(57)【要約】【課題】  より長期に安定した性能を維持することが可能な液浸露光装置を提供すること。【解決手段】  レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板の間の少なくとも一部に液体を供給する供給部とを備える液浸露光装置において、前記液体に還元剤を導入する装置を有することを特徴とする構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板の間の少なくとも一部に液体を供給する供給部とを備える液浸露光装置において、
前記液体に還元剤を導入する装置を有することを特徴とする液浸露光装置。
【請求項２】
前記液体の酸化・還元力を測定する測定器と、該測定器の測定結果に基づいて前記液体に導入する還元剤の量を決定する制御部とを有することを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
【請求項３】
前記基板の露光に応じて前記液体に前記還元剤を導入するための制御部を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
前記還元剤は、水素化合物、普通の原子価よりも低い原子価をもつ元素の酸化物、炭化水素化合物若しくは有機物又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
【請求項５】
前記液体は、少なくとも前記投影光学系と基板との間に供給されるまで、水素水であることを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
【請求項６】
前記液体の酸化還元電位は、少なくとも前記投影光学系と基板との間に供給されるまで、水の標準酸化還元電位より低いことを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の液浸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。
【請求項８】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板の間の少なくとも一部に液体を供給する供給部とを有する液浸露光装置と、
前記液体に前記還元剤を導入する装置とを備えることを特徴とする露光システム。
【請求項９】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と該基板の間の少なくとも一部に満たされた液体を介して該基板を露光する露光方法において、
前記液体に還元剤を導入するステップを有することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に露光装置に関し、特に、半導体デバイスを製造する際のリソグラフィー工程において基板にデバイスパターンを露光転写するための液浸露光装置、及びそれを用いたデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化への要求はますます高くなっており、投影露光装置に対する解像力向上の要求は高くなっている。投影露光装置の解像力を向上させるために、投影レンズの高ＮＡ化と、露光光の波長の短波長化が近年ますます加速している。その短波長化はＫｒＦエキシマレーザを光源とした２４８ｎｍから、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした１９３ｎｍへと進んでいる。
【０００３】
一方、光学式顕微鏡の解像力を向上させる技術のひとつに、対物レンズと観察試料間の間に高屈折率の液体を充填する液浸法がある。
【０００４】
この効果を半導体デバイスの微細化のために応用する提案もされており（例えば、特許文献１参照。）、投影光学系の最もウエハ側のレンズ（最終レンズ）とウエハとの間を空気よりも屈折率ｎの高い液体で満たすことにより、空気中での波長の１／ｎの波長の光を露光光として使用するの同じ効果を得ることができる液浸露光装置が提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】米国特許第５１２１２５６号明細書
【特許文献２】特開平０６−１２４８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から、露光光の波長が短くなり露光光のエネルギーが大きくなると、露光光が、露光装置の硝材（レンズやミラー等）、及びその硝材に成膜された反射防止膜、硝材の周りの部材等にダメージを与えることは知られていた。
【０００６】
しかし、本発明者の検討の結果、液浸露光装置の場合には、従来の液浸法を用いないドライ系の露光装置に比べて、より大きなダメージが、特に最終レンズ、最終レンズ回りの部材、ウエハ、ウエハ回りの部材（ウエハを保持するための部材等）に発生することが判明した。そして、そのダメージは露光波長が短くなるにつれ顕著となる。
【０００７】
このようなダメージの発生により、露光装置の解像性能が若干低下したり、硝材の交換を頻繁に行わなければならないためスループットが悪化したりするという問題が発生しかねない。
【０００８】
