JP2010206113A - 露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光装置において、基板ステージ上の段差を可能な限り低減し、液浸領域の分断を抑止する露光装置を提供する。
【解決手段】基板７上に液浸領域２３を形成し、該液浸領域２３を介して基板７の表面に露光光を照射する露光装置１であって、基板７の外周に位置し、着脱可能な撥水部材１３と、該撥水部材１３の外周に位置し、平坦面を有する固定部材２１とを備え、撥水部材１３は、基板７の表面と、固定部材２１の平坦面との高さ差を補正するように、表面が傾斜している。
【選択図】図３

Description

本発明は、露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの集積密度の向上に伴い、回路パターンの更なる微細化が要求されている。そこで、半導体製造工程におけるリソグラフィ工程に用いられる露光装置としては、解像力を向上させる液浸法を採用した露光装置が提案されている。この液浸露光装置は、投影光学系の端面の少なくとも一部の領域と、基板ステージ上の被処理基板との空間に液浸水を満たした状態、即ち、液膜を保持した状態で基板を露光する装置である。

液浸露光装置は、液膜を高速で、かつ、途切れること無しに移動させることが生産性向上に必須であり、基板ステージ上の液浸水が通過する領域では、撥水性が高い方が有利である。そのため、この液浸露光装置では、基板の外側に位置する部材として、基板とほぼ同じ高さの撥水性を有する面状の部材を採用している。これにより、液浸露光装置は、基板の外周部を露光する際、基板ステージのアライメントや、２つの露光ステージ間を跨いで液膜を移動させる場合のように、基板の外側に液膜がはみ出す動作においても、液膜を安定して保持できる。

しかしながら、液浸露光装置で露光処理を行う際、基板の外周部周辺において、撥水性を有する部材にも露光光が当たることが避けられない。この撥水部材としては、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰのように、一般にフッ素元素を含有するものが使用されるが、露光光であるＡｒＦ光は、フッ素と他の元素との結合エネルギーを超えるエネルギーを有する。したがって、この結合は、露光の度に切断され、やがて撥水部材のフッ素元素が欠乏し、結果的に液膜を安定して保持するための撥水性が失われるという問題がある。

また、液浸露光装置で液膜を移動させる際、撥水部材と基板との平面に段差が生じていると、液膜が分断され、基板の保持に異常が生じる。この段差の影響は、液浸水を供給及び回収するノズルと、基板との空間距離が小さくなるほど大きい。一般に、空間距離の１０〜２０％程度以上の段差があると、液膜が分断する。このように液膜が分断すると、分断された液滴が露光装置の精度を保証する上で重要な部分に気化熱変形を生じさせ、精度の劣化を招く。更に、液滴は、ゴミを大量に巻き込んだ上で乾燥し、基板汚染の原因となるという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１は、基板テーブルにおいて、露光光が照射される撥液性の部材を交換可能とした露光装置を開示している。また、特許文献２は、基板の外周部周辺に設置されたプレート部材を駆動させることで、基板との段差を調整する露光装置を開示している。

特開２００５−１９１５５７号公報 特開２００５−２０３６８１号公報

しかしながら、特許文献１及び２は、撥液性部材（プレート部材）の表面高さを基板の表面高さに合わせた場合、その部分では段差が解消されるものの、撥液性部材の外周部には段差が生じるので、基板の駆動時に液膜が分断するという問題を解決できない。これに対して、例えば、撥液性部材だけではなく、該撥液性部材の外周に位置する固定部材の高さを駆動調整したとしても、その場合は、固定部材に形成されたアライメントマーク部に段差が生じ、液膜が分断する可能性がある。同様に、例えば、基板を保持するチャックを駆動調整したとしても、駆動機構の介在によって、基板ステージとの位置安定精度は下がり、ナノメートルオーダでの露光装置の重ね合わせ精度が保てなくなる可能性がある。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、液浸露光装置において、基板ステージ上の段差を可能な限り低減し、液浸領域の分断を抑止する露光装置を提供する。

