(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小投影光学系におけるウエハ側に最も近い光学部材とウエハとの間を水で満たして該縮小投影光学系の開口数を大きくした液浸型露光装置において、
前記水に接する部分を有するウエハステージが、鉄を含有する低熱膨張合金から成っており、
前記水に水素が含まれることを特徴とする液浸型露光装置。
【請求項２】
前記低熱膨張合金がスーパーインバーであることを特徴とする請求項１に記載の液浸型露光装置。
【請求項３】
前記水素を含有する水を前記光学部材とウエハとの間に吐出する手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の液浸型露光装置。
【請求項４】
前記水素を含有する水を吸引する手段を有していることを特徴とする請求項３に記載の液浸型露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の製造時の露光工程で用いられる露光装置に関し、詳しくは液浸光学系を用いた液浸型露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路の製造時の露光工程で用いられる露光機において、解像性能を上げるために、露光装置の縮小投影光学系を構成する多数のレンズのうち最もウエハに近いレンズ（以下、最終レンズと呼ぶ。）と、ウエハとの間を液体で満たして、縮小投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることで、解像性能を向上させる液浸光学系と呼ばれる手法が提案されている。例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源とした露光装置（以下、ＡｒＦ露光機と呼ぶ。）に適用したものはＡｒＦ液浸光学系と呼ばれ、レンズとウエハとの間を水で満たすことで、解像性能を向上できることが知られている。すなわち、水の屈折率が１．３〜１．４であるため、ワーキングディスタンスが空気で満たされる場合より、ＮＡが１．３〜１．４倍に大きくなることから、ＮＡに反比例する解像度が小さくなる（解像性能が高くなる）ことが指摘されている。例えば、図１に構成をしめしたＡｒＦ露光装置１００において、露光中には、図３に示したように、縮小投影光学系３とウエハ４との間に、水６を満たすことが検討されている。
【０００３】
なお、この技術に関しては、例えば、SEＭICON Japan 2002、Technical programs for the semiconductor equipment and materials industries、第3-15〜3-16（非特許文献１）において示されている。
【０００４】
ところで、露光装置は、マスク（レチクルと呼ばれる場合もある。）に描かれた回路パターンをウエハ上に転写する装置であるが、半導体集積回路を製造するには、３０枚前後の異なるマスクが必要になるため、それらの露光パターンが精度良く重なるように、ウエハ上へのパターン転写の位置精度は非常に高く、最小線幅より１桁小さい必要がある。例えば、最小線幅１００ｎｍの場合は、位置精度としての誤差を１０ｎｍ以下にする必要がある。そのため、特にウエハを移動させるウエハステージなど、装置を構成するパーツの多くは、熱による膨張を最小限に抑制する必要がある。したがって、それらの材質としては、熱膨張率が極めて小さいセラミック（低熱膨張セラミック）や、一般に、インバー、あるいはスーパーインバーと呼ばれる低熱膨張合金が広く利用されている。ただし、これら低熱膨張セラミックと低熱膨張合金の両方が一般に利用されており、特に剛性が必要な部分には、低熱膨張合金を利用することが好ましい。
【非特許文献１】SEＭICON Japan 2002、Technical programs for the semiconductor equipment and materials industries、第3-15〜3-16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記液浸光学系を構成する場合の課題として、最終レンズとウエハとの間に満たされた水がウエハから溢れてしまい、ウエハステージの可動部に水が被ることがある。特にウエハの周囲に近い部分を露光する場合は、水がウエハからはみ出して、ウエハステージに掛かるが多い。しかも露光装置は、特に量産工場では、高い稼働率で長期間連続運転される場合が多いため、水によってウエハーステージを構成する金属部品が錆びていくことが問題であった。なお、錆びにくい金属として、ステンレスがあるが、熱膨張率は約１７×１０のマイナス６乗もあり、ウエハステージの部品材料として利用することは困難であった。
