(57)【要約】【課題】液浸法による液体接触面における耐酸化性を向上する。【解決手段】投影光学系と露光対象の基板面との間の露光光の経路に液体を介在させて露光処理を行う露光装置において、露光処理時に基板面の周囲を当該基板面の高さと一致させるための同面板として、少なくとも液体と接触し且つ露光光が照射される面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされている同面板を用いる。或は、投影光学系の最終段の投影レンズの液体に接触する面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングを施す。【選択図】  図３
2007335476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系と露光対象の基板面との間の露光光の経路に液体を介在させて露光処理を行う露光装置であって、
露光処理時において前記基板面の周囲を前記基板面の高さと一致させるための同面板の少なくとも前記液体と接触し且つ前記露光光が照射される面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
更に、前記投影光学系の最終段の投影レンズの前記液体に接触する面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記同面板は、繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記同面板は、炭素繊維を補強材として用いた繊維強化プラスチックで形成されてい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】
投影光学系と露光対象の基板面との間の露光光の経路に液体を介在させて露光処理を行う露光装置であって、
前記投影光学系の最終段の投影レンズの前記液体に接触する面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされていることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置を用いてデバイスを製造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、半導体や液晶等のデバイスを製造する工程で用いられる露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイスの製造工程には、マスク上に形成されたパターンを感光性のウエハ上に転写する工程が含まれている。この工程で使用される露光装置は、一般に、マスクを支持するマスクステージとウエハを支持するウエハステージとを有し、マスクステージ及びウエハステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介してウエハに転写するものである。近年、デバイスのより一層の微細化に対応するために上記露光装置における投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短いほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。
【０００３】
また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度も重要となる。解像度Ｒ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
【０００４】
Ｒ＝ｋ1・λ／ＮＡ  …（１）
δ＝±ｋ2・λ／ＮＡ2  …（２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ1、ｋ2はプロセス係数である。
【０００５】
（１）式、（２）式より、解像度Ｒを高めるために露光波長λを短くして開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面にウエハ表面を合致させることが困難となり、露光動作時のフォーカスマージンが不足するおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ焦点深度を広くする方法として、液浸法が提案されている（特許文献１）。この液浸法では、投影光学系の下面とウエハ表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たして液浸領域を形成する。そして、液体中での露光光の波長が空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率で通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。
【特許文献１】国際公開第９９／４９５０４号パンフレット
【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、投影光学系とウエハとの間に満たした液体に露光光が照射されることによって液体に活性化が起こり、液体接触面や露光光が照射される面に酸化が生じてしまう。また、液体接触面に水残りが生じた場合、そこに露光光が照射されると気化熱が生じる。この気化熱に起因して当該液体接触面に熱変形が発生し、露光精度に悪影響を及ぼすといった課題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、液浸法による露光処理において、液体接触面において生じ得る露光精度への悪影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。即ち、
