(57)【要約】【課題】補助部材の接触角の低下を抑え、露光後に補助部材上に液滴を残存させず、しかもウエハ帯電を低減できる液浸露光装置及びデバイス製造方法を提供する。【解決手段】レチクル２上のパターンをウエハ５上に露光転写する投影光学系３と、投影光学系３のウエハ５に最も近接したレンズ面（最終面）とウエハ５の間隙に液浸液を供給する液体供給装置を具備し、前記間隙の少なくとも一部に液浸液を保持して露光を行う液浸露光装置において、ウエハ５を保持するウエハチャック２０の周囲に設けられ、ウエハチャック２０とともに前記液浸液を保持する補助部材の少なくとも表面の材質をグラファイトとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する投影光学系と、前記投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面と前記ウエハの間隙に液浸液を供給する液体供給装置を具備し、前記間隙の少なくとも一部に液体を保持して露光を行う液浸露光装置において、
前記ウエハを保持するウエハチャックの周囲に設けられ、ウエハチャックとともに前記液浸液を保持する補助部材の少なくとも表面の材質をグラファイトとすることを特徴とする液浸露光装置。
【請求項２】
前記補助部材の表面を構成するグラファイト材が、前記ウエハチャック上に装着された前記ウエハの少なくとも一部分と接触することを特徴とする請求項１に記載の液浸露光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液浸露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
前記ウエハ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、主に半導体集積回路等の露光に用いられる露光装置に関するものであり、特に投影光学系とウエハの間の少なくとも一部を液浸液で満たしてウエハ上にパターンを露光する液浸露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子回路パターンの微細化が進み、従来、露光装置の微細化性能向上のために使用露光波長の短波長化のほか位相シフトマスク、変形照明等の技術が実用化されている。
しかし、従来の設計においては、投影光学系と基板との間に屈折率が約１の気体の層が介在するため、原理的にＮＡ（開口数）を１以上にすることが不可能であった。
【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との間に気体（一般に空気）より屈折率の高い高屈折率液体を充填する液浸法がある。
この原理を半導体素子を製造する露光装置に応用したものとして、投影光学系の最終面と基板との間の、従来では気体で満たされていた空間を、液浸液で満たしつつ投影露光を行うという所謂液浸露光法がある。
【０００４】
液浸法の利点は、用いる液体の屈折率をｎとすると、等価的な露光波長が光源の波長の１／ｎになることである。
このことは、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した場合に、同一波長の光源を用いても、解像度が従来法の１／ｎに向上することを意味する。
例えば、光源の波長が１９３ｎｍで液浸液が水の場合、水の屈折率が約１．４４であるので、水の液浸液を用いた液浸法を用いることで従来法に比べて解像度を１／１．４４にすることができる。
【０００５】
液浸法を用いる投影露光装置において、投影光学系の最終面と基板の間を液浸液で満たす方法には、大別して次の二つの方法が考案されている。
一つは、投影光学系の最終面と共に基板の全体を液槽の中に浸す方法である。
しかしながら、投影光学系の最終面と共に基板の全体を液槽に浸す方法は、液浸液を保持する容器が大きく、高速でステージを駆動するには駆動機構が大きくなり、装置が大型になる欠点がある。
また、ウエハが液浸液に完全に浸漬されてしまうことから、ウエハ裏面に液浸液が付着したまま露光装置内を移動しなければならず、露光装置中に液浸液を飛散させてしまう欠点がある。
液浸液の飛散は、露光装置内の金属構成物にサビ等の発生を引き起こしてしまうという問題が生じる。
サビ等の発生を引き起す問題を解決するには、露光装置として、装置コストアップにつながり実用的ではないという問題がある。
【０００６】
また、投影光学系の最終面と基板の間を液浸液で満たすもう一つの方法には、投影光学系と基板に挟まれた間隙だけに液浸液を供給して液膜を形成するというローカルフィル方式がある。
図６にウエハ周辺部のショットＥＳ（エッジショット）を露光する際の投影光学系１０３とウエハ１０５の位置関係を模式的に示す。
ローカルフィル方式では、投影光学系１０３とウエハチャック１２０上のウエハ１０５との間の間隙に液膜１０４を保持する必要がある。
上記液膜１０４は、液体供給装置１１０からその間隙に液浸液を供給するとともに、液体回収装置１１１でその液浸液を回収することを続けることで流動するという態様がある。
