JP2006332239A - 半導体装置、及び液浸型半導体露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸型半導体露光装置用の光学半導体装置において、空気層と液体との屈折率の違いから生じる焦点面のずれや拡散による計測誤差を低減する。
【解決手段】 半導体装置は、半導体チップ２６と、この半導体チップを実装する透光部材（透明リッド）２２とを有する。透光部材２２と半導体チップ２６とをオプティカルコンタクトにより密着させるか、或いは、（露光光として多く使われる）波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上である樹脂を透光部材と半導体チップとの間に介在させる。このため、透光部材と半導体チップ（の少なくとも受光部領域）との間には、空気層が介在しない。従って、半導体装置を液浸型半導体露光装置における光学半導体装置として用いれば、計測誤差を従来よりも低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、及び液浸型半導体露光装置に関する。

半導体露光装置は、解像度の向上が望まれており、最小解像寸法Ｒは通常、次式で表される。
Ｒ＝ｋ×λ／Ｎ．Ａ． ・・・（１）
上式において、ｋはプロセス係数であり、λは光源光の波長であり、Ｎ．Ａ．は開口数（投影レンズの明るさ）であり、Ｎ．Ａ．＝ｎ×ｓｉｎθで与えられる。ここで、ｎは露光用の照射光が透過する媒質の屈折率であり、θは露光用の照射光が入射する角度である。

従来の半導体露光装置では、露光用のｉ線（波長３６５ｎｍ）やエキシマレーザー光は、投影レンズを透過後、空気中を透過して半導体ウェハ等の試料に照射される。即ち、空気中で露光が行われるので、ｎ＝１である。そこで近年、屈折率ｎが１よりも大きな液体を投影レンズと試料との間に満たすことで、投影光学系の開口数Ｎ．Ａ．を大きくし、最小解像寸法を縮小する液浸型半導体露光装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−３０３１１４号公報

半導体露光装置には、その照射量や照度ムラ等を測定するために、フォトダイオードや撮像素子などの光学半導体装置が数多く使用されている。従来の半導体露光装置では、投影レンズを透過後、空気中を透過してきた光を光学半導体装置が受光するため、光学半導体装置の内部における半導体チップとカバーガラスとの間や、光学半導体装置と、その上に配置される光学フィルタとの間に空気層が存在しても問題はなかった。

一方、上述した液浸型半導体露光装置では、投影レンズを透過した光は純水などの液体中を透過するため、光学半導体装置内の半導体チップ−カバーガラス間、或いは、光学フィルタ−光学半導体装置間に空気層が存在すると、計測精度に誤差を与える。これは、空気と液体との屈折率の違いから露光用の照射光の焦点面が変わったり、露光用の照射光が散乱して、光学半導体装置の受光面以外に進むからである。従って、そのような位置に空気層を介在させないようにして、液浸型半導体露光装置における光学半導体装置の計測精度を向上することが望まれていた。

本発明の目的は、液浸型半導体露光装置用の光学半導体装置において、空気層と液体との屈折率の違いから生じる焦点面のずれや拡散による計測誤差を低減する技術を提供することである。

本発明の半導体装置の一形態は、半導体チップと、半導体チップを実装する透光部材（例えば透明なカバーリッド）とを有する半導体装置において、半導体チップにおける素子形成面側の表面の少なくとも一部と、透光部材とをオプティカルコンタクトにより密着させたことを特徴とする。なお、本明細書での「オプティカルコンタクト（optical contact）」とは、２つの面を研磨加工することにより、厳密に似合った２つの表面を作り出し、これらの２つの表面を接着剤無しで、即ち、何も介在させずに密着させることを意味する。ここでの「厳密に似合った」とは、「当該２つの面の間に一切の空隙を介在させることなく、当該２つの面を重ねることが可能な」という意味である。この形態では、半導体チップの表面に向けて突出した突出部を透光部材が有し、この突出部の表面と、半導体チップの表面とをオプティカルコンタクトにより密着させる構成とすることが好ましい。

