JP2010034605A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系の最も基板側にある光学素子と基板との間に充填する液体の温度を高精度に安定して調整することが可能な露光装置を提供すること。
【解決手段】 レチクルのパターンを基板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基板の一部分との間に充填された液体を介して前記基板を露光する露光装置において、前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材が持つ流路に温度を調整した流体を供給する温度調整装置と、を備え、前記保持部材が持つ流路は、複数の分割した流路を有し、前記温度調整装置は、前記複数の分割した流路の夫々を流れる前記流体の温度を独立に調整することを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般にレチクル等の原版のパターンをウエハ等の基板に露光する露光装置及びその露光装置を用いた半導体チップ、液晶パネル等の各種デバイスの製造方法に関し、特に、投影光学系と基板との間に充填された液体を介して基板を露光する液浸式の露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法にに関するものである。

液浸式の露光装置は、基板と投影光学系の基板に最も近い光学素子との間に液体を充填させることによって、その液体の高屈折率を利用し、ＮＡ（開口数）を上げることができるため、高解像度が期待されている。

液浸式の露光装置としては、基板全体を液体の中に浸す方式（例えば、特許文献１参照。）のものや、基板と投影光学系の基板に最も近い光学素子との間にだけ液体を充填させる方式（例えば、特許文献２参照。）のものなどが提案されている。

図５に特許文献１の構成図を示す。図５は基板を保持する基板チャック１０２を断面で示した図である。基板はその裏面を吸着面１０２ａと接触させるように真空吸着される。吸着用のバキュームは真空ポンプからバキューム溝１０２ｃを介して排気される。そして、吸着面１０２ａに保持された基板上に液浸材となる液体を流す。このとき、壁１０２ｄから外側に液体がこぼれないように液体を入れる。

さらに、特許文献１ではその液体の温度変化が液体の屈折率の変化に与える影響に関して開示している。そのため、温度センサ１０８ａと温度調整器１０８ｂ、温調制御器１０８ｃを設けている。温度センサ１０８ａによって検出される液体の温度が一定になるように、温調制御器１０８ｃとペルチェ素子からなる温度調整器１０８ｂによって制御される。

特開平１０−３０３１１４号公報 国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。

図５は複数箇所に配置した温度センサ１０８ａによって露光領域外の液体の温度を検出できるが、温度センサ１０８ａを基板上に配置することができないため、露光領域での液体の温度を検出することは不可能である。すなわち、温度センサ１０８ａの検出結果を温調制御器１０８ｃと温度調整器１０８ｂでフィードバック制御することは高精度な温度制御ができないことを意味している。

したがって、露光領域での温度制御が困難となり、露光領域での液体の温度変化に伴い、液体の屈折率が変動してしまうため、その解像性が低下する。

これは、図５のような基板全体を液体の中に浸す液浸式の露光装置に限らない。基板と基板に最も近い光学素子との間だけに液体を充填させる液浸式投影露光装置に図５の温度制御を用いると、温度センサ１０８ａと液体が接触する機会は少なく、すなわち液体の温度を検出が容易に行えないためその温度制御が困難となる。そうすると、露光領域での液体の温度変化に伴い、液体の屈折率が変動してしまうため、その解像性が低下する。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、投影光学系の最も基板側にある光学素子と基板との間に充填する液体の温度を高精度に安定して調整することが可能な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を基板に投影する投影光学系と備え、前記投影光学系の最終レンズと前記基板の一部分との間に充填された液体を介して前記基板を露光する露光装置において、前記基板を保持する保持部材と、前記保持部材が持つ流路に温度を調整した流体を供給する温度調整装置と、を備え、前記保持部材が持つ流路は、複数の分割した流路を有し、前記温度調整装置は、前記複数の分割した流路の夫々を流れる前記流体の温度を独立に調整す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、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い露光装置を提供することができる。

