(57)【要約】【課題】投影レンズとウェハとの間の媒質の径方向の温度分布を均一化し、ウエハ全体にわたって均一の解像度を得ることができる露光装置を提供する。【解決手段】投影光学系１２のレンズ１２ＡとウェハＷとの間は液槽１３内の液体ＬＱにより満たされている。液槽１３内では、ウェハＷと側壁部１３Ｂとの間にリング状のスペーサ１４（温度分布均一化部）が介在し、ウェハＷと実質的に同一面を構成している。スペーサ１４は、その表面がウェハＷの表面と実質的に同一の反射率を有し、更に好ましくは熱伝導率がウェハＷと実質的に同一のものである。ウェハＷの周辺部分の液温がウェハＷの中央部分のそれと実質的に同じになり、径方向の温度分布の均一化が図られる。【選択図】  図１
2006080150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが描かれたフォトマスクを照明する照明光学系と、
前記照明光学系によって照明されたフォトマスク上の回路パターンをウェハの表面のレジスト層に投影する投影光学系と、
前記投影光学系とウェハとの間を満たす液体を保持する液槽と
を備えた露光装置であって、
前記液槽は、ウェハ載置領域を有する底部と、前記底部と一体的に設けられると共に、ウェハ載置領域を囲む側壁部と、前記ウェハ載置領域に載置されたウェハと前記側壁部との間に介在し、ウェハの表面と実質的に同一面を構成してウェハ表面全体の温度分布の均一化を図る温度分布均一化部とを含む
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記温度分布均一化部は、その表面の反射率がウェハの表面のそれと実質的に同一である
ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記温度分布均一化部は、その熱伝導率がウェハとそれと実質的に同一である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記温度分布均一化部とウェハとの隙間は５０μｍ以上、１００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記温度分布均一化部は前記側壁部および底部と別体のスペーサである
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記温度分布均一化部は前記側壁部および底部と一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記スペーサは、基材の表面に薄膜を形成したものである
ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記基材は、セラミック，アートン，ゼオノア，アクリル，ポリカーボネート，ガラスまたはＳｉＣにより形成され、前記薄膜は、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＭｇＦ2 ，ａ−Ｓｉ，ａ−Ｃ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，ＴｉＮまたはＴｉＯＮにより構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な回路パターンをウェハ表面のレジスト層に露光するための露光装置に係り、特に、投影レンズとウェハとの間に液体を満たして露光する所謂液浸型の露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit) 等の半導体素子の高集積化、動作速度の高速化のために回路パターンの微細化が進んでいるが、その回路パターンの形成には、縮小投影露光装置が広く用いられている。縮小投影露光装置の光源には例えば１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが用いられており、その解像度は６５ｎｍが限界と言われている。ところが、近年開発された液浸露光技術を用いることにより、露光装置の設計を大幅に変更することなく解像度を向上させることが可能となった。この液浸露光技術は、縮小投影露光装置の投影レンズとウェハとの間に液体を満たして露光する技術であり、例えば、従来では空気であった投影レンズとウェハとの間の媒質を純水に変更することにより、理論的には解像度を４５ｎｍまで小さくするものである。
【０００３】
ところで、上記の解像度は、
解像度＝ｋ（プロセス係数）・λ（照明光の波長）／ＮＡ……式（１）
で表される。ＮＡは、ｎ・sin θで求められる。ｎは、投影レンズとウェハとの間の媒質の屈折率であり、媒質が空気の場合にはｎ＝１、純水の場合にはｎ＝１．４４である。θは、屈折角であり、媒質の屈折率が大きくなるとスネルの法則によりsin θの値が小さくなる。従って、媒質の屈折率の増加割合だけ解像度が劇的に向上するわけではないが、光源の波長を短くするよりも開発コストを低く抑えることができ、コストの安い露光装置を提供することが可能となる。
【０００４】
