成において、ホルダテーブ
ルＷＨ上のウエハを交換する場合は、まずホルダテーブ
ルＷＨ内の液体ＬＱを排出してから、液密ドア部ＤＢを
開く。その後、ＸＹステージ３４を図７中で右側に移動
させると、ウエハは投影レンズ系ＰＬの直下から引き出
されることになる。このとき、投影レンズ系ＰＬは丁度
開いた液密ドア部ＤＢの上方空間に位置する。それから
センターアップピン８３を上昇させてウエハを壁部ＬＢ
よりも高く持ち上げれば、ウエハは容易に交換すること
ができる。

【００５４】本実施例によれば、ホルダテーブルＷＨの
周囲を取り囲む壁部ＬＢの直径を最小にすることが可能
となり、ホルダテーブルＷＨ内に満たされる液体ＬＱの
総量を最小限に抑えることが可能となり、液体ＬＱの温
度管理が容易になるだけでなく、液体ＬＱの注入排出時
間も最小になるといった利点がある。なお、前記第４の
実施例の構成のときには、ウエハチャックが下降するか
ら特に液密ドア部を設ける必要はないが、第４の実施例
の構成において、なおも液密ドア部を設けても良い。

【００５５】

【第６の実施例の説明】次に図８は本発明の第６の実施
例を示し、この実施例では下部容器７と上部容器８を用
いている。ウエハ３を載置するウエハホルダー３ａは下
部容器７の内面底部に形成されており、下部容器７の上
面は上部容器８の底面によって密閉されており、下部容
器７の全容積は浸液７ａによって完全に満たされてい
る。他方上部容器８にも浸液８ａが満たされており、そ
の浸液８ａ内に投影光学系１の最終レンズ面１ａが浸さ
れている。

【００５６】下部容器７内の浸液７ａの一部分は、下部
容器７の一側面に設けた排出口５より温度調節器６に導
かれ、温度調節器６において温度調節を受けた後に、下
部容器７の他側面に設けた注入口４より下部容器７に戻
るように循環している。下部容器７内の複数箇所には温
度センサー（図示せず）が取り付けられており、温度調
節器６は温度センサーからの出力に基づいて、下部容器
７内の浸液７ａの温度が一定となるように制御してい
る。また上部容器８内の浸液８ａについても、同様の温
度調節機構が設けられている。

【００５７】この実施例においては、下部容器７と上部
容器８を一体として移動することにより、ウエハ３を移
動している。他方、ウエハ３を収容した下部容器内の浸
液は実質的に密閉されているから、温度安定性の点で有
利であるだけでなく、浸液中の渦等の流れによる圧力分
布も発生しない。すなわち浸液中の圧力分布は、屈折率
の揺らぎとなり結像波面収差悪化の要因となるが、この
第６の実施例において圧力分布が問題になるのは、上部
容器８に満たされた浸液８ａのみで、この部分の光路Ｌ
₈を充分に短く形成することにより、ウエハ移動時の浸
液流れの影響を実用上問題にならないレベルまで緩和す
ることが出来る。

【００５８】なお本実施例では下部容器７と上部容器８
を一体として移動したが、下部容器７のみを移動し、上
部容器８を固定することもできる。この構成のときに
は、上部容器８内の浸液８ａは完全に停止することにな
る。したがってワーキングディスタンスＬのうちで、上
部容器８内の浸液８ａの厚さＬ₈よりも、下部容器７内
の浸液７ａの厚さＬ₇の方を十分に薄く形成することが
好ましい。

【００５９】

【その他の変形例の説明】以上、本発明の各実施例を説
明したが、先の図１に示したように液浸投影露光時のワ
ーキングディスタンスは１〜２ｍｍ程度と極めて小さい
ため、ウエハＷに対する焦点合せはオフ・アクシス方式
のフォーカス・アライメントセンサーＦＡＤを使うもの
とした。しかしながら、例えば米国特許４，８０１，９
７７号、米国特許４，３８３，７５７号等に開示されて
いるように、投影レンズ系ＰＬの投影視野内の周辺部を
介してフォーカス検出用のビームをウエハ上に投射して
ウエハ表面の高さ位置又は傾きを計測するＴＴＬ（スル
ーザレンズ）方式のフォーカス検出機構を設けてもよ
い。

