JP2008218976A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローカルフィルの液浸露光で、投影レンズとウエハとの間隙に対し液体を供給および回収する場合、ウエハ周辺の被露光領域では投影レンズとウエハ間の液体で充填する体積がウエハ内部の被露光領域に比べて変化する。このため、ウエハ周辺部ではウエハ中心部と同様の良好な露光ができない。そこで、ウエハ周辺の被露光領域を露光する際にも液浸状態を露光性能に支障がでないようする。
【解決手段】 ローカルフィル液浸方式の露光装置において、通常の液浸液体供給機構に加えてウエハ周辺部からも液浸液体を供給する機構を設ける。
ウエハ周辺の液体の供給は、ウエハ周辺に複数の供給口を設け、時期と供給場所および供給量を自動で制御できる機能を持たせる。また同様に、ウエハチャックかその周辺機構に液体の回収機能を持たせ、それらをウエハ周辺の被露光領域の位置とタイミングを判断して選択的にＯＮ／ＯＦＦする機能を持たせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原版からの光を基板に投影する投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置に関する。

フォトリソグラフィ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または液晶表示素子を製造する際に、原版に描画された回路パターンを投影光学系によって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が従来から使用されている。原版は、レチクルまたはマスク等である。また、基板は半導体ウエハやガラス基板等である。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、および、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請に伴い、解像度はより小さい値を要求されている。従って露光光の短波長化とともに、投影光学系の高ＮＡ化により解像度の向上を見込んでいる。現在、投影光学系のＮＡは加速度的に進み、ＮＡ＝０．９を超える光学系の開発が視野に入っている。

一方、露光装置の光源は短波長化に伴いＫｒＦレーザ光源（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦレーザ光源（波長１９３ｎｍ）へと変化してきた。現在は次の光源としてＦ_２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、あるいはＥＵＶ光源（１３．５ｎｍ）の実現に向けて開発が進められている。

このような中で、光源の波長を変えないで更に解像度をあげる方法として、液浸露光が注目されている。液浸露光は、投影光学系のウエハ側の媒質（投影光学系の最終面と被露光体であるウエハ表面の間）を液体にすることよって高ＮＡ化をさらに進めるものである。つまり投影光学系の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は空気の場合のｎ倍まで大きくすることができる。ＮＡを大きくできるので、前述の説明のとおり解像度を向上させることができる。

液浸露光方式には、ウエハを局所的に液浸する所謂ローカルフィル方式と、ウエハ全面を露光中は常に液浸する方式とがあるが、本発明はローカルフィル方式の露光装置に係るものである。
特開平１０−３０３１１４号公報

ローカルフィル方式の液浸露光を実際に行う際に重要となるのが、投影光学系の最終面（最終光学素子）と基板（被露光体であるウエハなど）の表面の被露光領域との間を完全に液体で満たした状態を作り出し、露光中はこの状態を維持することである。特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップを作成するシリコンウエハなど露光される基板は通常円形であり、被露光領域は一般的には長方形であることが多い。このため、ウエハの周辺の被露光領域では、ウエハ端の存在の影響で上記のような理想的な液浸状態を維持することが困難であった。なお、以下において、被露光領域を露光対象ショットまたは露光対象ショット領域ともいうことがある。

すなわち、本発明者の知見によると、例えば、ウエハ周辺の被露光領域では投影光学系の最終光学素子の下における液体で充填しなければならない体積がウエハ内部の被露光領域に比べて大きく変化する。このため、通常の液浸液体供給機構だけでは、液体の供給量を露光ショットの位置によって変えなければ、ウエハ周辺部をウエハ中心部と同様に良好に露光できない。つまり、従来の液浸露光装置には、基板の端部に隣接する露光対象ショット領域の液浸に関し、何らかの補完機能が必要であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、例えば、基板の端部に隣接する露光対象ショット領域を液浸するための新規な技術を提供することにある。