本発明の露光装置の構成を模式的に説明する図である。 本発明の実施例１に係る基板チャックと温度調整装置を説明する図である。 本発明の実施例２に係る基板チャックと温度調整装置を説明する図である。 本発明の実施例３に係る投影光学系の最も基板側にある光学素子と温度調整装置を説明する図である。 従来の技術の液浸式露光装置の温度調整方法を示す図である。 デバイスの製造フローを示す図である。 図６のウエハプロセスを示す図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の露光装置を説明する図である。
図１において、１はウエハなど基板、２は基板１を保持する保持部材としての基板チャックであり、基板の保持方法としては真空保持する方法や静電保持する方法がある。３は基板ステージで、基板１をＸ，Ｙ，Ｚと各軸まわりの６軸の駆動軸を有することが好ましい。４はステージ定盤で、基板ステージ３はステージ定盤４にエア浮上あるいは磁気浮上し駆動する。５は投影光学系で不図示のレチクル（マスク）のパターンを基板１に投影する光学系である。なお、投影光学系５の上部にはレチクルがあり、レチクルはレチクルステージ上に搭載され、基板ステージ３と同期してスキャン駆動するが、図１では不図示とした。また、さらにその上部には照明系と露光光の光源があるが、同様に不図示とした。光源としては、ＡｒＦエキシマレーザやＦ２レーザ等を使用することができる。６は液体で、液浸式投影露光装置では基板１と、投影光学系５の最も基板１に近い光学素子との間に液体６を充填させる。なお、光源がＡｒＦエキシマレーザの場合、液体６は主に水などが用いられ、Ｆ２レーザの場合にはフッ化化合物などが用いられる。そして、７は液体ノズルで、基板１と投影光学系５の最も基板１に近い光学素子との間への液体６の供給、および液体６の回収を行うものである。次に、８は温度調整装置で、温度を調整した温調水を、温度調整用の流路となる水路を形成した基板チャック２内へ流すものである。また、９は制御部で基板ステージ３の位置制御など、装置全体の駆動の計測制御を行うものである。

図２は実施例１における基板チャック２を説明する図である。図２の上図は基板チャック２の断面を示しており、そのＡ−Ａ断面を下図に示した。
図２において、２ａはピン（突起部）である。ピン２ａは基板１の裏面と接触させて保持させるもので、基板１の裏面と基板チャック２との間に異物が混入したときなど、基板１の平面度の悪化を防止するため、その接触面積を減らすように基板チャック２の表面はピン２ａの構造としている。２ｂは温度調整用の水路である。基板チャック２内に水路２ｂを形成し、水路２ｂの中に温度調整された温調水を流すことで、基板チャック２の温度調整を行う。なお、温調水は所定の範囲内の温度になるように温度調整装置８で温度調整することが好ましい。水路２ｂはなるべく基板チャック２の全面に分布するように形成することが好ましい。なお、基板の保持方法は真空保持や静電保持があるが、そのための配管、配線は不図示とした。

通常、基板チャック２はＳｉＣなどセラミックスで作成される。したがって、基板チャック２の内部に水路を形成することは困難である。そこではじめに少なくとも二部構成で各々を作成し、それらを貼り合わせることによって一つの基板チャック２を作成する。例えば、Ａ−Ａ断面より上部、すなわち基板１を保持する側と、Ａ−Ａ断面よりも下部、すなわち基板ステージ３側の二種類をそれぞれ作成し、その後、接着や陽極接合などで貼り合わせる。そのとき、基板１を保持する側、もしくは基板ステージ側３の少なくともいずれか一方に水路を形成する。なお、流路は図２のような形状に限定されず、任意であり、例えば基板チャック内部でなく、基板チャックの周辺に設けることとしてもよい。また、本実施例では温度調整用の流体に水を使用したが、これに限定されず、温調水以外の液体あるいは気体でも良い。更に、不図示の制御部９からの露光光照射情報（基板１や液体６に対する積算露光量等の情報）に基づいて、温度調整装置８が、露光中に上昇した基板１および不図示の液体６の温度を相殺するように温調水の温度を下げる構成としても良い。

以上、説明した本実施例によれば、温度調整した温調水を基板チャック２の流路に流すことによって、基板チャック２の安定した温度調整が可能となる。基板チャック２の熱容量は基板１や液体６の熱容量に比べて十分大きいので、基板チャック２の温度調整ができれば、基板１と液体６の温度調整が可能となる。

実施例１では、温度調整装置８で温度を調整した温調水を基板チャック２の内部の略全面に流すことで、基板チャック２の温度調整、さらには液体６の温度調整を行った。

これに対して、本実施例においては、基板チャック２内部の水路の領域を四分割することで、さらに高精度な温度調整を行う。なお、その作成方法は実施例１と同様に、はじめに少なくとも二部構成で各々を作成し、それらを貼り合わせることによって一つの基板チャック２を作成する。また、温度制御装置８以外に関する露光装置の構成は、図１と略同様の構成であるため説明は省略する。

図３は実施例２における基板チャック２を説明する図である。基板チャック２内部の詳細な水路を不図示としたが、破線で示すように、基板チャック２内部を第一象現から第四象現まで分割し、それぞれの象現について、温度調整装置８で温度調整された温調水を流すことで温度調整する。なお、温度調整は実施例１と同様に温調水などの流体を用いる。

次に、制御方法について説明する。
初期状態として各象現一定に液温調整しておく。そして例えば、露光位置が第一象現の位置にあるという露光位置情報が制御部９から温度調整装置８へ送られた時、温度調整装置８は第一象現へ流す温調水の温度だけ独立に変える。これは露光エネルギを受けて上昇する基板１や液体６の温度を相殺するように温調水の温度を下げる。また、この制御はフィードフォワードで行っても良い。すなわち、現在の露光位置での温度調整ではなく、次に露光を行う位置の温度を調整しても良い。