投影光学系と露光対象の基板面との間の露光光の経路に液体を介在させて露光処理を行う露光装置であって、
露光処理時において前記基板面の周囲を前記基板面の高さと一致させるための同面板の少なくとも前記液体と接触し且つ前記露光光が照射される面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされていることを特徴とする。
【０００９】
又、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置は以下の構成を備える。即ち、
投影光学系と露光対象の基板面との間の露光光の経路に液体を介在させて露光処理を行う露光装置であって、
前記投影光学系の最終段の投影レンズの前記液体に接触する面に、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンドライクカーボン膜がコーティングされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液浸法による露光処理において、液体接触面で生じ得る露光精度への悪影響が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明による露光装置の実施するための最良の形態及び露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る露光装置について図１、図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態による露光装置の一例を示す側面図である。この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用される。
【００１３】
露光装置において、原版であるレチクル４０を介して基板であるウエハ１６上に、照明系５０からの露光エネルギーとしての露光光が、投影光学系３０としての投影レンズを介して照射する。尚、本明細書において、露光光とは、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等を総称する用語である。又、投影レンズとは、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等を総称する用語である。投影レンズを介した露光光の照射によって、位置決め装置に搭載されたウエハ上に所望のパターンが形成される。ここで、パターンを転写する方法としては、ステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式がよく知られており、本実施形態ではいずれの方式を採用してもよい。
【００１４】
又、図１において、定盤８に対して大きな範囲で移動する粗動ステージ５と、粗動ステージ５上に設けられ粗動ステージ５に対して小さな範囲で移動する微動ステージ１５は位置決め装置１８を構成する。微動ステージ１５上にはウエハ１６がウエハチャック１７を介して微動ステージ天板４に保持されており、パターンに対して高精度に位置決めされる。更に、微動ステージ１５は、ウエハチャック１７の周辺に配置され、ウエハチャック１７に保持されたウエハ１６の上面と一致した高さの上面部を有する同面板１９を備える。投影光学系３０の最終投影レンズとウエハ１６の露光面との間に液体を介在させて露光を行う液浸法を用いた露光装置では、ウエハ１６の端部においても安定した液浸領域を確保するために、ウエハ１６と同じ高さの面によってウエハ１６の周囲を囲う必要がある。このために、同面板１９が設けられる。
【００１５】
粗動ステージ５は定盤８に対して、ＸＹ方向に移動可能に支持されている。粗動ステージ５は、定盤８から浮上させて、非接触で支持されることが精度の面からも好ましい。そのような粗動ステージ５の支持機構としては、エアベアリングを用いてステージを浮上させる、磁気吸引力やローレンツ力といった磁力を利用してステージを浮上させるといった構成が挙げられる。また、粗動ステージ５の駆動機構としては、本実施形態では平面モータを用いている。平面モータは一般に可動子（粗動ステージ５）または固定子（定盤８）にコイルを設けて、コイルに電流を流すことによって駆動力を発生するが、その方式は可変磁気抵抗方式（平面パルスモータ）であっても、ローレンツ力方式であってもよい。尚、これらの機構は、特開平１１−１９０７８６号公報や特開２００４−２５４４８９号公報において開示されているため、詳細な説明は省略する。
【００１６】
微動ステージ１５は、例えば電磁継手によって粗動ステージ５に連結され、粗動ステージ５の移動に従ってＸＹ方向に大ストロークで移動する。また、微動ステージ１５は、粗動ステージ５との間にアクチュエータ６を具備する。アクチュエータ６は、微動ステージ天板４を、小さな範囲で、粗動ステージ５に対して移動させることができる。アクチュエータ６としては、リニアモータ、電磁石、エアアクチュエータ、ピエゾ素子等を用いることができ、可動子と固定子とが非接触であることが精度の面から好ましい。
【００１７】
微動ステージ１５の駆動軸については、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ（鉛直）方向、ωｘ方向（Ｘ軸まわりの回転方向）、ωｙ方向（Ｙ軸まわりの回転方向）、ωｚ方向（Ｚ軸まわりの回転方向）の６軸駆動であることが好ましいが、この限りではない。
