JP2007012832A

JP2007012832A - 露光装置

Info

Publication number: JP2007012832A
Application number: JP2005190887A
Authority: JP
Inventors: Keisui Banno; 渓帥坂野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】解像力を向上させるとともに経済的な投影光学系を有する露光装置を提供する。
【解決手段】レチクルのパターンの像を被処理体に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系の最終レンズと前記被処理体との間の液体及び前記投影光学系を介して前記被処理体を露光する露光装置において、前記最終レンズは、前記被露光体と対向する第１面と、当該第１面と接する第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが接する部分が面取りされており、前記第１面、前記第２面及び前記部分には、保護膜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、一般的には露光装置に係り、特に、レチクルのパターンの像を被処理体に投影する投影光学系を備え、投影光学系の最終レンズと被処理体との間の液体及び投影光学系を介して被処理体を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、高解像度であるとともに経済的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。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。

液浸露光においては、投影光学系の最終レンズ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１参照のこと）。液浸露光に使用される最終レンズは、例えば、等脚台形状を有し、最終レンズの最終面とコバ面との間が角張って形成される。ここで、コバとは、研磨されていない部分であり、例えば、レンズ側面をさす。尚、最終レンズは、透過率を向上させるために、一般的に、ＣａＦ_２が使用されているが、ＣａＦ_２は、液体に溶けやすい特性を持っている。そのため、最終レンズの最終面には保護膜が形成されている。この場合、保護膜は、ターゲット物質を光学素子に成膜させるスパッタ蒸着法若しくはイオンアシストを用いた蒸着法によって作成される。
再公表特許ＷＯ９９／４９５０４号公報

しかしながら、保護膜を形成したにもかかわらず、最終レンズが液体に侵食され、最終レンズの光学性能が変化していた。また、侵食により溶け出した物質が不純物として液体に混じってしまい、更に、光学性能を悪化させていた。更に、最終レンズが侵食されることによって、保護膜が最終レンズから剥離する可能性があった。その結果、解像力が低下する、若しくは、レンズの交換によりランニングコストが高く、経済的ではなかった。

そして、これら問題を鋭意検討した結果、本発明者は、最終レンズの角にあたる部分に膜を付着することが困難であり、膜密度が低く耐久性に乏しい膜しか付着できないことが原因であることを発見した。つまり、スパッタ蒸着法によって保護膜を付ける場合には、図５の示すように、法線方向にだけ保護膜５０７が成長し、角Ａの膜５０７が成長しない。それにより、成長しない角Ａの部分から液体が、侵入して最終レンズ５０５を溶かしていた。尚、この場合、スパッタ蒸着法以外の成膜方法として、レンズを液体に浸して成膜させる方法も考えられるが、液体にレンズを浸すため、レンズを溶出させてしまう可能性があり、好ましくない。ここで、図５は、最終レンズの膜成長を示す断面図である。

そこで、本発明は、解像力を向上させるとともに経済的な投影光学系を有する露光装置を提供することを例示的な目的とする。

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の像を被処理体に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系の最終レンズと前記被処理体との間の液体及び前記投影光学系を介して前記被処理体を露光する露光装置において、前記最終レンズは、前記被露光体と対向する第１面と、当該第１面と接する第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが接する部分が面取りされており、前記第１面、前記第２面及び前記部分には、保護膜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、解像力を向上させるとともに経済的な投影光学系を有す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側にある最終レンズ３５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４８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し、最終レンズ３５を有する。投影光学系３０は、更に、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。

最終レンズ３５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し、保護膜３６を有する。最終レンズ３５は、図２及び図３に示すように、ウェハ４０と対向する第１面３５ａと、第１面３５ａと接する第２面３５ｂとを有する。また、第１面３５ａと第２面３５ｂとが接する部分Ａ´が面取りされており、第１面３５ａ、第２面３５ｂ及び部分Ａ´には、保護膜３６が形成されている。最終レンズ３５は、等脚台形状であり、例えば、石英（フッ素添加）及びＣａＦ_２が使用される。部分Ａ´は、球面若しくは非球面であり、この場合、曲率半径が２０ｍｍ未満であると、部分Ａ´が角形状に近づくため、保護膜３６が成長し難くなる。そのため、曲率半径が２０ｍｍ以上であることが好ましい。

