JP2005302880A - 液浸式露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハ裏面に液体が残ることを低減することを可能とした露光装置を提供すること。
【解決手段】 レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の液体を介して、前記基板を露光する露光装置において、前記基板を保持するためのチャックと、前記基板の表面と略同じ高さの表面を持ち、該基板と共に前記液体を保持する液体保持部と、を有し、前記液体保持部の前記チャック側の側壁の疎水性は、前記液体保持部の該側壁の周辺の疎水性よりも高いことを特徴とする構成とした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、一般に、露光装置に関するものであり、特に、ウエハやガラスプレート等の基板を投影光学系と基板との間の液体を介して回路パターンで露光するための液浸式露光装置に関するものである。

従来は、露光装置の微細化性能向上のためには、その露光装置の使用する露光光の波長の短波長化で対応してきた。その結果、ｇ線、ｉ線、エキシマレーザーへと使用する光源が推移してきた。また、より高解像度を達成させるために投影光学系の高ＮＡ化も図られてきた。

一方、光学式顕微鏡の解像力を向上される技術のひとつに、対物レンズと観察試料間の間に高屈折率液体を充填する液浸法がある（例えば、非特許文献１参照。）。

更なる露光装置の微細化性能向上のため、この液浸法を半導体素子微細化プロセスに応用することも提案されており（例えば、特許文献１参照。）、投影光学系の最終面と共に基板の全体を液槽の中に浸す方式（例えば、特許文献２及び３参照。）や、投影光学系と基板に挟まれた空間だけに液体を流す所謂ローカルフィル方式（例えば、特許文献４参照）が提案されている。

ここで、投影光学系の最終面と共に基板の全体を液槽の中に浸す方式の露光装置について説明する。

図８は、従来の液浸式露光装置８００の概略図である。回路パターンの書かれているレチクル８２０は、照明系８１０によって、不図示の光源からの光で照明される。照明系８１０は、光源からの光を整形し、均一な強度分布とするためのものである。レチクル８２０のパターンは投影光学系８３０で縮小され、ウエハ８４０に投影される。投影光学系８３０とウエハ８４０の間には液浸液８６０が満たされている。液浸液８６０を保持するために液浸液保持容器８７０がウエハ８４０、ウエハステージ８５０を内包されるように配置されている。液浸液は保持容器８７０に供給、回収されている。ウエハ８４０全面に渡り露光する際には、液浸液保持容器８７０自体を移動させて行う構成になっている。また、ウエハの交換方法は、ウエハ搬送用アームを液浸液保持容器８７０に挿入してウエハを回収、供給するか、液浸液保持容器８７０を図８において、下方に下げて、ウエハ８４０をウエハ８４０裏面よりピン等で押し上げて、ウエハ搬送用アームに引渡しで行うことが出来る。
米国特許第５１２１２５６号明細書 欧州特許出願公開第００２３２３１明細書 特開平０６−１２４８７３号公報 国際公開第９９／４９５０４号パンフレット Ｄ．Ｗ．Ｐｏｈｌ，Ｗ Ｄｅｎｋ＆Ｍ．Ｌａｎｚ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４４６５２（１９８４）

しかしながら、投影光学系の最終面と共に基板の全体を液槽の中に浸す方式の液浸式露光装置ではウエハ全体が液体に浸漬されることから、ウエハの裏面に液体が付着したまま露光装置内を移動することとなり、その結果、露光装置内に液体を飛散させてしまい、金属構成物のサビ等の発生を引き起こす原因となってしまう。

また、ローカルフィル方式の液浸式露光装置においても、ウエハの周辺露光の際にはウエハエッジに液体が接するため、液体がウエハ裏面に回り込む可能性が高く、同様の問題が発生し得る。

そこで、本発明の例示的な目的は、ウエハ裏面に液体が残ることを低減することを可能とした露光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の液体を介して、前記基板を露光する露光装置において、前記基板を保持するためのチャックと、前記基板の表面と略同じ高さの表面を持ち、該基板と共に前記液体を保持する液体保持部と、を有し、前記液体保持部の前記チャック側の側壁の疎水性は、前記液体保持部の該側壁の周辺の疎水性よりも高いことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い液浸式露光装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の実施例１の露光装置の概略図を示す。