【０００６】
特にウエハーステージでは、低熱膨張合金であるインバーあるいはスーパーインバーが構成部品の材質として多く利用されているが、これらが非常に錆びやすいことから、液浸光学系を適用する際に問題になっていた。すなわち、インバーはニッケルが約４２％（残りは鉄）、スーパーインバーはニッケルが３１〜３２％、コバルトが５％程度、鉄が約６２％の合金であり、ニッケルの含有量が低く、鉄の含有量が多いことから、非常に錆びやすくなる。したがって、これらのような低熱膨張合金から成るウエハステージを用いた露光装置に対して液浸光学系を適用して使用していくと、次第にウエハステージが錆びてしまうことが問題であり、さらに錆びがパーティクルとなって、ウエハを汚染することもあった。
【０００７】
なお、前記インバーやスーパーインバーのようなニッケル合金において、反対に非常に錆びにくいことで知られているモネルではニッケルは６３％以上、インコネルではニッケルは７２％以上も含まれており、鉄の含有率は低い。しかしながら熱膨張率は、モネルでは１５．８×１０のマイナス６乗、インコネルでは１４．４×１０のマイナス６乗であり、スーパーインバーの場合の約０．５×１０のマイナス６乗に比べると、桁違いに大きいため、ウエハステージの部材として利用することは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、液浸光学系を適用した露光装置において、低熱膨張合金から成るウエハーステージに水が掛かっても、全く錆びないような露光方法、及び露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明では、最終レンズとウエハとの間に満たす水の中に水素を溶解させたものである。これによると、この水はいわゆる水素水と呼ばれ、水自体が還元性を有するようになるため、接触する金属が錆びないようになる。なお、特に水素の溶存濃度としては、０.１〜１.６ｐｐｍ、好ましくは、１.２〜１.４ｐｐｍ程度含めたものが好ましく、飽和濃度未満が好ましい。これは、水素の溶存濃度をあまり高くすると水素が泡となって発生することもあるからである。
【００１０】
本発明によると、ウエハーステージの構成部品における金属材料全てが全く錆びなくなるため、ウエハ全体、さらにはウエハーステージ自体を水に浸す構造の液浸光学系を構成しても長期間問題なく稼働させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の液浸光学系を適用したスキャン型露光装置によると、ウエハステージを構成する部材の多くにおいて、しかも周囲雰囲気に接する露出した部分にも、非常に錆びやすいスーパーインバーを用いることができるようになった。
【００１２】
さらに、これによって、従来多用されていた低熱膨張セラミックを利用しなくても済むようになり、その結果、セラミックで構成する場合よりも剛性が高くなることから、ステージを高速にスキャンしても、反力による変形等も大幅に低減されるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第1の実施例としてのＡｒＦ露光装置１００の構成図である。露光光であるレーザ光Ｌ１は、マスク１の照射領域Ｒ１を照射する。マスク１を通過したレーザ光Ｌ２は縮小倍率１／４の縮小投影光学系３に入射し、ウエハ４上の照射領域Ｒ２を照射する。すなわち、縮小投影光学系３によって、マスク１の照射領域Ｒ１内のパターンが、ウエハ４の照射領域Ｒ２に縮小投影される。
【００１５】
マスク１は、マスクステージ２におけるＹステージ２ａ上に載せられており、Ｙ方向（図中のスキャン方向Ｓ１）に往復移動（すなわち往復スキャン）できるようになっている。一方、ウエハ４はウエハステージ５におけるＹステージ５ｃ上に載せられており、Ｙ方向（図中のスキャン方向Ｓ２）に往復スキャンできるようになっているが、露光中には、マスク１の移動方向とは反対方向に同期しながら往復スキャンしている。