このように理論的には利点の多い液浸露光装置であるが、この液浸露光装置を実用化するためにはいくつかの課題を解決しなければならず、その１つとして、投影レンズとウェハとの間の媒質の取り扱いが挙げられる。具体的には、この媒質に径方向に温度分布が生じると、径方向に屈折率の分布が生じてしまい、この結果、径方向に解像度の分布が生じてしまうという問題がある。この問題の解決方法として、縮小投影露光装置の投影レンズとウェハとの間の間隔（作動距離）を調整する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、この媒質に径方向に温度分布が生じる原因が明らかにされておらず、さらに径方向に温度分布があることを前提とした解決方法が提示されているだけであり、この解決方法によって径方向に温度分布が生じなくなるわけではない。従って、波長がさらに短くなった場合にこの解決方法によってこの問題を解決できるとは限らない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、投影レンズとウェハとの間の媒質の屈折率または露光光の波長に依存することなく、投影レンズとウェハとの間の媒質の径方向の温度分布を均一化し、ウエハ全体にわたって均一の解像度を得ることができる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】
【０００８】
本発明の露光装置は、以下の構成要素（Ａ）〜（Ｄ）を備えることによってウエハ全体の解像度を均一化するものである。
（Ａ）回路パターンが描かれたフォトマスクを照明する照明光学系
（Ｂ）照明光学系によって照明されたフォトマスク上の回路パターンをウェハ表面のレジスト層に投影する投影光学系
（Ｃ）投影光学系とウェハとの間を満たす液体を保持する液槽
（Ｄ）液槽が、ウェハ載置領域を有する底部と、底部と一体的に設けられると共に、ウェハ載置領域を囲む側壁部と、ウェハ載置領域に載置されたウェハと側壁部との間に介在し、ウェハの表面と実質的に同一面を構成してウェハ表面全体の温度分布の均一化を図る温度分布均一化部とを含むこと
【０００９】
この露光装置では、ウェハと実質的に同一面を構成する温度分布均一化部によって、ウェハの周辺部分の液温がウェハの表面部分のそれと実質的に同じになり、温度分布の均一化が図られる。温度分布均一化部は、具体的には、その表面がウェハ表面と実質的に同一の反射率を有し、更に好ましくは熱伝導率がウェハと実質的に同一のものであり、これにより露光時の温度分布がウェハの中心部および周縁部を含めて全体が均一になる。
【００１０】
また、温度分布均一化部は、液槽の側壁部および底部と一体的に形成されたものでもよいが、スペーサとして液槽とは分離したものでもよい。この場合、スペーサは、例えば、基材の表面に薄膜を形成したものとする。基材としては、セラミック，アートン，ゼオノア，アクリル，ポリカーボネート，ガラスまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）により形成されたものとし、薄膜を、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＭｇＦ2 ，ａ−Ｓｉ，ａ−Ｃ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，ＴｉＮまたはＴｉＯＮなどにより構成するものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の露光装置によれば、液槽内の、ウェハ載置領域に載置されたウェハと側壁部との間に温度分布均一化部を設け、この温度分布均一化部によりウェハの表面と実質的に同一面を構成し、ウェハ表面全体の特に径方向の温度分布の均一化を図るようにしたので、ウェハ表面の全体にわたって解像度が均一化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る露光装置１の概略構成を表したものである。この露光装置１は、回路パターンが描かれたフォトマスク１０を照明するための照明光学系１１と、この照明光学系１１によって照明されたフォトマスク１０上の回路パターンをウェハＷの表面のレジスト層に投影する投影光学系１２とを備えると共に、この投影光学系１２の真下に液槽１３を備えたものである。液槽１３内には後述のような屈折率が１より大きな液体ＬＱが保持されており、投影光学系１２とウェハとの間を満たしている。
【００１４】
照明光学系１１は、例えば露光光源としてのレーザ光源、オプティカル・インテグレータ、コンデンサレンズ等（図示せず）により構成されたものである。レーザ光源は、例えば波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光源、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源または波長３６５ｎｍの水銀光源であり、後述のフォトマスク１０上の回路パターンをウェハＷの表面の感光性のレジスト層Ｒに投影するようになっている。オプティカル・インテグレータは、例えばフライアイレンズで構成されており、レーザ光源から射出されたレーザ光を分割して２次光源像（複数の点光源の集まり）を形成するものである。コンデンサレンズは、フライアイレンズで形成された２次光源像からの光を均一な照度分布の照明光にするものである。
【００１５】