本発明の半導体装置の別の形態は、半導体チップと、半導体チップを実装する透光部材とを有する半導体装置において、波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上である樹脂を、半導体チップにおける素子形成面側の表面の少なくとも一部と、透光部材との間に介在させたことを特徴とする。この樹脂としては例えば、フッ素系樹脂またはフッ素系ポリマーを用いればよい。また、本発明の半導体装置では、透光部材を減光フィルタとする構成にしてもよい。

本発明の液浸型半導体露光装置は、レチクルに描画されたパターンを基板の感光面上に投影する投影光学系を有し、投影光学系における最も基板側のレンズ面と、基板との間のワーキングディスタンスの少なくとも一部を液体で満たし、パターンを感光面に焼付転写するものである。本発明の液浸型半導体露光装置は、露光光を測定する測定部を備え、上述の本発明の半導体装置を測定部が有することを特徴とする。

本発明の半導体装置では、透光部材と半導体チップとをオプティカルコンタクトにより密着させるか、或いは、波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上である樹脂を、透光部材と半導体チップとの間に介在させる。このため、透光部材と半導体チップ（の少なくとも受光部領域）との間には、空気層が介在しない。従って、本発明の半導体装置を液浸型半導体露光装置用の光学半導体装置として用いれば、従来よりも計測誤差を低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、半導体装置に係る第１〜第３の実施形態、液浸型半導体露光装置に係る第４の実施形態、本発明全体の補足事項の順に図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体装置８Ａの断面模式図である。図に示すように、半導体装置８Ａは、ＣＯＢ（Chip On Board）実装用のＣＯＢ基板１４及び枠体１８と、透明なカバーガラス２２（透光部材の一例）と、半導体チップ２６とを有する。

ＣＯＢ基板１４及び枠体１８は、例えば、テフロン（登録商標）やセラミックを切削することで形成されている。なお、ＣＯＢ基板１４及び枠体１８の材料は、これらに限定されるものではなく、所望の形状に加工可能であり、且つ、十分な強度を有する絶縁性の固体であればよい。
半導体チップ２６は、この例では、シリコン基板に形成されたフォトダイオードとして構成されており、その素子形成面側には、受光部２８、パッド３０、配線（図示せず）等が形成されている。受光部２８の表面は鏡面であり、完全に平坦である。パッド３０は、ボンディングワイヤ３４によりＣＯＢ基板１４上の電極３８に接続されている。

カバーガラス２２は、半導体チップ２６を保護すると共に光学窓として機能する。カバーガラス２２の中央には、段差になった突出部４０が形成されており、突出部４０において半導体チップ２６側に配置される面は、その面積が半導体チップ２６の受光部２８の表面積と等しく、鏡面である。この突出部４０の鏡面と、半導体チップ２６の受光部２８の表面とがオプティカルコンタクトにより密着していることが本実施形態の主な特徴である。

次に、上述した半導体装置８Ａの製造方法について、各部材の作製方法、実装工程の順に説明する。まず、金やアルミニウム等の導電性素材を蒸着等の方法でＣＯＢ基板１４上に付着して電極３８を形成後、ＣＯＢ基板１４上に枠体１８を接着する。なお、本実施形態ではＣＯＢ基板１４と枠体１８とが別々に形成される例を挙げているが、ＣＯＢ基板１４と枠体１８が一体形成されたものを用いてもよい。

次に、カバーガラス２２の作製方法を説明する。まず、両面が長方形である板状のガラス板（図示せず）の一方の面を全体に亘って研磨し、鏡面にする。次に、例えば波面が所定の幅であるダイシングソーを用い、ガラス板における鏡面に加工した面を外縁（４辺）に沿って切削する。これにより、切削されない部分が段差となって突出し、直方体状の突出部４０が形成される。この切削の際、突出部４０における切削されない表面（鏡面部分）の面積及び形状を、半導体チップ２６の受光部２８の表面と同じにする。ここで、突出部４０において受光部２８に密着する表面を除いて、カバーガラス２２の表面は、鏡面でなくてもよい。また、突出部４０の鏡面部分の面積及び形状は、受光部２８の表面と完全に一致させなくてもよいが、少なくとも受光部２８全体をオプティカルコンタクトにより突出部４０の鏡面に密着させることが望ましい。従って、突出部４０の鏡面部分の面積は、受光部２８の表面の面積より大きくてもよい。