しかし、ウエハ１０５の周囲に何もないと当然、液膜１０４は間隙に保持できず、かつ回収しきれずに流出することが判る。もちろんショットＥＳは液浸露光が出来ない。
【０００７】
従来の技術（例えば、特許文献１及び２参照。）には、図７ａ及び図７ｂに示すように、ウエハ１０５周囲に環状部材（所謂補助部材）１００を設け、該環状部材（所謂補助部材）１００の上面とウエハ２０５表面とは、ほぼ面一を為すという手段が開示されている。
【０００８】
前述の液浸式露光装置のローカルフィル方式に着目したとき、前記の従来技術には以下に述べる問題が存在する。
即ち、我々のこれまでの検討によれば、環状部材（所謂補助部材）１００を用いると次の悪影響が生じることが判っている。
つまりＫｒＦやＡｒＦレーザなどのエネルギーの高い露光光と液浸液（ここでは純水）が環状部材（所謂補助部材）１００などの表面に同時に作用するとＳｉＣなどの表面状態が変化する。
その結果、環状部材（所謂補助部材）１００の重要な機能の一つである接触角が低下するという大きな問題が生じる。
【０００９】
一般に環状部材（所謂補助部材）１００に使用し得るセラミックスは、液浸液の接触角が大きく低下し、例えばＳｉＣでは、初期値５０°程度から照射後には１０°程度にまで低下する。
環状部材（所謂補助部材）１００に対する液浸液の接触角が極端に小さいと、液膜が環状部材１００上を移動する際に、液浸液が環状部材１００上に液滴となって残存する場合がある。
環状部材（所謂補助部材）１００上に液滴が残ってしまうと、その部分がコンタミの原因となりウエハ汚染を引き起こすという問題が生じる。
また、残存する液滴がステージが移動時に、ウエハ上に移動しパターン欠陥を引き起こすという問題が生じる。
また、残存する液滴がステージ移動時に飛散し、周辺の構成物を汚染または腐食させたり、電気回路をショートさせたりするという問題も生じる。
【００１０】
また、一方、液浸露光装置では、液浸露光時にウエハと液浸液が接触した状態でウエハが移動するため摩擦による静電気が発生し、ウエハ表面に帯電が生じるという問題がある。
例えば、純水とレジスト(感光性樹脂)が塗布されたウエハでは、ウエハ表面電位として＋１００Ｖ〜＋２００Ｖの帯電が確認されている。
このような状態が生じると帯電による放電のためにウエハ内に形成された半導体素子が破壊するという問題が懸念される。
つまり、環状部材（即ち補助部材）１００に液浸液の接触と、露光光の照射が同時に生じると環状部材１００と液浸液の接触角が低下し、液浸液の液滴が残るという問題点を改善する必要があった。
【特許文献１】特開２００４−２０７６９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、ローカルフィル方式の液浸露光法を用いる液侵露光装置において、補助部材上に液滴が残存することを低減できる液浸露光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一側面としての液浸露光装置は、レチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する投影光学系と、前記投影光学系のウエハに最も近接したレンズ面と前記ウエハの間隙に液浸液を供給する液体供給装置を具備し、前記間隙の少なくとも一部に液体を保持して露光を行う液浸露光装置において、前記ウエハを保持するウエハチャックの周囲に設けられ、ウエハチャックとともに前記液浸液を保持する補助部材の少なくとも表面の材質をグラファイトと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、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液浸露光装置によれば、ウエハチャックとともに前記液浸液を保持する補助部材の少なくとも表面の材質をグラファイトとするため、次の効果がある。
即ち、補助部材の表面がグラファイト材であるため、露光光、露光光が照射された液浸液または液浸液に晒されても、補助部材の液滴の接触角の低下を抑制することができ、補助部材上に残存液滴が発生せず、液浸露光の安定性を向上させることができる。
特に補助部材の表面を構成するグラファイト材が、前記ウエハチャック上に装着された前記ウエハの少なくとも一部分と接触するため、液浸露光時のウエハ帯電を低減して帯電の悪影響が発生することを防止することができる。
一方、本発明のデバイス製造方法によれば、上記構成の補助部材を用いるため、補助部材上に残存液滴が発生せずに液浸露光が安定し、かつ液浸露光時のウエハ帯電を低減し、製造デバイスの品質信頼性を向上させる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１に係る液浸露光装置の構成を模式的に示す模式図である。
本例の液浸露光装置においては、露光光および液浸液の一例として、露光光にＡｒＦレーザ光、液浸液に水（純水）を用いる場合を示す。