パターンの描かれている原版としてのレチクル（マスク）２０は、照明系１０によって、不図示の光源からの光で照明される。照明系１０は、光源からの光を整形し、均一な強度分布とするためのものである。レチクル２０のパターンは投影光学系３０で縮小され、基板としてのウエハ４０に投影される。投影光学系３０とウエハ４０の間の少なくとも一部分には液浸液６０が満たされている。

従来の露光装置８００は、液浸液保持容器８７０を有していたが、本実施例の露光装置は液浸液保持容器を有しておらず、ローカルフィル方式の液浸式露光装置である。

本実施例では、液浸液６０をウエハ４０上に保持するために投影光学系３０の下部に液浸液供給機構８０の供給口を設けている。供給機構の構造は複数のノズル、可動式ノズル、またはリング状のノズルで実現することが可能である。本実施例では複数のノズル構成を用いた。ノズルを複数にすることで、ウエハ４０の移動方向に合わせて、液浸液の供給方向を変えることが出来る。このようにすることで、投影光学系３０の下面で液浸液をウエハのウエハステージによる移動に合わせて保持することが可能であり、また、投影光学系下面と露光すべきウエハ面との間に不純物混入の無い液浸液を供給、保持することが可能となり、良好な露光像性能を実現することが出来る。

一方、露光が終了し露光エリアから出た余分な液浸液はウエハから外側に移動し、ウエハの表面とほぼ同一高さにその表面を配置した液浸液保持板（液体保持部）５３に移動する。この液浸液保持板５３は、ウエハと共にその表面で液浸液６０を保持するためのものである。

さらに液浸液保持板５３には回収口としてのスリット口（図２の５２）または複数の穴が配置され、それらを保持板５３下面よりバキュームすることで、移動してきた液浸液６０をスリット口５２より排出することが出来る。ここで、図２は、本実施例のウエハ４０と液浸液保持板５３をレチクル２０側からから見た図である。

しかし、これだけではウエハ４０と液浸液保持板５３の僅かな隙間よりウエハ裏面への液浸液が回り込む可能性が残っている。

図５に本実施例のウエハ４０と液浸液保持板５３の周辺を拡大した模式図を示した。図５のように、液浸液保持板５３はウエハと共にその表面で液浸液を保持している。そして、ウエハ４０と液浸液保持板５３には僅かな間隙５７が存在している。その間隙５７はウエハの加工精度と液浸液保持板の加工精度、及び、ウエハをウエハステージのウエハチャックで固定したときの歪み等で決定される。その間隙のうち、最も間隙の開く箇所はウエハノッチ部である。

本実施例では、その間隙がウエハノッチ部で５ｍｍ、その他のウエハ周辺で２ｍｍの間隙が出来るように液浸液保持板５３を加工した。

液浸液保持板５３の材質にはステンレス、アルミ、鋳物に無電解メッキを施したものを用意した。それぞれの接触角はステンレスで７０度、アルミで７０度、無電解ＫＮメッキ面で５５度である。

それに対して、液浸液保持板５３のチャック５９側の壁面５６ａに、ウエハエッジ部分の疎水性よりも高い疎水処理を施した。本実施例ではフッ素コートを用い、その水の接触角は１６０度を示すものを用いた。一方、シリコンウエハの水に対する接触角は清浄なほど小さく、ＲＣＡ洗浄やＵＶ／Ｏ３洗浄を施した直後の状態では１０度未満である。しかし、実際は、ウエハを露光する際にはレジスト塗布工程を通っており、レジスト面の水の接触角はプロセス、レジスト材料で大きく変わるが数十度から百数十度の範囲にある。

なお、図５の５６ａ部が、比較的接触角の小さい、ステンレス面、アルミ面、ＫＮメッキ面である場合、ウエハ裏面に液浸液が回り込んでしまう。この現象は、ウエハ４０側から進行して来た液浸液は、ウエハ端に来た後、チャック５９と保持板５３の隙間５７又は保持板５３表面へと進むこととなるが、壁面５６ａに疎水処理を施さなかった場合には、チャック５９と保持板５３の隙間５７における接触角と保持板５３表面における接触角とがほぼ同じであるため、チャック５９と保持板５３の隙間５７の方にも、液浸液が進入するようになるため起こると考えられる。