なお、カバーガラス２２に突出部４０を形成する理由は、以下の通りである。第１に、半導体チップ２６の素子形成面には、配線等が形成されているため、平坦ではない部分がある。このため、半導体チップ２６の素子形成面全体と、カバーガラス２２とをオプティカルコンタクトにすることは必ずしも容易ではなく、そのようにする必要はない。なぜなら、受光部２８がカバーガラス２２とオプティカルコンタクトにより密着していれば、半導体チップ２６表面上の他の部分に空気層が介在していても、前述した焦点面のずれ等による計測誤差は生じないからである。従って、カバーガラス２２において受光部２８に当接する部分のみを突出させて鏡面にした方が、カバーガラス２２と受光部２８とのオプティカルコンタクトを実現しやすい。

第２に、実装工程で用いられるボンディングワイヤ３４は、半導体チップ２６とは反対側に弛む。即ち、図１においてＣＯＢ基板１４、枠体１８、及びカバーガラス２２で囲まれる空間内に、ボンディングワイヤ３４が占める領域を十分に確保しておくことが望ましい。そのためには例えば、カバーガラス２２は、本実施形態のように受光部２８に密着する部分のみ突出させるとよい。

従って、カバーガラス２２における突出部４０の「段差の高さ（図１参照）」の下限値は、ボンディングワイヤ３４がカバーガラス２２における突出部以外の表面に当たらない程度の高さ以上であることが望ましい。また、半導体装置８Ａ全体の高さ（寸法）が、使用目的に応じて半導体装置８Ａに対し求められる寸法を超えないように、突出部４０の「段差の高さ」の上限値を決めることが望ましい。

図２は、図１に示した半導体装置８Ａの断面模式図を分解図にした実装工程の説明図である。以下、図２を用いて、実装工程を説明する。まず、一体化したＣＯＢ基板１４及び枠体１８と、半導体チップ２６とを用意し、半導体チップ２６の裏面（素子形成面とは反対側の面）をＣＯＢ基板１４上に接着する。次に、半導体チップ２６のパッド３０と、ＣＯＢ基板１４上の電極３８とをボンディングワイヤ３４により接続する。次に、枠体１８の最上部に接着剤を塗布し、カバーガラス２２の突出部４０が半導体チップ２６の受光部２８上になるように位置合わせをする。そして、カバーガラス２２の突出部４０をオプティカルコンタクトにより受光部２８の表面に密着させると共に、カバーガラス２２の外縁部を枠体１８に接着する。以上が製造方法の説明である。

このように第１の実施形態では、カバーガラス２２と、半導体チップ２６の受光部２８との間は、オプティカルコンタクトにより密着させ、空気層を介在させない。従って、液体中で使用される光学半導体装置を構成するセンサ等に本実施形態の半導体装置８Ａを使用すれば、空気と液体との屈折率の違いによる入射光の焦点面のずれや、入射光の散乱といった従来課題は解消され、計測精度を向上できる。

以下、第１の実施形態の変形例を２つ説明する。
図３は、ＣＯＢ基板１４及び枠体１８の代わりに、パッケージ基板４４が用いられる半導体装置８Ｂの断面模式図である。この例でのパッケージ基板４４は、枠状の部分と基板状の部分とが一体形成されたものであり、基板状の部分には、半導体チップ２６の固定用に窪んだダイパッド部４６が形成されている。また、パッケージ基板４４は、外部端子としてリード４８を有する。

図３の半導体装置８Ｂの製造方法は、前述の半導体装置８Ａとほぼ同様である。即ち、パッケージ基板４４のダイパッド部４６に半導体チップ２６の裏面を接着後、半導体チップ２６のパッド３０と、パッケージ基板４４のリード４８とをボンディングワイヤ３４により接続する。そして、カバーガラス２２の突出部４０はオプティカルコンタクトにより受光部２８の表面に密着させると共に、カバーガラス２２の外縁部はパッケージ基板の上部に接着すればよい。

図４は、ボンディングワイヤ３４の代わりに、バンプによりパッド３０が外部端子に接続される半導体装置８Ｃの断面模式図である。図に示すように、半導体装置８Ｃは、ＣＯＢ基板５０と、枠体５４と、バッファ層５６と、半導体チップ２６と、カバーガラス２２とで構成されている。ＣＯＢ基板５０上には、複数のパッド３０に対応する複数の電極５８が形成されている。

