JP2008311279A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
最終光学素子の表面に汚れが付着した場合でも、その汚れを除去し、投影光学系の光学特性を回復し、転写パターン精度の劣化を防止する液浸露光装置を提供する。
【解決手段】
基板に最も近くに配置され最終光学素子と基板の間に第１の液体を供給する第１の液体供給部を有し、パターンを基板に第１の液体を介して露光する露光装置であって、最終光学素子の表面に第１の液体とは異なる第２の液体を供給し、第２の液体に接する部分は、金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成る第２の液体供給部を有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、レチクルに形成された回路パターンを液浸法を用いてウェハに露光し、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス・ＣＣＤ等の撮像デバイス等の各種デバイスを製造するための液浸型投影露光装置に関する。

近年、半導体集積回路の高密度高速化に伴い、集積回路のパターンサイズは益々縮小され、半導体製造方法にも一層の高性能化が要求されてきている。
特に、ウェハ上へのパターン転写における解像力の向上は最重要視され、種々の転写方式の研究開発が進められている。
一般に、投影光学系の解像力（解像限界）Ｒはレイリーの式として
Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ ・・・・・・・（１）で表される。
ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ１はプロセスに関する係数である。
式（１）から明らかなように解像力を向上させるためには、より短波長の光を露光光として用いる、開口数の大きい光学系を設計する、位相シフトマスクや変形照明等により結果的にｋ１係数を小さくする等の手法が考えられる。

一方、従来から液浸法と呼ばれる手法で実質的に露光光の波長を短くすることができることが知られている。
液浸の原理を用いた液浸型投影露光とは、投影光学系の最終光学素子とウェハ表面との対面する光路空間を空気の代わりに空気より高屈折率な（ここで屈折率ｎとする）液体の液浸剤で満たした状態で露光し、露光波長を実質的に１／ｎにするものである。
ここで、最終光学素子とは、投影光学系に備えられる光学素子のうち最もウェハに近い、すなわちウェハに面する光学素子をいう。
さらに、液浸型投影露光装置は、光源、レチクルを大きく変更する必要がなく、レジストも既存品の改良により利用することができ、現実的な解像力向上手段として注目されている。

従来、この液浸型投影露光装置としては、ウェハチャックを含むウェハ全体を水槽内に満たされた液浸剤に浸すものが提案されている。
また、投影光学系の最終光学素子としての最終レンズと、それに対向している部分のウェハ表面との間隔のみを局所的に液浸剤で満たすものが提案されている。
例えば、特開２００６−３２７５０号公報（特許文献１）では、液浸剤の供給・回収配管の配置、及び、液体中の不純物の付着等に起因して液体に接触する光学素子の表面が汚れた場合に関して記載されている。
つまり、コスト及び交換時間の観点から、その汚れを除去して光学特性を回復させる必要があること、および、光学素子の表面に液浸剤とは異なる洗浄剤を供給する洗浄ステップを有することによって製造コストが低減されることが開示されている。
特開２００６−３２７５０号公報

