JP6332948B2 - 露光装置およびそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置およびそれを用いたデバイスの製造方法に関する。

高い解像力を有する露光装置として液浸露光装置が知られている。液浸露光装置は、投影光学系の最終面と基板との間を液体で満たし、投影光学系および液体を介して原版のパターンを基板に投影して基板を露光する。液浸露光装置では、最終面と基板との間の液体に気泡が存在すると、気泡が露光光を遮光および屈折し、パターンの解像度を劣化させることがある。そのため、液浸露光装置は、脱気処理された液体を使用する。また、このような液浸露光装置では、基板の周縁部の露光の際およびフォーカスやアライメントといった計測の際の液体漏れを抑えるため、基板および計測プレート周辺部に補助部材が設けられている。特許文献１には、補助部材と計測プレートの間の隙間への液体漏れを抑止するために封止部材を設け、封止部材がポリマー製の封止部と接着層を有することが記載されている。

特開２０１１−１０９０９２号公報

しかしながら、上述のような封止部材は、計測プレートや補助部材と接触しているが、微小隙間を有する。計測プレート、封止部材、補助部材等の液浸液が接触する部材の表面は撥水性が制御されているものの、この微小隙間には気体が存在しているため、計測プレートでの計測等で脱気処理された液体は、封止部材上に配置されると、微小隙間の気体を溶解する。封止部材の微小隙間の気体が液体中に溶解すると、その隙間は陰圧となり、液体が微小隙間に入り込む。微小隙間に入り込んだ液体は、液浸液の保持力よりも強い力で微小隙間に停留しているため、計測プレートでの計測等が完了し液浸液が移動しても、そのまま微小隙間に残り、さらには液浸液の一部を引き込み、大きな液体残りを発生させることがある。特に、微小隙間を有する断面構造が閉じた空間を形成し液体がその閉じた空間すべてを覆っている場合かつ、微小隙間に浸入した液体によって働く分子間力が液体の表面張力よりも強い場合、閉じた空間内すべてを覆った膜状の液体残りが発生する。この液体残りは、基板上では露光精度の低下の原因となり、計測プレート上では、乾燥時、計測プレートを汚染させ、計測不良の原因となる。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、液浸露光後の計測プレート上での液体残りの発生を抑える点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、投影光学系と基板との間を液体で満たした状態で基板を露光する露光装置であって、基板を保持面において保持する基板ステージの保持面がある表面に設置される計測部材と、計測部材との間に隙間空間を有して表面に設置される補助部材と、補助部材に接着され、隙間空間を覆うように設置され、補助部材の表面と接着する固定部材を含む封止部材と、を備え、封止部材の計測部材側の端部における形状は、固定部材と計測部材上にある液体とを大気に接触させる空間を形成し、封止部材は、端部から隙間空間までを連通させる第１切り欠き構造を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、液浸露光後の計測プレート上での液体残りの発生を抑える点で有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウエハステージの上面図である。 従来技術に係る計測プレート近傍の構成を示す図である。 第１実施形態に係る計測プレート近傍の構成を示す図である。 第２実施形態に係る計測プレート近傍の構成を示す図である。 第３実施形態に係る計測プレート近傍の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。この露光装置は、一例として、半導体デバイスの製造工程に使用される、ステップ・アンド・スキャン方式の液浸露光装置とする。液浸露光装置は、投影光学系の最終面とウエハとの間の空間（液浸領域）に液体（液浸液）１８を供給した状態で、レチクル（原版）２に形成されているパターン（例えば、回路パターン）をウエハ６上（基板上）に露光する。ステップ・アンド・スキャン方式の液浸露光装置では、レチクル２を保持しているレチクルステージ（原版ステージ）３と、ウエハ（基板）６を保持しているウエハステージ（基板ステージ）７とが、一方が他方に同期しながら移動する。このような同期を通して、結果として、レチクル２上のパターン全体が投影光学系４を介してウエハ６上に連続的に結像し、ウエハ６表面に塗布されたレジストを感光させる。なお、図１では、鉛直方向であるＺ軸に垂直な平面内で露光時のレチクル２およびウエハ６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軸を取っている。そして、本実施形態では、Ｚ軸と投影光学系４の光軸とが平行である。この露光装置は、照明系１と、レチクルステージ３と、投影光学系４と、ウエハステージ７と、ノズル１９とを備える。

