JP2007235112A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光光が照射されることによる露光装置を構成する部材の性能の劣化を低減し、優れた光学性能及び生産性を実現する露光装置を提供する。
【解決手段】液体を介して基板を露光する露光装置において、前記基板の周囲に配置され前記液体を保持する液体保持板と、前記基板を保持するチャックとを有し、前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面の少なくとも一部の少なくとも一方は、ポリパラキシリレン樹脂又はポリパラキシリレン樹脂の改質層であることを特徴とする構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液浸露光装置及びデバイス製造方法に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際、縮小投影露光装置が従来から使用されている。縮小投影露光装置は、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エハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。

縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。近年では半導体素子の微細化への要求に伴い、解像度をよくすることが必要となってきた。このため、露光光の短波長化が進められ、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる紫外線の波長は短くなってきた。

このような中で、ＡｒＦエキシマレーザーなどの光源を用いながら、更に解像度を向上させる技術として、液浸露光が注目されている。液浸露光とは、投影光学系の最終レンズとウエハとの間を液体で満たす（即ち、投影光学系のウエハ側の媒質を液体にする）ことで露光光の実効波長を短波長化し、投影光学系のＮＡを見掛け上大きくして解像度の向上を図るものである。投影光学系のＮＡは、媒質の屈折率をｎとすると、ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθと表せるので、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。

液浸露光において、投影光学系の最終レンズとウエハとの間に液体を充填する方法としては、ローカルフィル法が提案されている。ローカルフィル法は、投影光学系の最終レンズとウエハとの間の空間だけに液体を流す方法であり、光学特性及び熱的な特性等を一定に維持しながら、不純物が存在しない液体を供給することができる。但し、供給した液体が十分に回収されない場合、残存した液体が露光装置内に飛び散ったり、ウォーターマークを形成したりする。また、残存した液体が気化することによって、装置内の部材や装置内の環境温度及び湿度に悪影響を与えたりする。特に、ウエハの周囲に配置され、ウエハ端部のショットを露光する際に液体を保持する液体保持板（液体保持部）に液体が残存した場合、気化熱によって液体保持板の温度が変化し、ウエハを変形させてしまう。また、ウエハ端部と液体保持板との間に液体が入り込むこともあり、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により、露光装置内に液体を飛散させてしまう。

液体に対する液体保持板の上面の接触角が、ウエハの上面の接触角よりも大きい場合（即ち、ウエハの上面の接触角＜液体保持板の上面の接触角）、液体を十分に回収することができ、液体保持板の上面に液体が残存することを防止することができる。そこで、液体保持板の液体と接触する上面に、撥水性に優れた材料として、四フッ化エチレンを使用した露光装置が提案されている（特許文献１参照）。また、液体保持板の側面とウエハチャックの側面を撥水性とすることにより、ウエハと液体保持板の隙間に液体が入り込みにくくなり、ウエハの裏面に液体が付着することを防止することができる。そこで、液体保持板の側面とウエハチャックの側面の撥水性を、その周辺部の撥水性よりも高くした露光装置が提案されている（特許文献２参照）。更に、露光装置においては、レチクルやウエハを支持する際に、レチクルの歪発生やバキュームリークを防ぐために、弾性シールとしてパリレンを使用することが知られている（特許文献３参照）。
特開２００５−１９１５５７号公報 特開２００５−３０２８８０号公報 特開２００５−２２８９７８号公報

しかしながら、液浸露光では、投影光学系とウエハとの間には、液体と光（露光光）が存在する。液体の存在下で、光（又はその散乱光）が投影光学系やウエハ周りの部材に照射されると、従来の露光装置（即ち、投影光学系とウエハとの間に光のみ存在する露光装置）に比べて、より大きなダメージを与えてしまう。これは、露光に用いる光の波長が短くなるにつれて、より顕著となって現れる。