そこで、本発明の例示的な目的は、より長期に安定した性能を維持することが可能な液浸露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての液浸露光装置は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板の間の少なくとも一部に液体を供給する供給部とを備える液浸露光装置において、前記液体に還元剤を導入する装置を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一側面としてのデバイス製造方法は、上記液浸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。
【００１１】
更に、本発明の一側面としての露光システムは、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板の間の少なくとも一部に液体を供給する供給部とを有する液浸露光装置と、前記液体に前記還元剤を導入する装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の一側面としての露光方法は、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と該基板の間の少なくとも一部に満たされた液体を介して該基板を露光する露光方法において、前記液体に還元剤を導入するステップを有することを特徴とする。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
従来よりも、長期に安定した性能を維持することが可能な液浸露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
液浸露光装置においては、投影光学系の最も基板側の光学素子（最終レンズ）と基板との間に満たす液体（液浸用液体）として、空気よりも屈折率の高い液体を用いる。しかし、その液浸用液体として水・水溶液を採用する場合にはＨ２ＯのＯとしてＯ（酸素元素）を含有し、有機系の液体を採用する場合でも、その構造の中にＯが含有されているものが多い。また、液浸用液体自体はＯを有さなくても、液浸用液体へ大気中の酸素が混入して酸素を含有している場合もある。
【００１６】
従って、液浸用液体として酸素を含有する液体（Ｏを含有する液体を含む）を使用した場合、ウエハ露光時には、最終レンズとウエハとの間には、酸素を含有する液体と露光光が同時に存在することとなる。
【００１７】
そして、本発明者の更なる鋭意検討の結果、前述した液浸露光装置において発生する最終レンズ、最終レンズ回りの部材、ウエハ又はウエハ回りの部材のダメージは、その「最終レンズとウエハとの間に酸素を含有する液体と露光光が同時に存在すること」に起因することが判明した。
【００１８】
酸素を含有する液体と光とが同時に存在する場合、光により液体及び液体中の酸素が励起され、非常に酸化力の強い励起種が発生する。その励起種の酸化力により、各部材が変性し、その性能を維持できなくなったり、パーティクル発生の原因となったりするのである。
【００１９】
例えば、水に光があたることにより発生した酸化力の強いイオンのひとつにヒドロキシルイオンＨ３Ｏ２−があるが、有機物、金属、などと反応し、ダメージを与える。そのため、レンズ及び、レンズ回りの部材または、ウエハ及びウエハ回りの部材が大きなダメージをうける。
【００２０】
なお、更に、酸化力の強い励起種が存在する液体が露光領域の下流（露光領域に隣接する場所）に流れることにより、ウエハを露光するための光が直接あたらない部材にもダメージを与えることも判明した。
【００２１】
そこで、本実施形態では、液浸用液体中に還元剤、例えば水素、一酸化炭素若しくはメタン又はこれらの物質の混合物を導入することにより、以下の反応式（１）〜（３）であらわされるようにヒドロキシルイオンＨ３Ｏ２−を還元し、酸化力を低下させることとした。
【００２２】
２Ｈ３Ｏ２−＋Ｈ２→４Ｈ２Ｏ＋２ｅ−・・・（１）
Ｈ３Ｏ２−＋ＣＯ→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋ｅ−・・・（２）
８Ｈ３Ｏ２−＋ＣＨ４→１４Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋８ｅ−・・・（３）
還元剤とは、電子を与えやすい物質であり、水素、硫化水素、よう化水素などの水素化合物、一酸化炭素、亜硫酸、亜硝酸のように普通の原子価よりも低い原子価をもつ元素の酸化物、メタン、エタンなどの炭化水素化合物、シュウ酸、グルコースなどの有機物又は前記各物質の混合物などであるが、露光に悪影響を与えないものであれば、それらのものに限られることはない。
【００２３】
以上のように、液浸用液体中の酸化力の強いイオン及び他の励起種を還元することにより、最終レンズ及び、最終レンズ回りの部材または、ウエハ及びウエハ回りの部材に液浸用液体によりダメージを与えることなく、長期に安定してそれらの部材の性能を維持することができる。そのため、長期に安定し、高解像力を維持することができる液浸露光装置を提供することができる。
【００２４】
以下に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１、図２は実施例１の液浸露光装置を説明する図である。
【００２６】