【００１６】
ウエハ４が載せられたウエハステージ５のＹステージ５ｃは、Ｘ方向に移動できるＸステージ５ｂ上に載せられており、これによってウエハ４はＸ方向（図中のステップ方向Ｓ３）にもステップ移動できるようになっている。
【００１７】
本実施例では、ウエハ４における照射領域Ｒ２と縮小投影光学系３との間に、水６が供給され、液浸光学系が適用できる構造になっている。ただし、図１ではウエハ４と縮小投影光学系３とを多少離して描かれているが、実際にはこれらの間隔は約１ｍｍと小さくなっている。ウエハ４と縮小投影光学系との関係を図２を用いて、以下に説明する。
【００１８】
図２は図１に示した第１実施例におけるＡｒＦ露光装置１００における縮小投影光学系３とウエハ４との間に水６を供給する場合の断面図である。水６は、吐出ノズル７から放出され、縮小投影光学系３における一番下に取り付けられている最終レンズ９と、ウエハ４との間に供給される。また、最終レンズ９とウエハ４との間に満たされた水は、吸引ノズル８から吸引される。すなわち、露光中には、吐出ノズル７から常に新しい水６が供給されるようになっている。ここで、吐出ノズル７及び吸引ノズル８については、特願２００３年１４９３７５号の図３（ｂ）に示された吐出ノズルと吸引ノズルとの組合せを使用することができる。具体的に説明すると、吐出ノズル７及び吸引ノズル８は最終レンズ９を備えた縮小投影光学系３に、当該縮小投影光学系３のスキャン方向Ｙを横切ように、即ち、ステップ方向Ｘに平行に、最終レンズ９を挟むように位置付けられている。更に、図示された例では、実際には最終レンズ９の右側（又は左側）に、吐出ノズル７と吸引ノズル８が図２の紙面に対して垂直方向に交互に複数個配置されている。また、最終レンズ９のＹ方向中央部には、Ｘ方向に伸びる吐出ノズル及び吸引ノズル（図示せず）が設けられている。この例では、ウエハ４がスキャン方向の＋Ｙ又は−Ｙ方向にスキャンされている間に、水素水を吐出ノズル７から吐出し、当該水素水を吸引ノズル８で吸引する。尚、吐出ノズル７と吸引ノズル８との組合せの代わりに、吐出ノズルだけが配置される構成を採用しても良い。
【００１９】
本発明では、この水６が一般に水素水と呼ばれる水であり、本実施例では、含有水素濃度として、水素が水１リットル中に１．５ｍｇ（1.5ｐｐｍ）含まれており、還元性の高い水を使用している。その結果、水６が金属に長期間接触しても、その金属は全く錆びることがない。これによって、図１に示されたウエハステージ５を構成するほとんどの部品の材料にスーパーインバーを用いることができ、低熱膨張率のウエハステージを構成できる。
【００２０】
尚、純水に対して水素ガスを添加して金属の錆びを防止することについては、本発明者等の出願に係る特願２００３−０３８９４１号明細書においても指摘されているが、液浸型露光装置を低熱膨張合金によって構成することについては指摘されていない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は半導体デバイスの製造時に使用されるマスク、ウエハの露光に使用することができると共に、ＬＥＥＰＬ等の露光装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に使用されるＡｒＦ露光装置１００の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明において使用される液浸光学系の断面を概略的に示す図である。
【図３】液浸光学系を概略的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    マスク
２    マスクステージ
２ａ    Ｙステージ
３    縮小投影光学系
４    ウエハ
５    ウエハステージ
５ａ    ステージ台
５ｂ    Ｘステージ
５ｃ    Ｙステージ
６    水
７    吐出ノズル
８    吸引ノズル
９    最終レンズ
１００    ＡｒＦ露光装置
Ｌ１、Ｌ２    レーザ光
Ｒ１、Ｒ２    照射領域
Ｓ１、Ｓ２    スキャン方向
Ｓ３    ステップ方向
【図１】
0004615210.tif 000002
【図２】
0004615210.tif 000003
【図３】
0004615210.tif 000004