なお、本例の液浸露光装置は、ＡｒＦレーザ光および水に限らず、他の波長の光およびその波長で使用可能な液浸液を用いた液浸露光装置にも同様に適用できる。
また、液浸液は、微量の添加物を加えた水を含む液体や炭化水素系の有機液体でもよい。
【００１７】
照明系１は、例えばＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を出力するレーザ出力装置（不図示）と、公知の光学系（不図示）等から構成されている。
照明系１は、レーザ出力装置からのレーザ光でデバイスパターン（例えば回路パターン）が形成されたレチクル（マスク）２を照明する。
【００１８】
投影光学系３は、屈折型またはカタジオプトリック系等であり、照明系１によって照明されたレチクル２の回路パターンを第２物体としてのウエハ５（基板）に投影する。
【００１９】
測距用レーザ干渉計１５は、参照ミラー１４を介してレチクルステージ１２やウエハステージ１３の水平面内の二次元的な位置を計測している。
この計測値に基づいてステージ制御装置１７がレチクル２やウエハ５の位置決めや同期制御を行う。
【００２０】
ウエハステージ１３は、ウエハ５固定のためのウエハチャック２２を備え、ウエハ５の上下方向の位置や回転角、傾きを調節する機能を持つ。
また、ウエハステージ１３は、露光時にウエハ５の表面を投影光学系３の像面と合致させる。
更に、ウエハステージ１３は、チャック２０の周囲に、ウエハチャック２０上に固定したウエハ５の表面の液浸露光上の要点部分（もしくは底面及び側面）を包囲する補助部材（所謂同面板）２１を有する。
【００２１】
補助部材２１の高さとウエハ５の表面の高さは略面一な高さにあり略同一面である。
本例では、補助部材２１の高さとウエハ５の高さが例えば数百μとして例えば１００μ（ミクロン）程度異なっていても略同一面であるものと規定する。
補助部材２１は、その略同一面を構成するため、エッジショットＥＳを露光する際に、液膜４がウエハ５上から流れ落ちたり、液滴が周囲に飛散したりしないように液膜４を保持することが可能である。
【００２２】
一方、補助部材２１の少なくとも表面には、グラファイト材から成る層（不図示）が形成されている。
補助部材２１に構成するグラファイト材の層の少なくとも一部分は、ウエハチャック２０上に装着されたウエハ５裏面と接触されている。
【００２３】
補助部材２１は、少なくとも表面がグラファイト材の層を有することで、補助部材２１の表面の液浸液の接触角の低下が抑制され、補助部材２１上に残存液滴の発生がなく安定性のよい液膜４の保持を可能とする。
即ち、補助部材２１の表面が露光光を受けても、もしくは補助部材２１が露光光を受けた液浸液または単に液浸液に晒されても、補助部材２１の表面の液浸液の接触角の低下が抑制される。
その結果、補助部材２１上に残存液滴の発生のない安定性のよい液膜４の保持を図ることが出来るため、従来の問題点が解消する。
【００２４】
また、補助部材２１のグラファイト材から成る層（不図示）の少なくとも一部は、ウエハチャック２０上に装着されたウエハ５裏面と接触する。
その結果、ウエハ５と補助部材２１の間の電気的導通を取り、液浸液とウエハ５の摩擦により生じる静電気によるウエハ５の帯電が低減する。
このため、液浸露光に際して、ウエハ５内の半導体素子を電気的に破壊してしまうことのない露光工程の性能の安定性を向上させることが可能である。
【００２５】
一方、実施例１では、液浸法を用いて等価的な露光波長を短くし、露光における解像度を向上させることに一つの主旨がある。
本例の液浸露光装置は、解像度向上のため、投影光学系３の最終面周囲に液浸液の供給口１０と液浸液の回収口１１を配置し、投影光学系３の最終面（レンズ面）とウエハ５の間隙に水の液浸液を供給して液膜４を形成する。
【００２６】
投影光学系３の最終面（レンズ面）とウエハ５の間隔は、液膜４を安定して形成し、かつ除去できる程度に小さいことが望ましく、例えば、１．０ｍｍとすればよい。
供給口１０は液浸液供給配管８により純水供給装置６と連通されており、回収口１１は回収配管９により水回収装置７と連通されている。
【００２７】
純水供給装置６は、脱気装置１８および温度制御装置１９をその一部として有する。
脱気装置１８は、例えば公知の膜モジュール（不図示）と真空ポンプ（不図示）により構成される。
【００２８】
液浸制御装置１６は純水供給装置６および水回収装置７へ制御信号を送ると同時に、ステージ制御装置１７との間でデータの送受信を行う。
これにより、液浸制御装置１６はウエハ５の移動方向や速度に応じて純水供給量と回収量を調節している。
【００２９】
ここで、図１に示す補助部材２１の機能のいくつかの概要について補足する。
即ち、補助部材２１は、一つについては図１に示すエッジショットＥＳを露光する際に液膜４を維持し、良好な液浸露光性能を達成するものである。
更に必要な機能として、液膜４が補助部材２１の表面（グラファイト材から成る層）上を移動していく場合の液滴の残存をなくすという作用及び効果がある。
