JP2006024819A - 液浸露光装置、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液浸露光時に浸液中に発生した静電気を除電し、基板への帯電防止可能な液浸露光装置を提供する。
【解決手段】 最上層にレジスト膜２が形成された基板１を保持し、基板表面に対して水平方向に移動するステージ１１と、パターンが描画されたレチクルＲを透過した露光光をレジスト膜２に対して照射する投影系１４と、投影系１４の投影レンズ１４ａとレジスト膜２との隙間に導電性の浸液１７を供給する浸液供給部１６と、隙間に供給された浸液１７と接触し、かつ接地された導電部材１９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液浸露光装置、及びそれを用いた例えば半導体装置等の電子デバイスの製造方法に係り、特にステージ移動時に浸液中に発生する静電気の除電に関するものである。

電子デバイス、例えば、半導体集積回路のような半導体装置の製造過程において、微細パターンを基板上に転写する方法としてリソグラフィ技術が用いられている。このリソグラフィ技術には主に投影露光装置が用いられ、該投影露光装置に装着したフォトマスクを透過した露光光を基板上のレジストに照射することによりパターン転写が行われる。

近年、デバイスの高集積化や、デバイス動作速度の高速化が要求されており、これらの要求に応えるためにパターンの微細化が進められている。パターンの微細化を図るため、露光装置のＮＡ（レンズ開口数）を上げて解像度を向上させる手法が用いられてきたが、ＮＡが理論限界である１に近づいてきた。そこで、実効的なＮＡを向上させる方法である液浸露光法が検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。
液浸露光法とは、レンズとレジストとの間を液体で満たしてその空間の屈折率を上げることにより実効的なＮＡを向上させる露光法である。換言すれば、液浸露光法は、露光光の実効的な波長を短くした露光法である。
また、液浸露光法に関して、レンズの周りに給排水設備を設けて局所的に液浸状態にする局部液浸露光が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

"純水がＡｒＦステッパーの限界を変える液浸露光技術"、［２００４年３月８日検索］、インターネット＜URL：http://www.nikon.co.jp/main/jpn/profile/technology/immersion/＞ 特開昭５７−１５３４３３号公報

しかしながら、上記局部液浸露光を行うと、電気的歩留まりが低下してしまうという問題があった。本発明者等の鋭意検討により、この電気的歩留まりの低下は、ステージ移動時に浸液中で発生する静電気が基板上で帯電することに起因することが分かった。特に、基板上に薄い絶縁膜が形成されている場合に局所液浸露光法を適用すると、該絶縁膜に帯電が起こり、ゲートリークが発生してしまうことが分かった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液浸露光時に浸液中に発生した静電気を除電し、基板への帯電防止可能な液浸露光装置及び電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液浸露光装置は、最上層にレジスト膜が形成された基板を保持し、該基板の表面に対して水平方向に移動するステージと、
パターンが描画されたレチクルと、
前記レチクルを透過した露光光を前記レジスト膜に対して照射する投影系と、
前記投影系の投影レンズと前記レジスト膜との隙間に導電性の浸液を供給する浸液供給部と、
前記隙間に供給された浸液と接触し、かつ接地された導電部材とを備えたことを特徴とするものである。

本発明は、以上説明したように、浸液中で発生した静電気を、接地された導電部材を介して除電することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１による液浸露光装置１０１を説明するための概略断面図である。
図１に示すように、ステージ１１上に基板（例えば、シリコン基板）１が載置されている。ステージ１１は、基板１表面に対して水平方向に２次元的に移動可能である。ステージ１１の移動速度、すなわちスキャンスピードは、例えば、５００ｍｍ／ｓｅｃである。基板１上には、レチクルＲのパターンが転写されるレジスト膜２が形成されている。なお、図１では、基板１直上にレジスト膜２が形成されているが、通常は、レジスト膜２の下層に被加工膜が形成されている。例えば、ゲート電極形成用のレジストパターン形成時には、図２に示すように、基板１上にゲート絶縁膜２１として薄いシリコン酸化膜や高誘電率膜が形成され、ゲート絶縁膜２１上にゲート電極となる導電膜としてのポリシリコン膜が形成され、最上層にレジスト膜２が形成されている。

露光光１３を射出する照明系１２は、図示しないが、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を発する光源としてのＡｒＦエキシマレーザ、フライアイレンズ、レチクルブラインド、コンデンサレンズ等を備えている。
照明系１２と投影系１４との間に配置されたレチクルＲには、レジスト膜２に転写するパターンが描画されている。

投影系１４の最下部にはレジスト膜２に対しパターンを縮小投影する投影レンズ１４ａを備えている。
投影レンズ１４ａとレジスト膜２との隙間には、浸液１７が局所的に満たされている。投影レンズ１４ａとレジスト膜２との隙間は、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。この浸液１７は、脱気装置１５を通して気泡を取り除いた後、浸液供給ノズル１６から上記隙間に供給される。該供給された浸液１７は、所定時間経過後、排水管１８を通して排水されて廃液となる。

浸液１７としては、導電性を有する液体である電離水を用いる。浸液１７の電気抵抗は０．１〜１ＭΩｃｍであることが好適である。本発明者等の鋭意検討の結果、電気抵抗が０．１〜１ＭΩｃｍの場合に、絶縁破壊を防止することができ、レジストダメージの発生を防止することができることが分かった（後述）。

より具体的には、電気抵抗が１ＭΩｃｍである希釈酢酸水溶液を浸液１７として用いることができる。超純水の電気抵抗が１８ＭΩｃｍであるため、超純水よりも１／２０近く電気抵抗が低いものを用いる。電気抵抗が低いほど液浸露光時の絶縁破壊防止に対する余裕度は高くなるが、酢酸の量が多くなるためレジストダメージが発生してしまう。該希釈酢酸水溶液のｐＨを５〜６程度にすることにより、レジストダメージの発生を防止することができる。