枠体５４は、断面がＬ字状であり、ＣＯＢ基板５０に接着される面から、内縁側の面に亘って、複数のパッド３０に対応する複数の枠体配線６４が形成されている。各枠体配線６４上には、バンプ６６（半田バンプ）が形成されている。バンプ６６は、枠体５４が半導体チップ２６及びＣＯＢ基板５０上に配置されたときに、半導体チップ２６のパッド３０に対向する位置に形成されている。なお、枠体５４において、ＣＯＢ基板５０上に配置されたときに電極５８に対向しない領域（図４の断面には表れておらず、図示せず）には、枠体配線６４は形成されていない。以下の説明では、「枠体５４におけるＣＯＢ基板５０に接着される面において、配線が形成されていない領域」、及び「ＣＯＢ基板５０における枠体５４に接着される面において、配線が形成されていない領域」を、「非配線領域」という。

図５は、図４に示した半導体装置８Ｃの断面模式図を分解図にした実装工程の説明図である。以下、図５を用いて、半導体装置８Ｃの実装方法を説明する。まず、ＣＯＢ基板５０上にバッファ層５６となるシリコン系接着剤を塗布後、その上に半導体チップ２６の裏面を貼り付ける。これにより、半導体チップ２６はバッファ層５６を介してＣＯＢ基板５０上に固定される。なお、バッファ層５６は、カバーガラス２２の突出部４０を半導体チップ２６に密着させる際に、半導体チップ２６に加わる押圧力を軽減し、半導体チップ２６を保護する。バッファ層５６は、シリコン系接着剤に限定されるものではなく、例えば、シリコン系ゴムシート上に接着剤を塗布する構成としてもよい。

次に、枠体配線６４におけるバンプ６６とは反対側にクリーム半田等の導電性接着剤を塗布し、バンプ６６にもクリーム半田を塗布し、枠体５４における非配線領域には絶縁性接着剤を塗布する。次に、バンプ６６がパッド３０に合わさるように、且つ、枠体配線６４が電極５８上になるように位置合わせをする。この状態で、バンプ６６が溶けない程度に枠体５４及びＣＯＢ基板５０が熱くなるように、例えば、これらをホットプレート上に載置する。

その後、これらをホットプレート上から移して冷ます。これにより、先に塗布したクリーム半田及び絶縁性接着剤によって、バンプ６６はパッド３０に半田付けされ、枠体配線６４は電極５８に半田付けされ、枠体５４の非配線領域はＣＯＢ基板５０の非配線領域に接着される。この後、カバーガラス２２の突出部４０はオプティカルコンタクトにより受光部２８の表面に密着させると共に、カバーガラス２２の外縁部は枠体５４の上部に接着すればよい。以上が半導体装置８Ｃの実装方法の説明である。

＜第２の実施形態＞
受光部２８の表面とカバーガラスとの間に空気を介在させないために、第１の実施形態では両者をオプティカルコンタクトにする例を述べたが、第２の実施形態では両者間に樹脂を介在させる例を述べる。以下、どのような特性の樹脂を用いることが望ましいかを説明するが、露光光にＡｒＦエキシマレーザーを用いる液浸型半導体露光装置での使用を想定し、受光部２８への入射光の波長が１９３．３ｎｍと仮定して考える。なお、従来の半導体装置において実装基板とカバーガラスとの間に封入される樹脂は、短波長光に対する透過率が低いので、本発明の半導体装置内に封入する樹脂としては使用できない。

ここで、平面的な界面を形成する２つの媒体に対し光が入射する場合、これら２つの媒体の屈折率の差が小さいほど、界面において屈折や反射が生じにくい。従って、波長１９３．３ｎｍ近傍の光に対して、本実施形態で用いる樹脂と、その上に配置されるガラスと、その上に浸される液体（例えば純水）とで、屈折率が近いことが望ましい。その方が、界面において屈折や反射が生じにくく、受光部２８に入射せずに漏洩する光量を少なくできるからである。また、波長１９３．３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上、より好ましくは９０％以上の樹脂が望ましい。本実施形態では一例として、旭硝子株式会社製のサイトップ（テトラフルオロ系樹脂であり、サイトップの名称は登録商標）を用いる。