基板の露光面である表面に塗布された感光材の上層にトップコート層と呼ばれる保護層である液体から感光材を保護する膜を塗布する場合があるが、このトップコート層の形成材料であるトップコート剤はフッ素系材料が含有されている。
しかし、トップコート剤に由来するフッ素系の物質が剥がれ、あるいは、液浸剤に溶出し投影光学系の最終レンズの表面へ到達し最終レンズ表面へ付着する場合がある。
このため、投影光学系の光学特性を劣化し、転写パターン精度の劣化を引き起こす。
また、この付着物はフッ素系物質のためにエタノール等の従来の洗浄液では除去できない。
このため、フッ素系溶剤で洗浄する必要があるが、液体に接する部分がフッ素系の材料で構成されていた場合、フッ素系溶剤を流すと液体に接する部分が溶解、膨潤により汚染される。
そこで、本発明は、最終光学素子の表面に汚れが付着した場合でも、その汚れを除去し、投影光学系の光学特性を回復し、転写パターン精度の劣化を防止する液浸露光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の露光装置は、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板上に投影する複数の光学素子を含む投影光学系と、前記複数の光学素子のうち前記基板に最も近くに配置された最終光学素子と前記基板の間に第１の液体を供給する第１の液体供給部と、を有し、前記パターンを前記基板に前記第１の液体を介して露光する露光装置であって、前記最終光学素子の表面に前記第１の液体とは異なる第２の液体を供給する第２の液体供給部を有し、その第２の液体供給部の前記第２の液体に接する部分は、金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成ることを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の最終光学素子表面に第１の液体である液浸剤とは異なるフッ素系等の第２の液体を供給し洗浄する。
このため、最終光学素子の表面にフッ素系等の汚れが付着した場合に、その汚れを除去し、投影光学系の光学特性を回復させ、転写パターン精度の劣化を防止する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図1の概略構成図を参照して、本発明の実施例１の液浸型投影露光装置（液浸露光装置）を説明する。
図示されない照明光学系は、光源から照射される照明光でレチクル(マスク)１１６を照明する。
上方の照明光学系の光源（不図示）から光が照射され、回路パターンの書かれているレチクル１１６に整形された均一な照明光が入射される。
投影光学系１１４は、レチクル１１６のパターンを基板上であるウェハ基板１０５上に投影する複数の光学素子を含む。
レチクル１１６を通った照明光は投影光学系１１４で縮小されウェハ基板１０５に回路パターンを形成する。
ウェハ基板１０５の全面に亘り露光する際には、ウェハステージ１０６を移動させて行う。
複数の光学素子のうちウェハ基板１０５に最も近くに配置された投影光学系１１４の最終光学素子である最終レンズ１１２とウェハ基板１０５の間に第１の液体である液浸剤１１８が供給される。
液浸剤１１８は、第１の液体供給部である液浸剤供給部１２２から液浸剤供給配管１００を介して供給される。
液浸剤１１８は、さらに配管１０２ａ、１０２ｂにより回収されて廃液部１２６ａ、１２６ｂへと送られる。
このとき、切り替えバルブ１３２ａ、１３２ｂは、排出路である配管１０２ａ、１０２ｂより回収された液体が廃液部１２６ａ、１２６ｂへと送られるように切り替えられ、排出路である配管１０２ａ、１０２ｂは、少なくとも部分的に共用される。
本実施例１の液浸露光装置は、レチクル１１６のパターンをウェハ基板１０５に第１の液体である液浸剤１１８を介して露光する。

図２の概略構成図を参照して、本発明の実施例１の液浸露光装置の最終レンズ１１２近傍を説明する。
第２の液体供給部であるフッ素系溶剤供給部１２４は、最終光学素子である最終レンズ１１２の表面に第１の液体である液浸剤１１８とは異なる第２の液体で、最終レンズ１１２の表面を洗浄する洗浄剤であるフッ素系溶剤１２０を供給する。
さらに、フッ素系溶剤供給部１２４は、洗浄剤が供給され、最終レンズ１１２の表面を洗浄する洗浄槽１０４を有する。
さらに、フッ素系溶剤供給部１２４において、第２の液体であるフッ素系溶剤１２０に接する部分が、金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成る。
洗浄増１０４は、基板の駆動系であるウェハステージ１０６と共に移動され、露光処理後にウェハステージ１０６をＸＹ方向に駆動することにより洗浄槽１０４を投影光学系１１４の下に移動させる。
その後ウェハステージ１０６をＺ方向に駆動して最終レンズ１１２の表面を洗浄槽１０４内のフッ素系溶剤１２０に浸している様子を示している。
ここで、切り替えバルブ１３２ａは、フッ素系溶剤１２０がフッ素系溶剤供給部１２４から供給されるように切り替えられ、配管１０２ｃ、１０２aを介して洗浄槽１０４内に供給される。
洗浄槽１０４内には、フッ素系溶剤１２０に超音波振動を付与するための超音波発振器１３０が設けられ、その振動エネルギーによって最終レンズ１１２の表面がより効果的に洗浄される。
さらに、フッ素系溶剤１２０に浸した状態で、上方の照明光学系の光源（不図示）より照明光が照射され、整形された均一な照明光が投影光学系１１４と最終レンズ１１２を介して入射してくることにより、付着物質の分解、排除を行ってもよい。
洗浄中に、液浸剤供給部１２２から液浸剤供給配管１００を介して、液浸剤１１８が供給されていても良い。