【００１８】
支持部材７は投影光学系３０を支持する構造体である。本実施形態では、支持部材７を微動ステージ１５の位置を計測する上で基準となる基準構造体としている。支持部材７には、微動ステージ１５のＸ位置計測をするためのＸ干渉計１３、Ｙ位置計測をするためのＹ干渉計（不図示）、Ｚ位置計測をするためのＺ干渉計１２ａ，１２ｂが設けられている。
【００１９】
粗動ステージ５には、反射面とＺ方向のなす角が鋭角（ここでは４５°）であるミラー９ａ，９ｂが設けられている。微動ステージ天板４には、反射面が鉛直方向に対して垂直かつ反射面が微動ステージ天板４の上面と一致するミラー１０ａ，１０ｂが設けられている。また、ミラー１０ａ，１０ｂとは別体の平面バーミラー１４ａ，１４ｂが微動ステージ天板４の側面に配置されている。支持部材７には反射面が鉛直方向に対して垂直なミラー１１ａ，１１ｂが設けられている。これらミラーと干渉計の組み合わせにより、微動ステージ天板４の正確な位置が計測される。
【００２０】
尚、上記の説明では、粗動ステージ５は平面モータによって駆動していたが、これに限られるものではなく、さまざまな駆動機構が考えられる。例えば、ガイドを用いたリニアモータによって粗動ステージ５駆動させても良い。
【００２１】
図２は図１の部分拡大図である。本実施形態の露光装置においては、液浸法による露光を行うため、ウエハチャック１７の周辺に配置されると共にウエハチャック１７に保持されたウエハ１６の上面と同じ高さに上面部を有した同面板１９が設けられている。上述したように同面板１９はウエハ１６の周囲を囲むように配置されるので、同面板１９の上面部は液浸液２０に曝されることになる。又、複数のチップパターンを含む１ショットを単位として露光が行われると、ウエハの有効面を目一杯に活用しようとした場合に、１ショットの領域の一部が同面板１９にはみ出す。この場合、同面板１９にも露光光が照射されることになる。この結果、同面板１９は、露光光により活性化された液浸液２０と接触し、酸化が生じやすくなる。そこで、第１実施形態では、この同面板１９の表面の少なくとも液浸液に接触し、露光光が照射される部分に、以下に説明するようにダイヤモンド薄膜のコーティングを施した部材を用いる。
【００２２】
図３は、同面板１９として利用可能な、第１実施形態による材料の一例を示す断面図である。図３の露光装置用部材１は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）２の表面にダイヤモンド薄膜３をマイクロ波プラズマＣＶＤ法でコーティングして形成されている。尚、コーティングとして、ダイヤモンド薄膜３の代わりにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を用いてもよく、この場合もマイクロ波プラズマＣＶＤ法でコーティングすることができる。ＤＬＣ膜は非晶質構造ではあるが一部にダイヤモンドの結合を有し、ダイヤモンドに近い硬度を有している。又、繊維強化プラスチックの補強材の繊維としては炭素繊維が最適であるが、これに限られるものではなく、ガラス繊維やアラミド繊維であっても良い。また、マトリックスとしては、形状安定性・低アウトガスに優れたシアネート樹脂を用いることが望ましいが、これに限られるものではなく、エポキシ樹脂であっても良い。
【００２３】
図３に示す材料によれば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）表面にダイヤモンド薄膜（ＤＬＣ膜を含む）をコーティングすることによって、
・液体接触面であって露光光が照射される面の酸化が防止される、
・液体接触面の水残りが減少するため、気化熱による熱変形が低減し、露光精度の向上を図ることができる、
・剛性が向上し、キズ付きや変形が抑えられる、
という効果が得られる。
【００２４】
第１実施形態では、以上のような、図３に示す構造の部材を用いて同面板１９を形成する。即ち、第１実施形態によれば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製で、その表面にダイヤモンド薄膜（ＤＬＣ膜含む）がコーティングされた同面板１９が用いられる。このため、露光光が照射される同面板１９の表面の酸化が防止される。また、同面板１９の表面の水残りが減少するため、気化熱による熱変形が低減し、露光精度向上を図ることが出来る。また、ダイヤモンド薄膜或はＤＬＣ膜によるコーティングを施すことにより、剛性が向上し、キズ付きや変形が抑えられ、より高精度な露光装置を提供することが可能となる。また、第１実施形態の露光装置における同面板１９は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製であり、特に、炭素繊維を補強材とした繊維強化プラスチックを利用することにより、軽量な同面板１９を提供できる。即ち、第１実施形態によれば、露光装置の軽量化も図ることができる。
【００２５】
尚、図３ではダイヤモンド薄膜３が繊維強化プラスチック２の全面にコーティングされている様子が示されているが、同面板１９として適用する場合には、少なくとも液浸液が接触し、露光光が照射される部分にダイヤモンド薄膜３がコーティングされていればよい。即ち、同面板１９の表面の、少なくとも液浸液２０及び露光光２１に曝される部分にダイヤモンド薄膜（ＤＬＣ膜含む）のコーティングが施されていればよい。