照明系１は、例えば、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、または絞りなどの光学素子を含み、不図示の光源から照射された光をスリット状に調整し、均一な照度分布の露光光でレチクル２上の所定の照明領域を照明する。光源としては、水銀ランプの他に、例えば、ＫｒＦエキシマレ−ザーや、さらに短波長のＡｒＦエキシマレ−ザーやＦ２レ−ザーを照射する光源とし得る。

レチクルステージ３は、レチクル２を保持し、Ｘ、Ｙ軸方向へ移動可能、およびθＺ方向に微小回転可能とする。ただし、レチクルステージ３は、１軸駆動から６軸駆動までのいずれの駆動を行うものでもよい。レチクルステージ３は、リニアモーターなどの駆動装置（不図示）により駆動され、この駆動は、制御部（不図示）により制御される。

投影光学系４は、レチクル２のレチクルパターンを所定の投影倍率でウエハ６上に投影する。液浸露光装置は、投影光学系４の最もウエハ６側に配置された最終レンズ（光学素子）５とウエハ６との間の液浸領域に液体１８を満たした状態で、ウエハ６を露光する。

ウエハステージ７は、定盤８上に配置され、ウエハ６を保持し、リニアモーターなどの駆動装置（不図示）により，Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能とし、かつθＸ、θＹ、θＺ方向に微小回転可能とする。また、ウエハステージ７には、Ｘ方向測長用ミラー１０が固設され、ウエハステージ７のＸ方向の位置計測をするＸ方向レーザー干渉計１１から照射された光を反射し受光することにより、ウエハステージのＸ方向の位置を計測する。また、Ｙ方向にも同様に、ウエハステージ７に固設されたＹ方向測長用ミラー（不図示）、Ｙ方向の位置計測をするＹ方向レーザー干渉計（不図示）が設けられ、ウエハステージ７の位置計測が行われる。またレチクルステージ３にも同様に、測長用ミラー（不図示）が設けられ、レチクルステージ３の位置計測をするレーザー干渉計（不図示）によって、レチクルステージ３の位置計測を実施する。

レチクルステージ３やウエハステージ７の位置はリアルタイムに計測され、この計測値に基づいて制御部（不図示）は、レチクル２やウエハ６の位置決めや同期制御を行う。ウエハステージ７には、ウエハ６の上下方向（Ｚ方向）の位置や回転方向、傾きを調整、変更または制御を行う駆動装置が内蔵されている。露光時は、この駆動装置により投影光学系４の焦点面にウエハ６上の露光領域が常に高精度に合致するようにウエハステージ７が制御される。ここで、ウエハ６上の露光面の位置（上下方向位置と傾き）は、不図示の光フォーカスセンサーによって計測され、制御部に提供される。

ウエハステージ７および投影光学系４の最終レンズ近傍の空間は、概ね密閉された空間が形成され、この空間内に、空調装置（不図示）から所定の温度および湿度に制御された気体が吹き込まれる。これにより、ウエハステージ７および最終レンズ周りの空間は、所定の温度に保たれる。また、レチクルステージ３の周辺空間についても同様に、概ね密閉された空間が形成され、制御された気体が吹き込まれる。これにより、レチクルステージ３の周辺空間は、所定の温度に保たれる。

ノズル１９は、投影光学系４の最終面の光学素子５を囲むように設けられ、液浸領域へ液体１８を供給する供給口１２および液浸領域から液体１８を回収する回収口１３を有する。供給口１２は、光学素子５の外周を囲み、ウエハ６と対向するように設けられ、回収口１３は、光学素子５と供給口１２とを囲み、ウエハ６と対向するように設けられる。供給口１２の上方には、供給管１４より供給される液体１８が供給口１２の全周に行き渡るようにバッファの空間２０が設けられ、バッファの空間２０は供給管１４を介して液体供給装置１６に接続されている。また、回収口１３の上方には、供給口１２と同様に、バッファの空間２１が設けられ、バッファの空間２１は回収管１５を介して液体および気体回収装置１７に接続される。