フォトマスク１０は、例えば、レーザ光源から射出される光に対して高い透過率を有する合成石英またはフッ化カルシウムなどの基板に４倍に拡大された回路パターンを描いたもの（レチクル）である。投影光学系１２は、レーザ光源から射出される光に対して高い透過率を有する例えば合成石英またはフッ化カルシウムからなる複数のレンズで構成されており、フォトマスク１０に描かれた回路パターンを例えば1 ／４に縮小してレジスト層Ｒに投影結像させるものである。
【００１６】
液槽１３は有底円筒形状をしており、中央にウェハ載置領域を有する例えば円形の底部１３Ａと、この底部１３Ａの周部においてウェハ載置領域を囲むように設けられた側壁部１３Ｂとを備えたものである。この液槽１３内のウェハ載置領域にウェハＷが載置されるもので、本実施の形態においては、載置されたウェハＷと側壁部１３Ｂとの間に温度分布均一化部としてのリング状のスペーサ１４が介在し、従来とは異なりウェハＷの側面部分と側壁１３Ｂとの間には液体ＬＱが存在しないようになっている。なお、このスペーサ１４は液槽１３の本体（底部１３Ａおよび側壁部１３Ｂ）とは別体となっている。
【００１７】
液槽１３の本体は、例えばアルミニウム、ステンレスまたはセラミックにより構成されている。スペーサ１４は、図２にウェハＷと分離して示したように、ウェハＷの表面と実質的に同一面を構成するような厚みを有すると共に、その表面の反射率がウェハＷのそれと実質的に同一になっており、これによりウェハＷの中央部および周縁部（エッジ領域）を含む表面全体の温度分布の均一化を図るようになっている。具体的には、スペーサ１４は、例えば基板１４Ｂ上に薄膜１４Ａを形成した構成を有している。薄膜１４Ａは、その表面の反射率がウェハＷのそれとほぼ同等の材質、例えば、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＭｇＦ2 ，ａ−Ｓｉ，ａ−Ｃ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，ＴｉＮまたはＴｉＯＮなどからなり、膜厚１０〜３００ｎｍ程度の単層膜または多層膜によって構成されている。ここで、薄膜１４ＡとウェハＷの反射率が実質的に同一とは、厳密な意味での同一の場合だけではなく、その差によって生ずる、ウェハＷの中心部と周縁部との間の温度不均一、更にこれが原因で発生する解像度の不均一が実用上問題がない程度のものであれば、その程度の差を含む（例えば０．０５％以下）、との意である。
【００１８】
なお、このようにウェハＷの表面の温度分布の均一化を図るためには、反射率だけではなく、スペーサ１４の熱伝導率もウェハＷのそれとできるだけ近いことが望ましい。この場合も反射率と同様に、その差によってウェハＷの中心部と周縁部との間に生ずる温度不均一、更にこれにより生ずる解像度の不均一が実用上問題がない場合には、これを許容（例えば０．０５％以下）するものである。このようなことから、基板１４Ｂの材質としては、例えばセラミック，アートン，ゼオノア，アクリル，ポリカーボネート，ガラスまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が挙げられる。
【００１９】
液体ＬＱとしては、例えば純水（屈折率１．４４）、Perfluorinated Polyether（屈折率１．３）、Ｃｓ2 ＳＯ4 （屈折率１．６）、Ｈ2 ＳＯ4 （屈折率１．６５）またはＨ3 ＰＯ4 （屈折率１．５）などの屈折率が１より大きいものが用いられる。
【００２０】
なお、液槽１３内に設置した際のスペーサ１４とウェハＷとの隙間Ｄは、その隙間Ｄに液体ＬＱが入り込まないようにできるだけなくすることが好ましいが、５０μｍ以上、１００μｍ以下の隙間Ｄがあっても構わない（図２参照）。
【００２１】
次に、このような構成を備えた露光装置１の作用について説明する。
【００２２】
まず、照明光学系１１、フォトマスク１０および投影光学系１２は、各光軸が光軸ＡＸと一致するようにこの順に配置され、投影光学系１２の直下に液槽１３が配置される。液槽１３内においては、ウェハＷと側壁部１３Ｂとの間にリング状のスペーサ１４が嵌め込まれる。続いて、液槽１３内のウェハＷおよびスペーサ１４上に液体ＬＱが満たされ、投影光学系１２の先端（レンズ１２Ａ）が液体ＬＱに浸されると共に、ウェハＷの位置が投影光学系１２の作動距離となるように液槽１３の上下の位置が調整される。その後、照明光学系１１からレーザ光が射出され、フォトマスク１０上の回路パターンを照射すると共に、その回路パターンからの結像光束が投影光学系１２および液体ＬＱを通してウェハＷの表面に塗布されたレジスト層Ｒに結像投影される。
【００２３】
この際、投影光学系１２から射出された光は、レジスト層Ｒで吸収されるだけでなく、レジスト層Ｒ表面で反射されたり、レジスト層Ｒを透過した後、ウェハＷの表面で反射される。これらの反射光の量は、照明光学系１１から射出される光の波長や投影光学系１２のＮＡ（開口数）に応じて変化する性質がある。具体的には、照明光学系１１から射出される光の波長が短くなる、あるいは投影光学系１２のＮＡが増大すると、投影光学系１２の焦点距離が短くなり、それに伴いウェハＷへの入射角が小さくなるので、上記反射光の量が増大する。
【００２４】
このように反射光の量が増大すると、ウェハＷのレジスト層Ｒ内には入射光と反射光とで生じる定在波が顕著となり、これにより解像度が変動する。この解像度の変動は、レジスト層Ｒの下に反射防止膜を設けて定在波を抑制することにより解消することができるが、前述のようなウェハＷの径方向の温度分布の発生に起因した解像度の変動は解消することはできない。