なお、サイトップのようなフッ素系樹脂の代わりに、波長１９３．３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上、より好ましくは９０％以上の他の樹脂を用いてもよい。そのような樹脂としては例えば、米国の３Ｍ社製のノベック（登録商標）やダイニオン（フッ素系ゴムであり、ダイニオンの名称は登録商標）等のフッ素系ポリマーが挙げられる。本発明者の調査、実験によれば、サイトップは波長１９３．３ｎｍの光に対し９０％以上の透過率を示し、ダイニオン及びノベックは波長１９３．３ｎｍの光に対し８０％以上の透過率を示すことが分かった。

図６は、本発明の第２の実施形態における半導体装置８Ｄの断面模式図である。図に示すように、半導体装置８Ｄは、ＣＯＢ基板１４と、枠体７０と、透明なカバーガラス７２と、ボンディングワイヤ３４と、樹脂７６（図中、右下がり斜線部）とを用いて半導体チップ２６を実装することで構成されている。第１の実施形態との主な違いは、前述の樹脂７６を用いることと、カバーガラス７２が平板状であり突出部を有さないことと、枠体７０には、エア抜き孔７８が形成されていることである。なお、樹脂７６は、この例では旭硝子株式会社製のサイトップを用い、実装後は硬化した状態である。

次に、半導体装置８Ｄの実装方法を説明する。まず、前述の半導体装置８Ａと同様に、ＣＯＢ基板１４上に電極３８を形成し、枠体７０を接着する。次に、半導体チップ２６の裏面をＣＯＢ基板１４上に接着する。次に、ボンディングワイヤ３４によりパッド３０を電極３８に接続する。次に、枠体７０の上部に接着剤を塗布してから、樹脂７６を液体の状態で半導体チップ２６の周囲に充填し、カバーガラス７２を載せる。これにより、枠体７０とカバーガラス７２とを接着し、樹脂７６を封入する。

枠体７０とカバーガラス７２とが完全に接着後、エア抜き孔７８側が鉛直方向に上側になるように半導体装置８Ｄ全体を傾けて、ＣＯＢ基板１４と、枠体７０と、カバーガラス７２とで囲まれた空間内の気体をエア抜き孔７８から抜く。次に、加熱により、液状の樹脂７６を体積膨張させ、樹脂７６の一部をエア抜き孔７８から出す。その後、冷却することで、液状の樹脂７６を硬化させる。

ここで、樹脂７６は、硬化するときに収縮する。樹脂７６が硬化した状態において、カバーガラス７２と受光部２８との間が硬化した樹脂７６で埋まっていれば、それで実装工程を終了してもよいし、エア抜き孔７８から樹脂７６をさらに注入して、ＣＯＢ基板１４と、枠体７０と、カバーガラス７２とで囲まれた空間内を樹脂７６で完全に埋めてもよい。但し、カバーガラス７２と受光部２８との間は、硬化した樹脂７６で完全に埋める。以上が製造方法の説明である。

このように第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第２の実施形態の半導体装置８Ｄは、カバーガラス７２に突出部や鏡面を形成する必要がないので、容易に製造できる。なお、カバーガラス７２と半導体チップ２６との間に介在させる樹脂は、液状よりも、硬化させたものの方が望ましい。液状の場合、振動や熱により気泡が発生するおそれがあるからである。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態における半導体装置８Ｅの断面模式図である。第１の実施形態との違いは、カバーガラス２２の突出部４０の鏡面と、半導体チップ２６の受光部２８との間に樹脂フィルム９０（図７では黒い太線で示す）を挟むことである。
樹脂フィルム９０は、第２の実施形態の樹脂７６と同様に、界面を形成する周囲の媒体と比較して屈折率が大きく異ならないことが望ましい。また、樹脂フィルム９０は、波長１９３．３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上、より好ましくは９０％以上であることが望ましい。