前記目的を達成するための露光装置は、基板を保持するチャックと、前記チャックの周囲に配され天板とを含み且つ移動するステージと、原版からの光を前記チャックに保持された基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体供給ノズルと、前記ステージに配された複数の第２の液体供給ノズルとを有し、前記第１の液体供給ノズルを介して前記最終光学素子と前記基板との間隙に液体を供給し、さらに前記基板上の露光ショット領域の位置に基づいて、若しくは、前記基板上の露光ショット領域の位置と前記ステージの駆動条件（方向）とに基づいて、前記複数の第２の液体供給ノズルから液体を供給するノズルを選択し、該選択された第２の液体供給ノズルを用いて前記チャックと前記天板との間隙に前記液体を供給する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の端部に隣接する露光対象ショット領域を液浸するための新規な技術を提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態に係る露光装置は、ウエハ（基板）を保持するチャックと前記チャックの周囲に配され配され前記ウエハ表面の高さとほぼ同一な高さの表面を有する同面板（天板）とを含み且つ移動するステージを備える。また、レチクル（原版）からの光を前記チャックに保持されたウエハに投影する投影光学系と、前記投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体供給ノズルとを有する。そして、前記第１の液体供給ノズルを介して液体を供給して前記最終光学素子と前記チャックに保持されたウエハとのギャップ（間隙）に満たされた液体を介して該ウエハを露光する。さらに、前記ステージに配された第２の液体供給ノズルを有し、前記第２の液体供給ノズルを介して前記チャックと前記同面板との間隙に該液体を供給する。前記第２の液体供給ノズルは、前記チャックの周囲に複数配することが望ましい。

この露光装置では、ウエハ内でその周辺に位置するショット領域を露光する場合、そのショット領域に近いウエハ周辺に付加された第２の液体供給ノズルから液浸液体を供給する。そして、第２の液体供給ノズルから液浸液体を供給することにより、液浸液体を充填しなければならない体積がウエハ内部の被露光領域（ショット領域）に比べて大きく変化することに対応する。第２の液体供給ノズルからの液体の供給は、ウエハ（基板）上での露光ショット領域の位置とステージの駆動条件とに基づいて制御する。この場合、ウエハ上の露光対象ショット領域とステージの駆動条件とに基づき、複数の第２の液体供給ノズルから、該液体を供給する第２の液体供給ノズルを選択し、該選択された第２の液体供給ノズルから該液体を供給する。なお、第２の液体供給ノズルから供給しなければならない液体の量（変化する体積分）と供給のタイミングは、ウエハの露光ショット領域の位置とウエハステージの駆動条件により予め算出できる。また、ウエハ上の露光対象ショット領域の配置とウエハステージの駆動条件は露光装置で把握できているので、自動制御が可能である。

また、ウエハステージの加減速などで液浸液体表面の水位が変化するので、チャックと同面板との間隙における液位を計測する液位計を設け、該計測された液位に基づいて前記第２の液体供給ノズルからの該液体の供給を制御するとよい。

本実施形態に係る露光装置は、さらに、投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体回収ノズルと、前記ステージに配された第２の液体回収ノズルとを有する。そして、前記最終光学素子と前記チャックに保持されたウエハとの間隙から第１の液体回収ノズルを介して該液体を回収し、前記チャックと前記天板との間隙から第２の液体回収ノズルを介して該液体を回収する。この場合、ウエハ上の露光対象ショット領域とステージの駆動条件とに基づいて、第２の液体回収ノズルからの該液体の回収を制御する。例えば、ウエハ外部から飛び込んでウエハ周辺を露光する場合は、第２の液体回収ノズルにより、ウエハ内に飛び込んだときの液浸部の体積減少分を回収する。