【００２５】
ここで、本実施の形態の効果について比較例と対比することにより説明する。なお、比較例は、スペーサ１４を備えていない点を除いて、本実施の形態と同一の構成を有する。  
【００２６】
比較例では、上述のようにスペーサ１４を備えていないので、ウェハＷの側面にも液体ＬＱが満たされている。従って、液体ＬＱの深さは径方向に一定ではなく、ウェハＷの周縁部（エッジ付近）で急激に変化する。また、ウェハＷと液槽１３の反射率および熱伝導率は一般に異なるので、反射率および熱伝導率は径方向に一定ではなく、ウェハＷのエッジ付近で急激に変化する。これらのことから、上記反射光および放熱によって液体ＬＱの温度が上昇する度合いは、径方向で均一にはならず、ウェハＷのエッジ付近では中心領域に比べて低くなる。
【００２７】
この結果、液体ＬＱの温度分布はウェハＷの径方向で均一とはならず、液体ＬＱの屈折率も径方向で均一とはならないので、解像度が径方向で不均一となる。また、ウェハＷの中心領域と比べてエッジ付近では反射光の迷光が少なくなるので、この迷光による解像度への影響が少なくなる。更に、ウェハＷのエッジ付近では、液体ＬＱの乱流が生じやすいので、気泡が発生して露光欠陥が生じる虞がある。
【００２８】
一方、本実施の形態では、上述のように、ウェハＷの周囲にはスペーサ１４が存在し、ウェハＷとスペーサ１４との隙間には液体ＬＱが全く無いか、あるいはあったとしてもごくわずかである。従って、液体ＬＱの深さは径方向に均一であり、ウェハＷのエッジ付近で変化することはない。また、スペーサ１４は液槽１３の本体とは別体であるので、反射率および熱伝導率を独自に調整することができ、よってウェハＷとスペーサ１４の反射率および熱伝導率を実質的に同一にすることができる。従って、反射率および熱伝導率は径方向に均一であり、ウェハＷのエッジ付近で変化することはない。これらのことから、上記反射光および放熱によって液体ＬＱの温度が上昇する度合いが径方向で均一になり、ウェハＷの中心領域とエッジ付近での温度の上昇の度合いが同じになる。
【００２９】
その結果、液体ＬＱの温度分布が径方向で均一になり、よって液体ＬＱの屈折率も径方向で均一になるので、径方向において解像度は均一になる。また、ウェハＷの中心領域とエッジ付近では反射光の迷光の量は同じであるので、この迷光による解像度への影響も同一になる。また、ウェハＷのエッジ付近では、液体ＬＱの乱流が生じることはないので、気泡が発生して露光欠陥が生じる虞はない。
【００３０】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００３１】
例えば、上記実施の形態では、ウェハＷとスペーサ１４の、反射率および熱伝導率が共に同じ（実質的に同一）であることが好ましいと説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ウェハＷの熱伝導率が十分小さい場合には、スペーサ１４の熱伝導率がウェハＷのそれと異なっていてもよく、また、ウェハＷの反射率が十分小さい場合には、スペーサ１４の反射率がウェハＷのそれと異なっていてもよい。
【００３２】
また、液槽１３は図１に示したものに限らず、図３または図４（Ａ）〜（Ｃ）に示したような変形例の構成を選択することができるものである。図３は、液槽１３の底部１３ＡとウェハＷとの間にウェハホルダ１５を介在させたものであり、スペーサ１４の厚みは、ウェハホルダ１５およびウェハＷの合計の厚みと同等となっている。
【００３３】
図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ上記実施の形態の独立したスペーサ１４をなくしたものである。このうち図４（Ａ）はスペーサ１４の代わりにウェハＷを保持するための保持溝１６Ａを有するトレー１６を液槽１３内に収容するようにしたものである。同図（Ｂ）は、上記実施の形態の液槽１３の底部１３Ａを厚くし、この底部１３ＡにウェハＷを保持するための保持溝１７を設けたものであり、同図（Ｃ）は更に底部１３Ａを厚くし、この底部１３Ａに保持溝１８を設け、この保持溝１８内にウェハホルダ１９およびウェハＷを重ねて収容する構成としたものである。いずれの例もウェハＷとその周囲の部分が同一平面を構成すると共に密着し、その反射率、更に好ましくは熱伝導率が実質的に同じであることは上記実施の形態と同様である。すなわち、上記トレー１６（図４（Ａ））、液槽１３の本体部分をそれぞれ上記実施の形態で示した材料で構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図２】スペーサを構成を説明するための斜視図である。
【図３】液槽の変形例の構成を表す断面図である。
【図４】液槽の他の変形例の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…露光装置、１０…フォトマスク、１１…照明光学系、１２…投影光学系、１３…液槽、１３Ａ…底部、１３Ｂ…側壁部、ＬＱ…液体、Ｒ…レジスト層、Ｗ…ウェハ
【図１】
2006080150.tif 000003
【図２】
2006080150.tif 000004
【図３】
2006080150.tif 000005
【図４】
2006080150.tif 000006