それによって、保護膜３６を連続的に最終レンズ３５に形成させることができる。また、加工方法は、本実施形態では、磁性流体研磨装置を使用して磁性流体研磨によって行う。ここで、磁性流体研磨とは、砥粒が分散した砥石による加工方法で、３次元自由形状の研磨加工ができる方法である。その結果、液体による侵食を防ぎ、最終レンズの光学性能を維持することができるので、レンズの交換等によるランニングコストを抑えて経済性を向上させることが可能になる。また、不純物として液体に混じらないため、光学性能を向上させることが可能になる。露光装置１は、解像力及び経済性を向上させることができる。ここで、図２及び図３は、最終レンズ３５及び保護膜３６を示す断面図である。

保護膜３６は、最終レンズ３５が液体へ溶出することを防止する機能を有する。保護膜は、例えば、ＳｉＯ_２膜が使用される。ＳｉＯ_２膜は、ＡｒＦレーザーの波長である１９３ｎｍにおける吸収が少なく、かつ、良好なカルシウムイオンの溶出防止効果を有する材料である。本実施例の場合、第２面３５ｂのＳｉＯ_２の膜厚は１５０ｎｍである。尚、ＲＦスパッタ装置を用いて製造したＳｉＯ_２保護膜の場合、膜厚が１２０ｎｍであっても十分に保護効果が得られたことから、第１面３５ａのＳｉＯ_２の膜厚が１５０ｎｍであると、十分に保護効果を得ることができる。成膜にはＲＦ放電方式によるスパッタ装置を用い、最終レンズ３５の最終面のＳｉＯ_２の膜厚が２００ｎｍになるよう積層している。

図４は、図１で示した最終レンズ３５を露光装置１内での配置を示した図である。ウェハ４０と対向する最終レンズ３５の最終面の端と、後述する液体供給口７２ａ及び液体回収口９２ａとの間は、毛細管現象による超純水の進入を防止する為に１０ｍｍの間隔Ｂを設けられている。なぜなら、本実施例の構成の場合、静水状態では液体ＬＷと接液する面は、最終レンズ３５の下面近傍に限られるものの、ウェハ４０のスキャン動作を行うことで、液体ＬＷと接液する面がレンズ下面より１０ｍｍ程度上昇する事が明らかとなったからである。そして、間隔Ｂを設けて、供給水と回収水についてＩＣＰ−ＭＳ分析を行ったところ、カルシウムイオンについては供給水、回収水共に１０ｐｐｔ未満の濃度となり、実使用上は問題が無いレベルにすることができる。また、液体供給口７２ａ及び液体回収口９２ａとに保護膜３６を形成する場合は、液体供給口７２ａ及び液体回収口９２ａとの接液面を面取りしてもよい。

尚、最終レンズとウェハとの間に平行平板を設ける構成の場合、平行平板にも面取り加工を行い保護膜を形成することが好ましい。

再び、図１に戻って、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。

液体保持部４８は、ウェハ４０との面を同一面にするための板であり、ウェハ４０と略同一な高さを有する。液体保持部４８は、エッジ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４８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４８に使用される材料は、接触角の高いセラミックスなどが好ましい。

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９２及び液体回収口９２ａを介して液体ＬＷを回収する。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。

露光において、光源部１０から発せられた光は、マスク２０を透過し、最終レンズ３５を含む投影光学系３０を介してウェハ４０を露光する。この場合、保護膜３６が形成された最終レンズ３５は、液体ＬＷに接触しても溶出せず、溶出した物質が不純物として液体に混じらないので、光学性能を向上させることが可能になる。従って、露光装置１は、解像力を向上させることができる。

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に示す投影光学系の最終レンズ及び保護膜を示す概略断面図である。図２に示す最終レンズ及び保護膜を示す概略部分拡大断面図である。図１に示す投影光学系の概略拡大図である。従来の最終レンズ及び保護膜を示す概略部分拡大断面図である。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
３５最終レンズ
３６保護膜
４５ウェハステージ
ＬＷ液体

Claims

レチクルのパターンの像を被処理体に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系の最終レンズと前記被処理体との間の液体及び前記投影光学系を介して前記被処理体を露光する露光装置において、
前記最終レンズは、前記被露光体と対向する第１面と、当該第１面と接する第２面とを有し、前記第１面と前記第２面とが接する部分が面取りされており、
前記第１面、前記第２面及び前記面取り部分には、保護膜が形成されていることを特徴とする露光装置。
前記面取り部分は、球面若しくは非球面であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記面取り部分は、曲率半径が２０ｍｍ以上であ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３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。