上記課題を解決するために、基板上に液浸領域を形成し、該液浸領域を介して基板の表面に露光光を照射する露光装置であって、基板の外周に位置し、着脱可能な撥水部材と、該撥水部材の外周に位置し、平坦面を有する固定部材とを備え、撥水部材は、基板の表面と、固定部材の平坦面との高さ差を補正するように、表面が傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、撥水部材の表面部を傾斜させ、内周側及び外周側の高さ位置を、基板の表面（基準面）、及び固定部材の平坦面のそれぞれの高さ位置に合致するような形状としているので、基板段差を可能な限り小さくすることができる。したがって、液浸領域における液膜の分断を抑止し、基板移動時の液膜保持の限界速度を速くすることができる。

本発明の実施形態に係る露光装置の本体部分の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る基板ステージ系の構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る撥水部材の周辺構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る撥水部材の周辺構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る撥水部材の周辺構成を示す概略図である。 本発明のその他の実施形態に係る撥水部材の周辺構成を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の本体部分（以下、「露光ユニット」と表記する）を示す概略図である。露光ユニット１は、液浸法によりレチクルのパターンをウエハに露光する装置である。以下、露光ユニット１を構成する投影光学系の光軸と平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクル（原版）及びウエハ（基板）の走査方向にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。

まず、露光ユニット１は、照明光学系２と、パターンが形成されたレチクル３を保持するレチクルステージ４と、レチクル位置計測ユニット５と、投影光学系６と、感光剤が塗布されたウエハ７を位置決めする基板ステージ系８とを備える。
照明光学系２は、内蔵光源（超高圧水銀ランプ等の放電灯）、若しくは露光ユニット１とは別に設置された光源装置（光源部）から、ビームラインを経て照明光を導入し、各種レンズや絞りによってスリット光を生成して、レチクル３を上方から照明する。レチクルステージ４は、ＸＹ方向に移動可能なステージである。レチクル位置計測ユニット５は、レチクル３の位置を計測する装置である。投影光学系６は、レチクル３のパターンをウエハ７に所定の倍率（例えば４：１）で縮小投影する。

図２は、基板ステージ系８の構成を示す概略図であって、（Ａ）は、基板ステージ系８の側面図であり、（Ｂ）は、該側面図に対応した基板ステージ系８の平面図である。基板ステージ系８は、ウエハ７をＸＹ方向に移動可能な２つのステージ、即ち、基板ステージ（微動ステージ）９と、該基板ステージ９の下部に位置し、アクチュエータ１１を介して接続される粗動ステージ１０とから構成される。粗動ステージ１０は、大ストロークで基板ステージ９の加減速を行い、一方、粗微動ステージ間のアクチュエータ１１が、精密に基板ステージ９の位置決めを行う。また、基板ステージ９は、露光時の基板ステージ９の位置決めの原点となるアライメントマーク１２を備える。該アライメントマーク１２は、位置計測時にアライメントマーク１２上を液膜が通過するので、液膜の安定維持のために、撥水性を有することが望ましい。

また、基板ステージ９は、ウエハ７の外周部周辺を露光する際に、露光光が直接照射される部分に位置するように設置された、着脱可能な撥水プレート１３を備える。該撥水プレート１３は、露光光の照射により撥水性の劣化が生じた場合に適宜交換するための、リング状の撥水部材である。撥水プレート１３の材質は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰのように、フッ素元素を含有する樹脂が好適である。

更に、露光ユニット１は、投影光学系の端面の少なくとも一部の領域と、基板ステージ９上のウエハ７との空間に液浸水を供給、及び回収するための液浸ノズル１４ａ、１４ｂを備える。図１において、液浸ノズル１４ａは、不図示の液体供給装置に接続された液体供給用のノズルであり、一方、液浸ノズル１４ｂは、不図示の液体回収装置に接続された液体回収用のノズルである。なお、液浸ノズル１４ａ、１４ｂは、簡単化のために各１箇所の図示としたが、一般的には、複数個所に複数本有するものであり、本発明では、特に限定するものではない。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る撥水プレート（撥水部材）１３の周辺構成を示す概略図（断面図）である。なお、図３において、図１及び図２と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