ウエハ５周辺部のエッジショット（図１参照）ＥＳを露光した後でも、補助部材２１上に残存する液滴の発生を防止することができる。
【００３０】
この効果を達成するためには、露光光、露光光が照射された液浸液、更には液浸液に晒されても液浸液の接触角を維持出来る表面を備えた補助部材２１を設けるようにすればよい。
【００３１】
また、この補助部材２１は、金属溶出のない材料が望ましく、前記の条件を備えた材料としてグラファイトが好適であり、補助部材２１全体をグラファイト材にて構成するという例も好ましい。
我々の検討によれば、グラファイトの液浸液（例えば水）の接触角の初期値は約１００°であり、露光光照射後も約７０°の接触角を維持していることが判った。
【００３２】
以上のような構成の液浸露光装置によれば、補助部材２１上に液滴残りがなく、かつ安定性が高く、高精度な回路パターン形成の可能な液浸露光装置を提供することができる。
特に、補助部材２１のグラファイト材から成る層の少なくとも一部は、ウエハ５裏面と接触するため、ウエハ５と補助部材２１の間の電気的導通を取り、ウエハ５の帯電を低減することができた。
従って、液浸露光に際しては、ウエハ５内の半導体素子を電気的に破壊してしまうことのない露光工程の性能の安定性を向上させることが可能となった。
【実施例２】
【００３３】
次に、本発明の実施例２を説明する。図２は、本発明の実施例２において帯電防止の機能を発現させるための補助部材２１とウエハ５との間の構成を模式的に示した模式図である。
ウエハ５がウエハチャック２０に装着された状態では、図２ａ及び図２ｂに示すように、ウエハ５と補助部材２１との間には間隙Ｌが存在する。この間隙Ｌは、例えば１〜２ｍｍ程度である。
【００３４】
補助部材２１は、グラファイト製で、その一部にウエハチャック２０上に装着されたウエハ５下面に接触するような高さ及び長さに形成された導電性の接触体（コンタクトバー）３１を備えている。
更に補助部材２１は、その接触体３１を接地（不図示）することでウエハ５の帯電を逃がすように構成されている。
【００３５】
より具体的には、接触体３１は、ウエハ５がウエハチャック２０上に装着された際、ウエハ５との接触が確実に行われるようウエハ５下面より僅かに高い位置に設けられている。
接触体３１は、更にウエハ５がウエハチャック２０への吸着エラーを生じないように、可撓性を有する材質で、かつ可撓性を有効に発揮するための所定の形状及び厚さに形成することが望ましい。
ここで、接触体３１の設置数や形状は、図示した構成に限らず、ウエハ５と補助部材２１の確実な接触を得るために、適宜に選定すればよい。
【００３６】
ところで、グラファイトは、金属に比べて高い導電性を備えている（グラファイト：およそ１００００Ｓ／ｃｍ）ことから、帯電防止効果が大きい。
液浸露光では、露光時にウエハ５が液浸液に接触した状態で動くため、ウエハ５上に帯電が生じる場合がある。
特に、炭化水素系の有機液体などの電気伝導度が小さく帯電能の高い液浸液の場合、ウエハ５の帯電圧は数百Ｖ以上となる。
このような状態が生じると帯電による放電のためにウエハ５内に形成された半導体素子が破壊する可能性がある。
しかし、補助部材２１のグラファイト材とウエハ５が接触すると導通するため、補助部材２１を設置させることは、ウエハ５の帯電の発生を抑えることが出来、半導体素子の破壊を防止する。
【００３７】
実施例２においては、補助部材２１に、ウエハチャック２０上に装着されたウエハ５を接地するための導電性の接触体３１を備えたたことに要点がある。
このため、ウエハ５の帯電の発生を抑えることが出来、ウエハ５上の半導体素子の破壊をより有効に防止することが可能である。
【実施例３】
【００３８】
次に、本発明の実施例３を説明する。図３は、実施例３に係る液浸露光装置の要部の構成を模式的に示す模式図である。
同図に示す補助部材２１は、その基材５１をＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａ１２Ｏ３などのセラミックスで形成し、その基材５１上にシート状のグラファイトシート５２を構成したものである。
【００３９】
グラファイトシート５２の厚みは、撥水性の機能が発現すればよく、例えば１００ｎｍ程度が好適である。
【００４０】
実施例３においては、補助部材２１の表面に撥水性の機能を発現するためのグラファイトシート５２の構造を有することのみが実施例１の場合と異なる。
その他の構成は、実施例１の場合と全く同じであり、作用及び効果においても同様である。
【００４１】
（微小デバイス製造の実施例）
次に上記説明した液浸露光装置 を利用したデバイス製造方法の例を説明する。
図４は微小デバイス（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）の製造のフローを示す。
まず、ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作／レクチル製作）では設計したデバイスのパターンを形成したレチクル２を製作する。