なお、図３では第一象現から第四象現までの四分割としたが、これに限定されず、分割数は任意である。

更に、不図示の制御部９からの露光光照射情報（基板１や液体６に対する積算露光量等の情報）に基づいて、温度調整装置８が、露光中に上昇した基板１および不図示の液体６の温度を相殺するように温調水の温度を下げる構成としても良い。

以上、説明した形態によれば、基板チャック２の温度調整を分割して行うことができるため、より高精度に基板チャック２を温度調整することができるようになり、基板１と液体６の温度調整も高精度に行うことができる。

実施例１と実施例２では、基板チャック２を温度調整することによって、液体６の温度調整を行った。

これに対して、本実施例では投影光学系５の最も基板１側にある光学素子５ａを温度調整することによって、光学素子５ａと基板１との間の液体６の温度調整を行う。なお、温度制御装置８以外に関する露光装置の構成は、図１と略同様の構成であるため説明は省略する。

図４は実施例３における温度調整の構成を説明する図である。図４において、５ａは最終レンズで、投影光学系５の最も基板１側にある光学素子のことである。５ｂは支持部であり、最終レンズ５ａを支持している。そして、支持部５ｂは投影光学系５の中で保持されている。次に、温度調整に関する部分を破線で示したので、説明する。８ａは温度調整管であり、支持部５ｂの周囲を囲んでいる。温度調整装置８で所定の範囲内の温度になるように温度調整された温調水は温度調整管８ａを通って、支持部５ｂ、さらには最終レンズを５ａの温度調整を行う。

また、不図示の制御部９からの露光光照射情報（液体６やレンズ５ａに対する積算露光量等の情報）に基づいて、温度調整装置８は露光中に上昇した最終レンズ５ａおよび不図示の液体６の温度を相殺するように温調水の温度を下げる方法にしても良い。
なお、温度調整には実施例１や実施例２と同様に温調水などの流体を用いる。

図４は温度調整管８ａを支持部５ｂの周囲に囲む方法について説明したが、これに限定されず、支持部５ｂの中に温度調整用の流路となる水路を設けて、その中に温度調整された水を流す方法や、温度調整されたガス、例えばヘリウムや窒素などを最終レンズ５ａに吹き付ける方法でも良い。この場合でも、不図示の制御部９からの露光光照射情報に基づいて、温度調整装置８は露光中に最終レンズ５ａおよび不図示の液体６の上昇する温度を相殺するようにガスの温度を下げる方法にしても良い。

実施例１と実施例２は基板チャック２の温度調整を行い、実施例３は最終レンズ５ａと支持部５ｂの温度調整を行うことで、液体６の温度調整を行う方法についてそれぞれ説明したが、本発明では、少なくともいずれか一つの方法を用いて液体６を温度調整すれば良く、当然、両者の方法で液体６を温度調整しても良く、その場合には、液体６のより安定且つ高精度な温度調整が可能となる。その場合、温調用の流体の流路を共通のものとしても良い。

本実施例の形態によれば、温度調整した温調水を支持部５ｂや最終レンズ５ａの周囲に流すことによって、最終レンズ５ａの温度調整が可能となる。最終レンズ５ａの熱容量は液体６の熱容量に比べて十分大きいので、最終レンズ５ａを温度調整ができれば、液体６の温度調整が可能となる。さらに露光光が照射する領域の近傍で温度調整が可能なので、より高精度に液体６の温度調整が行うことができる。

以上、本発明の露光装置の実施例について述べてきたが、これらの実施例の形態によれば、露光エネルギを吸収して上昇する液体の温度を調整することが可能であるため、液体の屈折率変化を所定以内に抑えることができ、解像性の高い露光装置を提供することが可能となる。

次に、上記の実施例に記載の露光装置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等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。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（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）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基板とし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、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハに実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いて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デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図７は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記実施例に記載の露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。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。これらステップを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。

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。

１ 基板
２ 基板チャック
２ａ ピン
２ｂ 水路
３ 基板ステージ
４ ステージ定盤
５ 投影光学系
５ａ 最終レンズ
５ｂ 支持部
６ 液体
７ 液体ノズル
８ 温度調整装置
８ａ 温度調整管
９ 制御部

Claims (3)

1. レチクルのパターンを基板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基板の一部分との間に充填された液体を介して前記基板を露光する露光装置において、
   前記基板を保持する保持部材と、
   前記保持部材が持つ流路に温度を調整した流体を供給する温度調整装置と、を備え、
   前記保持部材が持つ流路は、複数の分割した流路を有し、
   前記温度調整装置は、前記複数の分割した流路の夫々を流れる前記流体の温度を独立に調整する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第２の温度調整装置は、露光位置情報に基づいて、前記複数の分割した流路毎にその流路を流れる前記流体の温度を調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 請求項１または２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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