JP2006319065A

JP2006319065A - 露光装置

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Publication number: JP2006319065A
Application number: JP2005138949A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Iwasaki; 裕一岩▲崎▼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】高解像度で高品位な露光を行う露光装置を提供する。
【解決手段】被露光体の表面と、当該被露光体の表面に最も近い投影光学系の最終面との間に液体を満たし、前記投影光学系及び前記液体を介して前記被露光体を露光する露光装置であって、前記被露光体の周囲に配置され、前記被露光体の表面と同じ高さを有し、前記被露光体と共に前記液体を保持する液体保持部を有し、当該液体保持部の表面は、前記液体との接触角を規定する微細構造が形成されていることを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には露光装置に係り、特に、投影光学系の最終面と被露光体の表面とを液体に浸漬し、投影光学系及び液体を介して被露光体に露光するいわゆる液浸露光装置に関する。

レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に露光する投影露光装置は従来から使用されており、近年では、高解像度で高品位な露光装置がますます要求されている。高解像度の要請に応えるための一手段として液浸露光が注目されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。液浸露光は、投影光学系のウェハ側の媒質を液体にすることによって投影光学系の開口数（ＮＡ）の増加を更に進めるものである。投影光学系のＮＡは媒質の屈折率をｎとすると、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθであるので、空気の屈折率よりも高い屈折率（ｎ＞１）の媒質を満たすことでＮＡをｎまで大きくすることができる。この結果、プロセス定数ｋ_１と光源の波長λによって表される露光装置の解像度Ｒ（Ｒ＝ｋ_１（λ／ＮＡ））を小さくしようとするものである。

液浸露光では、投影光学系の最終面とウェハの表面との間に局所的に液体を充填するローカルフィル方式が提案されている（例えば、特許文献２を参照のこと）。ローカルフィル方式で投影光学系に対してウェハを移動させながら露光すると、投影光学系に液体が残って気泡や乱流が発生するおそれがある。気泡は、露光光の進行を妨げ、乱流は投影光学系の最終面に圧力を加えて微小変形させて収差をもたらす。このため、転写性能の劣化を防止するために、投影光学系の液体と接触する部分に、液体との親和性を調整する表面処理が施された露光装置が提案されている。

また、ローカルフィル方式でウェハ端部のショットを露光する際に液体がこぼれないように、ウェハの周囲にウェハと略面一になるような液体保持部を配置することも既に提案されている（例えば、特許文献３及び４参照のこと）。その他、固体表面の撥水性を高めるための微細技術も提案されている（例えば、非特許文献１参照のこと）。
米国特許第５１２１２５６号明細書国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット特開２００４−２０７６９６号公報特開２００４−２０７７１０号公報松本壮平、矢部彰、尾崎浩一、「固体表面の微細加工構造による撥水性の強化」、第３８回日本伝熱シンポジウム講演論文集、３２９−３３０頁、２００１年５月

しかし、ローカルフィル方式においてウェハを液体保持部と共に移動させながら露光する際に、液体が液体保持部に残って気泡や乱流が発生するおそれがある。また、残っている液体が液体保持部を酸化させ、コンタミの原因を作ってしまい、ウェハを汚染してしまうおそれがある。液体が液体保持部に残る原因においては、液体保持部の接触角が関係していることを発明者は発見した。この場合、非特許文献１の固体表面の撥水性を高めるための微細技術を使用することが考えられる。しかしながら、非特許文献１は、単に固体表面の微細加工を提案しているだけであるため、単純に液体保持部に適用することが難しい。なぜなら、ＫｒＦやＡｒＦレーザーなどのエネルギーの高い露光光が液体を介して照射されるとＳｉＣやテフロンなどの樹脂表面が変化してしまうからである。その結果、液体保持部と液体との接触角が低下してしまう。露光光照射後において、セラミックスは、接触角が大きく低下し、例えば、ＳｉＣでは、接触角の初期値が５０°程度であれば、照射後には接触角が１０°程度にまで低下してしまう。従って、非特許文献１を容易に液体保持部に適用することが難しい。

