JP2005026634A - 露光装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液侵式の露光装置において、ステージの移動による液体の乱流発生を抑制して液体本来の屈折率を得た露光を可能にすること。
【解決手段】本発明は、レンズＬにおける光出射端と露光対象となるウエハＷとの間に液体Ｅを介在させた状態で露光を行う露光装置において、ウエハＷを載置するとともに、露光を行う際にレンズＬとの間で相対的な移動を行うステージ１０と、ステージ１０に載置されるウエハＷの全体を液体Ｅで浸すための槽１１と、ステージ１０上のウエハＷとレンズＬにおける光出射端との間にある液体Ｅの流れを生成するため液体Ｅと同じ液体Ｅを噴出する液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２と、ステージ１０の移動方向に沿ってそのステージ１０の移動速度と対応した速度で液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２から液体Ｅを噴出する制御を行う制御手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面全体を液体で浸した状態でステージを移動させながら露光を行う液侵式の露光装置および半導体装置の製造方法に関する。

現在、光リソグラフィの光源はKrFから移行しArF技術が主流となってきている。このような中、近年デバイスパターンの高集積化が進み、要求されるスペックが光リソグラフィとしての限界に近づいている状況である。また、次世代のリソグラフィとしてF2リソグラフィの技術開発が進められている。しかしながらF2リソグラフィは現行設備を新規に置き換える事が前提となり莫大なコストが掛かるという問題がある。

そこで、ArFを用いたImmersion Lithography技術が考えられている。Immersion Lithographyとは、レンズと露光対象である基板（例えば、ウエハ）との間に液体（代表的には純水）を介在させることで液体の屈折率を利用し、High NA化を可能とする方法である。これにより、現行光源でF2と同等の微細技術が可能になると考えられている。すなわち、現行設備を改造する程度の範囲内で次世代の技術を集約できる能力がある（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

しかしながら、Immersion Lithographyの液浸技術としては、液体に対しての制御が必要である。すなわち、液体といっても温度・粘性・乱流等の問題が存在するため、全てにおいて詳細な制御が必要と考える。この液体の制御を行わないと液体本来の屈折率が得られず、High NA化を達成することは不可能である。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光学レンズ部における光出射端と露光対象となる基板との間に液体を介在させた状態で露光を行う露光装置において、基板を載置するとともに、露光を行う際に光学レンズ部との間で相対的な移動を行うステージと、ステージに載置される基板の全体を液体で浸すための槽と、ステージ上の基板と光学レンズ部における光出射端との間にある液体の流れを生成するため液体と同じ液体を噴出するノズルと、ステージの移動方向に沿ってそのステージの移動速度と対応した速度でノズルから液体を噴出する制御を行う制御手段とを備えている。

また、本発明は、ステージ上に載置した基板の表面全体を液体で浸した状態で、ステージを移動させながら基板上に配置した光学レンズ部から光を出射して露光を行う工程を含む半導体装置の製造方法において、ステージを移動させながら露光を行うにあたり、そのステージの移動速度と対応した速度で基板上の液体の流れを生成するようにしている。

このような本発明では、基板全体を液体で浸した状態でステージの移動を行いながら露光を行うにあたり、ステージの移動方向に沿って、かつステージの移動速度に対応した速度でノズルから液体を噴出するため、ステージの移動とともに基板上の液体が移動する状態となり、ステージの移動による液体の乱流を抑制できるようになる。

本発明では、基板全体を液体で浸した状態でステージを移動させながら露光を行う場合でも、ステージの移動による基板上の液体の乱流を抑制できるため、液体の屈折率を最大限に活用した高精度な露光を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１、図２は、本実施形態に係る露光装置を説明する模式図であり、図１はウエハ載置状態、図２は液体注入状態を示している。すなわち、この露光装置は、露光対象の基板であるウエハＷの全体を液体（例えば、純水）Ｅによって浸した状態で露光を行ういわゆる液侵式の露光装置である。したがって、液体Ｅを溜めるための槽１１内にウエハＷおよびこれを載置するためのステージ１０が配置されている。また、光学系であるレンズＬの光出射端（先端）も液体Ｅに浸かるよう構成されている。

