(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介して原版のパターンを基板に、前記投影光学系と前記基板との間の間隙に液体を満たした状態で、露光する露光装置であって、
前記間隙に液体を供給する液体供給手段と、
前記間隙に供給する前の前記液体中の溶存酸素を窒素によって除去する前段脱気処理手段と、
前記前段脱気処理手段からの液体中の気体を減圧下で除去する後段脱気処理手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記後段脱気処理手段は、前記脱気処理として真空引きによる溶存ガスの除去を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記前段脱気処理手段の下流側に、更に溶存酸素計測手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記前段脱気処理手段は、前記溶存酸素計測手段により計測された溶存酸素が所定量になるよう前記前段脱気処理手段での窒素ガスの供給量を制御する溶存酸素制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記前段脱気処理手段の上流側に、更に前記液体の温度を調整する温調手段を少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記前段脱気処理手段の上流側に、更に前記液体の流量を調整する流量調整手段を少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、原版のパターンを基板に露光する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と、を備え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、投影光学系と基板との間隙を液体で満たした状態で原版のパターンを基板に投影する液浸露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、露光装置の一般的な構成を示す図である。
【０００３】
図３において、３１は光源である。光源３１は、露光パターンの微細化に伴い短波長化が進みｉ線からエキシマレーザーへとシフトし、更にはそのレーザー光源もＫｒＦからＡｒＦへとシフトしてきている。現在更なる微細化への要求を満足するためにＦ２レーザーやＥＵＶ光の使用が検討されている。
【０００４】
光源３１から出た光は、導入部３２を経て照明光学系３３に導かれる。照明光学系３３では、照度むらの除去及びビームの成形が行われ、照明光となって露光パターンの原版となるレチクル３４に照射される。原版としてのレチクル３４は、レチクルステージ３５に配置されている。
【０００５】
レチクル３４を透過した光は、パターン光となり投影光学系３６を介してレチクル３４と光学的共役面に配置された基板としてのウエハ３７に縮小投影される。
【０００６】
レチクル３４及びウエハ３７はリニアモータを駆動源とするレチクルステージ３５及びウエハステージ３８に夫々配置され、ステップアンドリピートによる繰り返し露光が行われる。
【０００７】
一方、集積回路線幅の微細化に伴い、レチクルステージ３５をウエハステージ３８と同期させて最適な結像が行える投影光学系３６の中心部で露光エリアをスリット状に絞り込みスキャンしながら露光する走査型露光装置が開発されている。
【０００８】
また、近年、投影光学系３６とウエハ３７との間隙を純水等の液体で満たした状態で露光を行う液浸露光装置が注目されている。液浸化を図ることにより、液体の持つ高屈折率により高ＮＡ化を実現する。これは、設備負荷の大きいＦ２やＥＵＶ光源を使用せずにＡｒＦの既存の露光装置に液浸媒体供給手段を付加することにより、容易に更なる微細化への道が開けることを意味する。
【０００９】
図４は、液浸露光装置における液浸媒体供給系の構成を示す図である。
【００１０】
図４において、投影光学系３６の最下面に液浸壁２１にて液浸領域を生成し、液体供給ノズル２２及び液体回収ノズル２３を液浸領域内に配置する。そして、定量の液浸媒体を液体供給ノズル２２から供給すると同時に液体回収ノズル２３から回収することで液浸領域を液浸媒体で満たした状態で露光を行う。
【００１１】
液浸媒体は光学部品の一部とも言え、厳しい純度、流量並びに温度の管理が要求される。通常は超純水が使用され、工場設備で生成された超純水は供給ライン２８を介して、冷却器２４、ヒータ２５、温度センサ２６並びに温調器２７にて温度調整され、液体供給ノズル２２から液浸領域へ供給される。
【００１２】
また、供給ライン２８に脱気ユニット４１を設け、液浸媒体内の溶存ガスを除去することにより、マイクロバブルによる露光欠陥の低減や液浸媒体に対する露光光の透過率の向上が図られている。
【００１３】
上記透過率の向上は露光時間の短縮による生産性向上のほか、露光エネルギーによる液浸媒体の温度上昇に起因する屈折率の変化を抑制し、良好な像性能を安定して得られる効果がある。
【特許文献１】特開２００４−２８２０２３号公報
【特許文献２】特開２００５−０１９６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図５は、脱気ユニットの構成を示す図である。
【００１５】
図５において、チューブ状の中空糸膜４２を束ね、中空糸膜４２の膜壁内部と膜壁外部とに空間が分離された構造の脱気モジュール４３を有し、膜壁内部と連通した内部供給口４４から液浸媒体を供給し、膜壁外部と連通した外部供給口４５から真空引きする。これにより、中空糸膜４２を介して液浸媒体内の溶存ガスを膜壁外部の真空側へ放出し脱気処理を行うことができる。脱気処理された液浸媒体は壁膜内部と連通した内部排出口４６から排出され供給ライン２８に戻される。
【００１６】
しかしながら、上記脱気ユニットは膜の拡散現象を利用しているため、真空圧を下げるか膜面積を増やすか、膜厚を薄くすることが脱気効率を上げる要点となる。