基板ステージ９は、ウエハ７を保持するチャック２０と、該チャック２０の外周部周辺に設置される固定プレート２１と、該固定プレート２１においてウエハ７の外周部周辺に設置される撥水プレート１３とを備える。更に、基板ステージ９は、チャック２０及び固定プレート２１を保持する保持部材２２を備える。また、ウエハ７の表面に対向するように、液浸ノズル１４ａが設置されており、該液浸ノズル１４ａとウエハ７との間（基板上）に、液浸領域２３を配置している。

チャック２０は、ウエハ７を載置、及び吸着保持するための円盤状の部材である。ウエハ７の吸着方法は、真空吸着方式が一般的である。また、チャック２０は、保持部材２２に、真空吸着、静電吸着、又はネジ止め等で固定される。
固定プレート２１は、平坦面（表面）をウエハ７の表面と略同一の高さとした固定部材である。固定プレート２１の平坦面は、撥水性を有する。この場合、固定プレート２１は、該固定プレート２１自体が撥水プレート１３と同等の樹脂材で形成されてもよいし、若しくは、金属材の表面に撥水加工を施した構成としてもよい。

撥水プレート１３は、着脱機構２４により交換可能に固定プレート２１に固定される。着脱機構２４は、例えば、真空吸着、静電吸着、磁気吸着、若しくはクランプ等のいずれの方式を採用してもよい。撥水プレート１３は、ウエハ７の表面（基準面２６）と、固定プレート２１の平坦面との高さ差がゼロとなるように補正するために、表面部が傾斜している。具体的には、撥水プレート１３の断面形状は、上部に鋭部を有するような、くさび形である。なお、図３では、撥水プレート１３の断面の高部は、リングの内側（ウエハ７側）としているが、リングの外側（固定プレート２１側）を高部とし、リングの内側を低部としてもよい。この場合は、例えば、ウエハ７の基準面２６が、固定プレート２１の平坦面よりも低い高さ位置となった場合に適用される。また、撥水プレート１３のくさび形状は、表面部の撥水コートの膜厚制御、若しくは基材の形状を加工することで実現可能である。

更に、基板ステージ９は、ウエハ７の外周部と撥水プレート１３との間に生じた隙間に浸入した液体を排出するための排水機構２５を備える。これにより、隙間からの液体の飛び出しや汚染、又は気化熱による露光精度への影響を抑えることができる。なお、不図示であるが、排水時に発生する気化熱を抑えるための温調機構を設置する場合もある。

次に、本発明の撥水プレート１３の作用について説明する。まず、撥水プレート１３のリング外側の高さを固定プレート２１の平坦面の高さと同一とし、かつ、リング内側の高さがそれぞれ異なる複数枚の撥水プレート１３を予め準備する。次に、不図示の厚さ計測装置により、予め被処理基板であるウエハ７の厚さを計測する。該ウエハ７の厚さ値に基づいて、撥水プレート１３のリング内側の高さ位置と、ウエハ７の基準面２６の位置とが同一となるような撥水プレート１３を選択し、該撥水プレート１３を固定プレート２１に設置する。このように、ウエハ７の基準面２６と固定プレート２１の平坦面との高さ位置をそれぞれ撥水プレート１３の表面高さ位置に調整した後、液浸露光処理を開始する。液浸露光処理において、撥水プレート１３の撥水面に劣化が生じた場合や、厚さの異なるウエハの処理を行う場合など、処理条件が変化した場合は、その都度、撥水プレート１３を交換し、表面高さ位置の調整を行う。