槽１１には液体Ｅを注入するための注水口と、槽１１内に一定以上の液体Ｅが溜まらないよう排出するための排水口が設けられている。なお、槽１１内の全ての液体Ｅを排出するためのドレン（図示せず）も設けられている。

本実施形態の露光装置は、このような液侵式において、ウエハＷを載置したステージ１０を移動させながら露光を行うスキャナ型となっている。すなわち、ウエハＷとレンズＬの先端との間に液体Ｅを介在させた状態でステージ１０を所定方向に移動させながら露光を行うものである。

このような露光装置において、本実施形態では、レンズＬの周辺に液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２が配置されている。この液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２は、槽１１内の液体Ｅと同じ液体Ｅを噴出できるもので、レンズＬを間にして液体Ｅを噴出するための開口部が各々対向した状態で配置される。

この液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２からは、露光の際のステージ１０の移動方向に沿って、かつそのステージ１０の移動速度と対応した速度（ほぼ等しい速度）で液体Ｅを噴出して、ウエハＷとレンズＬの先端部との間に介在する液体Ｅにステージ１０の移動と対応した流れを生成することができる。

各液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２には、噴出する液体Ｅの流量を制御する制御部（図示せず）が設けられている。制御部は各液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２独立でも、共通で切り換えて用いてもよい。各液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２の液体噴出量はセンサーによって検知され、正確に制御される。

ここで、制御部による液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２からの液体Ｅの噴出量制御は、例えば以下の式に基づき行われる。

ＶE＝Ｄ・ｖ・ｄ
（ＶEは液体Ｅの噴出量（ｍ³／ｓ）、ＤはレンズＬの先端における直径（ｍ）、ｖはステージ１０の移動速度（ｍ／ｓ）、ｄはレンズＬの先端とウエハＷの表面との間隔（ｍ）である。）

液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２が２つ設けられているのは、ステージ１０が往復移動するためであり、一方に移動する際には液体噴出ノズルＮ１のみから液体Ｅ＄を噴出し、他方に移動する際には液体噴出ノズルＮ２のみから液体Ｅを噴出することになる。

このような液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２からのステージ移動に対応した液体Ｅの噴出によって、ウエハＷとレンズＬとの間に介在する液体Ｅの流れとステージ１０の移動速度とをほぼ等しくでき、ステージ１０の移動と液体Ｅの移動との相対速度差をなくしてこの間で発生する液体Ｅの乱流を抑制することが可能となる。

次に、この露光装置を用いた露光方法を説明する。先ず、図１に示すように、ステージ１０上にウエハＷを載置して真空吸着する。そして、図示しないマスクとのアライメントをとる。

次いで、注水口からステージ１０上に温度制御された液体Ｅ（この場合は純水。その他ではアルコールやオイル等）をレンズＬの先端部が浸るように注入する。液体Ｅは一定レベル以上になると排水口から自動的に排出される。

続いて、露光動作を開始する。露光動作の開始とともにレンズＬ付近にある液体噴出ノズルＮ１もしくは液体噴出ノズルＮ２から槽１１に入れた液体Ｅと同じ液体Ｅを露光領域に向けて噴出させる。その時の流速はステージ１０の移動速度と同じとする。

ここで、図３に示すように、露光時にステージ１０が一方（図中矢印ｘ１参照）に移動する際には、液体噴出ノズルＮ１から同じ方向に沿って液体Ｅを噴出する。このとき液体噴出ノズルＮ２からは液体Ｅを噴出しないようにする。

一方、図４に示すように、ステージ１０が先とは反対の方向（図中矢印ｘ２参照）に移動する際には、液体噴出ノズルＮ２から同じ方向に沿って液体Ｅを噴出する。このとき液体噴出ノズルＮ１からは液体Ｅを噴出しないようにする。