ここで、回収口１３を用いて、気体が回収される機構を説明する。液体１８の供給開始時（すなわち、まだ液浸領域が液体１８で満たされていない状態）には、回収口１３は、液浸領域に存在する気体を回収する。その後、液浸領域が液体１８で満たされていると、液体１８は供給口１２から供給され続けると共に、回収口１３により回収され続ける。そのため、図１に示すように、液体１８は、回収口１３を超えて、ウエハステージ７の外に流出することはない。この構成により、回収口１３付近には、液体１８と外部の気体との界面が生じ、回収口１３から液体１８と液体１８の周りの気体とが回収される。ここで、図１において、バッファの空間２０につながる供給管１４と、バッファの空間２１につながる回収管１５とは、理解し易くするため同一平面内（ウエハ６と垂直なＺＸ平面内）に描いている。しかし、この構成に限定せず、供給管１４や回収管１５は、ウエハ６と垂直な平面で、異なる平面内にそれぞれ配置してもよい。

液体供給装置１６は、例えば、液体１８を貯めるタンク、液体１８を送り出す圧送装置、液体１８の供給流量の制御を行う流量制御装置を含み得る。液体供給装置１６には、さらに、液体１８の供給温度を制御するための温度制御装置を含むことが好ましい。液体および気体回収装置１７は、例えば、回収した液体１８と気体とを分離し、液体１８を一時的に貯めるタンクと、液体１８および気体を吸い取る吸引装置と、液体１８および気体の回収流量を制御する流量制御装置とを含み得る。

液浸型の露光装置用の液体１８は、露光光の吸収が少ない液体物質が好ましい。具体的には、例えば、純水、機能水、およびフッ化液（例えば、フルオロカーボン）などが、液体１８として採用され得る。液体１８は、気泡の発生を抑制し、また、気泡が発生しても即座に液体１８中に吸収できるよう、予め脱気装置２２を用いて溶存ガスが十分に取り除かれる。例えば、環境気体中に多く含まれる窒素および酸素を対象とし、液体１８に溶存可能なガス量の８０％以上を除去すれば、十分に気泡の発生を抑制することができる。脱気装置２２としては、例えば、ガス透過性の膜を隔てて一方に液体１８を流し、もう一方を真空にして液体１８中の溶存ガスをその膜を介して真空中に追い出す、真空脱気装置などが採用され得る。

図２は、ウエハステージ７を上方から見た平面図である。ウエハステージ７の上面（基板ステージ上）には、ウエハ６と略同面となる補助部材（平面板）９が設けられる。補助部材９は、ウエハ６の端部を露光する際、液体１８が、ウエハ６から外側へ流出し、さらにウエハステージ７から定盤８へ流出することを抑止する。

また、液浸型に限らず露光装置は、レチクルのパターンとの重ね合わせを数ｎｍ程度の高精度で行う必要がある。重ね合わせを高精度で実施するため、フォーカスやアライメントといった露光に関する各種計測を行う計測部材としての計測プレート２４をウエハステージ上に複数設置する。液浸型の露光装置において、計測プレート２４は、補助部材９と同様に、ウエハ６と略同面となるように配置される。また、露光光の照度を計測する光センサ２５も、計測プレート２４と同様に、ウエハ６と略同面となるようにウエハステージ７上に配置される。

図３は、従来技術における計測プレート２４近傍の概略構成図である。なお、説明の簡単化のために、以下、従来の構成要素のうち、本実施形態における構成要素に対応するものには同一の符号を付す。図３（ａ）に示すように、補助部材９と計測プレート２４とが接触していると、接触部分を介して力が伝わることで、計測プレート２４に変形やズレが生じ、計測精度が低下するため、補助部材９と計測プレート２４との間には隙間（隙間空間）２６を設ける。隙間２６は、液体１８が隙間２６に流出しないよう、封止部材で封止される。従来の封止部材は、液体１８の隙間２６への侵入を抑える撥水膜２８、および撥水膜２８を補助部材９などに接着させる粘着層２７を有する。粘着層２７としては、任意の接着剤または粘着剤などが、撥水膜２８としては、フッ素化合物（例えば、ＰＴＦＥまたはＰＦＡなどのポリテトラフルオロエチレン）が採用され得る。

