(57)【要約】【課題】  液浸法を適用した露光装置等における基板上の液滴を検出する技術を提供すること。【解決手段】  原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、該投影光学系と該基板との間隙を液体で満たした状態で該基板を露光する露光装置は、露光後の該基板に付着した液滴を検知する検知手段を有し、該検知手段は、該基板に対応した第１の画像データを予め記憶する記憶手段と、該基板の表面に向かって光を照射する照射手段と、該光が照射された該表面からの光を受光する受光手段と、を含み、該受光手段により得られた第２の画像データと、該第１の画像データとの比較に基づいて、該液滴を検知する、ものとする。【選択図】  図１−ｂ
2008066341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系と前記基板との間隙を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置において、
露光後の前記基板に付着した液滴を検知する検知手段を有し、
前記検知手段は、
前記基板に対応した第１の画像データを予め記憶する記憶手段と、
前記基板の表面に向かって光を照射する照射手段と、
前記光が照射された前記表面からの光を受光する受光手段と、
を含み、前記受光手段により得られた第２の画像データと、前記第１の画像データとの比較に基づいて、前記液滴を検知する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系と前記基板との間隙を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置において、
露光後の前記基板に付着した液滴を検知する検知手段を有し、
前記検知手段は、
前記基板の表面に沿って光を照射する照射手段と、
前記異物からの光を受光する受光手段と、
前記受光手段により得られた画像データを平滑化する平滑化手段と、
を含み、前記平滑化手段により得られた画像データに基づいて、前記液滴を検知する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系と前記基板との間隙を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置において、
露光後の前記基板に付着した液滴を検知する検知手段を有し、
前記検知手段は、
前記基板の表面に向かって光を照射する照射手段と、
前記光が照射された前記表面からの光のうちＰ偏光を受光する第１の受光手段と、
前記光が照射された前記表面からの光のうちＳ偏光を受光する第２の受光手段と、
を含み、前記第１の受光手段により得られた画像データと、前記第２の受光手段により得られた画像データとの比較に基づいて、前記液滴を検知する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項４】
原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系と前記基板との間隙を液体で満たした状態で前記基板を露光する露光装置において、
露光後の前記基板に付着した液滴を検知する検知手段を有し、
前記検知手段は、
前記基板の表面に向って赤外光を照射する照射手段と、
前記光が照射された前記表面からの光を受光するフーリエ変換赤外分光光度計と、
を含み、前記フーリエ変換赤外分光光度計により得られたスペクトルに基づいて、前記液滴を検知する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記検知手段は、前記投影光学系の最終面に対向した位置から、前記露光装置内から前記基板を搬出するための位置へ前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に付着した前記液滴を検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
【請求項６】
前記記憶手段は、露光前の前記基板に対して前記検知手段により得られた画像データを前記第１の画像データとして記憶することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項７】
前記検知手段は、前記露光装置内へ前記基板を搬入するための位置から、前記投影光学系の最終面に対向した位置へ、前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に対し、前記第１の画像データを得ることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記液滴を除去する除去手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の露光装置。
【請求項９】
前記除去手段は、前記投影光学系の最終面に対向した位置から、前記露光装置内から前記基板を搬出するための位置へ、前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に付着した前記液滴を除去することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス等のデバイス製造工程において用いられる液浸露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンで構成される半導体デバイスの製造工程において、マスクに形成されたパターンを感光剤が塗布された基板上に縮小投影して転写する縮小型投影露光装置が使用されている。半導体デバイスにおける集積密度の向上に伴いパターンの更なる微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応がなされてきた。
【０００３】
露光装置の解像力を向上させる手段としては、露光波長を短くする方法と、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法とが一般的である。