更に、液体保持部として樹脂が使用された場合、接触角の低下とともに表面が削られてしまう。樹脂が削られるとは、樹脂中の高分子鎖が切断されることであり、削られた樹脂が液体中にパーティクルとして浮遊してしまう。このようなパーティクルが露光範囲に存在すると、散乱光が生じてしまう。

これらの結果、転写性能が劣化して高品位な露光を提供できなくなるという問題が発生する。

従って、高解像度で高品位な露光を行う露光装置の需要が存在する。

本発明の一側面としての露光装置は、被露光体の表面と、当該被露光体の表面に最も近い投影光学系の最終面との間に液体を満たし、前記投影光学系及び前記液体を介して前記被露光体を露光する露光装置であって、前記被露光体の周囲に配置され、前記被露光体の表面と同じ高さを有し、前記被露光体と共に前記液体を保持する液体保持部を有し、当該液体保持部の表面は、前記液体との接触角を規定する微細構造が形成されていることを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、高品位に露光することができる露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。ここで、図１は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。

露光装置１は、投影光学系３０のウェハ４０側にある最終面（最終光学素子）とウェハ４０との間に供給される液体（液浸液）ＬＷを介して、レチクル２０に形成された回路パターンをステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でウェハ４０に露光する液浸型の投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。

露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ４５と、測距装置５０と、ステージ制御部６０と、液体供給部７０と、液浸制御部８０と、液体回収部９０と、液体保持部１００とを有する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、本実施形態では、光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する。但し、光源部１２は、ＡｒＦエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、光源の個数も限定されない。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１４は、レチクル２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクル２０は、図示しないレチクル搬送系により露光装置１の外部から搬送され、レチクルステージ２５に支持及び駆動される。レチクル２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成されている。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、ウェハ４０上に投影される。レチクル２０とウェハ４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、レチクル２０とウェハ４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクル２０のパターンをウェハ４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクル２０とウェハ４０を静止させた状態で露光が行われる。

レチクルステージ２５は、レチクルステージ２５を固定するための図示しない定盤に取り付けられている。レチクルステージ２５は、レチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、図示しない移動機構及びステージ制御部６０によって移動制御される。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向にレチクルステージ２５を駆動することでレチクル２０を移動することができる。

投影光学系３０は、レチクル２０に形成されたパターンを経た回折光をウェハ４０上に結像する機能を有する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。また、投影光学系３０の最終面とウェハ４０との間隔は、液体ＬＷが安定に形成かつ除去できる程度に小さいことが望ましく、例えば、１．０ｍｍとすれば良い。

ウェハ４０は、図示しないウェハ搬送系により露光装置１の外部から搬送され、ウェハステージ４５に支持及び駆動される。ウェハ４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、その他の被処理体を広く含む。ウェハ４０にはフォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ４５は、ウェハステージ４５を固定するための図示しない定盤に取り付けられて、ウェハチャック４６を介してウェハ４０を支持する。ウェハステージ４５は、ウェハ４０の上下方向（鉛直方向）の位置や回転方向、傾きを調整する機能を有し、ステージ制御部６０によって制御される。露光時は、ステージ制御部６０により投影光学系３０の焦点面にウェハ４０の表面が常に高精度に合致するようにウェハステージ４５が制御される。

測距装置５０は、レチクルステージ２５の位置及びウェハステージ４５の二次元的な位置を、参照ミラー５２及び５４、レーザー干渉計５６及び５８を介してリアルタイムに計測する。測距装置５０による測距結果は、ステージ制御部６０に伝達され、レチクルステージ２５及びウェハステージ４５は、位置決めや同期制御のために、ステージ制御部６０の制御の下で一定の速度比率で駆動される。