第２の液体供給部であるフッ素系溶剤供給部１２４は、第２の液体であるフッ素系溶剤１２０を回収する液体回収タンク１０８を有する。
フッ素系溶剤供給部１２４において、少なくとも第２の液体に接する部分が、前記金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成る。
洗浄終了後、廃液は排出路である配管１０２ｂから回収され、液体回収タンク１０８へと収容される。
ウェハステージ１０６をＺ方向及びＸＹ方向に駆動して洗浄槽１０４を投影光学系１１４から離間させ、所定位置であるアイドル位置に戻す。
このとき洗浄槽１０４を投影光学系１１４から離間させる前に、液浸剤供給部１２２から液浸剤供給配管１００を介して液浸剤を供給する。
この供給により最終レンズ１１２表面に残余したフッ素系溶剤１２０を洗い流すことができ、光学特性を維持するために効果的である。
さらに、予めフッ素系溶剤供給部１２４内にフッ素系溶剤１２０とは異なる液体としてのすすぎ液（不図示）を用意する。
フッ素系溶剤供給部１２４から配管１０２を介してすすぎ液を供給、配管１０２ｂから回収し液体回収タンク１０８へと収容してすすぎ処理を行えばより効果的である。
すすぎ液としては、例えば純水やアルコール、低ｐＨのＣＯ２溶解液等が用いられる。

図２に示される洗浄槽１０４は、投影光学系１１４の最終端に配置される最終レンズ１１２の洗浄を行う。
洗浄槽１０４は、ウェハステージ１０６上に配置され、ウェハステージ１０６と共に移動する。
ここで、切り替えバルブ１３２ａはフッ素系溶剤１２０がフッ素系溶剤供給部１２４から供給されるように切り替えられる。
配管１０２ｃ、１０２aを介して洗浄槽１０４内に供給され、洗浄後は切り替えバルブ１３２ｂを切り替えることにより、廃液が配管１０２ｂから回収され液体回収タンク１０８へと送られる。
フッ素系溶剤１２０を流しながら洗浄する場合には、洗浄前に廃液が配管１０２ｂから回収され液体回収タンク１０８へと送られるように切り替えバルブ１３２ｂを切り替えておく。
フッ素系溶剤としては、例えばＨＣＦＣ(ハイドロクロロフルオロカーボン)、ＨＦＥ(ヒドロフルオロエーテル)、ＨＦＣ(ハイドロフルオロカーボン)、から成る群より選ばれる少なくとも１種のフッ素系溶剤を有効成分として含有する液体である。
ただし、フッ素系溶剤はこれに限定されるものではない。
フッ素系溶剤供給部１２４は、洗浄後の光学素子の表面をすすぐためのすすぎ液やアルコール等のその他の洗浄液を供給しても良い。液浸剤が水であってもよい。
洗浄槽１０４、液体回収タンク１０８、第２の液体供給部であるフッ素系溶剤供給部１２４、配管１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの第２の液体に接する部分は、金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、から成る。
または、それらを組み合わせた材料から成る。

