JP2005197384A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液浸用の液体とウエハとに温度差による熱歪等の発生を容易に低減することが可能な露光装置を提供すること。
【解決手段】 マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部に供給される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流した液体を、前記投影光学系と前記基板との間に供給する液体供給装置と、を有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、一般にマスクのパターンを投影光学系によって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満たした液体を介した光により基板を露光する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関する。

集積回路の微細化に伴い、露光装置における露光波長の短波長化と投影光学系の開口数の増大が求められているが、短波長化は投影光学系に使用される硝材の種類に限度があるため、実質的に露光波長を短くする方法として、投影光学系と基板との間に満たした液体を介した光により基板を露光する液浸露光が提案されている。そして、その液浸露光方法としては、投影光学系の先端部のレンズの周囲に液体の供給と回収を行なうノズルを配し、ウエハと投影光学系の先端部のレンズの間にだけ液体を満たす方法（所謂ローカルフィル方式、例えば、特許文献１参照。）と、ウエハ全体を液体の中に浸す方法（例えば、特許文献２参照。）とがある。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット 特開平１０−３０３１１４号公報

特許文献１には所定の温度に調整された液体を投影光学系とウエハとの間に流すことが開示されているが、液体とウエハとに温度差があるとウエハ上に局所的な熱歪みが発生し、液体の屈折率が変化することにより解像度の低下を招き、結果として露光装置の歩留りの低下を生じさせるという問題がある。

また、特許文献２の方法のようにウエハ全体を液体に浸せば、液体とウエハの温度差の問題は、多少解決するが、装置が大掛かりなものになるとともに、ステージが移動する際に液体表面が波立って、ステージの位置決め性能に悪影響を及ぼしたり、液体が跳ねて周囲に飛散したりするという問題があった。

そこで、本発明の例示的な目的は、投影光学系とウエハの間に供給される液浸用の液体の熱歪の発生を容易に低減することが可能な露光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、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備え、前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部に供給される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流した液体を、前記投影光学系と前記基板との間に供給する液体供給装置と、を有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。

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、本発明の実施例１の露光装置の構成図である。本実施例の露光装置は、ウエハと投影光学系の間にだけ液体を満たす方法（所謂ローカルフィル方式）を用いるものである。図中、１は回路パターンが形成された原版としてのマスク（レチクル）、２は感光剤が塗布され、マスク１上の回路パターンが露光・転写される基板としてのウエハ、３はシャッタ及び調光装置等を備え、不図示の光源からの光でマスクを照明する照明光学系、４はウエハ２にマスク１のパターンを投影する投影光学系、５はマスク１を保持し、所定の位置に位置決めするためのマスクステージ、６はマスク１を位置決めするため、及びマスク像をウエハ２上に既に転写されている回路パターンに合致させるためのアライメント光学系である。７は投影光学系４の一部であり、その投影光学系の先端にあり、液体１９を介してウエハ２と対向する光学素子（最もウエハに近い光学素子）である。８はウエハ２を保持するための保持部材としてのウエハチャック、９はウエハ２のθ（ｚ軸回りの回転）方向位置の補正機能、ウエハ２のｚ位置の調整機能、及びウエハ２の傾きを補正するためのチルト機能を有する微動ステージであり、ウエハ２を所定の位置に位置決めするためのＸＹステージ１０上に配置される。１１はＸＹステージが載置されるベース定盤、１２は微動ステージ９上にｘ及びｙ方向（ｙ方向は不図示）に取り付けられ、微動ステージ９の位置を計測するためにレーザ干渉計１３からの光を反射する参照ミラーである。

１５は液体を供給するための液体供給ユニット、１７ｄは液体供給ユニット１５から供給される液体をウエハチャック８に導入する液体供給配管、１７ｃはウエハチャック８の内部又はその近傍に配置されたの流路を流れた液体を投影光学系４に近接して配置された液体供給ノズル１８へと導く液体供給配管であり、これらが液体供給装置を構成する。

