(57)【要約】【課題】ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減する液浸露光方法および装置を提供すること。【解決手段】被露光材料と該被露光材料に対向して配置される投影光学系との間に液浸液を満たして前記被露光材料を露光する液浸露光方法において、前記露光材料を露光するとき、前記液浸液が満たされた位置近傍における前記液浸液の蒸気圧を、露光環境における前記液浸液の蒸気圧より高い所定の値に保つ、ことを特徴とする液浸露光方法。【選択図】        図１
2010003985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被露光材料と該被露光材料に対向して配置される投影光学系との間に液浸液を満たして前記被露光材料を露光する液浸露光方法において、
前記露光材料を露光するとき、前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を、露光環境における前記液浸液の蒸気圧より高い所定の値に保つ、
ことを特徴とする液浸露光方法。
【請求項２】
前記液浸液が満たされた位置の近傍の気体の流れを阻害する構造物を設けることによって、前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を前記所定の値に保つ、
ことを特徴とする請求項１に記載の液浸露光方法。
【請求項３】
前記液浸液が満たされた位置の近傍に前記所定の値の蒸気圧の前記液浸液の蒸気を含む気体を供給して、前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を前記所定の値に保つ、
ことを特徴とする請求項１に記載の液浸露光方法。
【請求項４】
前記所定の値とは、前記液浸液の飽和蒸気圧以上の値であって、前記供給される気体は前記液浸液が満たされた位置の近傍の前記被露光材料の表面に吹き付けられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の液浸露光方法。
【請求項５】
被露光材料と該被露光材料に対向して配置される投影光学系との間に液浸液を満たして前記被露光材料を露光する液浸露光装置において、
前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を露光環境における前記液浸液の蒸気圧より高い所定の値に保つ蒸気圧保持手段、
を備えることを特徴とする液浸露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液浸露光方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェハなどの基板上にレジスト膜を形成し、レジスト膜にパターンを露光する露光方法のなかに、投影光学系の下面（投影レンズ）と基板表面との間の少なくとも一部分を液浸液で満たしつつ、マスクのパターンの像を液浸液を介して基板上に転写する液浸露光方法がある。液浸露光方法では、液浸液の屈折率をｎとしたときに、液浸液中での露光光の波長が空気中の１／ｎになることを利用しており、通常の露光方法よりも高い解像度で転写することが可能になる。たとえば、ＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする露光装置を用いた場合に、ハーフピッチが５０ｎｍ以下の周期パターンを形成することが可能となる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来の液浸露光方法によれば、液浸液が空気に接する面から蒸発し、気化熱によってウェハやウェハステージの温度が低下する。この温度の低下はわずかであるが、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を引き起こし、転写の精度の低下に繋がるという問題がある。特に、１ショットの露光中にステージを動かして縮小露光する例えばステップアンドスキャン方式の液浸露光方法において、液浸液が投影レンズ直下からはみ出すことがあり、この問題が顕著になる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減する液浸露光方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、被露光材料と該被露光材料に対向して配置される投影光学系との間に液浸液を満たして前記被露光材料を露光する液浸露光方法において、前記露光材料を露光するとき、前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を、露光環境における前記液浸液の蒸気圧より高い所定の値に保つ、ことを特徴とする液浸露光方法が提