JP4343597B2

JP4343597B2 - 露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP4343597B2
Application number: JP2003181260A
Authority: JP
Inventors: 卓中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: US20050134817A1; JP2005019615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィー工程で用いられる投影露光装置に関し、特に投影光学系と基板との間の光路中の少なくとも一部分に位置する液体を介して露光を行う液浸式露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置に要求される解像度が高まるにつれ、露光波長はますます短くなってきている。露光波長が短くなるとその波長に対して透明なレンズ材料を開発・製造することが困難になるため、投影光学系がコスト高になり、近年の露光装置は高額なものになる傾向がある。
【０００３】
この点に鑑み、従来と同様な投影露光系を用いながら露光基板面における光の波長を実質的に短くし、解像度を向上させる露光装置として、液浸式露光装置が提案されている。
【０００４】
液浸式露光装置においては投影光学系の基板側の光学素子の先端部（投影光学系終端部）とその基板の間の少なくとも一部分が液体で満たされている。この液体の屈折率をＮとすると、液体中での露光光の波長は空気中の１／Ｎになるため、従来の露光装置の構成を大きく変えることなく解像度を向上させることができる。
【０００５】
たとえば、レンズの先端近傍に設けたノズルから液体を流し、レンズと露光基板の間だけに液体を保持する構成の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、基板を所定方向に沿って移動させる際に、投影光学系の基板側の光学素子の先端部と基板の表面との間を満たすように、基板の移動方向に沿って所定の液体を流す液浸式露光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
さらに、露光基板全体を液体に浸す構成の装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭６３−４９８９３号公報
【特許文献２】
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
【特許文献３】
特開平６−１２４８７３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
液浸式露光装置においては、投影光学系終端部と露光基板の間に満たされる液体に気泡が混入することは避けなければならない。液体中の気泡が基板に付着した場合はもちろんのこと、気泡が露光基板の近傍に浮遊している場合も、気泡による異常な屈折と反射によって露光異常が引き起こされる。
【００１０】
たとえば１気圧、摂氏０度の環境下では、水１リットルあたり十数ミリリットルの空気が溶け込むことが知られている。一般に液体の温度が上がったり圧力が低下したりした場合に気体の溶解量は減少する。したがって露光装置内の種々の熱源によって液体の温度が上昇することにより、溶け込んでいた空気が気泡として現れることがある。また液体が流路を流れる際に、屈曲部などにおいて局部的に圧力が低下する場合があり、そのような部位で気泡が現れることがある。
【００１１】
上述の特許文献３には、露光基板全体を液体に浸すための液槽を設け、この液槽を真空排気することによって液体を脱気する方法が開示されている。しかしこの方法では露光光の経路上に気泡が生成される可能性があるから露光中に脱気を行うことはできないし、脱気の過程で発生する気泡を取り除くために十分な時間が必要である。また液槽を用いない方式、すなわち特許文献２のような投影光学系終端部と露光基板の間の一部分に液体を保持する方式の液浸式露光装置においては、そもそも液槽が無く、そこで真空排気による脱気を行うことができない。
【００１２】
したがって、液槽に露光基板全体を浸す方式の液浸式露光装置のみならず、投影光学系終端部と露光基板の間の一部分に液体を保持する方式の液浸式露光装置にも適用可能で、露光を妨げることなく気泡の発生そのものを抑制する手段が望まれていた。
【００１３】
本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系とウエハとの間において気泡の発生をできるだけ抑えることができる液浸式の露光装置を提供することを例示的な目的とする。また、本発明はそのような露光装置を用いた高機能のデバイスの製造方法を提供することをも別の例示的な目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有し、該投影光学系終端部と前記基板との間の少なくとも一部分を液体で満たした状態で、前記基板と前記マスクを相対的に移動させて前記マスクのパターンを基板に投影する露光装置において、第１の経路を介して前記液体の供給と回収とを切り換えて行う第１の液体供給回収装置と、第２の経路を介して前記液体の供給と回収とを切り換えて行う第２の液体供給回収装置と、前記第１の経路及び前記第２の経路のそれぞれに設けられた脱気手段とを有し、前記液体の供給と回収との切り換えを前記基板の移動方向に応じて行い、前記第１の経路及び前記第２の経路のうち、前記基板の移動方向の下流側にある経路から前記液体を供給し、前記基板の移動方向の上流側にある経路から前記液体を回収することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の別の一側面としてのデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光した基板を現像する工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、添付図面を参照して説明される以下の好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態の詳細について、添付の図面をもとに、以下説明する。