【００４２】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてはウエハ５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、上記用意したレチクル２とウエハ５を用いて、リソグラフィ技術によってウエハ５上に実際の回路パターンを形成する。
ウエハプロセスに際しては、ウエハ５の少なくとも露光位置は、グラファイト材から成る層が設けられた補助部材２１で保護されている。
【００４３】
実際のウエハ５上への回路パターンの形成においては、液浸露光装置の測距用レーザ干渉計１５によりレチクルステージ１２やウエハステージ１３の水平面内の二次元的な位置の計測を含む。
この計測値に基づいてレチクル２やウエハ５の位置決めや同期制御が可能となり、その制御の下、投影光学系３の照明系１により照明されたレチクル２の回路パターンが第２物体としてのウエハ５に投影される。
露光に際して、液浸露光装置は、解像度向上のため、投影光学系３の最終面とウエハ５の間隔に、供給口１０から液浸液を供給させて液膜４を形成する。
その際、補助部材２１の表面にはグラファイトの層が形成されているため、液滴の残存はなく、かつウエハ５の帯電による悪影響の発生も確実に防止されている。
【００４４】
次のステップ５（組み立て工程）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製された基板（ウエハ５）を用いて半導体チップ化する工程である。
組み立て工程には、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なう。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。
【００４５】
図５は上記基板プロセスの詳細なフローを示す。
ステップ１１（酸化）ではウエハ５の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ５の表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ５上に電極を蒸着によって形成する。
ステップ１４（イオン打込み）ではウエハ５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５にレジストを塗布する。
ステップ１６（露光）では上記説明した液浸露光装置 によってレチクル２の回路パターンをウエハ５の複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光した基板を現像する。
次いでステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【００４６】
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ５上に多重に回路パターンが形成される。
本実施例のデバイス製造方法を用いれば、液浸露光時の残滴や帯電異常等をあらかじめ防止することが可能であり、品質のよいデバイスを安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１の構成を模式的に示す模式図である。
【図２】図２ａは、本発明の実施例２の要部構成を模式的に示す側面図である。    図２ｂは、本発明の実施例２の要部構成を模式的に示す上面図である。
【図３】本発明の実施例３の要部構成を模式的に示す断面図である。
【図４】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図６】従来の技術を示す側面図である。
【図７】図７ａは、他の従来の技術の要部概念を示す上面図である。      図７ｂは、他の従来の技術の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    照明系
２    レチクル
３    投影光学系
４    液膜
５、１０５    ウエハ（基板）
６    液浸液供給装置
７    液浸液回収装置
８    液浸液供給配管
９    液浸液回収配管
１０、１１０    供給口
１１、１１１    回収口
１２    レチクルステージ
１３    ウエハステージ
１４    ミラー
１５    測距用レーザ干渉計
１６    液浸制御装置
１７    ステージ制御装置
１８    脱気装置
１９    温度制御装置
２０、１２０    チャック
２１    補助部材
３１    接触体
５１    基材
５２    グラファイトシート
【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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【図７】
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