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、被露光材料と該被露光材料に対向して配置される投影光学系との間に液浸液を満たして前記被露光材料を露光する液浸露光装置において、前記液浸液が満たされた位置の近傍における前記液浸液の蒸気圧を露光環境における前記液浸液の蒸気圧より高い所定の値に保つ蒸気圧保持手段、を備えることを特徴とする液浸露光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減する液浸露光方法および装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる液浸露光方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
液体が蒸発して気体になる現象においては、雰囲気の温度によってきまる液体の飽和蒸気圧と液体近辺の蒸気圧との差が大きいほど、単位面積あたりの液体の液面からの蒸発速度が大きくなる。蒸発速度が増加するに伴って、気化熱による吸熱速度も増大する。
【００１１】
一般的に、液浸露光装置が設置されるクリーンルーム（露光環境）においては、温度が常に一定になるように管理されている。さらに、クリーンルーム内の液浸液の蒸気圧は飽和蒸気圧よりも低い。しかも、クリーンルーム内の空間の体積が大きいため、少々液浸液が蒸発したとしても、クリーンルーム内の蒸気圧が飽和蒸気圧になることはない。したがって、図４に示すように、投影光学系５と、ウェハステージ６上に載置された半導体基板（ウェハ）７との間に保持されている液浸液１００の表面から液浸液が延々と蒸発する。
【００１２】
また、ステップアンドスキャン方式の液浸露光装置の場合、１ショットの露光中に相対的に投影光学系が被露光材料であるウェハに対してウェハの平面方向に移動する。この移動に伴い、投影光学系の移動方向の後方では、図５に示すように、液浸液１００が裾を引くように引っ張られ、液浸液が投影光学系直下から若干はみ出すことがある。また、ウェハ７上に液浸液１００が取り残されることもある。これにより、液浸液１００の液面表面積が増大し、蒸発速度がさらに増加する。
【００１３】
また、クリーンルーム内においては、温度分布を均一にするために、ファンなどを用いて空気を循環させている場合がある。この場合、循環している空気の流れにより、液面から蒸発した液浸液の蒸気は速やかに液面近辺から取り除かれる。これにより、液浸液の液面近辺の蒸気圧が空気を循環させていない場合に比べて小さくなり、液面の単位面積あたりの蒸発速度がさらに増加することとなる。
【００１４】
本実施の形態では、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減するために、液浸液の近辺の液浸液の蒸気圧をクリーンルーム内の平均蒸気圧よりも高く保ち、液浸液の蒸発速度を低減する方策を講じたことが主たる特徴となっている。
【００１５】
なお、以下の説明においては、ウェハを載置するウェハステージは露光中に移動するステップアンドスキャン方式の液浸露光装置に本発明の実施の形態１および２の液浸露光装置を適用するとして説明するが、本発明の実施の形態１および２の液浸露光装置は、投影光学系とウェハとの間に液体を保持して露光する液浸露光装置であればどのような液浸露光装置に対しても適用可能である。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる液浸露光装置の構成を示す略図である。この液浸露光装置１ａは、レーザ光源などによって構成される光源装置２と、光源装置２と投影光学系５との間に介在されるマスクステージ３上に載置されるマスク４と、マスク４のパターンの像をレジスト膜が形成されたウェハ７に投影する投影光学系５と、投影光学系５に対向するようにウェハ７が載置され、所定の方向に移動可能なウェハステージ６と、ウェハ７と投影光学系５との間の典型的には約１ミリ程度に設定される微小な間隙に液浸液１００を供給する供給口８１および液浸液を回収する回収口８２を備え、前記する微小な間隙のうちの少なくとも一部分に保持する液浸液を供給かつ回収する液浸液供給装置８と、液浸液供給装置８の動作の制御およびマスクステージ３の駆動動作を含めた液浸露光装置１ａ全体の制御を行う制御装置９と、投影光学系５に取り付けられるカバー１０と、を備える。
【００１７】
液浸液１００としては、ＡｒＦエキシマレーザ光との組み合わせにおいて純水が用いられる場合が多いが、次世代の液浸露光装置として、純水よりも屈折率が高い溶媒を液浸液に用いた液浸露光装置の開発が進んでいる。本発明の第１の実施の形態および後述する第２の実施の形態は、純水以外の液浸液を用いた液浸露光方法に対しても適用可能であるが、ここでは、光源装置２にはＡｒＦエキシマレーザ光を出力するレーザ光源が使用され、液浸液１００には純水が使用されることとして説明する。