【００１７】
一方で脱気能力には耐圧やスペースに起因した限界があるため、脱気前の溶存ガス量に変動があると、下流側にもその変動の影響が出てしまう。
【００１８】
また、真空ポンプの性能は大気圧と密接に関連するため大気圧変動が脱気性能の変動を引き起こしてしまうという欠点がある。
【００１９】
また、溶存ガス成分である酸素は液浸媒体の透過率に密接に関係し、溶存酸素濃度変動１ｐｐｍに対し透過率変動は０．７３％／ｃｍ生じてしまう。
【００２０】
これは大気圧並びに工場設備から供給される液浸媒体の溶存ガス量の変動があると、液浸露光装置でも溶存ガス量の変動が生じ、マイクロバブルの発生や光学性能の劣化を招くおそれがある。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、大気圧変動や工場設備の溶存ガス変動の影響を除去し、溶存ガスによるマイクロバブルや光学性能の劣化を防ぐことができる液浸露光技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の露光装置は、投影光学系を介して原版のパターンを基板に、前記投影光学系と前記基板との間の間隙に液体を満たした状態で、露光する露光装置であって、前記間隙に液体を供給する液体供給手段と、前記間隙に供給する前の前記液体中の溶存酸素を窒素によって除去する前段脱気処理手段と、前記前段脱気処理手段からの液体中の気体を減圧下で除去する後段脱気処理手段とを有する。
【００２３】
また、本発明のデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて、原版のパターンを基板に露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、工場設備から供給される液浸媒体の温度変動並びに圧力変動等並びに大気圧変動に起因する脱気性能の変動を抑えことにより溶存酸素量の変動を低減できる。その結果、溶存酸素量に相関する液浸液体の透過率や屈折率の変動を抑え、更にマイクロバブルの発生も抑止し、光学性能の劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る第１の実施形態の液浸媒体供給系の構成を示す図で、図４の構成と共通する部分には同一の符号を付して示している。
【００２８】
工場設備から供給される液浸媒体は供給ライン２８を通って前段脱気処理ユニット１へ供給される。液浸媒体は温度調整並びに流量調整されるため、温調ユニット２及び流量制御ユニット３の下流側に前段脱気処理ユニット１を配置することが好ましい。これにより供給される液浸液体の圧力や温度変動による脱気変動を除去でき、更なる脱気性能の安定化が図れる。
【００２９】
前段脱気処理ユニット１はチューブ状の中空糸膜を束ね、該中空糸膜の膜壁内部と膜壁外部に空間が分離された構造の脱気モジュール５及び窒素ガス供給系４を有する。脱気モジュール５は、膜壁内部と連通した内部供給口６から液浸媒体が供給され、膜壁外部と連通した外部供給口７から窒素ガスが供給される。
【００３０】
ここで膜壁外部の窒素ガスの圧力を所定量に設定し、酸素分圧を下げることにより液浸媒体中に含まれる溶存酸素を中空糸膜で拡散通過させ膜壁外部へ排出することにより液浸媒体中の溶存酸素の除去を行う。従って、窒素ガス供給系４に減圧弁１０及び圧力計１１を設け、更には中空糸膜の膜壁外部と連通した外部排出口９に背圧調整用の絞り弁１２を設けることが好ましい。
【００３１】
溶存酸素を除去された液浸媒体は膜壁内部と連通した内部排出口８から排出され、後段脱気処理ユニット１３へ供給される。
【００３２】
前段脱気処理ユニット１を通過した液浸媒体は窒素ガスを主成分とする溶存ガスが含まれているため、そのまま液浸露光装置に供給されると溶存ガスが気化しマイクロバブルによる像性能劣化を招く。そこで、前段脱気処理ユニット１の下流側に後段脱気処理ユニット１３を設け、真空脱気を行う。
【００３３】
後段脱気処理ユニット１３はチューブ状の中空糸膜を束ね、該中空糸膜の膜壁内部と膜壁外部に空間が分離された構造の脱気モジュール４３及び真空圧供給系１４を有する。脱気モジュール４３は、膜壁内部と連通した内部供給口４４から液浸媒体が供給され、膜壁外部と連通した外部供給口４５から真空引きされる。
【００３４】
ここで膜壁外部の真空圧力を所定量に設定し、ガス分圧を下げることにより液浸媒体中に含まれる溶存ガスを中空糸膜で拡散通過させ膜壁外部へ排出することにより液浸媒体中の溶存ガスの除去を行う。従って、真空圧供給系１４に真空減圧弁１５及び真空圧力計１６を設けることが好ましい。後段脱気処理ユニット１３を通過し溶存ガスが除去された液浸媒体は、図４で述べたように、供給ライン２８を介して、ヒータ２５、温度センサ２６並びに温調器２７により温度調整され、液体供給ノズル２２から液浸領域へ供給される。
【００３５】
本実施形態によれば、工場設備から供給される液浸媒体の溶存ガス量の変動並びに大気圧が変動しても、前段脱気処理ユニット１で窒素ガス供給圧調整により酸素分圧を所定量以内に管理できる。また、脱気モジュールを介して液浸媒体内の溶存酸素量を所定量以内に抑えることができるので、結果として溶存酸素濃度変動に起因する液浸領域の屈折率変動を抑えることが可能となる。
【００３６】
また、後段脱気処理ユニット１３にて真空脱気を行うことで液浸液体の溶存ガスを除去することにより、溶存ガス起因のマイクロバブルによる像性能劣化を抑止できる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図２は、本発明に係る第２の実施形態の脱気ユニットの構成を示す図であり、前述の第１の実施形態と共通する部分には同じ符号を付して示している。
【００３８】
本実施形態は、前段脱気処理ユニット１と後段脱気処理ユニット１３の間（つまり、前段脱気処理ユニット１の下流側であって、後段脱気処理ユニット１３の上流側）に液浸液体の溶存酸素量を検出する溶存酸素計測センサ１７を設けている。
【００３９】