以上のように、本発明によれば、撥水プレート１３の表面部を傾斜させ、内周側及び外周側の高さ位置を、ウエハ７の基準面２６及び固定プレート２１の平坦面のそれぞれの高さ位置に合致する形状としているので、基板段差を可能な限り小さくすることができる。これにより、液浸領域２３は、撥水プレート１３上を、液膜を分断することなく滑らかに移動することができ、結果的に、液膜保持の限界速度を速くすることができる。更に、本発明では、固定プレート２１の平坦面は、撥水性を有するので、液浸領域２３は、撥水プレート１３近傍をより滑らかに移動することができる。加えて、液浸領域２３は、アライメントマーク１２上も滑らかに移動することができるので、アライメントマーク１２上で液膜が分断することもない。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る撥水プレート（撥水部材）３０の周辺構成を示す概略図（断面図）である。なお、図４において、図３と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴は、基板ステージ９が、撥水プレート３０を弾性変形させて保持する吸引機構（変形機構）３１を有する点にある。

吸引機構３１は、不図示の真空排気装置に接続され、真空排気により撥水プレート３０を吸引し保持すると共に、撥水プレート３０の形状変形をも調整する吸引装置である。なお、吸引方式は、これに限定することなく、例えば、電磁力等を利用するものでもよい。吸引機構３１は、後述するが、撥水プレート３０を弾性変形させた際、ウエハ７側の高さ位置の変形量を大きくするために、撥水プレート３０の中心に対して固定プレート２１側に寄った配置とする。

撥水プレート３０は、吸引機構３１により着脱可能に固定プレート２１に保持される。撥水プレート１３の断面形状は、上部及び下部が平行な長方形とする。なお、撥水プレート３０の材質は、第１の実施形態と同様に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰのような、フッ素元素を含有する樹脂でよいが、第１の実施形態で用いられる材質よりも低剛性の弾性体であることが望ましい。この場合、撥水プレート３０のヤング率や厚みといった剛性（固有値）は、弾性変形量と、吸引機構３１の吸引力との上下限値に基づいて決定する。

次に、本発明の撥水プレート３０の作用について説明する。まず、不図示の厚さ計測装置により、予め被処理基板であるウエハ７の厚さを計測する。吸引機構３１は、ウエハ７の厚さ値に基づいて吸引力を制御することにより、撥水プレート３０のウエハ７側端面の高さを弾性変形により変位させ、ウエハ７の基準面２６の位置と同一の高さに調整する。また、吸引機構３１の吸引力は、撥水プレート３０の保持も考慮し、保持加速度によって下限値を決定する。なお、吸引機構３１による高さ制御は、ウエハ７の円周上で均一な弾性変形を生じさせるよう考慮する。このように、ウエハ７の基準面２６と固定プレート２１の平坦面との高さ位置をそれぞれ撥水プレート３０の表面高さ位置に調整した後、液浸露光処理を開始する。液浸露光処理において、撥水プレート３０の撥水面に劣化が生じた場合や、厚さの異なるウエハの処理を行う場合など、処理条件が変化した場合は、その都度、撥水プレート３０の表面高さ位置の調整を行う。

以上のように、本発明によれば、撥水プレート３０を弾性変形させ、内周側及び外周側の高さ位置を、ウエハ７の基準面２６及び固定プレート２１の平坦面のそれぞれの高さ位置に合致するように制御するので、基板段差を可能な限り小さくすることができる。これにより、液浸領域２３は、撥水プレート３０上を、液膜を分断することなく滑らかに移動することができ、結果的に、液膜保持の限界速度を速くすることができる。更に、この場合、厚さの異なる撥水プレートを複数枚準備する必要がなく、撥水プレートの交換時間を短縮することができ、これにより、露光装置のダウンタイムを低減することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る撥水プレート（撥水部材）４０の周辺構成を示す概略図（断面図）である。なお、図５において、図３と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴は、撥水プレート４０の断面の傾斜を駆動機構（変形機構）４１により制御する点にある。

