JP2005175016A - 基板保持装置およびそれを用いた露光装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液浸液の基板裏面への入り込みを抑制した基板保持技術を提供する。
【解決手段】
液体に浸される基板１２の裏面に接して基板を保持する基板保持装置５Ｃを、基板を引きつけるチャック手段５Ｄと、基板裏面とチャック手段との間への液体の入り込みを抑制する抑制手段１７とを有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩ等の微細なパターンを有するデバイスを製造するための露光装置、特に、原版のパターンを感光基板上に液体層を介して投影する液浸式露光装置等に適用される基板保持技術に関する。

液浸式の露光装置は、従来の光源と投影光学系とを用いて、より高い解像力、またはより大きな焦点深度を実現することが可能な露光装置である。なお、液浸式露光装置として、特許文献１および２が知られている。
本発明の前提となる技術を図９〜図１３を用いて説明する。
図９において、１は照明系ユニットで、露光光源（不図示）からの露光光を整形しレチクル（不図示）に対して照射する。２は露光パターン原版であるレチクルを搭載するレチクルステージで、搭載したレチクルを感光基板であるウエハ１２（図１０参照）に対して所定の縮小露光倍率比でスキャン動作させる。３は縮小投影レンズで、レチクルに形成された原版パターンをウエハ１２に縮小投影する。４は露光装置本体、５はウエハステージで、露光装置本体４は、前記レチクルステージ２、投影レンズ３およびウエハステージ５を支持する。ウエハステージ５は、ウエハ１２を露光位置に順次ステップ移動させるとともに、レチクルのスキャン動作時、それと同期してウエハ１２をスキャン動作させる。

図１０を参照して、ウエハステージ５は、ステージ定盤５Ｄ、ウエハチャック５Ｃおよびスライダ５Ｂを備える。ウエハチャック５Ｃは、ウエハを支持固定すると同時に液浸液を保持する形状になっており、スライダ５Ｂに搭載されている。なお、ウエハチャック５Ｃは、ウエハを支持固定した状態で搬送可能であり、かつスライダ５Ｂに対して着脱自在に搭載されるものであってもよい。
６はアライメントスコープで、ウエハ上のアライメントマークおよびステージ上のアライメント用基準マークを計測し、基準位置に対するウエハのアライメントおよびレチクルとウエハとの間のアライメントを行う際の計測を行う顕微鏡である。７はフォーカススコープで、ウエハ面形状および光軸方向フォーカス計測（光軸方向における基板表面位置の計測）を行う。
８はＸバーミラーで、スライダ５ＢのＸ方向の位置をレーザ干渉計により計測するためのターゲットである。９はＹバーミラーで、同じくスライダ５ＢのＹ方向の位置を計測するためのターゲットである。

スライダ５Ｂの上面には、ステージ基準マーク１０および照度センサ１１が設けられている。基準マーク１０には、ステージアライメント計測用のターゲットが設けられている。照度センサ１１は、露光光の照度を露光前にキャリブレーション計測し、露光量を補正するために用いられる。１２は縮小投影レンズを介してレチクル基板に描かれたレチクルパターンが投影転写される、単結晶シリコン基板にレジストが塗られたウエハである。
なお、図９において、スライダ５Ｂの上のウエハチャック５Ｃおよびウエハの部分は、縮小投影レンズ３、フォーカススコープ５の光線およびウエハ１２の関係が分かるように、断面で表している。
図９に戻って、１３はウエハ１２を供給回収するウエハ搬送ロボットである。１４は液浸液タンクで、ここに液浸液を貯蔵し、液浸液滴下回収手段１５を介して液浸液をウエハチャック５Ｃに対して供給あるいは回収する。

以上の構成で、液浸露光を行う際のウエハ処理の流れを図１１に示す。
まず、図１１（１）に示すように、ウエハステージ５に搬送されたウエハ１２に対して、アライメント計測およびフォーカス計測を行うために、ウエハステージ５にてアライメント動作を行う。この状態では、ウエハ１２と投影光学系３との間には液浸液は存在しない。液浸液があるとレジストと液浸液間の屈折率差が小さいことから計測が困難になるので、液浸液を滴下せずにアライメント計測およびフォーカス計測を行う。

次に、図１１（２）に示すように、アライメント動作が終了した後、ウエハステージ５により、ウエハ１２を液浸液滴下回収手段１５の直下位置まで移動する。移動終了後、液浸液滴下回収手段１５に、液浸液タンク１４より屈折率が１以上の液浸液を供給し、ウエハチャック５Ｃに液浸液を滴下することにより、ウエハ１２表面上に液浸液を一定の厚みをもって満たす。このように、空気に比べて屈折率の大きな液体で、投影光学系の縮小投影レンズ３とウエハ１２との間の空間を満たすことにより、見かけ上の投影光学系のＮＡが拡大し、解像度が向上する効果が得られる。