２０は投影光学系４に近接して配置された液体回収ノズル、２１は液体回収ノズル２０と液体回収ユニット２２を結ぶ液体回収配管であり、これらが液体回収装置を構成する。

次に、上記構成の装置の実際の動作、作用、及び効果等を説明する。露光をする際には、あらかじめ感光剤を塗布してあるウエハ２を不図示の搬送装置によってウエハチャック８上に搬送する。ウエハチャック８に載せられたウエハ２は、真空吸着もしくは静電吸着によって固定されることにより、平面矯正されるともに、ウエハチャック８の温度と略同一の温度になる。続いて、液体供給ユニット１５から液体の供給が開始されると、液体１９はウエハチャック８の内部の流路（不図示）を通過することにより、ウエハチャック８と略等しい温度になった後、液体供給ノズル１８から吐出される。この結果、液体１９とウエハ２の間に温度差が低減され、局所的な熱歪みの発生が抑制されることになる。続いて、余分な液体がウエハ２上の露光に関係しないエリアに溢れないように、液体回収ノズル２０から液体回収ユニット２２への液体１９の回収も開始される。ウエハ２と投影光学系４の光学素子７の間に液体１９が満たされ、液体１９の供給と回収が安定すると投影光学系４の光学素子７と液体１９の間も熱平衡状態となり、通常のドライ系の露光装置と同様の方法で、ウエハ２の精密位置決め（アライメント、フォーカス等）と露光が行なわれる。ステップ・アンド・スキャン動作により、ウエハ２の全面の露光が完了すると、液体供給ユニット１５からの液体の供給が停止される。そして、液体回収ノズル２０からの、ウエハ２と投影光学系４の光学素子７の間の液体１９の回収が終わると、ウエハチャック８の真空吸着もしくは静電吸着が解除されて、不図示の搬送系によりウエハ２が露光装置から搬出される。

本実施例においては、ウエハチャック８の流路を通過させることで、ウエハチャック８の温度（ウエハ２の温度）と略同じ温度となった液体を、液体１９として投影光学系４とウエハ２との間に供給しているので、液体１９とウエハ２の間に温度差が低減でき、解像度の低下を防ぐことができる。

図２は、本発明の実施例２に係る露光装置の構成図である。図１と同じ番号が付されている部材は実施例１で示したものと同様の部材を示している。ここでは、図１の露光装置との違いについて説明する。

１４はウエハチャック８の温度を計測するための温度センサである。本実施例では、ウエハチャック８の温度がウエハ２の温度と略等しいという前提のもとでウエハチャックの温度を計測してウエハ２の温度を間接的に計測しているが、ウエハチャック８のウエハ２が載置される場所の近傍に温度センサ１４を配置することによりウエハ２の温度を直接的に計測しても良い（以下の実施例におけるセンサも同様）。

２５はウエハチャックを略一定の温度に保つために所定の温度に調整された温調水を供給・回収するウエハチャック温度調整装置で、ウエハチャック温調水供給配管２３と、ウエハチャック温調水回収配管２４とを持つ。ウエハチャック温度調整装置２５により所定の温度となるように調整された温調水は、ウエハチャック温調水供給配管２３、ウエハチャック８内の実施例１における液体が通る流路とは異なる流路（不図示）、ウエハチャック温調水回収配管２４を循環する。

実施例１と同様に、液体を事前にウエハチャック８の内部を通過させて投影光学系とウエハの間に供給することにより、ウエハチャック８に保持されたウエハ２と略同一の温度にして供給することができる。

なお、ウエハ２の温度を変えたい場合は、ウエハチャック温度調整装置２５により前記温調水の設定温度を変えることによって変更することができ、それに伴って投影光学系とウエハの間に供給される液体１９の温度も自動的にその変化後の温度となる。他の動作は実施例１と同様である。

なお、本実施例においては温度調整装置として、温調水を流すものを用いたが、ペリチェ素子等のその他の公知の手段を用いても良い。また、流路に水を流すのではなく、その他の液体や気体を流すこととしても良い。

図３は、本発明の実施例３に係る露光装置の構成図である。図１と同じ番号が付されている部材は実施例１で示したものと同様の部材を示している。ここでは、図１との違いについて説明する。１４は図２と同じく、ウエハチャック８の温度を計測するための温度センサ、１６は温度センサ１４の出力に応じて、液体供給装置により供給される液体の温度をウエハチャック８の温度と等しくなるように調整する液体温度調整ユニット、１７ａ及び１７ｂは液体供給配管で、液体供給ユニット１５及び液体温度調整ユニット１６と液体供給ノズル１８とを結ぶ。本実施例では、液体供給ユニット１５から供給された液体は、液体温度調整ユニット１６によってウエハチャック８と略等しい温度に調整された後に、液体供給ノズル１８から吐出される。他の動作は実施例１と同様である。