基板プレート９は、駆動機構４１と、撥水プレート４０の着脱機構４２とを備える。駆動機構４１は、撥水プレート４０の円周下部に複数配置される。撥水プレート４０の傾き量を均一にするために、撥水プレート４０の下部には、円周状のリブを設置してもよい。駆動機構４１は、空気圧、電磁石、若しくはピエゾアクチュエータ等が使用可能である。着脱機構４２は、駆動機構４１の動作により欠落しないように、メカニカルクランプや、空気圧による吸引等が使用可能である。
撥水プレート４０は、着脱機構４２により着脱可能に固定プレート２１に保持される。撥水プレート４０の断面形状は、上部及び下部が平行な長方形、若しくは、第１の実施形態と同様にくさび形である。なお、撥水プレート４０の材質は、第１の実施形態と同様に、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰのような、フッ素元素を含有する樹脂である。

次に、本発明の撥水プレート４０の作用について説明する。まず、不図示の厚さ計測装置により、予め被処理基板であるウエハ７の厚さを計測する。駆動機構４１は、ウエハ７の厚さ値に基づいて撥水プレート３０のウエハ７側端面の高さを駆動力により変位させ、ウエハ７の基準面２６の位置と同一の高さに調整する。なお、駆動機構４１による高さ制御は、ウエハ７の円周上で均一な弾性変形を生じさせるよう考慮する。このように、ウエハ７の基準面２６と固定プレート２１の平坦面との高さ位置をそれぞれ撥水プレート４０の表面高さ位置に調整した後、液浸露光処理を開始する。液浸露光処理において、撥水プレート４０の撥水面に劣化が生じた場合や、厚さの異なるウエハの処理を行う場合など、処理条件が変化した場合は、その都度、撥水プレート４０の表面高さ位置の調整を行う。

以上のように、本発明によれば、撥水プレート４０を駆動させ、内周側及び外周側の高さ位置を、ウエハ７の基準面２６及び固定プレート２１の平坦面のそれぞれの高さ位置に合致するように制御するので、基板段差を可能な限り小さくすることができる。これにより、液浸領域２３は、撥水プレート４０上を、液膜を分断することなく滑らかに移動することができ、結果的に、液膜保持の限界速度を速くすることができる。更に、この場合、厚さの異なる撥水プレートを複数枚準備する必要がなく、撥水プレートの交換時間を短縮することができ、これにより、露光装置のダウンタイムを低減することができる。

（デバイスの製造方法）
次に、上記露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジストが塗布された基板を、上記露光装置を用いて露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。
第１の実施形態では、撥水プレート１３の断面形状をくさび形としたが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、図６に示す撥水プレート５０のように、断面形状を液膜の分断に影響の無い程度の範囲で、段差構造（階段構造）の形状としてもよい。

１ 露光装置
７ 基板
１３ 撥水プレート
２１ 固定プレート
２３ 液浸領域
３０ 撥水プレート
３１ 吸引機構
４０ 撥水プレート
４１ 駆動機構
５０ 撥水プレート

Claims (8)

1. 基板上に液浸領域を形成し、該液浸領域を介して前記基板の表面に露光光を照射する露光装置であって、
   前記基板の外周に位置し、着脱可能な撥水部材と、該撥水部材の外周に位置し、平坦面を有する固定部材とを備え、
   前記撥水部材は、前記基板の表面と、前記固定部材の平坦面との高さ差を補正するように、表面が傾斜していることを特徴とする露光装置。
2. 前記撥水部材の断面形状は、くさび形であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記撥水部材の断面形状は、段差構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記撥水部材は、表面の高さがそれぞれ異なる複数の撥水部材の内から、前記基板の表面高さに基づいて選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記撥水部材を変形させて前記撥水部材の表面の傾斜を変化させる変形機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記変形機構は、吸引力により、前記撥水部材の表面の傾斜を変化させることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記固定部材の平坦面は、撥水性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項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、
   を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

Images