露光波長については、３６５ｎｍのｉ線から２４８ｎｍ付近の発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザ光に移行しつつあり、更には１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザの開発が進んでいる。更に、１５７ｎｍ付近の発振波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザの開発も行なわれている。
【０００４】
一方、これらとは全く別な解像力向上技術として液浸法を用いた投影露光方法が注目されつつある。従来は、投影光学系の最終面と露光対象基板（例えばウエハ）面との間の空間は気体で満たされていたが、液浸法では、この空間を液体で満たして投影露光を実施する。液浸法の利点は、投影光学系とウエハとの間を満たす液体の屈折率をｎとすると、同一波長の光源を用いても、従来法のｎ倍の解像力が得られることである。例えば、投影光学系とウエハとの間を純水（屈折率１．３３）で満たした場合、ウエハに結像する光線の最大入射角が液浸法と従来法で等しいと仮定すると、同一波長の光源を用いても、液浸法の解像力は従来法の１．３３倍に向上する。これは従来法の投影光学系のＮＡを１．３３倍にすることと等価であり、液浸法によれば、従来法では不可能なＮＡ＝１以上の解像力を得ることが可能である。
【０００５】
液浸法を露光装置に適用した従来例には、例えば、特許文献１に開示されている露光装置がある。図９（ａ）及び（ｂ）は特許文献１に開示されている露光装置の構成を示す。図９（ａ）の装置は、液槽（チャンバ）１０９内に液体１３０を満たすことによって、投影光学系１０４の最終面（光学素子１０７）とウエハ１０２の間の空間が液体１３０で満たされている。また、液槽１０９の中には、ウエハカセット１１０からウエハを搬入しウエハチャック１１２上にセットするためのウエハ搬送装置及び粗位置決め装置１１１−１〜１１１−４の一部または全体が配置されている。液槽１０９の中には、更に、ウエハチャック１１２、ＸＹステージ１１３、及び微動ステージ１１４が配置されている。図９（ａ）において、１１５はレーザ干渉計、１１６は微動ステージ１１４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１１４の位置を計測するためにレーザ干渉計１１５の光を反射する参照ミラーである。また、１１７はレーザ干渉計１１５の光を通過させるため液槽１０９に設けられた窓、１１８は液槽１０９の外側に設けられ、外部との熱的遮断を保つ断熱材である。
【０００６】
図９（ａ）の装置において、ウエハ１０２の全面の露光が完了すると、これと同時に輸送ポンプ１２２が再び作動し、チャンバ１０９内の液体１３０を排出し始める。この時、液面ゲ−ジ１１９が常時液体１３０の高さを検知しており、液体１３０の高さがウエハチャック１１２面より僅かに低くなった時点で、輸送ポンプ１２２を停止させる。従って、排出する液体１３０の量は、僅かである。この後、ウエハチャック１１２のバキュームを切り、搬出ハンド１１１−４で、ウエハチャック１１２上のウエハ１０２をハンドリングして、ウエハカセット１１０に収納する。この時、収納直前に、ウエハ１０２の両面をクリーンなエアでブローして、液体１３０をウエハ１０２表面から除去するようにしてもよい。
【０００７】
また、特許文献１には、図９（ｂ）に示すように、ウエハチャック１１２を含む部分のみを液槽１０９内に配置した構成も開示されている。更に、液槽１０９の底面にウエハチャック１１２を直接構成し、微動ステージ１１４上に液槽１０９を配置した構成例も開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている露光装置では、投影光学系１０４の最終面とウエハ１０２全体を液槽１０９の中に配置する方法が開示されている。
【０００８】
液浸法を露光装置に適用した他の例には、特許文献２がある。特許文献２に開示された露光装置では、投影光学系とウエハ面とで挟まれた空間だけに液体を流し、投影光学系とウエハ面の間の空間を液体で満たす方法が開示されている。
【０００９】
図１０は特許文献３に開示されている露光装置と塗布現像装置とのインライン接続を示す図である。露光装置のウエハ搬送ロボットは塗布現像装置からウエハを受け取ると露光ステージへと搬送し、露光後のウエハも同一のロボットが塗布現像装置へと搬送している。また、塗布現像装置の中でも、レジストを塗布したウエハを露光装置側インターフェイスへ搬送するロボットが露光後のウエハを加熱部へと搬送している。
【特許文献１】特開平６−１２４８７３号公報
【特許文献２】ＷＯ９９／０４９５０４号公報
【特許文献３】特開２００２−０５７１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来の露光装置においては、露光後に投影光学系とウエハ面の間の液体を排出しても投影レンズ最終面には液体が付着している可能性がある。したがって、ウエハをハンドリングする際に投影レンズ最終面に付着した液体がウエハ上に落下する可能性がある。
ウエハ上の液体が搬送時にウエハチャックに落下するとローカルデフォーカスの原因となり歩留まり低下を引き起こす。さらにウエハチャック交換が必要になり長時間装置がダウンするのでデバイス生産に与える影響は大きい。
また、露光後の濡れたウエハを搬送するときハンドに液体が付着し、次に搬送する露光前のウエハに付着することによるクロスコンタミが発生する。これはローカルデフォーカスの原因となり歩留まり低下を引き起こすという問題があった。
【００１１】
さらに、ウエハに液体が付いている状態で塗布現像装置へ搬送し加熱処理を行うと、液体の蒸発時の気化熱で温度ムラが発生してＣＤ均一性が悪化するという問題があった。また、露光後のウエハが全て濡れていると想定して高速スピン乾燥などを行うと露光装置の構造が複雑化し、コストアップするだけでなく、スループットを低下させるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、液浸法を適用した露光装置における基板上の液滴を検出する技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系と前記基板との間隙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、露光後の前記基板に付着した液滴を検知する検知手段を有する。