なお、液浸液体の時間的変質を考えると、ウエハ交換時などにこのギャップ間の液浸液体を回収して、次のウエハでは新しい液浸液体を供給するようにしてもよい。

以下、実施例により本発明の好ましい実施の形態を説明する。

［実施例１］
図１は本発明に係るローカルフィル方式の液浸露光装置の一例を示す断面模式図である。同図において、１ａと１ｂは通常の液浸液体の供給と回収の機能を持つノズル（第１の液体供給ノズル／第１の液体回収ノズル）である。また、２ａと２ｂはウエハ周辺の被露光領域を露光する際に液浸液体を供給する機能をもつノズル（第２の液体供給ノズル）である。３は液浸液体、４はウエハ（基板）、５は投影レンズ（投影光学系）、６は天板（同面板）、７はウエハチャック（チャック）である。Ａ部は、ウエハと同面板との間のギャップ部を示す。

ウエハ４の周辺の被露光領域を露光する場合は、図１のようにウエハ交換などの際に必要となる余裕分のＡ部のようなギャップやウエハエッジの影響で液浸すべき体積がウエハ内部を露光する場合より増加する。この液浸すべき体積の増減を補完し適切な液浸状態を保つように、通常の液浸液体供給／回収ノズル１ａ、１ｂの他に液浸液体の供給機能を持つノズル２ａから液浸液体を供給する。ノズル（第２の液体供給ノズル）２ａからの供給の時期と量は、露光装置の側で露光する領域とウエハステージの駆動条件（速度？加速度？方向？）が分っているので算出が可能である。したがって、ノズル２ａからの供給を完全自動で行うことが露光装置のソフトウェアの制御で可能である。ノズル２ｂからの液浸液体の供給は、露光対象の被露光領域（露光対象ショット領域）が遠いので行わない。

［実施例２］
ノズル２ａおよび２ｂはそれぞれ複数個あることが好ましい。

図２は、図１（鉛直面内の断面）を上からみた断面図の一例である。ウエハ周辺の被露光領域（Ｂ部）は、投影光学系が光を投影している部分である露光部（Ｃ部）に対し、ウエハ４やウエハチャック７や同面板６を搭載したウエハステージが駆動して被露光領域の全面が走査露光される。図２ではウエハステージの駆動条件として該ステージがＹａ方向へスキャン（走査）している状態の例である。ステージがＹａ方向へスキャンするから、露光領域Ｃはウエハ外部へ向けて移動するため液浸液体がＡ部にかかるので、このとき複数の２ａから液浸液体を供給することを示している。このとき、ノズル２ｂ（図示は２箇所）からの供給は、被露光領域が遠いので必要がない。このように、ステージの駆動条件により、液浸液体がＡ部にかかる場合が容易に判断できるので、液浸液体がかかるＡ部の近傍のノズルから選択的に液浸液体を供給することが可能となる。

また、ステージの駆動条件により、液浸液体の供給が必要ないノズルの位置もわかるので、これらのノズルのなかから選択的に残存する不要な液浸液体の回収を行うこともできる。なお、液浸液体の供給と回収機能は、同じノズルに持たせてもよいし、液浸液体の汚染などのために供給専用，回収専用として複数箇所に配置することもできる。

［実施例３］
図３は、ウエハ４の表面が同面板６の表面と高さが一致しない場合に特に有効な実施例を示す。ここでは、投影レンズ５下の露光部がウエハ４の外から内側に向かうようにウエハステージがＹｂ方向に駆動している状態を示している。このとき、始めはウエハ４の中央部を露光する場合より液浸すべき体積の増加速度が大きいので、ノズル２ａからも液浸液体を供給する必要がある。しかし、ウエハ４が投影レンズ５に近づくとその近傍では液浸すべき体積が減少するので、その分を通常の液浸液体供給／回収ノズル１ｂ（第１の液体回収ノズル）に加えてノズル（第２の液体回収ノズル）２ｃからも回収するようにしている。なお、同面板６の外側への液体の漏れを防止するために、ノズル２ｃの機構をノズル２ａの外側に設けてもよい。

［実施例４］
図４は、ウエハ４の表面と同面板６の表面との高さが一致する場合に特に有効な実施例を示す。同図において、２ａ、２ｄは液浸液体供給機構（第２の液体供給ノズル）、８は水位モニタである。ウエハ周囲に設けられた液浸液体供給機構（ノズル）２ａ、２ｄによる液浸液体の供給量を、水位モニタ８の測定結果から制御して、ウエハ４の表面と同面板６の表面とが常時同じ高さになるようにしている。このようにすれば、同面板６、Ａ部の液浸液体、およびウエハ４の各表面がすべ同じ高さになるので、被露光領域Ｂ部がウエハ４のどこにあっても容易に適切な液浸状態を保つことができる。