また、窒素ガスの供給量により圧力を制御する窒素ガス供給圧制御弁１８並びに溶存酸素計測センサ１７が常時に所定の溶存酸素量となるように窒素ガス供給圧制御弁１８を制御する溶存酸素制御ユニット１９を設けている。
【００４０】
尚、上記各実施形態の液浸媒体供給系は、例えば、図３で述べた露光装置に搭載され、投影光学系３６を介して原版としてのレチクル３４のパターンを基板としてのウエハ３７に、投影光学系３６とウエハ３７との間の間隙に液浸媒体を満たした状態で露光する。
【００４１】
そして、レチクル３４及びウエハ３７がレチクルステージ３５及びウエハステージ３８ににより夫々駆動されて、ステップアンドリピートによる繰り返し露光、或いはレチクルステージ３５とウエハステージ３８とを同期させてスキャンしながら露光する。
【００４２】
本実施形態によれば、液浸媒体中の溶存酸素量を直接管理できるので、精度の高い溶存酸素量の管理を行うことができる。その結果、溶存酸素変動に起因する透過率や屈折率変動を防止でき、露光装置において安定性の高い光学性能を実現できる。また、何らかの原因で溶存酸素量が所定量を超えると、警告出力し製造時のトラブルを事前に防止することができる。
【００４３】
以上のように、工場設備より供給される液浸媒体の脱気処理ユニットを少なくとも２段階とし、１段目は窒素ガスによる脱気を行い液浸媒体中の溶存酸素を所定量以下に除去し、２段目は真空による脱気を行い主成分が窒素である溶存ガスの除去を行う。このように、１段目で窒素ガスによる脱気を行うことで、真空では困難な酸素分圧の低下を容易に行え、溶存酸素量を極微量に抑えた液浸媒体の生成が可能となる。また、真空脱気で生じる真空ポンプの大気圧変動により生じる脱気能力変動に起因した溶存酸素濃度を完全に除去することができる。
【００４４】
また、２段目の真空脱気を行うことで溶存しているガス（主に窒素）を除去することでマイクロバブルの発生を防止できる。
【００４５】
これらの結果、工場設備から供給される液浸媒体の温度変動や圧力変動等並びに大気圧変動に起因する脱気性能の変動を抑えることにより溶存酸素量の変動を低減できる。また、溶存酸素量に相関する液浸液体の透過率や屈折率の変動を抑え、マイクロバブルの発生も抑止でき、光学性能に優れた液浸露光装置を実現することができる。
【００４６】
［デバイス製造方法］
次に、本実施形態の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて説明する。
【００４７】
図６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ１（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（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを作製する。一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ４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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５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Ｓ７でこれを出荷する。
【００４８】
上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、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、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によってレジスト処理ステップ後のウエハに潜像パターンを形成する露光ステップ、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を有する。更に、現像ステップで現像した潜像パターン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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の液浸露光装置における液浸媒体供給系の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の液浸媒体供給系の脱気ユニットの構成を示す図である。
【図３】露光装置の構成を示す図である。
【図４】液浸露光装置の液浸媒体供給系の構成を示す図である。
【図５】液浸媒体供給系の脱気ユニットの構成を示す図である。
【図６】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  前段脱気ユニット
２  温調ユニット
３  流量調整ユニット
４  窒素ガス供給系
５  脱気モジュール
６  内部供給口
７  外部供給口
８  内部排出口
９  外部排出口
１０  減圧弁
１１  圧力計
１２  絞り弁
１３  後段脱気ユニット
１４  真空圧供給系
１５  真空減圧弁
１６  真空圧力計
１７  溶存酸素計測センサ
１８  窒素ガス供給圧制御弁
１９  溶存酸素制御ユニット
２１  液浸壁
２２  液体供給ノズル
２３  液体回収口
２４  冷却器
２５  ヒータ
２６  温度センサ
２７  温調器
２８  供給ライン
２９  ノズル供給配管
３０  供給弁
３１  光源
３２  導入部
３３  照明光学系
３４  レチクル
３５  レチクルステージ
３６  投影光学系
３７  ウエハ
３８  ウエハステージ
４１  脱気ユニット
４２  中空糸膜
４３  脱気モジュール
４４  内部供給口
４５  外部供給口
４６  内部排出口
【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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