そして本発明に係る第１の露光装置の検知手段は、前記基板に対応した第１の画像データを予め記憶する記憶手段と、前記基板の表面に向かって光を照射する照射手段と、前記光が照射された前記表面からの光を受光する受光手段とを含むことを特徴とする。さらに、前記受光手段により得られた第２の画像データと、前記第１の画像データとの比較に基づいて、前記液滴を検知することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る第２の露光装置において、前記検知手段は、前記基板の表面に沿って光を照射する照射手段と、前記異物からの光を受光する受光手段と、前記受光手段により得られた画像データを平滑化する平滑化手段とを含むことを特徴とする。さらに、前記平滑化手段により得られた画像データに基づいて、前記液滴を検知することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る第３の露光装置において、前記検知手段は、前記基板の表面に向かって光を照射する照射手段を含む。さらに、前記光が照射された前記表面からの光のうちＰ偏光を受光する第１の受光手段と、前記光が照射された前記表面からの光のうちＳ偏光を受光する第２の受光手段とを含む。そして、前記第１の受光手段により得られた画像データと、前記第２の受光手段により得られた画像データとの比較に基づいて、前記液滴を検知することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る第４の露光装置において、前記検知手段は、前記基板の表面に向って赤外光を照射する照射手段と、前記光が照射された前記表面からの光を受光するフーリエ変換赤外分光光度計とを含む。さらに、前記フーリエ変換赤外分光光度計により得られたスペクトルに基づいて、前記液滴を検知することを特徴とする。
【００１７】
前記第１〜第４の露光装置において、前記検知手段は、前記投影光学系の最終面に対向した位置から、前記露光装置内から前記基板を搬出するための位置へ前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に付着した前記液滴を検知することが好ましい。
【００１８】
前記第１の露光装置において、前記記憶手段は、例えば、露光前の前記基板に対して前記検知手段により得られた画像データを前記第１の画像データとして記憶する。その場合、前記検知手段は、前記露光装置内へ前記基板を搬入するための位置から、前記投影光学系の最終面に対向した位置へ、前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に対し、前記第１の画像データを得ることが好ましい。
【００１９】
上記の各露光装置は、前記液滴を除去する除去手段をさらに有することが好ましい。その場合、前記除去手段は、前記露光装置内から前記基板を搬出するための位置へ前記基板を搬送する経路の上にある前記基板に付着した前記液滴を、前記投影光学系の最終面に対向した位置から、除去することが好ましい。
【００２０】
本発明に係る液滴検知手段を有する搬送装置は、液浸式露光装置で露光された露光済基板を処理するＣＤ装置及びこの露光済基板を検査する検査装置にも好適に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液浸法を適用した露光装置における基板上の液滴を検出する技術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】
【００２２】
本発明は、例えば、露光光として紫外光を用い、投影光学系と基板（例えば、ウエハ）との間隙を液体で満たす液浸法が適用されるあらゆる露光装置に有用である。そのような露光装置には、例えば、基板を静止させた状態で該基板に原版のパターンを投影転写する露光装置や、基板と原版とを同期スキャンしながら該基板に該原版のパターンをスリット光によりスキャン露光する露光装置が含まれ得る。
【００２３】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。図１−ａ及び図１−ｂは、本発明の第１の実施形態に係る液浸露光装置の構成を概略的に示す図である。図１−ａにおいて、ＡｒＦエキシマレーザやＦ２レーザなどの露光光源（不図示）から射出された光が照明光学系２に提供される。照明光学系２は、露光光源から提供された光を用いて、レチクル（原版）１の一部をスリット光（スリットを通過したような断面形状を有する光）により照明する。スリット光によってレチクル１を照明している間、レチクル１を保持したレチクルステージ（原版ステージ）３とウエハ（基板）９を保持したウエハステージ（基板ステージ）１０とは、一方が他方に同期しながらスキャン移動する。このような同期スキャンを通して、結果としてレチクル１上のパターン全体が投影光学系４を介してウエハ９上に連続的に結像し、ウエハ９表面に塗布されたレジストを感光させる。１４および１５はそれぞれレチクルステージ３およびウエハステージ１０を載置する定盤である。
【００２４】
レチクルステージ３やウエハステージ１０の二次元的な位置は、参照ミラー１１とレーザ干渉計１２によってリアルタイムに計測される。この計測値に基づいて、ステージ制御装置１３は、レチクル１（レチクルステージ３）やウエハ９（ウエハステージ１０）の位置決めや同期制御を行う。ウエハステージ１０には、ウエハ９の上下方向（鉛直方向）の位置や回転方向、傾きを調整、変更或いは制御する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９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１０が制御される。ここで、ウエハ９上の面の位置（上下方向位置と傾き）は、不図示の光フォーカスセンサによって計測され、ステージ制御装置１３に提供される。
【００２５】