樹脂フィルム９０が薄すぎると、樹脂フィルム９０自体の僅かな厚さムラにより、界面での入射光の反射の影響が局所的に高くなるおそれがあるので、樹脂フィルム９０の厚さは、０．３μｍ以上が好ましい。そのような樹脂フィルム９０として、本実施形態では一例として、旭硝子株式会社製のサイトップを用いる。
第３の実施形態の半導体装置８Ｅの実装方法は第１の実施形態の半導体装置８Ａとほぼ同様であり、主な違いは、鏡面である受光部２８上に樹脂フィルム９０を載置してから、カバーガラス２２を受光部２８に対し密着させると共に枠体１８に接着することである。第３の実施形態では、鏡面である受光部２８−突出部４０間に樹脂フィルム９０が介在するため、受光部２８と突出部４０とは厳密にはオプティカルコンタクトではない。しかし、少なくとも受光部２８−突出部４０間に空気が介在することはなく、また、樹脂フィルム９０は十分に薄いので、受光部２８と突出部４０とは近似的にオプティカルコンタクトとなる。従って、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

＜第４の実施形態＞
図８は、本発明の第４の実施形態における液浸型半導体露光装置１００の概略構成図である。液浸型半導体露光装置１００は、照明系１０４と、コンデンサレンズ系１０６と、ミラー１０８、１１０と、アライメントセンサ１１２と、レチクルＲｅと、レチクルステージ１２０と、移動鏡ＭＲｒと、レーザ干渉計システム１２４と、モータ１３０と、コラム構造体１３４と、先端部が防水加工された投影レンズ系（投影光学系）ＰＬと、レチクルステージ制御器１３６と、主制御器１４０と、フォーカス・アライメントセンサＦＡＤと、ホルダテーブルＷＨと、アクチュエータ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃと、ＸＹステージ１６４と、駆動モータ１６８と、レーザ干渉計システム１７２と、移動鏡ＭＲｗと、ウェハステージ制御器１７４と、ベース定盤１７６と、センサ用ステージ１７８とを有する。

露光時には、ホルダテーブルＷＨ、アクチュエータ１６０ａ〜１６０ｃ、ＸＹステージ１６４、駆動モータ１６８、レーザ干渉計システム１７２、移動鏡ＭＲｗ、ウェハステージ制御器１７４からなる露光用ステージが、図に示すように投影レンズ系ＰＬの直下に配置される。露光前に行われる照射強度等の測定時には、前記露光用ステージ及びセンサ用ステージ１７８が移動して、センサ用ステージ１７８が投影レンズ系ＰＬの直下に配置される。本実施形態の主な特徴は、後述の図９で説明するように、センサ用ステージ１７８における測定用の光学半導体装置として本発明の半導体装置が用いられていることであり、センサ用ステージ１７８は、本発明で言う「測定部」の一例である。他の部分の機能は、特許文献１の図１に記載のものと同様であるので、以下に簡単に説明する。

照明系１０４は、波長１９３ｎｍのパルス光を放射するＡｒＦエキシマレーザ光源、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、オプティカルインテグレータ、集光レンズ系などを有する。照明系１０４からのパルス光は、コンデンサレンズ系１０６、ミラー１０８を介してスリット状又は矩形状の照明領域としてレチクルＲｅ上に結像する。レチクルＲｅは、走査露光時にはレチクルステージ１２０上に真空吸着される。レチクルステージ１２０は、コラム構造体１３４上を図の左右（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。

レーザ干渉計システム１２４は、移動鏡ＭＲｒから反射されるレーザビームを受光して、レチクルステージ１２０のＸＹ平面内での座標位置や微小回転量を計測する。レチクルステージ制御器１３６は、レーザ干渉計システム１２４によって計測されるＸＹ座標位置に基づいてモータ１３０を制御し、レチクルステージ１２０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。

コンデンサレンズ系１０６とミラー１０８から射出されたパルス照明光がレチクルＲｅ上の回路パターン領域の一部を照射すると、その照明領域内に存在するパターンからの結像光束が投影レンズ系ＰＬを通して、ウェハ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。アライメントセンサ１１２は、ＴＴＲ（スルーザレチクル）方式でレチクルＲｅとウェハＷとの位置ずれを計測する。この位置ずれの情報は、主制御器１４０に入力され、レチクルステージ１２０やＸＹステージ１６４の位置決めに使われる。