部材に光が照射されると、その部材の結合が切れ、ダングリングボンドが形成される。そこに液体又は液体に含有される物質との結合が生じ、部材が変性する。また、液体と部材が化学的に反応し、変性する場合もある。部材が変性した場合、その性能を維持することができなくなったり、パーティクルの発生の原因となったりする。従って、液浸露光装置の製造時に、液体保持板やウエハチャック側面の接触角が大きくても、液体を介して露光光及び散乱光が照射されることによって液体保持板やウエハチャック側面が変性し、接触角が小さくなってしまうことも起こりうる。即ち、露光を繰り返すうちに、液体保持板やウエハチャック側壁の接触角が小さくなり、液体が液体保持板に残存したり、ウエハの裏面に液体が残存することにより、露光装置内に液体が飛散したり、液体保持板からパーティクルが発生したりしてしまいかねない。

特に、フッ素系材料は、露光光の照射によって劣化しやすく、短期間でしか接触角を初期の高い状態に維持することができない。従って、フッ素系材料を使用した液体保持板は、撥水性の低下及びパーティクルの発生要因となるため、数週間毎に交換しなければならず、装置の生産性（スループット）を落としていた。

そこで、本発明は、露光光が照射されることによる露光装置を構成する部材の性能の劣化を低減し、優れた光学性能及び生産性を実現する露光装置を提供する。

本発明の一側面としての露光装置は、液体を介して基板を露光する露光装置において、前記基板の周囲に配置され前記液体を保持する液体保持板と、前記基板を保持するチャックとを有し、前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面（上面、側面など）の少なくとも一部の少なくとも一方は、ポリパラキシリレン樹脂又はポリパラキシリレン樹脂の改質層であることを特徴とする。

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

本発明によれば、露光光が照射されることによる露光装置を構成する部材の性能の劣化を低減し、優れた光学性能及び生産性を実現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の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本実施形態の露光装置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の最もウエハ４０側にある最終レンズとウエハ４０との間に供給される液体Ｌを介して、レチクル２０上に形成されたパターンをウエハ４０上に露光する液浸露光装置である。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式を用いて、ウエハ４０を露光する。なお、本発明の露光装置として、ステップ・アンド・リピート方式を使用することもできる。

露光装置１は、照明装置１０と、投影光学系３０と、ウエハ４０を吸着し保持するウエハチャック５５と、液体保持板６０と、液体供給回収機構７０とを有する。ウエハチャック５５と液体保持板６０は、ウエハステージ５０上に設けられている。

照明装置１０は、レチクル２０を照明する。照明光学系１０は、光源１２と、照明光学系１４とを有する。

光源１２としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用することができる。但し、光源としては、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよい。

照明光学系１４は、光源１２からの光でレチクル２０を照明する。

レチクル２０上には、ウエハ４０に露光するためのパターンが形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。

投影光学系３０は、レチクル２０のパターンをウエハ４０上に投影する。投影光学系３０としては、反射屈折系、屈折系、又は反射系を使用することができる。

投影光学系３０は、ウエハ４０に最も近い位置に最終レンズを有する。投影光学系３０の最終レンズの硝材としては、石英を用いる。

ウエハ４０の上面にはフォトレジストが塗布されている。本実施例では被露光基板としてウエハ４０を使用しているが、基板としてはガラスプレートやその他の基板を使用することもできる。

ウエハステージ５０は、ウエハチャック５５を介してウエハ４０を支持し、駆動する。

ウエハステージ５０には、図１に示すように、ウエハ４０の周囲に配置され、ウエハ４０の上面と同じ高さの上面を有し、液体Ｌを保持する液体保持板（液体保持部）６０が設けられている。

液体供給回収機構７０は、投影光学系３０の最終レンズとウエハ４０との間に液体Ｌを供給すると共に、供給した液体Ｌを回収する。また液体供給回収機構７０は、液体供給装置７２と、液体回収装置７４とを有し、投影光学系３０とウエハ４０との間の空間のみを液体で満たす。