また、洗浄時に洗浄槽１０４を用いるのではなく、露光用のウェハ１０５を用いて最終レンズ１１２の表面を洗浄することも可能である。
さらに、最終レンズ１１２とウェハ１０５との間隙も、露光時より大きくし、チルトを持たせるなど洗浄効率に応じて設定してよい。
露光用のウェハ１０５を回収せずにそのまま用いるのでなく、露光用ウェハ基板１０５を回収した後に専用ウェハ基板（不図示）を用いて最終レンズ１１２の表面を洗浄することも可能である。
専用ウェハ基板（不図示）は例えばＳｉ基板等が用いられるが、Ｓｉ基板に限定されるものでなく、ウェハ搬送系による搬送が可能で洗浄に適した基板であればよい。
投影光学系１１４の最終レンズ１１２を洗浄する場合として、複数枚のウェハ基板１０５に対してロット単位で指令される露光処理が完了した場合、すなわち露光装置がいわゆるアイドル状態に遷移した後に自動的に実施する場合がある。
さらに、露光処理中に一時的に露光中断すべき状態が発生した際に、オペレータによる洗浄指示があった場合、予め指定された時間以上の中断を検知した場合、自動的に洗浄する場合がある。
最終レンズ１１２表面の汚れ状態を検出する別途不図示の汚れ検出センサを設け、その検出結果に基づいて洗浄を行ってもよい。

次に、図３の概略構成図を参照して、本発明の実施例２の液浸露光装置を説明する。
実施例１と同様の構成及び同様の機能の構成要素については、図中、同一符号を用いて示しその説明を省略する。
本実施例２は、液浸剤１１８を供給するための供給路である液浸剤供給配管１００と、フッ素系溶剤を供給するための供給路である配管１０２ｃとの切り替えバルブ１３２ａで、少なくとも部分的に共用されている点において実施例１と異なる。
従って、切り替えバルブ１３２ａにより液浸剤１１８とフッ素系溶剤との切り替えを行うように構成される。

次に、図４の概略構成図を参照して、この実施例２の液浸露光装置の最終レンズ１１２近傍の構成を説明する。
露光処理後にウェハ基板１０５を回収し、ウェハステージ１０６をＸＹ方向に駆動することにより洗浄槽１０４を投影光学系１１４の下に移動させる。
その後、ウェハステージ１０６をＺ方向に駆動して最終レンズ１１２表面を洗浄槽１０４内のフッ素系溶剤１２０に浸す。
ここで、切り替えバルブ１３２ａはフッ素系溶剤１２０が供給されるように切り替えられ、配管１０２ｃからフッ素系溶剤１２０が洗浄槽１０４内へと供給される。
実施例１においては、洗浄時にフッ素系溶剤供給部１２４からフッ素系溶剤１２０を供給したときに廃液部１２６ａが使用できなくなる。
本実施例２では、フッ素系溶剤供給部１２４からフッ素系溶剤１２０を供給する場合においても、液浸剤１１８を供給する場合と同様の液体回収力を有することから、実施例１に比べて大流量のフッ素系溶剤１０２を流すことが出来る。
従って、最終レンズ１１２への付着物をより短時間で除去することが出来ることから、実施例１に比べて洗浄時間を短縮することが出来る。
なお、本実施例２においても洗浄槽１０４内に超音波発振器１３０を備えれば、さらに洗浄効率が向上する。

次に、図５の概略構成図を参照して、本発明の実施例３の液浸露光装置を説明する。
実施例１および実施例２と同様の構成及び同様の機能の構成要素については、図中、同一符号を用いて示しその説明を省略する。
本実施例３は、液浸剤供給部１２２から液浸剤１１８を供給するための供給路である液浸剤供給配管１００と、フッ素系溶剤供給部１２４からフッ素系溶剤を供給するための供給路である配管１０２ｃが独立に構成されている点が実施例１および実施例２と異なる。

次に、図６の概略構成図を参照して、本実施例３の液浸露光装置の最終レンズ１１２近傍の構成を説明する。
露光処理後にウェハ基板１０５を回収し、ウェハステージ１０６をＸＹ方向に駆動することにより洗浄槽１０４を投影光学系１１４の下に移動させる。
その後ウェハステージ１０６をＺ方向に駆動して最終レンズ１１２表面を洗浄槽１０４内のフッ素系溶剤１２０に浸す。
洗浄中に、液浸剤供給部１２２から液浸剤供給配管１００を介して、液浸剤が供給されていても良い。