【００２０】
図１は本発明による液浸式露光装置の構成を示す図であり、紙面の上下方向（ｚ方向）が実際の垂直方向に対応する。
【００２１】
照明装置ＩＳからの露光光は原版としてのマスク（レチクル）Ｍを照明し、マスクＭのパターンは投影光学系ＰＬによって縮小されて感光性の基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）Ｗに投影され転写される。ここで、照明装置ＩＳは光源（例えばＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）や、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ））とその光源からの光でマスクを照明するための照明系とを有する。
【００２２】
本実施例の液浸式露光装置は、所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であり、マスクＭとウエハＷとが同期走査され、露光が行われる。
【００２３】
マスクＭはマスク保持手段としてのマスクステージＭＳ上に固定され位置調整される。投影光学系終端部６は投影光学系ＰＬの一部をなし、例えば光学素子としてのレンズからなり、最もウエハに近い位置に配置されている部材である。投影光学系終端部６の下面すなわちウエハＷと対向する面は平面になっている。ウエハＷは水平方向に関してＸＹステージＸＹＳによって位置調整され、垂直方向に関してはＺステージＺＳによって位置調整される。ＸＹステージＸＹＳ上にＺステージＺＳが設置されている。ＢＳは精密定盤でＸＹステージＸＹＳを支持している。
【００２４】
１ａは液体供給回収装置であり、給水管８ａから純水の供給を受け、接続管２ａによって脱気装置３ａに接続されている。給水管８ａは純水製造設備に接続されているものとする。脱気装置３ａを通る液体に溶解している気体は後に述べる方法によって除去される。脱気装置３ａには液体供給回収管４ａが接続されている。液体供給回収管４ａの先端部にノズル５ａが形成されている。ノズル５ａの先端は投影露光系終端部６の下面のエッジ近傍に配置されている。
【００２５】
ノズル５ａから放出された液体が投影光学系終端部６とウエハＷの間の空間を満たし、液膜７が形成される。またノズル５ａは必要な場合には液膜７を形成している液体を吸入するようになっている。前記の放出および吸入は液体供給回収装置１ａによって制御される。
【００２６】
液膜７は露光光をできるだけ吸収することなく透過させなければならず、さらにウエハＷに塗布されているレジストをできるだけ侵食してはならないので液体として純水を用いている。
【００２７】
液体供給回収装置１ｂ、接続管２ｂ、脱気装置３ｂ、液体供給回収管４ｂ、ノズル５ｂ、給水管８ｂはそれぞれ液体供給回収装置１ａ、接続管２ａ、脱気装置３ａ、液体供給回収管４ａ、ノズル５ａ、給水管８ａと同等の働きをするように構成されている。ノズル５ｂの先端は投影光学系終端部６をはさんでノズル５ａの反対側に配置されている。
【００２８】
図１においてウエハＷを右に移動させる際には、液体供給回収装置１ａが内部に蓄えている液体をポンプで送出する。液体は接続管２ａを通って脱気装置３ａに送られ、ここで気体を取り除いた上で液体供給回収管４ａに送られ、ノズル５ａからウエハＷ上に放出され、これにより液膜７が保持される。一方ウエハＷの移動に伴って液膜７の右端部分が投影光学系先端部６の下面からはみ出そうとするが、ノズル５ｂから液体を吸引することにより液膜のはみ出しを防ぐことができる。ノズル５ｂから吸引された液体は液体供給回収管４ｂを通って脱気装置３ｂに送られる。液膜７を形成していた液体はわずかではあるが外気に接していたから、脱気装置３ｂで脱気することが望ましい。脱気された液体は接続管２ｂを通って液体供給回収装置１ｂに蓄えられる。
【００２９】
図１においてウエハＷを左に移動させる際には、以上説明した動作を左右逆に行なう。つまり、本実施例の液浸式露光装置は、液体を供給する経路と液体を回収する経路とが切り換え可能となっており、液体がウエハＷの駆動方向に向かって供給されるように切り換えている。
【００３０】
ひとつのノズル５ａまたは５ｂが液体の吸引と排出を繰り返す場合、吸引された液体が脱気装置３ａまたは３ｂに到達することなくふたたび排出されることがある。これは好ましいことではないが、外気に接する時間がごく短時間であれば問題ないと考えられる。
【００３１】
脱気装置３ａおよび３ｂについて説明する。一般に液体中に溶け込む気体の量は圧力低下や温度上昇に伴って減少する。そのため実用化されている脱気装置は圧力変化または温度変化、あるいはこれらの組み合わせを利用している。もっとも単純にはチャンバー内に液体を入れて真空吸引により減圧する方法がある。この方法の欠点は液体を連続的に脱気することができないことである。チャンバー内の液体を加熱する方法や超音波で振動させる方法があるが、減圧による脱気と同様、連続的に脱気できないという欠点がある。連続的に脱気する方法として、気液分離膜チューブを減圧雰囲気に置き、そのチューブの中に液体を通す方法が考案されている。気液分離膜とは気体を透過するが液体を透過しない膜である。非多孔性気液分離膜チューブを用いて脱気を行うものが実用化されている。以上にあげたいずれかの方法を用いて脱気装置３ａおよび３ｂを構成することができる。