液体Ｌは、純水である。液体Ｌとしては、機能水、フッ化液、炭化水素系液を用いることもできる。

液体供給装置７２は、供給ノズル７２ａを有する。液体供給装置７２は、供給ノズル７２ａを介して、投影光学系３０とウエハ４０との間に液体Ｌを供給する。

液体回収装置７４は、回収ノズル７４ａを有する。液体回収装置７４は、回収ノズル７４ａを介して、投影光学系３０とウエハ４０との間に供給された液体Ｌを回収する。

供給ノズル７２ａ及び回収ノズル７４ａは、投影光学系３０とウエハ４０との間に液体Ｌを保持するため、投影光学系３０の最終レンズの外周を取り囲むように円周上に配置される。供給ノズル７２ａ及び回収ノズル７４ａには、複数のノズル、可動式ノズル又はリング状のノズルを使用することができるが、本実施形態では、複数のノズルを用いて構成されている。

供給ノズル７２ａ及び回収ノズル７４ａには、ＳｉＣの多孔質体を用いたが、ＡｌＯ、ＳｉＮなどの他のセラミックス材料、石英ガラス材、電解研磨したステンレスなどの金属を用いてもよい。

図３Ａ及びＢは、液体保持板やウエハチャックの構成を示す概略図である。図３Ａは、平面図、図３Ｂは断面図である。液体保持板６０には、ＳｉＣ、ＡｌＯ、ＳｉＮなどのセラミックス材料、アルミ、ステンレスなどの金属を用いることができるが、本実施形態では、ＳｉＣを用いた。但し、ＳｉＣは、水に対して５０°程度の接触角しか得ることができないため、ポリパラキシリレン樹脂６６をコーティングした。ポリパラキシリレン樹脂は、一般的には、パリレンと呼ばれ、ｐｏｌｙ−ｐａｒａ−ｘｙｌｙｌｅｎｅを基本骨格とするポリマー（樹脂）である。ポリパラキシリレン樹脂は、芳香環の水素を塩素に置換させたｐｏｌｙ−ｍｏｎｏｃｈｌｏｒｏ−ｐａｒａ−ｘｙｌｙｌｅｎｅ、ｐｏｌｙ−ｄｉｃｈｌｏｒｏ−ｐａｒａ−ｘｙｌｙｌｅｎｅがよく使用される。本実施形態では、ｐｏｌｙ−ｍｏｎｏｃｈｌｏｒｏ−ｐａｒａ−ｘｙｌｙｌｅｎｅを蒸着法によってＳｉＣにコーティングし、液体保持板６０の液体Ｌを保持する上面（接液面）と側面をパリレンとした。ウエハチャック５５においても、その側面と上面の一部をポリパラキシレン樹脂６６とした。本実施形態では、液体保持板６０とウエハチャック５５の双方にポリパラキシレン樹脂６６をコーティングしたが、いずれか一方のみのコーティングでもウエハの裏面への液体の付着をふせぐことができる場合がある。

パリレンは、水に対して８５°乃至９０°の接触角を有するが、紫外線を照射することによって接触角が高くなり、１００°以上の接触角となる。換言すれば、パリレンの改質層は、パリレンよりも水に対して高い接触角を有する。従って、スループットを向上させるため、ウエハ４０を高速に、且つ、長距離移動させる場合には、紫外線を照射したパリレンの改質層を液体保持板６０やウエハチャック５５の表面（上面や側面など）にコーティングすることが有効である。なお、液体保持板６０又はウエハチャック５５への紫外線の照射には、露光装置１とは別の装置を用いてもよいし、露光装置１の照明装置１０を用いてもよい。また、液体（水）Ｌの中で紫外線を照射してもよい。また、パリレンの改質は、接触角が高くなる改質であれば、プラズマの照射による改質など、どのような手法を用いてもよい。
具体的には、パリレンがコーティングされた液体保持板６０を真空装置に配置し、反応性ガスを流すと共に、プラズマ処理をすることによって、パリレンの改質層を形成する。紫外線が照射されたパリレンと同様に、プラズマが照射されたパリレンも、接触角が向上する。