図３（ｂ）は、従来技術における封止部材を拡大した概略構成図である。図３（ｂ）に示すように、従来の封止部材の粘着層２７には、特に、計測プレート２４との接触面に微小隙間２３が存在しやすい。微小隙間２３は、空気で満たされているため、脱気された液体１８が接触すると、微小隙間２３の空気は、液体１８へ溶解する。微小隙間２３の空気が全て液体１８へ溶解すると、微小隙間２３は、陰圧となり、接触している液体１８を微小隙間２３内に取り込む。微小隙間２３が複数連なっている場合には、液体１８の微小隙間２３への浸入と微小隙間２３の空気の液体１８への溶解が連続的に発生し、その連なった微小隙間２３の範囲全体に液体１８が取り込まれる。このようにして封止部材内に取り込まれた液体１８は、隙間２６内に流出する可能性がある。また、ウエハステージ７の移動により、液体１８が計測プレート２４上から移動する際、微小隙間２３に液体１８が侵入していると、微小隙間２３の液体１８を回収することができない。さらに、分子間力により、微小隙間２３外にある液体１８の一部を、微小隙間２３の液体１８が引き付けるため、ウエハステージ７が移動した後も計測プレート２４上に液体１８が残る場合がある。特に、液体１８が隙間２６の全周を封止する封止部材と計測プレート２４との接触面を覆い、かつ微小隙間２３に浸入した液体１８の分子間力が、液体１８の表面張力よりも強い場合、膜の状態となって、液体１８が計測プレート２４上に残る可能性がある。

次に、本実施形態における封止部材の構成について詳説する。図４は、本発明の第１実施形態における露光装置の計測プレート２４近傍の概略構成図である。図４に示すように、本実施形態の封止部材における粘着層（固定部材）２７の計測プレート２４上にある端部３１は、隙間２６を通って大気開放されるように、液体１８と露光装置内の大気とを連通する形状の切り欠き構造（第１切り欠き構造）を有する。この構成により、計測プレート２４の表面上に液体１８が存在し、該液体１８が封止部材の端部３１に接触している状態で、計測プレート２４の表面と液体１８とが接触する領域の少なくとも一部が気体とも接触する空間が形成される。その結果、粘着層２７の微小隙間２３にある空気が液体１８へ溶解しても、微小隙間２３は、陰圧にならない。そのため、封止部材の微小隙間２３への液体浸入による液体残りの発生を抑え、露光精度の低下および計測プレート汚染を抑えることが可能となる。本実施形態では、封止部材の粘着層２７に切り欠き構造を形成しているが、撥水膜２８まで切り欠きを伸ばし、隙間２６内の大気と連通させた構造としても良い。また、本実施形態の封止部材は、粘着層２７および撥水膜２８の２層構造を有し、固定部材として粘着層２７を採用しているが、本発明はこれに限らず、固定部材として撥水膜２８を水貼り等で接着させるものであっても同様の効果を有する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の特徴は、第１実施形態の封止部材の切り欠き構造を変更し、切り欠き構造を有する撥水部材２９を封止部材の上部に設けた点にある。図５は、本発明の第２実施形態における計測プレート２４近傍の概略構成図であるなお、図５において、図４に示す第１実施形態に係る計測プレート２４近傍の構成要素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。図５に示すように、本実施形態に係る封止部材は、その上部（投影光学系４側）に、撥水性を有する新規の撥水部材（第１撥水部）２９を備える。撥水部材２９は、撥水膜２８および粘着層２７より計測プレート２４の中心方向に約１〜２ｍｍ程度延長して設けられ、一部をくり抜いて液体１８の外側に大気開放のための孔を備える連通構造（第２切り欠き構造）を有する。図５に示すように、撥水部材２９を計測プレート２４の中心方向に延長することにより、補助部材９の表面の側から気体を通し、気体と液体１８とを接触させるため、液体１８は、撥水膜２８および粘着層２７に接触しない。そのため、第１実施形態同様、封止部材の微小隙間２３への液体浸入による液体残りの発生を抑え、露光精度の低下および計測プレート汚染を抑えることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置について説明する。本実施形態の露光装置の特徴は、封止部材を構成する粘着層２７および撥水膜２８の計測プレート２４上の端部３１を覆うように被膜（第２撥水部）３０を設けた点にある。図６は、本発明の第３実施形態における計測プレート２４近傍の概略構成図である。なお、図６において、図４に示す第１実施形態に係る計測プレート２４近傍の構成要素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。被膜３０は、液体または空気のうち少なくともいずれか一方の透過を抑制する。被膜３０は、撥水コーティング材料で形成されることが好ましいが、硬化後の後退接触角が６０度以上の撥水性を有する接着剤なども採用可能である。この構成により、第１実施形態同様、粘着層２７および撥水膜２８の計測プレート２４上の端部３１は、液体１８と接触しない。そのため、封止部材の微小隙間２３への液体浸入による液体残りの発生を抑え、露光精度の低下および計測プレート汚染を抑えることが可能となる。