【００１８】
ウェハ７の表面は、液浸液１００（純水）が他の場所に広がらないように、疎水性になっている。レジスト膜上に疎水性の保護膜（トップコート）を形成したり、レジスト膜そのものが疎水性になる性質のものが使用されることもある。
【００１９】
露光工程においては、液浸液１００が供給口８１から供給され、投影光学系５とウェハ７との間の少なくとも一部に液浸液１００が保持された状態となる。すなわち、露光工程において、光源装置２から出射される露光光はマスク４を通過し、投影光学系５に入射する。投影光学系５からウェハ７に投影される露光光は、液浸液１００中を進み、ウェハ７のレジスト膜を感光し、マスクのパターンの像がレジスト膜に転写される。露光工程が終了すると、投影光学系５とウェハ７との間に保持されていた液浸液１００が回収口８２から回収される。
【００２０】
カバー１０は、投影光学系５とウェハ７との間に保持される液浸液１００を含む空間を覆うことで、液浸液１００を含む空間を外部から隔離するためのものであり、露光工程中のウェハステージ６の移動に支障が出ないように、カバー１０の下端部とウェハステージ６と間には、例えば１ミリ程度以下の間隙ができるようにカバー１０が配設されている。すなわち、カバー１０とウェハステージ６とで、ウェハ７と投影光学系５との間隙に保持されている液浸液１００を囲んでおり、これにより、液浸液１００が満たされた位置の近傍の気体の流れを阻害することができる。
【００２１】
このように、カバー１０とウェハステージ６とで囲まれる空間（以下、内部空間という）は、カバー１０とウェハステージ６との間の微小な間隙のみを介してクリーンルームの空間（以下、外部空間という）と通じているので、液浸露光時にウェハ７と投影光学系５との間の微小な間隙に保持される液浸液１００の蒸気は内部空間から外部空間に拡散しにくくなる。
【００２２】
液浸液１００の蒸発速度は、内部空間における液浸液１００の蒸気圧が飽和蒸気圧に近づくにつれて序々に小さくなり、やがて一定の値となる。この値は、カバー１０とウェハステージ６との間の間隙を通じて蒸気が拡散する拡散速度と等しい値となる。したがって、カバー１０とウェハステージ６との間の間隙を可能な限り小さくするなど、両空間の間の蒸気の拡散速度を小さくする工夫を施されることが望ましい。
【００２３】
また、内部空間における液浸液１００の蒸気圧が飽和蒸気圧に近づき、蒸発速度が一定になるまでは、早い速度で蒸発するため、内部空間の大きさはできるだけ小さいほうが望ましい。ただし、ウェハ７の露光領域すべてを露光するために露光工程においてウェハステージ６を駆動したときに、ウェハ７とカバー１０とが干渉しないように、カバー１０の水平方向の大きさは十分な余裕を持たせるようにするとよい。図２は、ウェハ７の最端を露光するために必要な位置までウェハステージを移動させた状態のカバー１０、ウェハ７、およびウェハステージ６の位置関係を示す図である。図２に示すように、投影光学系５がウェハ７の端の真上にくるようにウェハステージ６が移動されても、ウェハ７は内部空間に収まるようにするとよい。
【００２４】
また、上述したようにクリーンルーム内の空気が循環されている場合、カバー１０は、循環により流れる空気によって液浸液１００の液面から蒸発した蒸気が取り去られることを防ぐことができる。
【００２５】
このように、第１の実施の形態によれば、投影光学系とウェハとの間に満たされる液浸液を、該液浸液近傍の空気の流れを阻害するカバーで覆うことによって、外部の空間に比して液浸液１００の蒸気圧が高い状態に保ち、結果として露光中において液浸液１００の蒸発速度を低減し、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減することができるようになる。
【００２６】
なお、本実施の形態１において、カバー１０は、投影光学系５に対して上下の駆動が可能なように投影光学系５に配設するようにしてもよい。このように構成されることによって、ウェハ７交換時にウェハ７を着脱しやすくすることができるようになる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の液浸露光装置の構成の略図を図３に示す。図３に示すように、第２の実施の形態の液浸露光装置１ｂは、図１に示した液浸露光装置１ａからカバー１０を除き、高蒸気圧空気供給口１１１および１１２を備えた高蒸気圧空気供給装置１１を加えた構成となっている。この実施の形態の場合、高蒸気圧空気供給口１１１および１１２は、投影光学系５における、ウェハステージ６の移動方向の前方側および後方側に配設されている。なお、投影光学系５の周囲を囲むように３本以上の高蒸気圧空気供給口を配設するようにしてもよい。
【００２８】