【００３２】
なお図１においては説明の都合上、投影光学系終端部６とノズル５ａおよび５ｂが離れて配置されている。しかし良好な露光精度を得るためには液膜７の厚さは０．１ｍｍ程度にする必要があるとされている。したがって実際には投影光学系終端部６の下面のエッジとノズル５ａおよび５ｂはごく近くに配置する必要がある。そのためにたとえばノズル５ａおよび５ｂを投影光学系終端部６やその近傍の鏡筒内部に埋め込み、液体を供給する経路及び／又は回収する経路がそこを通過するようにすることも可能である。
【００３３】
以上説明した実施形態においては、投影光学系終端部と露光基板の間のみに液体を保持している。しかし、本発明は、投影光学系終端部と露光基板の間のみに液体を保持する方式と、露光基板全体を液体に浸す方式いずれに対しても適用可能である。
【００３４】
また以上説明した実施形態においては、脱気手段として脱気装置３ａおよび３ｂがそれぞれノズル５ａおよび５ｂの直前に配置されている。これは液体の放出と吸引を同一ノズルから行い、吸引した液体をただちに脱気するために考案された実施形態である。しかし液体の放出と吸引を別々のノズルから行って液体を循環させる場合や、いったん放出した液体を再度利用することのない場合には、脱気手段を液体の吸引側の経路に配置する必要はない。
【００３５】
また露光基板全体を液槽内で液体に浸す方式の液浸式露光装置においても、液体を前記液槽へ供給する経路の任意の位置に脱気手段を配置することにより本発明を適用可能である。
【００３６】
なお、本実施例において、光源としてＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）を用いた場合等には、液体としては、化学的に安定で、露光光に対する透過率が高く安全な液体であるフッ素系不活性液体を使用してもよい。
【００３７】
また、本実施例においては、露光装置として所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を用いたが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパ）を使用してもよい。
【００３８】
次に、前述した本発明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２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）では半導体デバイスの回路設計を行なう。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のウエハを製造する。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上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なう。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。
【００３９】
図３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）では前述の本発明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なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。
【００４０】
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。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも性能の良い液浸式露光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のシステム構成図である。
【図２】デバイスの製造フローを示す図である。
【図３】図２中のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
ＩＳ照明装置
Ｍマスク
ＭＳマスクステージ
ＰＬ投影光学系
Ｗウエハ
ＸＹＳＸＹステージ
ＺＳＺステージ
１ａ液体供給回収装置
１ｂ液体供給回収装置
３ａ脱気装置
３ｂ脱気装置
５ａノズル
５ｂノズル
６投影光学系終端部
７液膜
８ａ給水管
８ｂ給水管

Claims

マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有し、該投影光学系終端部と前記基板との間の少なくとも一部分を液体で満たした状態で、前記基板と前記マスクを相対的に移動させて前記マスクのパターンを基板に投影する露光装置において、
第１の経路を介して前記液体の供給と回収とを切り換えて行う第１の液体供給回収装置と、
第２の経路を介して前記液体の供給と回収とを切り換えて行う第２の液体供給回収装置と、
前記第１の経路及び前記第２の経路のそれぞれに設けられた脱気手段とを有し、
前記液体の供給と回収との切り換えを前記基板の移動方向に応じて行い、前記第１の経路及び前記第２の経路のうち、前記基板の移動方向の下流側にある経路から前記液体を供給し、前記基板の移動方向の上流側にある経路から前記液体を回収することを特徴とする露光装置。
請求項１記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光した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製造方法。