次に、図１１（３）に示すように、液浸液を満たした状態で、ウエハ１２を露光ポジションまで移動し、次に図１１（４）に示すように、ステップアンドリピートまたはステップアンドスキャン露光動作を行う。露光が終了した後は、図１１（５）に示すように、ウエハ搬送ロボット１３の回収位置までステージ（スライダ５Ｂ）を移動させ、ウエハを回収する。回収動作後、図１１（６）に示すように、回収ウエハを露光装置外に取り出し、次工程に進める。
次のウエハを、図１１（７）に示すように、ウエハ搬送ロボット１３によりウエハステージ５のウエハチャック５Ｃに搭載し、図１１（８）に示すように、アライメントおよびフォーカス計測開始位置に移動して、上記図１１（１）〜（６）の露光動作を繰り返す。
以上のように、ウエハに対して液浸露光を行う。

図１２および図１３は、図９および図１０に示したウエハチャック５Ｃの詳細を示す。図１２および図１３を用いて、液浸液がウエハ裏面とウエハ吸着手段との間にリークする様子を説明する。
図１２では、ウエハチャック５Ｃに設けられた真空チャック５Ｄによって、ウエハ１２が真空吸着され保持固定されている。この状態で、真空チャック５Ｄの最外周部の円周面凸形状部（リング状凸部）５Ｐに、異物あるいはキズが発生した場合、リーク１０５Ｆが発生し、真空チャック５Ｄの溝中に液浸液１６が流入し、真空エラーが発生すると同時に液浸液の液層液面の低下等の不具合が発生するおそれがあった。
図１３では、ウエハチャック５Ｃに設けられた静電チャック５Ｅによって、ウエハ１２が静電吸着され保持固定されている。このような静電チャック方式においても、静電チャック５Ｅへの上記液浸液の流入による電位リークや液浸液面低下等の不具合が発生するおそれがあった。
特開平６−１２４８７３号公報 特開平６−１６８８６６号公報

本発明は、上記背景技術に鑑み、液浸液の基板裏面への入り込みを抑制した基板保持技術を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため本発明に係る基板保持装置は、液体に浸される基板の裏面に接して前記基板を保持する基板保持装置であって、前記基板を引きつけるチャック手段と、前記裏面と前記チャック手段との間への前記液体の入り込みを抑制する抑制手段とを有することを特徴とする。
ここで、前記抑制手段は、例えば、前記裏面の縁に沿った前記裏面の内周部に当接するように設けられた弾性シール部材であるか、前記裏面の縁に沿った前記裏面の内周部に対向するように設けられたに差動排気手段であるか、または前記チャック手段の外周部に設けられたシール液溜りである。
前記抑制手段が、前記シール液溜りで構成される場合、前記抑制手段は、さらに、該シール液溜りを形成するための溝にシール液を供給する供給手段および／または該シール液溜りからシール液を排出する排出手段を含むことが好ましい。

また、本発明に係る露光装置は、基板上の液体の層を介して前記基板にパターンを投影する露光装置であって、上記本発明に係る基板保持装置と、前記基板上に前記液体を供給する供給手段とを有することを特徴とする。
さらに、本発明に係るデバイス製造方法は、上記本発明に係る露光装置を用いて基板にパターンを投影する露光工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、液浸液の基板裏面への入り込みを抑制した基板保持技術を提供することができる。