高蒸気圧空気供給装置１１は、露光工程において、液浸液１００の近辺に高蒸気圧空気供給口１１１、１１２を介してクリーンルーム内の平均蒸気圧よりも高い蒸気圧の液浸液１００の蒸気を含む空気を吹き付ける。これにより、液浸露光時に半導体基板７と投影光学系５との間の微小な間隙に保持される液浸液１００の周囲をクリーンルーム内の平均液浸液蒸気圧よりも高い蒸気圧に保つことができるようになる。
【００２９】
このように、第２の実施の形態によれば、クリーンルーム内の平均蒸気圧よりも高い蒸気圧の液浸液１００の蒸気を含む空気を液浸液１００に吹き付けるようにしたので、液浸液１００が満たされた位置近傍をクリーンルーム内の空気の平均液浸液蒸気圧よりも高い蒸気圧に保つことができ、結果として露光中において液浸液１００の蒸発速度を低減し、ウェハおよびウェハステージの熱収縮を低減することができるようになる。
【００３０】
さて、第２の実施の形態において、第１の実施の形態のように、図１におけるカバー１０を配設するようにしてもよい。第１の実施の形態によれば、カバー１０とウェハステージ６とで囲まれる空間が液浸液の飽和蒸気圧近くまで上昇するまで早い速度で液浸液の蒸発が続くため、一定の小さい蒸発速度になるまでの蒸発量が多くなるが、第２の実施の形態と第１の実施の形態とを併用すると、カバー１０とウェハステージ６とで囲まれている空間内の蒸気圧を速やかに上昇させることができるので、蒸発速度が小さい一定の値になるまでの時間を短縮することができるようになる。
【００３１】
ところで、ウェハステージ６を移動する場合、図６に示すように、投影光学系５とウェハ７との間に保持される液浸液１００における移動方向前方側にウェハ７側に空気の層が入り込む。そのとき、ウェハ７上に微小なごみなどの異物１０１や、表面に段差構造などが存在すると、液浸液１００とウェハ７との間の空気の層が泡１０２として液浸液中に取り込まれやすくなる。液浸液１００中の泡１０２は、その部分の屈折率が周囲の液浸液１００とは異なるため、液浸液中を通ってウェハ７上に照射される露光光を部分的に屈折させ、所望のパターンをウェハ７上に形成できなくさせてしまう。このような泡１０２により正常に露光ができなかった部分は欠陥となり、半導体デバイスを正常に動作できなくさせる原因となる。
【００３２】
そこで、第２の実施の形態においては、高蒸気圧空気供給装置１１が、クリーンルーム内雰囲気の温度における飽和蒸気圧を若干越える蒸気圧の液浸液蒸気を供給し、高蒸気圧空気供給口１１１および１１２は、液浸液１００のごく近傍のウェハ７の表面に高蒸気圧空気を吹き付けるように構成すると、該吹きつけられた表面に液浸液１００が凝集することによって該表面を親水性にすることができる。特に投影光学系５の移動方向前方の液浸液が触れる直前のウェハ７の表面において表面が親水性になると、液浸液とウェハ７との接触角が小さくなり、空気を液浸液中に取り込みにくくすることができるようになるという効果が得られる。
【００３３】
また、液浸液１００の液面近傍の蒸気圧をクリーンルーム内の雰囲気の平均の蒸気圧よりも高くできるのであるならば、高蒸気圧空気供給口１１１、１１２毎に高蒸気圧の空気を供給したり供給を止めたり出来るようにし、投影光学系５のウェハステージ６との相対的な移動方向の前方のウェハ７表面のみが親水性になるように高蒸気圧空気供給の制御を行えるようにしてもよい。このようにすると、投影光学系５の移動方向の後方のウェハ７表面は、凝集した液浸液１００が投影光学系５とウェハ７との間に保持された液浸液１００に回収されることによって、疎水性の状態に戻ることができるようになる。さらに、飽和蒸気圧を若干越える蒸気圧の液浸液蒸気を供給する代わりに、霧状の液浸液１００を吹き付けるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態に従った液浸露光装置の構成の略図。
【図２】カバー、ウェハ、およびウェハステージの位置関係を示す図。
【図３】第２の実施形態に従った液浸露光装置の構成の略図。
【図４】従来の液浸露光装置の問題点を説明する図。
【図５】従来の液浸露光装置の問題点を説明する図。
【図６】従来の液浸露光装置の問題点を説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１ｂ、１ｂ  液浸露光装置、２  光源装置、３  マスクステージ、４  マスク、５  投影光学系、６  ウェハステージ、７  半導体基板（ウェハ）、８  液浸液供給装置、１０  カバー、１１  高蒸気圧空気供給装置、８１  供給口、８２  回収口、１００  液浸液、１１１  高蒸気圧空気供給口、１１２  高蒸気圧空気供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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