（デバイスの製造方法）
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイスなど）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程とを含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、本実施形態では、計測プレート２４と補助部材９との間に配置される封止部材について記載している。しかし、図２に示す計測部材としての光センサ２５と補助部材９との間に配置される封止部材に同様の特徴を持たせた場合においても同様に有効である。

６ 基板
７ 基板ステージ
９ 補助部材
１８ 液体
２６ 隙間
２４ 計測プレート
２７ 粘着層
３１ 端部

Claims (6)

1. 投影光学系と基板との間を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持面において保持する基板ステージの前記保持面がある表面に設置される計測部材と、
   前記計測部材との間に隙間空間を有して前記表面に設置される補助部材と、
   前記補助部材に接着され、前記隙間空間を覆うように設置され、前記補助部材の表面と接着する固定部材を含む封止部材と、を備え、
   前記封止部材の前記計測部材側の端部における形状は、前記固定部材と前記計測部材上にある前記液体とを大気に接触させる空間を形成し、
   前記封止部材は、前記端部から前記隙間空間までを連通させる第１切り欠き構造を備えることを特徴とする露光装置。
2. 投影光学系と基板との間を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持面において保持する基板ステージの前記保持面がある表面に設置される計測部材と、
   前記計測部材との間に隙間空間を有して前記表面に設置される補助部材と、
   前記補助部材に接着され、前記隙間空間を覆うように設置され、前記補助部材の表面と接着する固定部材を含む封止部材と、を備え、
   前記封止部材の前記計測部材側の端部における形状は、前記固定部材と前記計測部材上にある前記液体とを大気に接触させる空間を形成し、
   前記封止部材は、前記液体と接触する表面に、第１撥水部をさらに備え、
   前記第１撥水部は、前記補助部材の表面の側から前記大気を前記端部まで通す第２切り欠き構造を備えることを特徴とする露光装置。
3. 投影光学系と基板との間を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持面において保持する基板ステージの前記保持面がある表面に設置される計測部材と、
   前記計測部材との間に隙間空間を有して前記表面に設置される補助部材と、前記補助部材に接着され、前記隙間空間を覆うように設置される封止部材と、を備え、前記封止部材は、前記計測部材の表面と接着する固定部材の前記計測部材側の端部を覆う第２撥水部と、を含むことを特徴とする露光装置。
4. 前記第２撥水部は、後退接触角が６０度以上の接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記計測部材は、位置計測のための計測プレートまたは露光光の照度を計測する光センサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 請求項１乃至請求項５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、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、を含み、現像した前記基板からデバイスを製造することを特徴とするデバイスを製造する方法。

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