以下、本発明の実施態様を説明する。
［実施態様１］ 原版面に形成されたパターンを基板に投影し、該投影光学系に対し原版と基板の両方、もしくは基板のみをステージ装置により相対的に移動させることにより、原版のパターンを基板に繰り返し露光し、投影光学系と基板間の露光光透過空間の少なくとも一部を液体層である液浸液層を介して露光する液浸露光装置において、
基板を保持する保持部材に設けられる基板吸着手段と該液浸液層との間に、液浸液層から基板吸着面あるいは基板吸着手段への液浸液の移動進入あるいは漏れを略遮断するリーク抑制手段を設けたことを特徴とする露光装置。
液浸露光装置としては、ウエハが液浸液に没する方式（ｍｏｖｉｎｇ ｐｏｏｌ方式）およびウエハ上の部分領域を液浸領域として当該領域を移動させる方式（ｌｏｃａｌ ｆｉｌｌ方式）があるが、本発明はいずれの方式にも適用可能である。
前記抑制手段は、前記基板の裏面を概略囲うような環状に配置することが好ましい。すなわち、基板の外形に倣うように、円形状基板は円形の、矩形状基板は矩形の液浸液リーク抑制手段、例えば弾性シール部材を配置する。
前記抑制手段としては、前記基板保持部材が前記基板を保持した際、該基板の縁および／または該基板の裏面の縁に沿った縁より内側の部分（以下、内周部という）に環状に当接する弾性シール手段、前記基板保持部材の基板保持面に形成され、該基板保持部材が前記基板を保持した際、該基板の裏面の内周部に環状に位置する少なくとも１つの環状排気溝手段、および前記基板保持部材が前記基板を保持した際、前記液体とは混和しない第２の液体を、該基板の外周および／または該基板の裏面の内周部に環状に供給するシール液供給手段のいずれか１つ以上を用いることができる。

［実施態様２］ 実施態様１に記載の露光装置において、前記抑制手段は基板と当接する弾性シール部材であることを特徴とする露光装置。
［実施態様３］ 実施態様１または２に記載の露光装置において、前記抑制手段あるいは前記弾性シール部材は、基板保持部材に対して着脱自在に保持されていることを特徴とする露光装置。
［実施態様４］ 実施態様１に記載の露光装置において、前記抑制手段は基板保持部材の基板保持面に形成された少なくとも１つ以上の円周状排気溝手段より成ることを特徴とする露光装置。該円周状排気溝手段は複数を用いて各円周状排気溝を差動排気する差動排気手段とすることが好ましい。
［実施態様５］ 実施態様１に記載の露光装置において、前記抑制手段として基板保持部材から基板外周部近傍に略円周状に液体を供給する液体供給手段を設けたことを特徴とする露光装置。
［実施態様６］ 実施態様５に記載の露光装置において、基板保持部材から基板外周部近傍に円周状に供給される液体は、液浸層を形成する液体に対して比重が大きいことを特徴とする露光装置。
［実施態様７］ 実施態様５に記載の露光装置において、基板保持部材から基板外周部近傍に円周状に供給される液体は、基板保持部材に設けられた液体回収あるいは排水手段をもって回収あるいは排水されることを特徴とする露光装置。
［実施態様８］ 実施態様１〜７のいずれかに記載の露光装置において、基板保持部材をステージ装置に着脱自在としたことを特徴とする露光装置。

以上のように、基板吸着保持手段と基板間に弾性シール手段あるいは差動排気手段あるいはシール液供給手段等の液浸液リーク抑制手段を設けることにより、液浸液の基板吸着保持手段への液浸液のリーク進入、漏れを防ぐことができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例に係るウエハチャック（基板保持装置）の構成を示す。同図のウエハチャック５Ｃは、図１２に示した背景技術に対し、ウエハチャックに着脱自在で、着装時、ウエハ１２の裏面の縁に沿った当該裏面の内周部に当接するＯリングシール１７（弾性シール部材）を設けたものである。

図１を参照して、液浸液のウエハ吸着手段へのリークを防止する構成およびその作用を説明する。図１では、ウエハチャック５Ｃに設けられた真空チャック５Ｄによって、ウエハ１２が真空吸着され保持固定されている。ここで、真空チャック５Ｄの最も外側にある円周面凸形状部（リング状凸部）５ＰにＯリングシール１７を設けている。このＯリングシール１７を設けることにより、ウエハチャック５Ｃの表面および／またはウエハ１２裏面に異物が付着しあるいはキズが発生した場合でも、背景技術に示したようなリーク１０５Ｆが発生せず、真空チャック５Ｄの溝中に液浸液１６が流入したり、真空エラーが発生したりすることを防ぐことができる。その結果、液浸液の液層液面の低下等の不具合も防止することができる。

図２は、図１３に示す静電チャック５Ｅを用いた背景技術に対し、第１の実施例のＯリングシール１７を適用した例を示す。このような静電チャック方式においても、上述したようなＯリングシールを用いた基板裏面への液浸液の流入防止によって、電位リークや液浸液面低下等の液浸液リークに伴う問題の発生を防ぐことができる。

本実施例では、さらに、弾性シール手段のリークを気圧、排気量等に基づいて検知する手段を設け、当該リークを検知した場合に、液浸液を滴下せずにウエハまたはウエハを保持したチャックを露光ステージまたは露光装置等から排出するようにしてもよい。また、液浸液滴下開始後に弾性シール手段のリークを検知する手段と、ウエハチャックの内部を乾燥させる手段とを設け、当該リークを検知した場合に、当該乾燥手段により、ウエハチャックの内部を乾燥させるようにしてもよい。