パリレンに水中で露光光（本実施形態では、波長１９３ｎｍの紫外線）を照射した場合の接触角の変化を図２に示す。図２では、横軸に露光光の照射量をとり、縦軸には接触角をとって表した。また、図２には、比較例として、同じ条件で露光光を照射した場合のフッ素系樹脂の接触角の変化も示した。図２を参照するに、紫外線を照射する前の接触角は、ＰＴＦＥやＰＦＡといったフッ素系樹脂の方が高い。しかし、露光光としての紫外線が照射された場合、パリレンの方が接触角を高く、且つ、長期的に維持することができる。

また、液体保持板６０は、図４Ａ及びＢに示すように、露光光や露光光の散乱光が照射される領域（第１の液体保持板）６２を、露光光や露光光の散乱光が照射されない領域（第２の液体保持板）６４とは別体としてもよい。また、その際、領域６２のみにパリレン又はパリレンの改質層をコーティングしてもよい。ここで、図４Ａは、液体保持板６０の構成の別の一例を示す概略平面図であり、図４Ｂは、液体保持板６０の構成の別の一例を示す概略断面図である。この場合、領域６２を交換可能に構成することが好ましい。露光光や露光光の散乱光が照射されない領域６４は、図２に示すような、露光光の照射による接触角の低下が生じないため、初期の接触角が高いフッ素系樹脂６８をコーティング（形成）する。フッ素系樹脂６８としては、分子の一方がフッ素、他方がＳｉで終端されているような単分子又は数分子層でもよいし、ＰＦＡ、ＰＴＦＥやその複合材料などでもよい。

露光装置１は、不図示のセンサを液体保持板６０の近傍に有する。センサと液体保持板の隙間に液体が侵入するのを防ぐため、センサの側面にパリレンを用いてもよい。

図３Ａ及びＢ、又は図４Ａ及びＢのどちらの構成でも、露光装置に要求される性能に伴って高い接触角が必要となる場合には、パリレンをコーティングした液体保持板６０を用いていても、液体保持板６０の交換が必要である。しかしながら、フッ素系樹脂をコーティングした液体保持板６０を用いる場合と比較すると、パリレンをコーティングした液体保持板６０の方が、交換頻度を著しく少なくすることができ、露光装置１の生産性（スループット）の向上に大きく寄与する。

液体保持板６０及びウエハチャック５５の表面の液体Ｌに対する接触角を高く、且つ、長期に維持することによって、液体回収機構７４は液体Ｌを十分に回収することができる。また、液体保持板６０及びウエハチャック５５の表面の接触角を高く維持することによって、液体保持板６０上及び液体保持板６０とウエハチャック５５の隙間に液体Ｌが引き寄せられることがなく、液体Ｌを容易に供給及び回収することができる。従って、液体Ｌと接触する接触部における液体Ｌの剥離、発泡、乱流を抑制することができる。換言すれば、不純物が存在せず、光学特性や熱的な特性等が一定となる液体Ｌを維持することができる。これにより、優れた光学性能及び生産性を実現する露光装置を提供することができる。