ステージ制御部６０は、レチクルステージ２５及びウェハステージ４５の駆動制御を行う。

液体供給部７０は、投影光学系３０とウェハ４０との間の空間或いは間隙に液体ＬＷを供給する機能を有し、本実施形態では、液体供給配管７２と、図示しない生成装置と、脱気装置７４と、温度制御装置７６とを有する。換言すれば、液体供給部７０は、投影光学系３０の最終面の周囲に配置された液体供給配管７２（の液体供給口７２ａ）を介して液体ＬＷを供給し、投影光学系３０とウェハ４０との間の空間に液体ＬＷの液膜を形成する。

尚、液体供給部７０は、例えば、液体又は気体を貯めるタンク、液体又は気体を送り出す圧送装置、液体又は気体の供給流量の制御を行う流量制御装置を含みうる。

液体ＬＷは、露光光の吸収が少ないものの中から選択され、更に、出来るだけ高い屈折率を有することが好ましい。具体的には、液体ＬＷは、純水、機能水、フッ化液（例えば、フルオロカーボン）、有機系液体などが使用される。また、液体ＬＷは、予め、図示しない脱気装置を用いて溶存ガスが十分に取り除かれたものが好ましい。また、液体ＬＷは、微量の添加物を加えた水を含む液体や炭化水素系の有機液体でも良い。

生成装置は、図示しない原料水供給源から供給される原料水中に含まれる金属イオン、微粒子及び有機物などの不純物を低減し、液体ＬＷを生成する。生成装置により生成された液体ＬＷは、脱気装置に供給される。

脱気装置７４は、液体ＬＷに脱気処理を施し、液体ＬＷ中の溶存酸素及び溶存窒素を低減する。脱気装置７４は、例えば、膜モジュールと真空ポンプによって構成される。脱気装置７４としては、例えば、ガス透過性の膜を隔てて、一方に液体を流し、他方を真空にして液体中の溶存ガスをその膜を介して真空中に追い出す装置が好適である。

温度制御装置７６は、液体ＬＷを所定の温度に制御する機能を有する。

液体供給配管７２は、脱気装置７４及び温度制御装置７６によって脱気処理及び温度制御が施された液体ＬＷを、液体供給口７２ａを介して投影光学系３０とウェハ４０との間の空間に供給する。

液浸制御部８０は、ウェハステージ４５の現在位置、速度、加速度、目標位置、移動方向といった情報をステージ制御部６０から取得して、これらの情報に基づいて、液浸露光に係る制御を行う。液浸制御部８０は、液体ＬＷの供給及び回収の切り換え、停止、供給及び回収する液体ＬＷの量の制御等の制御指令を、液体供給部７０や液体回収部９０に与える。

液体回収部９０は、液体供給部７０によって供給された液体ＬＷを回収する機能を有し、本実施形態では、液体回収配管９２ａを有する。液体回収部９０は、例えば、回収した液体ＬＷを一時的に貯めるタンク、液体ＬＷを吸い取る吸引部、液体ＬＷの回収流量を制御するための流量制御装置などから構成される。

液体保持部１００は、ウェハ４０との面を同一面にするための板であり、図２（ｂ）に示すように、ウェハ４０と略同一な高さである。ここで、図２は、露光装置１の部分拡大図であり、図２（ａ）は、液体保持部１００の平面図であり、図２（ｂ）は、液体保持部１００の線ＡＡ´での断面図である。液体保持部１００は、エッジＥＳ位置での露光時に液体ＬＷがウェハ４０周囲に流れないようにする機能を有する。この場合、ウェハ４０を液体保持部１００と共に移動させながら露光するときの液体の残存をなくす必要がある。そのために、液体保持部１００に使用される材料は、接触角の高いセラミックス、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。これらの材料は、図４に示すように、照射前の接触角が３０°以上である。接触角が３０°以上の材料であれば、液体ＬＷが液体保持部１００に留まらない程度の精度を維持することが出来る。また、図５に示すように、有機系材料であると、照射前の接触角が８０°以上である。そのため、より好ましくは接触角が７０°以上である。ここで、図４及び図５は、各材料の接触角を示す表である。