本実施例においては、ウエハチャック８の温度（ウエハ２の温度）と略同じ温度となった液体を、液体１９として投影光学系４とウエハ２との間に供給しているので、液体１９とウエハ２の間に温度差が低減でき、解像度の低下を防ぐことができる。

図４は、本発明の実施例４に係る露光装置の構成図である。図３と同じ番号が付されている部材は実施例３で示したものと同様の部材を示している。図３との違いは、液体温度調整ユニット１６とウエハチャック８とを液体供給配管１７ｂで接続し、ウエハチャック８と液体供給ノズル１８とを液体供給配管１７ｃで接続したところである。この構成において、実施例３の場合と動作が異なるところは、ウエハチャック８の温度と等しくなるように液体温度調整ユニット１６により温度調整された液体を、更に、ウエハチャック８の内部を循環させてから液体供給ノズル１８へ供給するようにしている点である。これにより、液体供給ノズル１８から吐出される液体１９の温度を、よりウエハ２の温度と等しくすることができる。なお、ウエハ２の温度を変えたい場合は、液体温度調整ユニット１６により液体１９の設定温度を変えることによって、実施例２と同様に変更することができる。

図５は、本発明の第５の実施例に係る液浸型露光装置の構成図である。図４と同じ番号が付されている部材は実施例４で示したものと同様の部材を示している。ここでは、図４との違いについて説明する。

２６は液体１９のバイパス配管で、ウエハチャック８の内部又はその近傍に配置された流路を循環した液体の一部を分岐して、２７の液体再生ユニットへと導く。液体再生ユニット２７は液体回収ユニット２２からの液体も導入され、内部で露光時の汚れや微細な気泡などの除去が行なわれることにより、液体を再度供給可能な状態にする。２８は液体再生ユニット２７で再生された液体１９を液体供給ユニット１５に導く液体再供給配管である。これらが、液体回収装置を構成している。

２９は液体供給配管１７ｃに設けられた液体供給制御バルブで、液体１９の供給量を液体供給ユニット１５からの指示により制御する。

本実施例の動作について説明する。液体供給ユニット１５は常に液体１９の供給を続けているが、非露光時は液体供給制御バルブ２９は閉状態にあるため、液体は液体バイパス配管２６を介してそのまま液体再生ユニット２７へと送られ、液体再供給配管２８により液体供給ユニット１５に戻る。従って、液体温度調整ユニット１６により所定の温度に制御された液体が常に露光装置内を循環している状態にある。実施例１で説明したように、露光時のみウエハ２と投影光学系４の光学素子７の間に液体１９を供給するために、液体供給ユニット１５の指示により液体供給制御バルブ２９が開かれ、供給ノズル１８よりウエハ２と等しい温度の液体１９が供給される。露光が終了すると、再び液体供給ユニット１５の指示により液体供給バルブ２９が閉じられる。なお、液体１９の回収動作については、実施例１に述べた通りである。また、ウエハ２の温度を変えたい場合は、実施例４と同様、液体温度調整ユニット１６により液体の設定温度を変えることによって変更することができる。

図６は、本発明の実施例６に係る露光装置の構成図である。図５と同じ番号が付されている部材は実施例５で示したものと同様の部材を示している。ここでは、図５との違いについて説明する。

３０はウエハチャック８の内部を循環した液体１９の一部を分岐させ、投影光学系４に導く、投影光学系温調供給配管である。３１は投影光学系４の内部の流路（不図示）を循環した液体１９を液体再生装置２７へと導く投影光学系温調回収配管である。

実施例５との違いは、ウエハチャック８の内部を循環した液体１９を投影光学系４の内部又はその近傍にも循環させることにより、露光時に液体１９を介して接することになるウエハ２と投影光学系４（レンズ７）と液体１９の３者の温度を常に等しい状態となるようにしている点である。これにより、投影光学系４と液体１９の間の温度差もなくすことができ、両者の温度差によりウエハ２に局所的な熱歪みが発生することを防止できる。