露光装置本体は、環境チャンバ２８の中に設置されており、露光装置本体を取り巻く環境が所定の温度に保たれる。レチクルステージ３、ウエハステージ１０、干渉計１２を取り巻く空間や、投影レンズ４を取り巻く空間には、更に個別に温度制御された空調空気が吹き込まれて、環境温度が更に高精度に維持される。露光装置本体の正面側にはウエハ搬送部２７が設置されている。
【００２６】
次に、図１−ｂ及び図１−ａを参照しながら、ウエハの搬送工程を説明する。図１−ｂは図１−ａの露光装置をウエハ搬送高さで断面をとった上面図であり、ウエハ搬送工程を模式的に示す図である。
【００２７】
まず、不図示の塗布現像装置のウエハ搬送装置により受け渡し位置２４に置かれたウエハを搬送ロボット２３がプリアライメント部１９に搬送する。プリアライメント部１９に搭載されたウエハは水平方向と回転方向の位置決めが行われる。次に供給ロボット２０がプリアライメント部１９からウエハステージ１０へウエハを搬送する。ウエハ９はウエハステージ１０に保持された状態で投影光学系４の下の露光開始位置へと移動する。露光開始位置近傍で液体供給ノズル５からウエハ９上に液体が供給される。その後、上述の液浸法による露光が行われる。
【００２８】
露光後、液体回収ノズル６によりウエハ９上の液体は回収され、ウエハはウエハステージ１０に保持された状態で液体回収ノズル６の下からウエハ回収位置２９へ移動する。このとき、ウエハ９の上に付着しているかもしれない液滴を、液体回収ノズル６の下から回収ステーション２２に搬送される搬送経路上で検知するべく液滴検知部３０がウエハステージ移動経路上に配置されている。ウエハがウエハ回収位置２９に移動完了したときにウエハ９上に液滴が検知されていなければ、ウエハ回収位置２９のウエハは回収ロボット２１により回収ステーション２２に搬送される。ウエハ回収位置２９からウエハ回収ステーション２２に搬送される搬送経路上にはエアーナイフ４０が配置されている。ウエハがウエハ回収位置２９に移動完了したときにウエハ９上に液滴が検知されている場合はエアーナイフ４０で液滴の除去を行う。搬送ロボット２３は回収ステーション２２上のウエハを受け渡し位置２５に搬送する。不図示の塗布現像装置のウエハ搬送装置がウエハを受け渡し位置２５上のウエハを塗布現像装置へと搬送する。
【００２９】
塗布現像装置からウエハの供給を受ける代わりに環境チャンバ２８の中にあるウエハキャリアユニット２６から搬送ロボット２３が露光前のウエハを取り出しプリアライメント部１９ヘ搬送し、露光後のウエハを回収ステーション２２から搬送ロボット２３がウエハキャリアユニット２６へ収納しても良い。いずれの場合も搬送ロボット２３は露光前のウエハも露光後のウエハも搬送する。
【００３０】
本実施形態においては、投影光学系４とウエハ９との間の空間或いは間隙を液体で満たす液浸法を採用している。この液浸法は、ウエハ９の上方かつ投影光学系４の近傍に配置された液体供給ノズル５と、投影光学系４を挟んで液体供給ノズル５の反対側に配置された液体回収ノズル６によって実現される。
【００３１】
以下、本実施形態において実施される液浸法について詳細に説明する。露光中にウエハ９をスキャンする方向の上流側であって投影光学系４の近傍に液体供給ノズル５が配置されている。ここで、スキャン方向の上流側とは、例えば、ウエハを右から左に向かって左方向（第２方向）に移動させる場合について説明すると、その反対方向（第１方向）である右側である。すなわち、スキャン方向（第２方向）を矢印５０で示した場合に、矢印の始点側の方向（第１方向）が上流側である。投影光学系４を挟んで液体供給ノズル５の反対側（すなわち、スキャン方向の下流側）には、液体回収ノズル６が配置されている。
【００３２】
液体供給ノズル５は、供給管１６を介して液体供給装置７と接続されており、同様に液体回収ノズル６は、回収管１７を介して液体回収装置８と接続されている。液体供給装置７は、例えば、液体を貯めるタンク、液体を送り出す圧送装置、液体の供給流量の制御を行う流量制御装置を含みうる。液体供給装置７には、更に、液体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。液体回収装置８は、例えば、回収した液体を一時的に貯めるタンク、液体を吸い取る吸引装置、液体の回収流量を制御するための流量制御装置を含みうる。液浸制御装置１８は、更に、ウエハステージ１０の現在位置、速度、加速度、目標位置、移動方向といった情報をステージ制御装置１３から受けて、これらの情報に基づいて、液浸の開始や中止、流量等の制御指令を液体供給装置７や液体回収装置８に与える。
【００３３】
投影光学系４とウエハ９の間に液を満たす工程を説明する。まず、ウエハ９が静止した状態または移動している状態で、液体供給ノズル５よりウエハ９上に、例えばほぼ一定流量で液体Ｆを供給する。そして、液体供給ノズル５の下面とウエハ９の上面に液体を密着させることで、十分な液膜を形成する。次に、供給ノズル５より液体を供給し続けたまま、形成した液膜を途切れさせることなくウエハ９の移動を開始する。ウエハ９が移動して露光開始位置に至るとスリット光によるスキャン露光が開始される。ウエハ９が更に移動して露光終了位置に至るとスリット光による露光が終了する。スリット光による露光が終了すると、液体供給ノズル５からの液体の供給を停止し、ウエハ９をスキャン方向に移動させながら、残った液体を液体回収ノズル６によって回収する。以上のように、ウエハ９の移動に伴って液膜が広がるように、ウエハ９を移動させながらウエハ９の表面上に連続的に液体を供給する。この方法によれば、投影光学系４の最終面とウエハ９との間隙を連続的な液膜（途切れない液膜）で満たすことができる。また、このような方法によれば、液膜はウエハに対する相対速度が遅いので、液体回収ノズル６を通して確実に回収されうる。
【００３４】
上記のような液体の供給・回収方法によると露光後のウエハ上の全ての液滴が回収されることが通常である。しかし、液体回収ノズル６或いは投影光学系最終面４ｓに付着した雫がウエハ上に落下する可能性がある。これは頻度の低い現象であるが、ウエハ上に落下した雫が搬送時にウエハチャックにさらに落下するとローカルデフォーカスの原因となり歩留まり低下を引き起こす。さらにウエハチャック交換が必要になり長時間装置がダウンするのでデバイスの生産性に与える影響は大きい。また、露光後の濡れたウエハを搬送するとき搬送ロボット２３のハンドに液体が付着すると、次に搬送する露光前のウエハに付着することによるクロスコンタミが発生する。これはローカルデフォーカスの原因となり歩留まり低下を引き起こすという問題があった。