以上説明した実施例によれば、ローカルフィル方式の液浸露光装置でウエハ周辺を露光する場合でも、ウエハ周辺や外部近傍の状況によらず、適切な液浸状態を保つことができる。

［実施例５］
次に、この露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。

図５は半導体デバイスの製造のフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）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（基板ともいう）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を設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ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（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。後工程は、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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の第１の実施例に係る液浸露光装置における液浸機構の構成を示す図である。 図１におけるウエハステージの上面図である。 本発明の第３の実施例に係る液浸露光装置における液浸機構の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る液浸露光装置における液浸機構の構成を示す図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する。

符号の説明

１ａ、１ｂ 通常の液浸液体の供給と回収の機能を持つノズル
２ａ、２ｂ、２ｄ ウエハ周辺の被露光領域を露光する際に液浸液体を供給する機能をもつノズル
２ｃ 液浸液体の回収機構
３ 液浸液体
４ ウエハ
５ 投影レンズ
６ 同面板
７ ウエハチャック
Ａ ウエハと同面板との間のギャップ部
８ 液浸液体供給ノズル２ａ、２ｄから供給される液浸液体の水位をモニタするセンサ

Claims (7)

1. 液体を介して基板の複数のショット領域を露光する露光装置において、基板を保持するチャックと、前記チャックの周囲に配され前記基板の表面とほぼ同一な高さの表面を有する天板とを含み且つ移動するステージと、原版からの光を前記チャックに保持された基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体供給ノズルと、前記ステージに配された複数の第２の液体供給ノズルとを有し、前記第１の液体供給ノズルを介して前記最終光学素子と前記基板との間隙に液体を供給し、さらに前記基板上の露光ショット領域の位置に基づいて前記複数の第２の液体供給ノズルから液体を供給するノズルを選択し、該選択された第２の液体供給ノズルを用いて前記チャックと前記天板との間隙に前記液体を供給することを特徴とする露光装置。
2. 液体を介して基板の複数のショット領域を露光する露光装置において、基板を保持するチャックと、前記チャックの周囲に配され前記基板の表面とほぼ同一な高さの表面を有する天板とを含み且つ移動するステージと、原版からの光を前記チャックに保持された基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体供給ノズルと、前記ステージに配された複数の第２の液体供給ノズルとを有し、前記第１の液体供給ノズルを介して前記最終光学素子と前記基板との間隙に液体を供給し、さらに前記基板上の露光ショット領域の位置と前記ステージの駆動条件とに基づいて前記複数の第２の液体供給ノズルから液体を供給するノズルを選択し、該選択された第２の液体供給ノズルを用いて前記チャックと前記天板との間隙に前記液体を供給することを特徴とする露光装置。
3. 前記第２の液体供給ノズルは前記チャックの周囲に複数配されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記チャックと前記天板との間隙における液位を計測する液位計を有し、該計測された液位に基づいて前記第２の液体供給ノズルからの該液体の供給を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記投影光学系の最終光学素子の周囲に配された第１の液体回収ノズルと、前記ステージに配された複数の第２の液体回収ノズルとを有し、前記最終光学素子と前記チャックに保持された基板との間隙から前記第１の液体回収ノズルを介して該液体を回収し、さらに前記基板上の露光ショット領域の位置に基づいて、或いは、前記基板上の露光ショット領域の位置と前記ステージの駆動条件とに基づいて、前記複数の第２の液体回収ノズルから液体を回収するノズルを選択し、該選択された第２の液体回収ノズルを介して前記チャックと前記天板との間隙から該液体を回収することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記第２の液体回収ノズルは前記チャックの周囲に複数配されていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 請求項１に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、該露光された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。

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