【００６０】また、図１に示したフォーカス・アライメ
ントセンサーＦＡＤは、オフ・アクシス方式でウエハＷ
上のアライメントマークを光学的に検出するものとした
が、このアライメントセンサーもレチクルＲと投影レン
ズ系ＰＬとを通してウエハＷ上のマークを検出する図１
中のＴＴＲアライメントセンサー４５の他に、投影レン
ズ系ＰＬのみを通してウエハＷ上のマークを検出するＴ
ＴＬ方式のアライメントセンサーとしてもよい。さらに
本発明は、紫外線域（波長４００ｎｍ以下）のもとで投
影露光する投影光学系を備えていれば、どのような構成
の露光装置であっても全く同様に適用し得る。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明により、実現可能な
温度コントロールの範囲内で、充分な結像性能が保証さ
れた液侵型の露光装置が提供された。また、液侵型露光
装置におけるウエハのローディングとアンローディング
に適したウエハステージの構造も提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による走査型の投影露光
装置の全体的な構成を示す図である。

【図２】走査露光のシーケンスを模式的に説明するため
の斜視図である。

【図３】図１中の投影レンズ系付近の詳細な構成を示す
部分断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例による液体の温度制御と
液体供給システムとを模式的に示すブロック図である。

【図５】本発明の第３の実施例によるウエハホルダーと
投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例によるウエハホルダーと
投影レンズ系付近の構造を示す部分断面図である。