図１において、１はウエハやガラスプレート等である基板、２は基板１を保持する基板チャックである。３は基板ステージで、基板１をＸ，Ｙ，Ｚの各方向に平行な軸と各軸まわりの６軸の駆動軸を有する。４はステージ定盤で、基板ステージ３はステージ定盤４にエア浮上あるいは磁気浮上され駆動される。５は投影光学系で６のレチクル（マスク）に描かれた転写パターンを基板１に投影する。なお、投影光学系５の上部にはレチクル６があり、レチクル６は不図示のレチクルステージ上に搭載され、基板ステージ３と同期して露光光に対してスキャン駆動される。また、さらにその上部には照明光学系７が配置され、不図示の光源からの露光光でレチクル６を照明する。９は液浸用液体で、液浸露光装置では基板１と、投影光学系５の最も基板１に近い光学素子（最終レンズ）との間の少なくとも一部に充填されている。なお、露光光がＫｒＦまたはＡｒＦエキシマレーザの場合、液体９として空気よりも屈折率の大きい液体、主に水などが用いられる。そして、１３は液体９の供給部及び回収部としての液体ノズルで、基板１と投影光学系５の最終レンズの間の少なくとも一部への液体９の供給、および液体９の回収を行うものである。１０は純水製造装置であり、１１は脱気装置である。１２は還元剤導入装置であり、純水製造装置１０で製造された水が脱気装置１１で脱気され、還元剤導入装置１２で還元剤が導入され、液体ノズル１３の供給系に接続されている。なお、純水製造装置１０、脱気装置１１、及び還元剤導入装置１２の設置場所は、夫々、露光装置内でも、露光装置外でも構わない。
【００２７】
本実施例では、還元剤導入装置１２内で、還元剤としての水素を水素ガスボンベが接続された不図示のガス導入用の膜モジュールを介して液浸用液体としての水の中に導入した。なお、水素は、本実施例のように水素ガスボンベで供給してもよいし、水を電気分解して得られたものを供給しても構わない。更には、電気分解した際にできた水素含有量の高い方の水をそのまま液浸用液体として用いてもよい。還元剤導入装置１２では、還元剤が、気体、液体若しくは固体かに応じて、膜モジュールの使用、滴下、攪拌など様々な手法がとられるが、液浸用液体に還元剤が導入されるのであれば、そのいずれの方法を採用しても構わない。
【００２８】
図１の液浸露光装置の液体９の周りを拡大したものが図２である。
【００２９】
１６は投影光学系５の最終レンズである。１７は最終レンズのレンズ保持部材である。レンズ保持部材１７は高精度に加工されている。さらに、レンズ保持部材１７と最終レンズ１６との間には、接着剤または、Ｏリングのようなシール材１８が用いられる場合がある。
【００３０】
基板１の外周には、基板１とその表面が同面の液浸用液体９を保持するための液浸液保持板１９が設けられる。そして、その中に投影光学系５の焦点位置を検出するために、マーク２０及びそのマーク２０を介した光の光量を検出するためのセンサー２２が設けられる。その際も、接着剤または、Ｏリングのようなシール材１８が用いられる場合がある。
【００３１】
シール材１８は、接着剤やＯリングのように有機物を用いた方が作業性の点で有利である。しかし、前述したように液体９と光８の相互作用により発生した酸化力の強い励起種が存在した場合、シール材１８が酸化分解される等して変性し、ヤング率などの物性値がかわったり、パーティクルの原因となったりしていた。本実施例では、液浸用液体に還元剤として水素を混ぜることにより、最終レンズ１６と基板１の間に導入される時点では、ＯＲＰ計（酸化還元電位計）で測定したところ酸化還元電位を−１００ｍＶにさげることができた（通常の水の酸化還元電位は＋２５０ｍＶ）。酸化力を低減させたため、接着剤やＯリングなどの有機物も長期に安定して用いることができた。そのため、作業性よく製造された長期に安定した液浸露光装置を提供することができた。
【実施例２】
【００３２】
実施例２の液浸露光装置も、図１、図２を用いて説明する。
【００３３】
図１の液浸露光装置の構成としては、実施例１とほぼ同じであるため、以下には実施例１と異なる部分について主に説明する。なお、実施例１と同様の部材については同じ番号を付している。本実施例では、液浸用液体として水、還元剤としてメタンを用いた。メタンなどの炭化水素化合物は、還元剤として作用した際、ＣＯ２を発生させる。そして、そのＣＯ２は水に溶けるので、液浸用液体に導電性をもたせることができ、本出願人が特願２００３−４２２９３２に記載しているように基板１上に発生する静電気を抑制することが可能となり、静電気によるデバイスの不良の発生を抑えることが可能となる。なお、還元剤として一酸化炭素を用いても同様にＣＯ２を発生させることもできる。
【００３４】
図２において、レンズ保持部材１７は、セラミックスなどを用いることもできるが、金属で構成できれば、加工精度の点で有利であり、ＳＵＳなどが用いられる場合がある。また、マーク２０も、石英などのガラス材上に金属パターンで形成されている場合が多い。Ｃｒなどは、レチクルと同等の加工で作製できるため、よく用いられる。
【００３５】
しかし、水と光の相互作用により発生した酸化力の強い励起種が存在した場合、保持部材１７の材料である金属が酸化されたりなどして、変性し、汚染物質（不純物）として水中に溶け出したり、パーティクルの原因となったりしていた。また、位置合わせマーク２０の金属は酸化物に変化し、マークとして必要な光学特性を維持することができなくなったりしていた。本実施例では、液浸水に還元剤としてメタンなどの炭化水素化合物または、一酸化炭素を混ぜることにより、酸化力を低減させ、金属の部材でも長期に安定して用いるものである。そのため、加工精度よく製造された長期に安定した液浸露光装置を提供することができる。
【００３６】
更に、ＣＯ２を同時発生させることにより、純水に導電性をもたせることができ、静電気によるデバイス不良の発生を抑制することもできる。
【実施例３】
【００３７】
実施例３の液浸露光装置を、図３を用いて説明する。
【００３８】