［第２の実施例］
本発明の第２の実施例を図３に示す。上記第１の実施例に示した弾性シール部材を用いる方法以外に、本実施例のように、ウエハチャック５Ｃのウエハ吸着面の縁に沿った当該裏面の内周部に、差動排気手段を設ける方法もある。
図３では、図３（３）に詳細を示すように、真空チャック５Ｄの最も外側の部分に、差動排気手段を円環状に設ける。差動排気手段としては、排気Ａ（５Ｆ）、排気Ｂ（５Ｇ）、排気Ｃ（５Ｈ）の３系統をそれぞれ独立排気溝として設けている。

本実施例によれば、ウエハチャック５Ｃの表面とウエハ１２裏面に異物が付着あるいはキズが発生した場合でも、排気Ａ（５Ｆ）を大気圧力、排気Ｂ（５Ｇ）を低真空圧力（中間的圧力）、排気Ｃ（５Ｈ）を真空チャック圧力とし、すなわち、複数の差動排気溝を用いて外側へ向って排気圧力を徐々に上げてゆくことで、途中でのリークを排気により無くすことができ、真空チャック部への液浸液のリークおよび真空不良の発生を防ぐことができる。結果として、背景技術に示したようなリーク１０５Ｆが発生せず、真空チャック５Ｄの溝中に液浸液が流入したり、真空エラーが発生したりすることを防ぐことができる。また、液浸液の液層液面の低下等の不具合を防止することができる。

本実施例は、図３（２）に示すように、静電チャック５Ｅを用いた静電チャック方式のウエハ吸着手段（ウエハチャック）においても、真空チャック５Ｄを用いた場合と同様に、差動排気手段を設ければ、基板裏面への液浸液の流入防止により、液浸液リークに伴う問題の発生を防ぐことができる。

［第３の実施例］
本発明の第３の実施例を図４に示す。上記第１の実施例に示した弾性シール部材を用いる方法以外に、本実施例のように、ウエハチャック５Ｃの外周部に、シール液溜りを設ける方法もある。
図４に示すように、真空チャック５Ｄの外周部に、シール液溜り溝５Ｋを円周状に設け、かつ該シール液溜り溝５Ｋにシール液を供給する手段を設ける。シール液５Ｊとしては、液浸液１６に対して拡散し難くシール性のある材料が適している。よって、粘性が比較的高く比重の重い液体が適している。例として、フッ素系不活性冷媒、フッ素系オイル、およびゲル状高分子材料等の液体を挙げることができる。

本実施例は、図４（２）に示すように、ウエハ吸着手段として静電チャック５Ｅを用いる静電チャック方式のウエハチャックにおいても、真空チャック５Ｄを用いた場合と同様に、シール液溜り溝およびシール液供給手段を設ければ、基板裏面への液浸液の流入防止により、液浸液リークに伴う問題の発生を防ぐことができる。

［第４の実施例］
第１〜第３の実施例では、液浸露光の際に、ウエハ全体を液浸液に浸す例を示したが、図５に示すように、液浸液タンク１４から液浸液１６を供給する際に、投影系レンズ３直下の露光エリアのみに液浸液１６を供給する方式の液浸露光装置もある。この方式では、液浸液供給ノズル１８から液浸液１６を供給することにより、ウエハ１２上面において縮小投影レンズ３の下の露光領域のみに液浸液１６を満たす。液浸液１６は液浸液供給ノズル１８から連続的に供給され、液浸液回収ノズル１９から連続的に回収される。
このように、ウエハの露光エリアのみに液浸液を供給する方式の液浸露光装置においても、上記第１〜第３の実施例に示した液浸液のシール構造を同様に実施することが可能である。特に、ウエハの外側のショット領域を露光する際にウエハの外に液浸液が漏れ落ちた際に有効である。