【００３５】
更に、ウエハに液体が付いている状態で塗布現像装置へ搬送し加熱処理を行うと、液体の蒸発時の気化熱で温度ムラが発生してＣＤ均一性が悪化するというプロセス上の問題が発生する。また、露光後のウエハが全て濡れていると想定して高速スピン乾燥などを行うと露光装置の構造が複雑化し、コストアップするだけでなく、スループットを低下させるという問題があった。
よってウエハ上の液滴を検知してその液滴に応じてウエハを乾燥させることが必要である。本実施形態の露光装置にはウエハ上の液滴を検知する手段及びウエハ上の液滴を除去する手段を具備している。
【００３６】
図２は本実施形態におけるウエハ上の液滴を検知する手段（液滴検知手段）３０を表す概略図である。ウエハ９上の液滴を検知する手段３０は、光を照射する照明手段５１（以下、照明手段は照射手段ともいう）及び光を検出する受光手段５２（以下、受光手段は光検出手段ともいう）を備える。照明手段５１には赤外線ライトを使用している。受光手段５２にはＣＣＤカメラを使用している。照明手段には赤外線ライト以外にはレーザビーム、レーザシートビーム、レーザスキャンビーム、ＬＥＤ、黄色フィルタ付きの電球等レジストが感光しない波長の光源を使用することが好ましい。受光手段にはＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の２次元センサ或いはラインセンサ等の１次元センサ或いは光電センサ等前述の照明手段５１の光源の波長に感度のある受光素子を用いる。液浸法による露光後、ウエハステージ１０に保持された状態で液体回収ノズル６の下からウエハ回収位置２９へ移動するウエハ９に対し赤外線ライト５１をストロボ発光させることによりウエハ９及びウエハ上の液滴ｄの画像をＣＣＤカメラに取り込んでいる。本実施形態ではカメラの視野はウエハステージ全面を一括で取り込むことが出来る。しかし、カメラの視野が狭い場合或いは投影レンズ等の影になってウエハ全面が観察出来ない場合でもウエハステージ１０の動きに伴い連続して撮影することにより、ウエハ９上を分割して撮影することが可能でありウエハ全面上の液滴を検知することができる。また、カメラの姿勢を変えながらウエハ９上を分割して撮影して、後に画像処理でつなぎ合わせても同様の効果が得られる。また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元受光素子以外にもラインセンサのような１次元センサを受光手段とした場合にもウエハステージ１０の動き或いは受光手段の姿勢制御によるウエハとカメラの相対運動によりウエハ全面上の液滴の検知を行うことが可能である。
【００３７】
半導体装置製造プロセスではウエハ表面に異なるレイヤーを積層することでデバイスを形成する。よって露光装置に搬入されるウエハはあるレイヤーのデバイスパターンの上に１μｍ程度の薄いレジスト膜が塗布される場合が多い。カメラで捕らえたウエハの画像の中には、薄いレジスト膜を透過して見えるデバイスパターンやウエハ上に付着した異物の姿も観察されるので液滴との判別が必要となる。本実施形態ではカメラにより取り込まれた画像は不図示の制御部の中にある液滴の判別手段により処理され液滴とウエハ上の異物或いはデバイスパターンとの判別を行う。
【００３８】
カメラにより取り込まれた画像における液滴とウエハ上のデバイスパターンとの判別手段について説明する。図３は本実施形態における液滴とウエハ上のデバイスパターンとの判別手段を示すブロック図である。画像入力部６０としてのカメラ５２で取り込まれた画像データはメモリ６１ａに記憶される。画像処理プロセッサ６２は、この画像データと予めメモリ６３ａに記憶させておいた画像データとを比較することにより、ウエハ上の液滴を判別する。予めメモリ６３ａに記憶させておく画像データは、ウエハ上に液滴がないときに上記カメラにより得られるべき画像データであり、例えば、そのようなウエハを実際に上記カメラで撮像することにより得た画像データであってもよいし、ウエハ上に形成されているデバイスパターンのデータに基づき生成された画像データであってもよい。また、上記比較は、当業者に知られた種々の手法を適用可能であり、例えば、画像間の差分の計算など、画像間で異なっている領域を抽出する種々の画像間演算が適用可能である。また液滴の判別と同時に、ウエハステージ１０の座標情報から液滴の位置、大きさを判断する。得られた液滴の位置、大きさ情報に応じて不図示の制御部において液滴除去手段を制御している。また、ウエハ上に液滴が無いと検知された場合は液滴除去を行わないように不図示の制御部により制御している。
【００３９】
本実施形態における液浸露光用の液浸水は純水を使用している。よって検知すべき液滴及び除去すべき液滴は純水であるが、純水だけに限定されるものではない。例えばフォンブリンなどの液浸露光用液浸液であれば同様の検知、除去が行われ得る。
また、本実施形態ではウエハ上の液滴を検知する手段をウエハステージ移動経路上に配置した。但し、液滴を検知する手段の位置は、好ましくは、ウエハステージ移動経路上から受け渡し位置２５までのウエハ搬送経路上にあればよい。例えばウエハ回収位置２９の上とか回収ステーション２２の上或いは搬送ロボット２３の上或いは受け渡し位置２５の上に配置しても同様の効果が得られる。
【００４０】
さらに、本実施形態では液滴の除去手段としてエアーナイフ４０をウエハ回収位置２９から回収ステーション２２に搬送される搬送経路上に配置した。但し、液滴の除去手段の位置は、好ましくは、ウエハステージ移動経路上から受け渡し位置２５までのウエハ搬送経路上にあればよい。例えばウエハ回収位置２９の上とか回収ステーション２２の上或いは搬送ロボット２３の上或いは受け渡し位置２５の上に配置しても同様の効果が得られる。また、液浸ノズル（例えば、液体回収ノズル６）により液滴の除去を行っても良い。