液浸露光装置の構成は実施例１とほぼ同じであり、実施例１と同様の部材については同じ番号を付している。
【００３９】
本実施例では、還元剤導入装置１２が、液浸露光装置の制御部１５と連動しており、基板１の露光に応じて液体９に還元剤を導入する。ここでは、露光光８が実際に照射される液浸用液体９にのみ、還元剤が導入されるよう制御されている。つまり、基板１上の各露光領域（ショット）を露光光８でスキャンする際に基板１と投影光学系５の間に注入される液浸用液体には還元剤を導入し、各露光領域間をステップ移動する際に基板１と投影光学系５の間に注入される液浸用液体には還元剤を導入しない。これにより、還元剤の使用量を減らすことができ、コストを削減することができる。
【実施例４】
【００４０】
実施例４の液浸露光装置を、図４を用いて説明する。
【００４１】
液浸露光装置の構成は実施例１とほぼ同じであり、実施例１と同様の部材については同じ番号を付している。
【００４２】
本実施例では、液体ノズル１３で回収された液浸用液体の酸化・還元力を測定器１４で測定する。測定手段としては、酸化還元電位を測定してもよいし、その他、酸化・還元力を測定できる装置ならば、何を用いても構わない。測定器１４の測定結果が制御部１５に送られる。１２の還元剤導入装置が、液浸露光装置の制御部１５と連動しており、測定値にあわせて、還元剤の量が調整され、液浸用液体に導入されるよう制御されている。これにより、還元剤の使用量を適正なものとすることができ、コストを削減することができる。
【実施例５】
【００４３】
次に、上述の液浸露光装置を利用した半導体デバイス（半導体素子）の製造方法の実施例を説明する。
【００４４】
図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローチャートである。本実施例において、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う。ステップ２（レチクル製作）では設計した回路パターンを形成したレチクル（マスク）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ウエハ製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意した半導体露光装置によってウエハ上に実際の回路を形成する。
【００４５】
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって製作されたウエハを用いて半導体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。
【００４６】
ステップ６（検査）ではステップ５で製作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。
【００４７】
図６は上記ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。まず、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（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００４８】
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を塗布する。
【００４９】
ステップ１６（露光）では前述した液浸露光装置を用いてレチクルの回路パターンをウエハに焼付け露光する。ウエハをローディングしてウエハをレチクルと対向させ、還元剤の導入された液浸用液体を供給回収しながら、露光を行う。露光終了後、ウエハは次のショットへステップ移動し、動作を繰り返す。
【００５０】
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とる。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５１】
尚、本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスの量産に対応することが出来る。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１の液浸露光装置の概略図である。
【図２】図１の液浸露光装置の一部分の拡大図である。
【図３】実施例３の液浸露光装置の概略図である。
【図４】実施例４の液浸露光装置の概略図である。
【図５】実施例５のデバイス製造方法のフローを表す図である。
【図６】実施例５のデバイス製造フロー中のウエハプロセスの詳細なフローを表す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  基板
２  基板チャック
３  基板ステージ
４  ステージ定盤
５  投影光学系
６  レチクル
７  照明光学系
８  露光光
９  液体
１０  純水製造装置
１１  脱気装置
１２  還元剤導入装置
１３  液体ノズル（供給部、回収部）
１４  測定器
１５  制御部
１６  最終レンズ
１７  レンズ保持部材
１８  シール材
１９  液浸液保持板
２０  マーク
２２  センサー（ＣＣＤ等）
【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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