【００２６】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る露光装置について図４を参照して説明する。尚、第２実施形態の露光装置の全体的な構成は第１実施形態（図１）と同様である。
【００２７】
第２実施形態に係る露光装置の投影光学系３０の投影レンズについて図４を用いて説明する。図４は図１の液浸領域部分の拡大図である。図４に示されるように、第２実施形態では、投影光学系３０における最終の投影レンズ（最もウエハ側の投影レンズ）の接液面２２にダイヤモンド薄膜のコーティングを施している。もちろん、最終の投影レンズの全体にダイヤモンド薄膜のコーティングを施してもよい。又、第１実施形態と同様に、ＤＬＣ薄膜のコーティングを用いてもよい。
【００２８】
以上のような第２実施形態によれば、最終の投影レンズの接液面にダイヤモンド薄膜（又はＤＬＣ膜）をコーティングすることによって、液体接触面である投影レンズの最終レンズ接液面の水残りが減少する。このため、気化熱による熱変形が低減し、露光精度向上を図ることが出来る。又、第１実施形態と同様の理由により、露光光によって活性化された液浸液２０によるレンズ接液面の酸化も防止される。即ち、撥水性と耐酸性を兼ね備えた投影レンズを最終レンズとして露光装置へ適用することが可能となり、高精度な露光装置を提供することが可能となる。
【００２９】
また、上述の効果に加え、ダイヤモンド薄膜によるコーティングをすることにより、投影レンズの剛性が向上し、レンズ表面のキズ付きや変形が抑えられ、高精度な露光装置を提供することが可能となる。
【００３０】
尚、第１実施形態で説明した同面板１９を併用してもよいことは言うまでもない。
【００３１】
以上説明したように、上記各実施形態によれば、液体接触面であって露光光が照射される面にダイヤモンド薄膜（ＤＬＣ膜含む）がコーティングされる。このため、液体接触面における酸化が防止されるとともに、剛性の向上によるキズ付きや変形が抑えられ、高精度な露光装置を提供することが可能となる。更に、液体接触面であって露光光が照射される面における撥水性が向上し、気化熱による変形が防止され、高精度な露光を実現できる。
【００３２】
＜露光装置を用いたデバイス製造方法＞
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図５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（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。
【００３３】
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、上記のレチクルとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ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５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５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。
【００３４】
図６は、上記ステップ４のウエハプロセスのフローを示す図である。以下、ステップ４のウエハプロセスを説明する。
まずウエハの表面を酸化させ（酸化ステップＳ１１）、ウエハ表面に絶縁膜を成膜する（ＣＶＤステップＳ１２）。そして、ウエハ上に電極を蒸着によって形成し（電極形成ステップＳ１３）、ウエハにイオンを打ち込む（イオン打ち込みステップＳ１４）。そして、ウエハに感光剤を塗布し（レジスト処理ステップＳ１５）、第１又は第２実施形態の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する（露光ステップＳ１６）。更に、露光ステップで露光したウエハを現像し（現像ステップＳ１７）、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り（エッチングステップＳ１８）、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Ｓ１９）。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が形成される。
【００３５】
以上のように、第１実施形態又は第２実施形態に記載の露光装置によってデバイスを製造することで、安価または微細なデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示した露光装置の液浸領域部分を拡大した、第１実施形態の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る露光装置用の部材を示す断面図である。
【図４】図１に示した露光装置の液浸領域部分を拡大した、第２実施形態の構成を示す図である。
【図５】第１または第２実施形態による露光装置を適用したデバイス製造方法を示す図である。
【図６】図５に示したデバイス製造方法におけるウエハプロセスを示す図である。
【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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