このように、露光装置１は、液体保持板６０やウエハチャック５５の表面にパリレン又はパリレンの改質層をコーティングすることにより、液体保持板６０やウエハチャック５５の表面の撥水性を長期間維持することができる。換言すれば、露光光の照射による液体保持板６０やウエハチャック５５の表面の接触角の低下を低減し、高い接触角を長期間維持することができる。これにより、液体保持板６０やウエハの裏面に液体Ｌを残存させることなく、ウエハ４０を高速に移動させることができ、高いスループットを維持することができる。また、液体保持板６０の交換頻度を低減させることができ、従来の露光装置よりも生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、液体保持板（６０，６２）やウエハチャック５５の表面にパリレンを用いたが、塩素を含有する有機物として、３フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）又は３フッ化塩化エチレン樹脂の改質層を用いても同様の効果を得ることができる。３フッ化塩化エチレン樹脂は、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）のフッ素の１つを塩素に置換した樹脂であり、紫外線の照射によって、パリレンと同様の接触角の変化を起こす（即ち、接触角が向上する）。従って、液体保持板６０やウエハチャック５５の表面に３フッ化塩化エチレン樹脂を用いても、露光光の照射による接触角の低下を低減し、優れた光学性能及び生産性を実現する露光装置を提供することができる。

また、本実施形態では、液体保持板６０やウエハチャック５５の表面にパリレンを用いたが、露光装置のそれ以外の、液体Ｌが接触する部材の表面にパリレン，３フッ化塩化エチレン樹脂及びそれらの改質層を用いることもできる。

露光において、光源１２から発せされた光束は、照明光学系１４によりレチクル２０をケーラー照明する。レチクル２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３０により、液体Ｌを介してウエハ４０に結像される。露光装置１が用いる液体保持板６０は、露光光の照射による接触角の低下を低減し、優れた光学性能及び生産性を実現する。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体デバイスや液晶表示デバイス）を提供することができる。

次に、図５及び図６を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）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、半導体デバイス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レチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなど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、レチクルとウエハ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。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６は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）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、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。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の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。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 紫外線の照射量に対するポリパラキシリレン樹脂の接触角の変化を示すグラフである。 図１に示す露光装置の液体保持板やウエハチャックの構成の一例を示す平面図である。 図１に示す露光装置の液体保持板やウエハチャックの構成の一例を示す断面図である。 図１に示す露光装置の液体保持板やウエハチャックの構成の別の一例を示す平面図である。 図１に示す露光装置の液体保持板やウエハチャックの構成の別の一例を示す断面図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図５に示すステップ４のウエ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
１２ 光源
１４ 照明光学系
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
５０ ウェハステージ
６０ 液体保持板
７０ 液体供給回収機構
７２ 液体供給装置
７２ａ 供給ノズル
７４ 液体回収装置
７４ａ 回収ノズル
Ｌ 液体

Claims (7)

1. 液体を介して基板を露光する露光装置において、
   前記基板の周囲に配置され、前記液体を保持する液体保持板と、
   前記基板を保持するチャックとを備え、
   前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面の少なくとも一部の少なくとも一方は、ポリパラキシリレン樹脂又はポリパラキシリレン樹脂の改質層であることを特徴とする露光装置。
2. 前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面の少なくとも一部の少なくとも一方に、前記ポリパラキシリレン樹脂又はポリパラキシリレン樹脂の改質層がコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記液体保持板は、前記基板の周囲に配置された第１の液体保持板と、前記液体保持板の周囲に配置された第２の液体保持板とを有し、
   前記第１の液体保持板の表面の少なくとも一部は、前記ポリパラキシリレン樹脂又は前記ポリパラキシリレン樹脂の改質層であり、
   前記第２の液体保持板の表面の少なくとも一部は、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 液体を介して基板を露光する露光装置において
   前記基板の周囲に配置され、前記液体を保持する液体保持板と、
   前記基板を保持するチャックとを備え、
   前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面の少なくとも一部の少なくとも一方は、塩素を含有する有機物であることを特徴とする露光装置。
5. 前記液体保持板の表面の少なくとも一部、および前記チャックの表面の少なくとも一部の少なくとも一方に、塩素を含有する有機物がコーティングされていることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記液体保持板は、前記基板の周囲に配置された第１の液体保持板と、前記液体保持板の周囲に配置された第２の液体保持板とを有し、
   前記第１の液体保持板の表面の少なくとも一部は、前記塩素を含有する有機物であり、
   前記第２の液体保持板の表面の少なくとも一部は、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板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。