【００４１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態における基本的な装置構成は第１の実施形態と同じなので図１−ｂを参照しながら、ウエハの搬送工程を説明する。まず、不図示の塗布現像装置のウエハ搬送装置により受け渡し位置２４に置かれたウエハを搬送ロボット２３がプリアライメント部１９に搬送する。プリアライメント部１９に搭載されたウエハは水平方向と回転方向の位置決めが行われる。次に供給ロボット２０がプリアライメント部１９からウエハステージ１０へウエハを搬送する。ウエハはウエハステージ１０に保持された状態で投影光学系４の下の露光開始位置へと移動する。受け渡し位置２４またはプリアライメント部１９から投影光学系４の下の露光開始位置に搬送される搬送経路上にウエハ上の液滴検知部３０が配置されている。このとき露光前（液浸前）のウエハ表面のデバイスパターンをウエハ上の液滴検知部３０のカメラで撮影して不図示の第１画像データメモリに記憶する。
【００４２】
次いで、露光開始位置近傍で液体供給ノズル５からウエハ９上に液体が供給される。その後、上述の液浸法による露光が行われる。露光後液体回収ノズル６によりウエハ９上の液体は回収され、ウエハはウエハステージ１０に保持された状態で液体回収ノズル６の下からウエハ回収位置２９へ移動する。この移動時に露光後のウエハ表面をウエハ上の液滴検知部３０のカメラで撮影して第１画像データメモリ６３ｂに記憶する。ウエハ回収位置２９のウエハは回収ロボット２１により回収ステーション２２に搬送される。ウエハ回収位置２９からウエハは回収ステーション２２に搬送される搬送経路上にはエアーナイフ４０が配置されている。搬送ロボット２３は回収ステーション２２上のウエハを受け渡し位置２５に搬送する。不図示の塗布現像装置のウエハ搬送装置がウエハを受け渡し位置２５上のウエハを塗布現像装置へと搬送する。
【００４３】
塗布現像装置からウエハの供給を受ける代わりに環境チャンバ２８の中にあるウエハキャリアユニット２６から搬送ロボット２３が露光前のウエハを取り出しプリアライメント部１９ヘ搬送し、露光後のウエハを回収ステーション２２から搬送ロボット２３がウエハキャリアユニット２６へ収納しても良い。いずれの場合も搬送ロボット２３は露光前のウエハも露光後のウエハも搬送する。
【００４４】
図４は本発明の第２の実施形態における液滴とウエハ上のデバイスパターンとの判別手段を示すブロック図である。画像入力部６０としてのカメラによって取り込まれた露光前のウエハの画像データは第１画像データメモリ６３ｂに記憶される。また、同様にして取り込まれた露光後のウエハの画像データは第２画像データメモリ６１ｂに記憶される。画像処理プロセッサ６２は、第２画像データメモリ６１ｂに記憶された露光後の画像データと第１画像データメモリ６３ｂに予め記憶させておいた露光前の画像データを比較することにより、ウエハ上の液滴を判別する。また液滴の判別と同時に、ウエハステージ１０の座標情報から液滴の位置、大きさを判断する。得られた液滴の位置、大きさ情報に応じて不図示の制御部において液滴除去手段を制御している。また、ウエハ上に液滴が無いと検知された場合は液滴除去を行わないように不図示の制御部により制御している。
【００４５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態として、図５に照明手段にレーザ７１を、受光手段にラインセンサ７２を使用した液滴検知手段の実施形態を示す。レーザ７１からのレーザビームはウエハ９の上面の近傍に平行に照射する。ラインセンサ７２の長手方向をウエハ表面及びレーザビームに平行に配置する。ラインセンサ７２の長手方向に直行する方向にウエハステージ１０を移動することによりウエハ全面をスキャンすることが出来る。ラインセンサ７２からの信号を画像処理することによりウエハ全面の検知を行う。ウエハ上に液滴がある場合には液滴に当たって散乱したレーザ光をラインセンサ７２で受光することにより液滴の検知が行われる。
【００４６】
ラインセンサ７２により取り込まれた画像における液滴とウエハ上の異物或いはデバイスパターンとの判別手段について説明する。本実施形態では画像処理系にローパスフィルタ（平滑化フィルタまたは平滑化手段ともいう）を使用することにより、液滴とウエハ上の異物或いはデバイスパターンとの判別を行っている。通常ウエハの異物検査装置では微細な異物を検出するために帯域の低いローパスフィルタを使用することはない。本実施形態においては、一例として、１ｍｍ程度の液滴と数十μｍの異物を判別するために周波数帯域が１００ＫＨｚ以下のローパスフィルタを使用している。
【００４７】
図６（ａ）はラインセンサ７２の出力波形における液滴及び異物の信号の波形である。横軸はラインセンサ上の位置を表し縦軸はラインセンサの出力の強度を表している。図６（ｂ）及び（ｃ）は、図６（ａ）の波形をローパスフィルタを用いて処理した結果の波形を示す。ローパスフィルタが無いときの図６（ａ）の波形ではウエハ上の異物の信号レベルが高い。しかし、ローパスフィルタの周波数帯域が１００ＫＨｚ以下になると液滴の信号レベルより異物の信号レベルの方がより大きく減衰し、液滴と異物との判別が行われているのがわかる。ローパスフィルタの帯域は１００ＫＨｚ以下が好ましく、さらに１０ＫＨｚ以下がより好ましい。また、ウエハ上の異物の信号レベルを小さくするために受光手段をデフォーカスさせることが好ましい。なお、本実施形態では、ラインセンサ７２の出力波形に対する処理のためアナログのローパスフィルタを用いている。しかし、ラインセンサ７２の出力をデジタル化した後のデジタル画像データに対する処理を行う場合には、デジタルの空間的ローパスフィルタを用いればよい。その場合、該空間的ローパスフィルタの空間周波数帯域を液滴および異物のサイズに応じて適切に定めればよい。
【００４８】
［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係る液滴検知手段の構成を示す。図７の液滴検知手段において、照明手段の赤外線ランプ８１の投光側に拡散板８２を配置してウエハ９を略均一に照明している。受光手段ではウエハ９からの反射光を２つに分岐する分岐光学系８３を介して２つの受光素子８４、８５に入射させている。分岐光学系８３と受光素子８４、８５との間には夫々偏光板８６、８７とウエハの像を受光素子上に結像させる結像光学系８８、８９とが配置されている。偏光板は一方８６がＰ偏光、もう一方８７がＳ偏光をそれぞれ透過するように配置されている。受光素子８４、８５はＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の２次元センサ或いはラインセンサ等の１次元センサでも良い。受光素子８４、８５は不図示の画像処理部と接続されている。