このように、ステージ１０の往復移動の方向および速度に合わせて液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２から各々液体Ｅを噴出することで、レンズＬとウエハＷとの間で液体Ｅとステージ１０との相対移動速度をなくすことができ、液体Ｅの乱流発生を最小限に抑制できるようになる。

図５は液体噴出ノズルと露光領域との関係を説明する模式斜視図である。液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２における開口の幅Ｄ１は、レンズ領域内の露光領域Ｓの幅よりも広くなっている。これにより、露光領域Ｓの全体にわたって液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２から液体を噴出することができ、露光領域Ｓでの液体乱流を確実に抑制できるようになる。

図６は２つの液体噴出ノズルと露光領域との位置関係を説明する模式上面図である。各液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２はレンズ領域を間としてステージの移動方向に沿って対向するよう配置されている。

これにより、ステージが図中矢印ｘ１方向へ移動する際には液体噴出ノズルＮ１からステージの移動方向に沿った図中矢印ｘ１’の方向へ液体を噴出する。一方、ステージが先とは反対の図中矢印ｘ２方向へ移動する際には液体噴出ノズルＮ２からステージの移動方向に沿った図中矢印ｘ２’の方向へ液体を噴出する。ステージの往復移動があっても、各液体噴出ノズルＮ１、Ｎ２から各々ステージの移動方向に沿った液体の噴出を行うことができ、露光領域Ｓの全体において介在する液体の乱流を抑制できるようになる。

なお、上記説明した実施形態では、液体噴出ノズルとして２つを備えるものを例としたが、本発明はこれに限定されず、１つのものであっても可能である。すなわち、露光時のステージ移動方向に合わせて液体噴出ノズルを設けて液体の流れを制御するようにすればよい。

上記説明した露光装置および露光方法は、主として半導体装置の製造方法の一工程として適用されるもので、例えばArFを光源として用いた露光であってもF2光源と同等の微細技術が可能となり、半導体装置における微細パターンの形成技術として利用することが可能である。

本実施形態に係る露光装置を説明する模式図（ウエハ載置状態）である。 本実施形態に係る露光装置を説明する模式図（液体注入状態）である。 露光方法を説明する模式図（その１）である。 露光方法を説明する模式図（その２）である。 液体噴出ノズルと露光領域との関係を説明する模式斜視図である。 ２つの液体噴出ノズルと露光領域との位置関係を説明する模式上面図である。

符号の説明

１０…ステージ、１１…槽、Ｌ…レンズ、Ｎ１…液体噴出ノズル、Ｎ２…液体噴出ノズル、Ｓ…露光領域、Ｗ…ウエハ

Claims (5)

1. 光学レンズ部における光出射端と露光対象となる基板との間に液体を介在させた状態で露光を行う露光装置において、
   前記基板を載置するとともに、露光を行う際に前記光学レンズ部との間で相対的な移動を行うステージと、
   前記ステージに載置される前記基板の全体を前記液体で浸すための槽と、
   前記ステージ上の前記基板と前記光学レンズ部における光出射端との間にある液体の流れを生成するため前記液体と同じ液体を噴出するノズルと、
   前記ステージの移動方向に沿って、かつそのステージの移動速度と対応した速度で前記ノズルから前記液体を噴出する制御を行う制御手段と
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記ノズルは第１ノズルと第２ノズルとの２つを備えており、前記ステージの往復移動に対応して前記液体を噴出するよう、前記第１ノズルと前記第２ノズルとが対向配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記ノズルの前記液体が噴出する開口部の幅は、前記ステージを移動させながら行う露光の領域の幅より広くなっている
   ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. ステージ上に載置した基板の表面全体を液体で浸した状態で、前記ステージを移動させながら前記基板上に配置した光学レンズ部から光を出射して露光を行う工程を含む半導体装置の製造方法において、
   前記ステージを移動させながら露光を行うにあたり、そのステージの移動方向に沿って、かつ前記ステージの移動速度と対応した速度で前記基板上の液体の流れを生成する工程を含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記ステージが往復移動する場合、そのステージの移動方向に合わせて前記基板上の液体の流れを反転させる
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
   

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