しかしながら、図４及び図５に示すように、接触角は、露光光が照射されると低下してしまう。例えば、接触角５７°のＳｉＣに露光光を５Ｍｐｌｓだけ照射すると、接触角が１５°まで低下してしまう。また、接触角１０５°のＰＴＦＥに５Ｍｐｌｓだけ露光光を照射すると、接触角が１３〜２２°まで低下してしまう。即ち、５Ｍｐｌｓまでレーザー照射されたＳｉＣの接触角は、１５°であるため、約１／４程度に低下する。

従って、単純に上記材料を液体保持部１００に使用してしまうと、液体保持部１００の接触角が低いため、液体ＬＷが液体保持部１００に残存してしまう。そこで、本実施形態では、接触角を向上させるために、図３に示すように、液体保持部１００の表面に微細構造が形成されている。ここで、図３は、液体保持部１００の表面を示す部分拡大図であり、図３（ａ）は、円錐構造１０２の微細構造を示し、図３（ｂ）は、四角柱１０２Ａの微細構造を示している。これらの微細構造のほかに、四角錘、台形状の四角柱、また、円柱などでも良い。また、これらの構造は、図示した直交軸にかかわらずランダムに配置されても良い。この場合、例えば、４μｍ×４μｍの四角柱構造を有するシリコンであると、微細構造を施す前の接触角が６０°程度であれば、微細構造を施すと接触角が１５０°程度にまで向上する。よって、例えば、ＳｉＣの元の接触角を１５０°に向上させることができれば、単純に考えても約３７°の接触角を維持することが出来る。それにより、液体ＬＷが液体保持部１００に残存するのを低減することが出来る。

従って、図３に示すように、これら微細構造の配置間隔ｘ及びｙは、加工方法や選択される材料にもよるが、５０ｎｍ〜５００μｍ程がもっとも接触角が向上する。更には、配置間隔ｘ及びｙは、１０μｍ〜５０μｍが望ましい。また、構造物の高さｈは、５０ｎｍ〜２００μｍ程が望ましく、更には、５μｍ〜２０μｍが望ましい。尚、純水以外の液体を用いる場合、これらの微細構造の配列間隔や高さは、液体保持部材料との組み合わせにより適宜最適な値とすればよい。

液体保持部１００の微細構造は、レーザー加工技術、リソグラフィ技術（レジストパターニング＋ウエットまたはドライエッチングやメタルデポジション＋ウエットまたはドライエッチング）、プラズマ加工技術などにより形成することができる。

次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置１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、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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ェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の露光装置を示す概略断面図である。図１に示す露光装置の概略部分拡大図である。図２に示す液体保持部の概略部分拡大図である。図２に示す液体保持部に使用される材料の接触角を示す表である。図２に示す液体保持部に使用される材料の接触角を示す表である。図１に示す本発明のＥＵＶ露光装置を使用したデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。図６に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１露光装置
１０照明装置
２０レチクル
２５レチクルステージ
３０投影光学系
４５ウェハステージ
５０照明部
１００液体保持部

Claims

被露光体の表面と、当該被露光体の表面に最も近い投影光学系の最終面との間に液体を満たし、前記投影光学系及び前記液体を介して前記被露光体を露光する露光装置であって、
前記被露光体の周囲に配置され、前記被露光体の表面と同じ高さを有し、前記被露光体と共に前記液体を保持する液体保持部を有し、
当該液体保持部の表面は、前記液体との接触角を規定する微細構造が形成されていることを特徴とする露光装置。
前記液体保持部の表面の材質は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３またはＳｉＯ_２のうちいずれかであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記液体保持部は、交換可能であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記微細構造は、配列間隔が５０ｎｍ乃至５００μｍ、突起高さが５０ｎｍ乃至２００μｍであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記接触角は、３０°以上とすることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
当該露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。