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、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。ウェハ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。ホルダテーブルＷＨの内底部の周辺には、ウェハ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ェハＷの表面の高さとほぼ一致する。補助プレート部ＨＲＳは、フォーカス・レベリングセンサの検出点がウェハ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。

ＸＹステージ１６４は、駆動モータ１６８によりベース定盤１７６上をＸＹ方向に２次元移動する。駆動モータ１６８の制御は、ホルダテーブルＷＨの端に固定された移動鏡ＭＲｗの反射面のＸ、Ｙ方向の各位置変化を計測するレーザ干渉計システム１７２からの計測座標位置を入力するウェハステージ制御器１７４によって行われる。ホルダテーブルＷＨは、Ｚ方向移動用のアクチュエータ１６０ａ〜１６０ｃを介してＸＹステージ１６４上に取り付けられ、Ｚ方向への並進移動と、ＸＹ平面に対する傾斜微動とが可能である。

フォーカス・アライメントセンサＦＡＤは、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・アクシス方式でウェハ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ＦＡＤの先端部の光学素子の下面は、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を通してウェハＷの表面上に照射される。

フォーカス・レベリング検出系は、ウェハ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を主制御器１４０に入力し、マーク検出系は、ウェハ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を主制御器１４０に入力する。主制御器１４０は、フォーカス信号及びアライメント信号に基づいて、各アクチュエータ１６０ａ〜１６０ｃを駆動するための情報をウェハステージ制御器１７４に入力する。また、主制御器１４０は、アライメント信号に基づいて、レチクルＲｅとウェハ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１６４の座標位置を制御する。

図９は、図８におけるセンサ用ステージ１７８の断面模式図であり、センサ用ステージ１７８が投影レンズ系ＰＬの直下に配置される場合を示す。図に示すように、センサ用ステージ１７８は、ガラス基板１８４と、半導体装置８Ｄと、ムラセンサ１９０と、スペーサ１９６と、実装基板２００と、移動機構２２０と、センサ用ステージ制御部２２４とを有する。

ガラス基板１８４の表面（投影レンズＰＬ側）は、例えばクロム等からなる所定の濃度の減光フィルタＮＤを介して、撥水コートＣＯで覆われている。撥水コートＣＯ上は、投影レンズＰＬの先端を浸すための液体ＬＱで満たされている。ガラス基板１８４は、複数の固定柱２２８を介して実装基板２００上に固定されている。また、ガラス基板１８４の裏面側には、露光用のレーザー光の強度を測定する半導体装置８Ｄや、ムラセンサ１９０が配置されている。なお、図では半導体装置８Ｄを用いているが、本発明の他の半導体装置（８Ａ〜８Ｃ、８Ｅ）を用いてもよい。

半導体装置８Ｄは、配線によって実装基板２００に電気的に接続されているが、実装基板２００上に固定されているのではなく、完全硬化した樹脂２３０（図中、右下がり斜線）を介してガラス基板１８４の裏面側に接着されている。ガラス基板１８４と半導体装置８Ｄとの接合を確実にするため、半導体装置８Ｄは、その外縁側において、接着剤によってもガラス基板１８４に固定されている。樹脂２３０は、波長１９３．３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上（好ましくは９０％以上）であり、第２の実施形態と同様にサイトップなどを用いればよい。なお、ガラス基板１８４の表面ではなく、裏面に減光フィルタＮＤを配置してもよく、その場合、半導体装置８Ｄは、樹脂２３０を介して減光フィルタＮＤに接着される。

センサ用ステージ制御部２２４は、主制御器１４０からの入力信号に従って移動機構２２０を制御して、前述した露光用ステージの位置制御と同様に、センサ用ステージ１７８全体の位置を制御する。以上、本実施形態では、センサ用ステージ１７８における光学半導体装置として、本発明の半導体装置（８Ａ〜８Ｅのいずれか）を用いるため、投影レンズ系ＰＬの最終面と、半導体装置（８Ａ〜８Ｅ）の受光部との間に空気層が介在せず、従来よりも計測誤差を低減できる。