【００４９】
図８は空気中におけるＰ偏光及びＳ偏光の水への入射角度と反射率の関係を表す図である。縦軸が反射率、横軸は入射角を表している。Ｐ偏光とＳ偏光では入射角に対する反射率が違うことがわかる。特に入射角４０度から８５度の間ではＰ偏光とＳ偏光の反射率に差が生じるので、照明手段及び受光手段の光軸の角度を４０度から８５度の間に設定することが好ましい。
本実施形態では、ウエハ９で反射した光は分岐光学系８３で２つに分岐され一方がＰ偏光のみの像として第１の受光素子８４に結像し、もう一方はＳ偏光のみの像として第２の受光素子８５に結像する。このように同時に取り込まれたＰ偏光及びＳ偏光の画像を比較することにより水を判別している。
【００５０】
図８では入射角５３．１度のときにＰ偏光の反射率がもっとも低くなっている。この角度をブリュースター角度という。この角度ではＰ偏光のみを受光している第１の受光素子８４には水からの反射光はほとんど入射せず、Ｓ偏光のみを受光している第２の受光素子８５にのみ水からの反射光が受光されるので、第１、第２の受光素子の信号を比較することにより、より明確に水の判定が出来る。よって照明手段及び受光手段の光軸の角度を５３．１度のブリュースター角度近傍に設定することがより好ましい。
【００５１】
フォンブリンなど水以外の液浸露光用液（液浸液）を使用する場合にも、偏光方向、入射角度、および反射率の関係を調べ、反射率の差が得られる入射角度、反射角度、及び偏光方向を選定することが好ましい。さらに、ウエハ表面に塗布されたレジスト面についても、図８同様の空気中におけるＰ偏光及びＳ偏光の入射角度と反射率との関係を計測して、液浸液との反射率の差が得られる入射角度、反射角度、及び偏光方向を選定することが好ましい。
【００５２】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態として、照明手段に赤外線光源を使用し、受光手段には赤外線に感度がある受光素子を使用し、赤外フーリエ変換分光法に基づく分光結果から液滴を判別する液滴検知手段の説明を行う。
分子に波長（エネルギー）の異なる赤外線を照射していくと、分子振動固有のエネルギーに対応した赤外線が吸収され、分子の構造に応じた特有のスペクトルが得られる。この赤外吸収スペクトル（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）から化合物の構造推定や定量を行うことができる。さらに既知物質のスペクトルと比較して物質の同定ができる。本実施形態では受光手段において干渉計を使用して光を検出し、データをフーリエ変換してスペクトル化するＦＴ−ＩＲを使用することにより、ウエハ上の液滴を判別している。ＦＴ−ＩＲは、Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（フーリエ変換赤外分光光度計）の略である。本実施形態では、予め記憶しておいた液滴のスペクトルデータと比較して液滴の同定を行うことにより、ウエハ上の異物及びデバイスパターンと液滴との判別が明確に行われるメリットがある。
【００５３】
上述の実施形態によれば、液浸法を適用した露光装置及び露光方法の実用性を高めることができる。例えば、液滴を検出できる。また、当該検出時のみ液滴を除去すれば、装置のスループットの低下を抑えつつ、装置ダウンタイムを短縮でき、或いは歩留まりの悪化を低減することができる。さらに、露光装置から搬送されたウエハの処理を行う半導体製造装置或いは検査装置の性能悪化の可能性を低減することができる。また、露光装置の複雑化または大型化を抑えることができる。
【００５４】
上述の実施形態においては、本発明を露光装置に適用した例を示した。しかし、本発明は、液浸露光した基板を検査する検査装置や、露光済基板を処理するレジスト塗布現像装置等の、デバイス製造装置に適用することも可能である。例えば、従来構成の液浸式露光装置とインライン接続されるデバイス製造装置に有効である。その場合、例えば、露光装置内の搬送系が搬入系と搬出系とに分離されていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
［微小デバイス製造の実施例］
次に、上述の液浸型露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。
図１１は半導体デバイスの製造のフローを示す。
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（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）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（基板ともいう）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を設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上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によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。後工程は、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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製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、ステップ７でこれを出荷する。
【００５６】