実施例１においては、洗浄時にフッ素系溶剤供給部１２４からフッ素系溶剤１２０を供給し、実施例２においては、配管１０２ｃから液浸剤１１８とフッ素系溶剤１２０の供給を行う。
本実施例３では、供給路である液浸剤供給配管１００と供給路である配管１０２ｃが独立に構成される。
また、フッ素系溶剤供給部１２４からフッ素系溶剤１２０を供給する場合においても、液浸剤１１８を供給する場合と同様の液体回収力を有する。
従って、露光中は液浸剤の純度を保ち、洗浄中は大流量のフッ素系溶剤を流すことが出来る。
このため、最終レンズへの付着物をより短時間で除去することが出来、洗浄時間を短縮し、さらに、純度の高い液浸剤を供給することが出来る。
なお、本実施例３においても洗浄槽１０４内に超音波発振器１３０を備えればさらに洗浄効率が向上する。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図７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方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
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）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等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、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
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、それが出荷（ステップ７）される。

図８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、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）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、露光装置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。

本発明の実施例１の露光装置の概略構成図である。 本発明の実施例１の露光装置の最終レンズ近傍を示す概略構成図である。 本発明の実施例２の露光装置の概略構成図である。 本発明の実施例２の露光装置の最終レンズ近傍を示す概略構成図である。 本発明の実施例３の露光装置の概略構成図である。 本発明の実施例３の露光装置の最終レンズ近傍を示す概略構成図である。 露光装置を使用した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７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

１００：液浸剤供給配管
１０２a：配管(供給及び回収)
１０２b：配管(回収)
１０２c：配管(供給)
１０４：洗浄槽
１０５：ウェハ基板
１０６：ウェハステージ
１０８：液体回収タンク
１１２：最終レンズ
１１４：投影光学系
１１６：レチクル
１１８：液浸剤
１２０：フッ素系溶剤
１２２：液浸剤供給部
１２４：フッ素形溶剤供給部
１２６ａ：廃液部(液浸剤のみ)
１２６ｂ：廃液部(液浸剤等)
１３０：超音波発生器
１３２ａ：切り替えバルブ（供給及び排気）
１３２ｂ：切り替えバルブ（排気）

Claims (10)

1. 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを基板上に投影する複数の光学素子を含む投影光学系と、
   前記複数の光学素子のうち前記基板に最も近くに配置された最終光学素子と前記基板の間に第１の液体を供給する第１の液体供給部と、を有し、前記パターンを前記基板に前記第１の液体を介して露光する露光装置であって、
   前記最終光学素子の表面に前記第１の液体とは異なる第２の液体を供給する第２の液体供給部を有し、
   その第２の液体供給部の前記第２の液体に接する部分は、金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成ることを特徴とする露光装置。
2. 前記第１の液体供給部の供給路と前記第２の液体供給部の供給路とを有し、
   前記第１の液体供給部の供給路と前記第２の液体供給部の供給路とが、少なくとも部分的に共用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。
3. 前記第１の液体供給部の供給路と前記第２の液体供給部の供給路とを有し、前記第１の液体供給部の供給路と前記第２の液体供給部の供給路とが、独立に構成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. 前記第２の液体供給部は、前記第２の液体を回収する液体回収タンクを有し、
   少なくとも前記第２の液体に接する部分が、前記金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記第１の液体の排出路と前記第２の液体の排出路とを有し、
   前記第１の液体の排出路と前記第２の液体の排出路とが、少なくとも部分的に共用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。
6. 前記第２の液体が、前記最終光学素子の表面を洗浄する洗浄剤であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
7. 前記第２の液体供給部は、前記洗浄剤が供給され、前記表面を洗浄する洗浄槽を有し、
   前記第２の液体に接する部分が、前記金属、半導体、セラミックス、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイドのいずれか、または、それらを組み合わせた材料から成ることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記洗浄槽は、前記基板の駆動系と共に移動されることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記洗浄槽は、超音波発振器を有することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記基板を現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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