これに対して、本実施例のように、ステンレス、アルミ、ＫＮメッキで製作した液浸液保持板５３の壁面５６ａに、接触角が大きくなるようにフッ素コートを施すと、ウエハ面に液浸液を展開した後に、ウエハを取り上げ、裏面を確認しても液浸液が観測されなかった。この現象は、保持板５３表面における接触角の方がチャック５９と保持板５３の隙間５７における接触角よりも小さいため、即ち、保持板５３表面の疎水性の方がチャック５９と保持板５３の隙間５７の疎水性よりも低いため、ウエハ４０側から進行して来た液浸液がウエハ端に来た後、保持板５３表面の方に優先的に液浸液が進入するようになるため起こると考えられる。

このように、本実施例においては、液浸液保持板５３のチャック５９側の壁面近傍の疎水性をその周辺よりも高くすることで、液浸液保持板５３の疎水性に分布を持たせることとしたため、液浸液を該隙間５７に進入させることなく、その保持板５３とチャック５９とで橋渡しできる状態に出来、ウエハ裏面に液浸液を回り込むことを阻止することが出来た。

更に、図５のチャック５９の壁面５６ｂを疎水処理しておくと、該間隙を約６ｍｍまで広げても液浸液がウエハ裏面に回りこむことが無かった。なお、壁面５６ｂの疎水性を高くするには、その表面にフッ素コートやポリイミドコート等の樹脂コートを施しても良いし、その表面に凹凸の微細構造を設けることにより表面荒さを調整しても良い。さらに、ウエハチャック５９の材料として接触角の大きなアルミ（接触角：７０°）やセラミック多孔質（接触角：１３０°）等を用いることとしても良い。

なお、以上の実施例では、液体保持板５３の壁面５６ａも、チャック５９の保持板５３側の壁面５６ｂも、その全ての面に疎水性が高くなるような加工を施したが、それらの壁面のウエハ４０に近い部分のみにその加工を施すこととしても、本実施例と同様の効果を得ることができる。

以上、本実施例では、ウエハ裏面に液浸液が回り込むことを低減した液浸式露光装置を実現することが出来た。

本実施例では、実施例１の露光装置よりも、液浸液の回収能力を向上が可能となる構成を示す。その概略図を図３に示した。なお、図３において、図１と同様の部材には同じ番号を付した。

現在、露光装置のプロセススループット向上させるために、ウエハステージのスピードを上げる方法が取られる場合があり、その時のスピードは約１００ｍｍ／ｓｅｃと非常に高速である。また、ウエハ端でウエハ移動方向を反転させる場合には、非常に大きな加速度が生じる。

そのような動作を液浸式露光装置で行った場合には、ウエハから液浸液の飛散させ、露光装置内の周辺環境に付着させ、サビ発生等の問題を引き起こすことが考えられる。

本実施例においては、ウエハ駆動を高速、高加速度で行った場合にも、ウエハ上の液浸液の回収を確実に行える方法を提案する。

液浸液の供給は実施例１と同じ構成により行なう。液浸液の回収方法において、上記実施例１と同様に液浸液保持板５３にスリット口５２を設け、それと対向する位置に液浸液回収アーム（液浸液回収機構）６５を配置する。液浸液回収アーム６５のヘッドの材質はスポンジ形状の多孔質材料が最も好ましく、スリット形状を有した構造物でも可能である。本実施例では高密度ポリエチレンの多孔質を用いた。この多孔質材料のある面にバーキュームラインと接続できる配管を接続し、液浸液６０を吸い込めるような構成とした。この液浸液回収アーム６５をウエハ面より投影光学系３０側に一定の距離を離して配置する。また、この液浸液回収アーム６５はウエハに対して移動することが出来る。

なお、実際はウエハ側が移動するので、投影光学系３０に対しては静止状態である。しかし、液浸液回収アーム６５とスリット口５２との相対位置が分かりやすいように、液浸回収アーム６５が移動しているかのように矢印で記載した。図４に記した座標Ｘ、Ｙを用いて説明すると、ウエハ４０はウエハ中心付近でＸ方向に最も移動する。そして、Ｙ方向にはウエハ上に転写される回路パターンサイズの大きさの分だけステップ移動する。ウエハの移動状態が前述したようなものであれば、液浸液回収アームは図４中でＹ方向にのみウエハに対して相対的に移動する。