［第５の実施例］
本発明の第５の実施例を図６に示す。本実施例は、ウエハチャック５Ｃの外周部にシール液溜りを設ける手段を、第３の実施例のようにウエハ全体を液浸液に浸す方式ではなく、第４の実施例のように投影系レンズ３直下の露光エリアのみに液浸液を供給する方式に適用した例を示すものである。
本実施例では、図６に示すように、真空チャック５Ｄの外周部に、シール液供給手段（シール液供給管を含む）およびシール液溜り溝５Ｋを円環状に設ける。さらに、シール液溜り溝５Ｋの外周部にシール液溜排出管溝５Ｌが同じく円環状に設けられている。シール液５Ｊはシール液溜り溝５Ｋに供給され、シール機能を果たしたシール液は、シール液溜排出管５Ｍにより排出される。その際、シール液５Ｊは、一定のシール面を維持するために、一定の流量で供給され、余分液が前記シール液溜排出溝５Ｌに排出され、さらに、シール液溜排出管５Ｍの外周に設けられたシール液溜排出管５Ｍにより排出される。
また、シール液を完全に除去する際には、シール液５Ｊの供給管とシール液溜排出管５Ｍの両方から吸引排出することが可能である。

上記第１〜第５の実施例に示すように、基板吸着保持手段（ウエハチャック）と基板裏面との間に、弾性シール手段、差動排気手段あるいはシール液溜りを設けることにより、液浸液の基板裏面への入り込みを抑制した基板保持技術を提供することができる。よって、吸着保持手段への液浸液のリークを防ぎ、結果として基板吸着エラー、静電チャック電位リークによるチャックエラー、または液浸液不足エラー等の装置エラーの発生を抑え、信頼性と生産性の高い液浸露光装置を実現することができる。

［第６の実施例］
次に上記説明した液浸露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス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、上記用意した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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図８は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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形成する。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）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。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うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。

本発明の第１の実施例に係る液浸液シール手段を真空チャックを有するウエハチャック適用した場合の断面構成を示す図である。 図１の液浸液シール手段を静電チャックを有するウエハチャック適用した場合の断面構成を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る液浸液シール手段を適用したウエハチャックの断面構成図である。 本発明の第３の実施例に係る液浸液シール手段を適用したウエハチャックの断面構成図である。 本発明の第４の実施例に係るローカルフィル方式の液浸露光装置の全体構成図である。 本発明の第５の実施例に係る液浸液シール手段を適用したウエハチャックの断面構成図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。 図７におけるウエハプロセスを説明する図である。 従来例であり、本発明の適用対象でもあるムービングプール方式の液浸露光装置の全体構成図である。 図９の装置におけるウエハステージ部分の斜視説明図である。 図９の装置における露光動作説明図である。 図９の装置に用いられるウエハチャックの一従来例の断面構成図である。 図９の装置に用いられるウエハチャックの他の従来例の断面構成図である。

符号の説明

１：照明系ユニット、２：レチクルステージ、３：縮小投影レンズ、４：露光装置本体、５：露光ステージ（ウエハステージ）、５Ｂ：スライダ、５Ｃ：ウエハチャック、５Ｄ：真空チャック、５Ｅ：静電チャック、５Ｆ：排気Ａ、５Ｇ：排気Ｂ、５Ｈ：排気Ｃ、５Ｊ：シール液、５Ｋ：シール液溜り溝、５Ｌ：シール液溜排出溝、５Ｍ：シール液溜排出管、５Ｐ：円周面凸形状部、６：アライメントスコープ、７：フォーカススコープ、８：Ｘバーミラー、９：Ｙバーミラー、１０：基準マーク、１１：照度センサ、１２：ウエハ、１３：ウエハ搬送ロボット、１４：液浸液タンク、１５：液浸液滴下回収手段、１６：液浸液、１７：Ｏリングシール、１８：液浸液供給ノズル、１９：液浸液回収ノズル、１０５Ｆ：リーク。

Claims (8)

1. 液体に浸される基板の裏面に接して前記基板を保持する基板保持装置であって、
   前記基板を引きつけるチャック手段と、
   前記裏面と前記チャック手段との間への前記液体の入り込みを抑制する抑制手段と
   を有することを特徴とする基板保持装置。
2. 前記抑制手段は、前記裏面の縁に沿った前記裏面の内周部に当接するように設けられた弾性シール部材であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
3. 前記抑制手段は、前記裏面の縁に沿った前記裏面の内周部に対向するように設けられた差動排気手段であることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
4. 前記抑制手段は、前記チャック手段の外周部に設けられたシール液溜りであることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
5. 前記抑制手段は、前記シール液溜りを形成するための溝にシール液を供給する供給手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の基板保持装置。
6. 前記抑制手段は、前記シール液溜りからシール液を排出する排出手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の基板保持装置。
7. 基板上の液体の層を介して前記基板にパターンを投影する露光装置であって、
   請求項１〜６のいずれかに記載の基板保持装置と、
   前記基板上に前記液体を供給する供給手段と
   を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板にパターンを投影する露光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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