上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介しレジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。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を形成する。
【００５７】
以下、本発明の好適な実施の態様を列挙する。
１．液浸露光装置において、ウエハ上の液滴を検知する手段を具備し、前記ウエハ上の液滴を検知する手段に液滴の判別手段を具備する。
２．前記ウエハ上の液滴を検知する手段には画像処理プロセッサ、記憶装置、またはＣＰＵ等の処理・判断手段が含まれる。
３．前記液滴の判別手段は液滴とウエハ上の異物或いはデバイスパターンとの判別を行う。
４．前記ウエハ上の液滴を検知する手段は、ウエハステージ部及びウエハ搬送部のいずれかに配置される。
【００５８】
５．前記液滴を検知する手段は、露光後のウエハを照明する照明手段及びウエハからの反射光を受光する受光手段を備える。
６．液浸露光装置において、ウエハ上の液滴を除去する手段をウエハステージ部及びウエハ搬送部のいずれかに具備するように構成される。
７．前記液滴の判別手段は、露光後のウエハの画像と予め記憶させたウエハ上のパターン形状とを比較して液滴を判別する。予め記憶させるウエハ上のパターン形状は、例えば、現在までの露光に用いられた原版のパターンに基づき作成することができる。
８．或いは、露光後のウエハの画像と、露光前のウエハロード時に上記受光手段としてのカメラで読み込み、記憶させたウエハの画像とを比較することにより液滴を判別してもよい。
【００５９】
９．前記液滴を検知する手段は、レーザビームを用いた照明手段と、ラインセンサを用いた受光手段と、該受光手段の出力を処理する、ローパスフィルタを用いた信号処理系とを含んでもよい。この場合、受光部はデフォーカスしていることが好ましい。前記ローパスフィルタの帯域は好ましくは１００ＫＨｚ以下、より好ましくは１０ＫＨｚ以下である。
１０．前記液滴を検知する手段は、ウエハを照明する照明手段とウエハからの反射光を偏光板を介して受光する複数の受光手段とを具備し、前記受光手段でＰ偏光、Ｓ偏光を同時に取り込むよう構成してもよい。この場合、信号処理系でＰ偏光、Ｓ偏光の信号の差分を取ることによりウエハ上の液滴を検知する。入射角はブリュースター角度近傍であることが好ましい。
１１．前記液滴を検知する手段は、前記照明手段に赤外線光源を使用し、受光手段には赤外線に感度がある受光素子を使用し、赤外フーリエ変換分光法に基づく分光結果から液滴を判別するよう構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１−ａ】本発明の一実施形態に係る液浸露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図１−ｂ】図１の露光装置をウエハ搬送高さで切断した上面図であり、ウエハ搬送工程を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るウエハ上の液滴を検知する手段を表す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る液滴とウエハ上のデバイスパターンとの判別手段を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る液滴とウエハ上のデバイスパターンとの判別手段を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るウエハ上の液滴を検知する手段を表す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における受光手段の出力する液滴及び異物の信号を示す波形図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る受光手段に２次元センサを使用した液滴検知手段を示す図である。
【図８】空気中における水への入射角度と反射率との関係を表す図である。
【図９】従来の液浸型露光装置の一例を示す図である。
【図１０】従来の露光装置と塗布現像装置のインライン接続を示す図である。
【図１１】デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１：レチクル
２：照明系
３：レチクルステージ
４：投影光学系
４ｓ：投影光学系最終面
５：液体供給ノズル
６：液体回収ノズル
７：液体供給装置
８：液体回収装置
９：ウエハ
１０：ウエハステージ
１１：参照ミラー
１２：測距用レーザ干渉計
１３：ステージ制御装置、
１４，１５：定盤
１６：供給管
１７：回収管
１８：液浸制御装置
１９：プリアライメント部
２０：供給ロボット
２１：回収ロボット
２２：回収部
２３：搬送ロボット
２４：受け渡し位置Ａ
２５：受け渡し位置Ｂ
２６：ウエハキャリアユニット
２７：ウエハ搬送部
２８：環境チャンバ
２９：ウエハ回収位置
３０：ウエハ上の液滴検知部
４０：エアーナイフ部
５０：ウエハスキャン方向
５１：ライト
５２：カメラ
６０：画像入力部
６１ａ：画像データメモリ
６１ｂ：第２画像データメモリ
６２：画像処理プロセッサ
６３ａ：記憶メモリ
６３ｂ：第１画像データメモリ
７１：レーザ
７２：ラインセンサ
８１：光源
８２：拡散板
８３：分岐光学系
８４：第１受光素子
８５：第２受光素子
８６：偏光板Ｐ
８７：偏光板Ｓ
８８、８９：光学系
【図１−ａ】
2008066341.tif 000003
【図１−ｂ】
2008066341.tif 000004
【図２】
2008066341.tif 000005
【図３】
2008066341.tif 000006
【図４】
2008066341.tif 000007
【図５】
2008066341.tif 000008
【図６】
2008066341.tif 000009
【図７】
2008066341.tif 000010
【図８】
2008066341.tif 000011
【図９】
2008066341.tif 000012
【図１０】
2008066341.tif 000013
【図１１】
2008066341.tif 000014