【図７】本発明の第５の実施例によるホルダテーブルの
構造を示す（Ａ）断面図と、（Ｂ）平面図である。

【図８】本発明の第６の実施例の要部を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１…投影光学系１ａ…最終レンズ面７、８…容器７ａ、８ａ…浸液３…ウエハ３ａ…ウエハホルダ
ー４…注入口５…排出口６…温度調節器Ｌ…ワーキングディ
スタンス１０…照明系１２…コンデンサー
レンズ系１４…ミラー１６…レチクルステ
ージ１７…レーザ干渉計システム１８…モータ１９…コラム構造体２０…レチクルステ
ージ制御器３０…ベース定盤３２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｃ…アクチュエータ３３…レーザ干渉計システム３４…ＸＹステージ３５…ウエハステージ制御器３６…駆動モータ４０…主制御器５０Ａ、５０Ｂ…温
度調整器５１…溝５１５２…通路５３…パイプ５３Ａ、５３Ｂ…通
路５５…温度センサー６０…制御器６２…切り替えバルブ６４…液体供給ユニ
ット６４Ａ…ポンプ６４Ｂ…温調器６６…排出ポンプ６６８０…サブ鏡筒８２…ＺＬステージ８３…センターアッ
プピン８４Ａ、８４Ｂ…板バネ８５…上下動駆動機
構８７…カバー板８８Ａ，８８Ｂ…駆
動機構９０…ウエハチャック９１…貫通孔９５…アーム１１２…配管１１３…吸着面１１４…外周角部ＩＬ…パルス照明光ＡＩ…照明領域Ｒ…レチクルＰａ…回路パターン
領域ＳＢ…遮光帯ＰＬ…投影レンズ系ＡＸ…光軸ＬＧａ…前群レンズ
系ＬＧｂ…後群レンズ系Ｅｐ…射出瞳ＬＥ１…正レンズ素子Ｐｅ…下面ＣＧ…平行平板Ｗ…ウエハＳＡａ、ＳＡｂ…ショット領域ＳＩ…投影像ＷＨ…ホルダテーブルＬＢ…壁部ＬＱ…液体ＨＲＳ…補助プレー
ト部ＤＢ…液密ドア部ＯＬ…ＯリングＦＡＤ…フォーカス・アライメントセンサーＭＲｒ、ＭＲｗ…移動鏡ＭＬ…参照ミラーＢＳｒ…参照用ビームＢＳｍ…測長用ビー
ムＳｆ…フォーカス信号Ｓａ…アライメント
信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクル上に描画されたパターンをウエハ
上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウ
エハに最も近接したレンズ面と前記ウエハとの間のワー
キングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光
光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、前記ワーキングディスタンスの長さをＬとし、前記露光
光の波長をλとし、前記液体の屈折率の温度係数をＮ
（１／℃）としたとき、Ｌ≦λ／（０．３×｜Ｎ｜）となるように形成したことを特徴とする液浸型露光装
置。
【請求項２】レチクル上に描画されたパターンをウエハ
上に焼付転写する投影光学系を有し、該投影光学系のウ
エハに最も近接したレンズ面と前記ウエハとの間のワー
キングディスタンスのうちの少なくとも一部分を、露光
光を透過する液体で満たした液浸型露光装置において、前記液体として、純水の表面張力を減少させ又は純水の
界面活性度を増大させる添加剤を前記純水に添加したも
のを用いたことを特徴とする液浸型露光装置。
【請求項３】前記ワーキングディスタンスの長さＬが２
ｍｍ以下である、請求項１又は２記載の液浸型露光装
置。
【請求項４】前記レチクルとウエハを前記投影光学系の
倍率に対応した速度比にて同期して等速に走査可能に配
置した、請求項１、２又は３記載の液浸型露光装置。
【請求項５】前記露光光として紫外域の光を用いた、請
求項１、２、３又は４記載の液浸型露光装置。
【請求項６】前記投影光学系の最もウエハ側の先端光学
素子のウエハ側の光学面を平面状に形成し、前記先端光
学素子を保持する鏡筒の下端面を前記光学面と同一平面
をなすように形成し、前記鏡筒の下端外周面に面取りを
施した、請求項１、２、３、４又は５記載の液浸型露光
装置。
【請求項７】前記先端光学素子が平行平板である、請求
項６記載の液浸型露光装置。
【請求項８】前記ウエハをホルダテーブルによって保持
し、前記液体によってワーキングディスタンスを満たす
ことができるように前記ホルダテーブルの上面外周に壁
部を立設し、前記ホルダテーブル内に前記液体を供給し
且つ回収できるように液体供給ユニットを設け、前記ホ
ルダテーブルと液体供給ユニットとの双方に温度調整器
を設けた、請求項１〜７のいずれか１項記載の液浸型露
光装置。
【請求項９】前記ウエハをウエハチャックによって保持
し、前記液体によってワーキングディスタンスを満たす
ことができるように前記ウエハチャックの上面外周に壁
部を立設し、前記ウエハチャックを貫通して少なくとも
３本のピンを設け、前記ウエハを前記ウエハチャックの
上方に持ち上げることができるように、前記ピンに昇降
駆動装置を取り付けた、請求項１〜７のいずれか１項記
載の液浸型露光装置。
【請求項１０】前記ウエハをウエハチャックによって保
持し、前記液体によってワーキングディスタンスを満た
すことができるように前記ウエハチャックの上面外周に
壁部を立設し、前記ウエハチャックを貫通して少なくと
も３本のピンを設け、ウエハチャックの前記壁部の上端
を前記投影光学系の下端よりも低くすることができるよ
うに、前記ウエハチャックに昇降駆動装置を取り付け
た、請求項１〜７のいずれか１項記載の液浸型露光装
置。
【請求項１１】前記壁部の一部分に開閉自在な液密ドア
部を設けることにより、投影光学系の下端部分との干渉
を回避した、請求項１〜１０のいずれか１項記載の液浸
型露光装置。
【請求項１２】前記投影光学系の側面に干渉計用のミラ
ーを取り付け、該ミラーに入射して反射する光束を前記
液体から発する蒸気より離隔するように防護手段を設け
た、請求項１〜１１のいずれか１項記載の液浸型露光装
置。