なお、投影光学系４の先端の光学素子７の近傍にのみ流路を設ける構成としても良く、更に、ウエハ２の温度を変えたい場合は、実施例４と同様、液体温度調整ユニット１６により液体の設定温度を変えることによって変更することができる。

本実施例では、ウエハと液体の温度差だけでなく、光学素子７と液体の温度差も低減することができるので、熱歪みが発生を更に低減することができ、露光装置の解像性能の悪化を防止することができる。

以上、説明したように、上記の実施例の露光装置は、ウエハと液体の温度差による熱歪みが発生することを防止する効果を有する。

また、温度調整された液体を、基板保持部材（ウエハチャック）の内部を通過させてから投影光学系と基板（ウエハ）の間に供給するようにすることで、基板保持手段用の温度調整手段と液浸用液体の温度調整手段とを兼用することができ、装置構成が簡単になるという効果も有する。

さらに、投影光学系（の光学素子）の温度も液浸用液体の温度と略等しくなるようにすることで、露光時のウエハ、液体、投影光学系（の光学素子）の３者の温度差を低減し、温度差による熱歪みが発生して歩留りが低下することを防止する効果を有する。

なお、以上の説明は、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置について説明したが、ステップ・アンド・リピート型の露光装置にも同様に適用でき、同様の効果を得ることができる。

また、各実施例の露光装置の構成部材を他の実施例の露光装置に適用することも、もちろん可能である。

次に、上記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７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なう。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８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）では上記の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な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。

本発明の実施例１に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施例２に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施例４に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施例５に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施例６に係る露光装置の構成図である。 デバイスの製造フローを示す図である。 図７のウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ マスク
２ ウエハ
３ 照明光学系
４ 投影光学系
５ マスクステージ
６ アライメント光学系
８ ウエハチャック
９ 微動ステージ
１０ ＸＹステージ
１１ ベース定盤
１２ 参照ミラー
１３ レーザ干渉計
１４ 温度センサ
１５ 液体供給ユニット
１６ 液体温度調整ユニット
１７ａ〜１７ｄ 液体供給配管
１８ 液体供給ノズル
１９ 液体
２０ 液体回収ノズル
２１ 液体回収配管
２２ 液体回収ユニット
２３ ウエハチャック温調水供給配管
２４ ウエハチャック温調水回収配管
２５ ウエハチャック温度調整装置
２６ 液体バイパス配管
２７ 液体再生ユニット
２８ 液体再供給配管
２９ 液体供給量制御バルブ
３０ 投影光学系温調供給配管
３１ 投影光学系温調回収配管

Claims (12)

1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部に供給される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流した液体を、前記投影光学系と前記基板との間に供給する液体供給装置と、を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記保持部材の流路に流される液体は、前記保持部材を所定の温度にするための液体であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記保持部材の温度を調整するための温度調整装置を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記温度調整装置は、前記保持部材が更に持つ前記流路とは異なる流路に流体を流すことにより前記保持部材の温度を調整することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記保持部材の温度を検出するセンサを更に備え、
   前記液体供給装置は、前記センサの出力に基づいて前記保持部材の流路に供給する液体の温度を調整する温度調整ユニットを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
6. 前記液体供給装置は、前記保持部材が持つ流路を流れた液体を、前記投影光学系の持つ流路にも流すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項の露光装置。
7. 前記保持部材は、その内部に前記液体を通過させる流路を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置。
8. 前記保持部材は、その近傍に前記液体を通過させる流路を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の露光装置。
9. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備え、前記投影光学系と前記基板との間の少なくとも一部に供給される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、
   前記投影光学系と前記基板との間に液体を供給する液体供給装置と、
   前記基板及び／又は前記保持部材の温度を検出するセンサと、を有し、
   前記液体供給装置は、前記センサの出力に基づいて前記投影光学系と前記基板との間に供給する液体の温度を調整する温度調整ユニットを持つことを特徴とする露光装置。
10. 前記液体供給装置は、前記基板と温度が略等しい液体を前記投影光学系と前記基板との間に供給することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載記載の露光装置。
11. 前記液体を回収する液体回収装置と、該回収した液体を供給可能な状態とする液体再生装置とを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の露光装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項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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