＜本発明の補足事項＞
第１〜第３の実施形態の半導体装置を液浸型半導体露光装置に適用する例を述べたが、本発明は、液体中で使用される他の光学半導体装置にも適用可能である。例えば、光学顕微鏡の撮像素子としても使用できる。その場合、撮像素子として形成された半導体チップの表面には多数のマイクロレンズ等が存在し、完全に平坦ではないので、例えば平坦化膜を形成し、鏡面に加工してから、カバーガラスをオプティカルコンタクトにより密着させればよい。

第２及び第３の実施形態では、ＣＯＢ基板１４及びボンディングワイヤ３４を用いて半導体チップ２６を実装する例を述べたが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。第２及び第３の実施形態は、図３で説明した第１の実施形態の変形例のように、ＣＯＢ基板ではなくパッケージ基板を用いる形態にも適用可能である。また、第２及び第３の実施形態は、図４で説明した第１の実施形態の別の変形例のように、ボンディングワイヤの代わりにバンプを用いる形態にも適用可能である。

第２及び第３の実施形態の半導体装置８Ｄ、８Ｅは、露光光の波長が１９３ｎｍの液浸型半導体露光装置に使用されることを想定して、波長１９３ｎｍの光に対する透過率が９０％以上である樹脂７６または樹脂フィルム９０を用いる例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。液浸型半導体露光装置の露光光の波長が将来的にさらに短くなっても、その露光光の波長に対する透過率が８０％以上（好ましくは９０％以上）の樹脂または樹脂フィルムを用いればよく、その場合にも本発明の効果が得られる。

第１〜第３の実施形態では、半導体チップ２６がフォトダイオードである例を述べたが、半導体チップ２６は、他のタイプの受光素子や固体撮像素子であってもよい。また、第１〜第３の実施形態において、カバーガラス２２、７２自体を所定の濃度の減光フィルタとして形成してもよい。

以上詳述したように本発明は、半導体装置及び液浸型半導体露光装置において大いに利用可能である。

第１の実施形態における半導体装置の断面模式図である。 第１の実施形態の半導体装置の実装方法を示す分解断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の変形例を示す断面模式図であり、実装にパッケージ基板を用いる例を示す。 第１の実施形態の半導体装置の別の変形例を示す断面模式図であり、ボンディングワイヤの代わりにバンプを用いる例を示す。 図４の半導体装置の実装方法を示す分解断面図である。 第２の実施形態における半導体装置の断面模式図である。 第３の実施形態における半導体装置の断面模式図である。 第４の実施形態における液浸型半導体露光装置の概略構成図である。 図８におけるセンサ用ステージの断面模式図である。

符号の説明

８Ａ〜８Ｅ 半導体装置，２２ カバーガラス，２６ 半導体チップ，４０ 突出部，
７２ カバーガラス，７６ 樹脂，１００ 液浸型半導体露光装置，

Claims (6)

1. 半導体チップと、前記半導体チップを実装する透光部材とを有する半導体装置において、
   前記半導体チップにおける素子形成面側の表面の少なくとも一部と、前記透光部材とをオプティカルコンタクトにより密着させたことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記透光部材は、前記半導体チップの表面に向けて突出した突出部を有し、
   前記突出部の表面と、前記半導体チップの表面とをオプティカルコンタクトにより密着させたことを特徴とする半導体装置。
3. 半導体チップと、前記半導体チップを実装する透光部材とを有する半導体装置において、
   波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上である樹脂を、前記半導体チップにおける素子形成面側の表面の少なくとも一部と、前記透光部材との間に介在させたことを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、
   前記樹脂は、フッ素系樹脂またはフッ素系ポリマーであることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかの半導体装置において、
   前記透光部材は、減光フィルタであることを特徴とする半導体装置。
6. レチクルに描画されたパターンを基板の感光面上に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系における最も前記基板側のレンズ面と、前記基板との間のワーキングディスタンスの少なくとも一部を液体で満たし、前記パターンを前記感光面に焼付転写する液浸型半導体露光装置において、
   露光光を測定する測定部を備え、前記測定部は、請求項１〜請求項５のいずれかの半導体装置を有することを特徴とする液浸型半導体露光装置。
   

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