例えばウエハが左から右に移動して、ウエハ端面で移動方向を切り返したときが最も液浸液がウエハ端面で多くなり、液浸液保持板部に液浸液を取り残していく、レジストやレジスト上反射防止膜が疎水性である場合、液浸液は玉状になって、疎水性程度とウエハステージ移動速度によってはウエハまたは液浸液保持板より離れて飛んでいってしまう。その飛んでくる液浸液を回収するのが、液浸液回収アーム６５である。液浸液を離散させるほどステージ移動速度が早くない場合や液浸液接触面の疎水性が低い場合には、実施例１に記載されているのと同様の液浸液保持板５３のスリット口５２で十分、液浸液を回収することが出来る。

さらに本実施例では非常に疎水性のあるレジスト、またはレジスト上反射防止膜剤と高速ウエハステージの組み合わせでも、液浸液を周辺に撒き散らさないように回収用スリット、または複数の孔の配置をウエハ配置に対して同心円状に２箇所配置した。

本実施例の構成によって、最も疎水性のある表面状態としテフロン（登録商標）コートしたウエハを用いた。このウエハの水の接触角１１０度以上であった。ウエハステージ速度は１０００ｍｍ／ｓｅｃで移動させ、ステージを突き当て停止させ液浸液を飛散させ、液浸液回収を試み、液浸回収アーム先端に配置した高密度ポリエチレン製スポンジと回収用スリットで略全量回収することが出来た。

以上、本実施例の液浸式露光装置によれば、疎水性の高いフッ素系レジスト上反射防止膜剤をウエハに用い、現状以上の駆動速度でウエハステージを駆動させた場合であっても、ウエハ上の液浸液の回収を略確実に行うことができる。

次に、前述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。

図６は半導体装置（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体装置の回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。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、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー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よって作成されたウエハを用いて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で作成された半導体装置の動作確認テスト、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装置が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図７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ではウエハの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（イオン打ち込み）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）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では前述の露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。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。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例１を説明するための図である 実施例１を説明するための図である 実施例２を説明するための図である 実施例２を説明するための図である 液浸液保持領域での疎水性分布状態を表す図である デバイスの製造フローを示す図である 図６のウエハプロセスを示す図である 比較例を説明するための図である

符号の説明

２０ レチクル
４０ ウエハ
３０ 投影光学系
５０ ウエハステージ
５９ ウエハチャック
６０ 液浸液
８７０ 液浸液保持容器
８０ 液浸液供給口
５２ 液浸液回収口
５３ 液浸液保持板
５６ 疎水処理面
６５ 液浸液回収アーム

Claims (9)

1. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の液体を介して、前記基板を露光する露光装置において、
   前記基板を保持するためのチャックと、
   前記基板の表面と略同じ高さの表面を持ち、該基板と共に前記液体を保持する液体保持部と、を有し、
   前記液体保持部の前記チャック側の側壁の疎水性は、前記液体保持部の該側壁の周辺の疎水性よりも高いことを特徴とする露光装置。
2. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の液体を介して、前記基板を露光する露光装置において、
   前記基板を保持するためのチャックと、
   前記基板の表面と略同じ高さの表面を持ち、該基板と共に前記液体を保持する液体保持部と、を有し、
   前記液体保持部の前記チャック側の側壁の疎水性は、前記基板の表面の疎水性よりも高いことを特徴とする露光装置。
3. 前記チャックの側壁の疎水性は、前記基板の表面の疎水性よりも高いことを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記チャックの材料の疎水性は、前記基板の表面の疎水性よりも高いことを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の液体を介して、前記基板を露光する露光装置において、
   前記投影光学系と前記基板との間の前記液体を、前記基板側から回収する回収口を有することを特徴とする露光装置。
6. 前記基板の表面と略同じ高さの表面を持ち、該基板と共に前記液体を保持するための液体保持部を有し、
   前記回収口は、前記保持部に配置されていることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 前記回収口は、前記基板を保持するチャックの周辺に配置されていることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
8. 前記投影光学系側から前記投影光学系と前記基板との間へ前記液体を供給する供給口を有することを特徴とする請求項５記載の露光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を露光する段階と、該露光された基板を現像する段階と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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