また、浸液１７としては、上記希釈酢酸水溶液以外にも、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液（以下「ＴＭＡＨ水溶液」という。）のような希釈アルカリ水溶液を用いることができる。但し、このＴＭＡＨ水溶液が高濃度の場合にはレジスト現像液となるため、希釈する必要がある。浸液１７としてのＴＭＡＨ水溶液の濃度は、０．００１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下が好適であり、０．０５ｗｔ％がより好適である。このＴＭＡＨ水溶液は、僅かに投影レンズ材料をエッチングする。このため、図３に示すように、投影レンズ１４ａの表面に保護カバー１４ｂを装着し、該保護カバー１４ｂの浸液１７接触面にアルカリ水溶液に対して耐性を有するコーティング１４ｃを施しておくことが好ましい。
なお、上記希釈酢酸水溶液を浸液１７として用いる場合にも、投影レンズ１４ａ保護のため、さらにメンテナンス性向上のため、コーティング１４ｃが施された保護カバー１４ｂを装着することが好適である。該コーティング１４ｃを酸とアルカリ水溶液の両方に耐性を有するものにすることにより、多種の浸液１７に対応することができる。

なお、試料が半導体装置以外であり金属汚染の問題がない場合には、例えば、ＮａＣｌ等の塩を純水に適量添加することにより得られた電気抵抗が０．１〜１ＭΩｃｍの導電性水溶液を、浸液１７として用いることができる。

本実施の形態１による液浸露光装置１０１では、上記隙間に供給された導電性を有する浸液１７と接触するように導電部材１９が配置されている。より詳細には、浸液供給ノズル１６の底部と、排水管１８の底部に沿って導電部材１９が配置されている。導電部材１９の形状は、特に限定されず、板状、管状、棒状の何れであってもよい。この導電部材１９は、任意の箇所において接地されている。接地箇所は、１箇所であっても複数箇所であってもよい。導電部材１９の材料は、基本的に電気伝導性を有する材料であればよいが、金属汚染防止の観点からはカーボンのような非金属材料が好ましい。これにより、浸液１７中に生じた静電気が導電部材１９を介して除電される。

次に、上記液浸露光装置の動作について説明する。すなわち、上記液浸露光装置を用いたパターン露光について説明する。
先ず、ステージ１１上に、レジスト膜２が形成された基板１（例えば、図２に示した基板）を固定する。
次に、レジスト膜２と投影レンズ１４ａとの隙間に、脱気装置１５により液中の気泡が除去された浸液１７を浸液供給ノズル１６から供給する。

そして、照明系１２から射出された露光光１３が、レチクルＲを透過する。レチクルＲを透過した光は、投影系１４の投影レンズ１４ａを通過し、浸液１７を介してレジスト膜２に照射される。
この露光光の照射、すなわちパターン露光は、ステージ１１を高速移動させながら行われる。ステージ１１の移動速度は、例えば、５００ｍｍ／ｓｅｃである。このステージ１１移動の際に、浸液１７中に静電気が発生するが、この静電気は液浸液１７を通じ、さらに接地された導電部材１９を介して除電される。よって、基板１への帯電が防止される。

以上説明したように、本実施の形態１では、投影レンズ１４ａとレジスト膜２との隙間に満たす浸液１７として電離水のような導電性を有する液体を用い、接地された導電部材１９を浸液１７と接触するように設けた。これにより、ステージ１１を移動する際に浸液１７中で発生する静電気を、浸液１７を通じて導電部材１９を介して除電することができる。よって、基板１における帯電を防止することができる。このため、製造した半導体装置において絶縁膜の静電破壊を防止することができるため、電気歩留まりを向上させることができる。後述する比較例に対して電気歩留まりを３０％向上させることができることが分かった。本発明者等の鋭意検討の結果、特に、ＣＭＯＳのスプリットゲート（split gate）や、フラッシュメモリのフローティングゲートにおける電気歩留まりが著しく向上し、これらのデバイスに対して本発明が有効であることが分かった。

次に、上記実施の形態１の変形例について説明する。
図４は、本発明の実施の形態１の変形例による液浸露光装置１０２を説明するための概略断面図である。
本変形例では、脱気装置１５により気泡が除去された純水に炭酸ガス（ＣＯ_２）を導入する炭酸ガス導入装置２０を備えている。すなわち、脱気後に該炭酸ガス導入装置２０により炭酸ガスが導入された純水を浸液１７ａとして用いるようにする。この浸液１７ａの電気抵抗は、実施の形態１で述べたように、０．１ＭΩｃｍ〜１ＭΩｃｍとする。また、その他の構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
本変形例においても、実施の形態１と同様に、ステージ１１を移動する際に浸液１７ａ中で発生する静電気を、接地された導電部材１９を介して除電することができる。よって、基板１における帯電を防止することができ、製造した半導体装置において絶縁膜の静電破壊を防止することができるため、電気歩留まりを向上させることができる。
なお、本変形例に対して、図３に示したコーティング１４ｃを有する保護カバー１４ｂを適用することができる。

次に、上記実施の形態１に対する比較例について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１に対する比較例による液浸露光装置１１０を説明するための概略断面図である。
本比較例と、上記実施の形態１との相違点は、浸液１７ｂとして電気抵抗が１８Ωｃｍ以上の超純水を用いている点と、導電部材を設けていない点である。それ以外の構成は、図１に示した液浸露光装置と同様であるため説明を省略する。
本比較例による液浸露光装置を用いて、上記実施の形態１と同様の露光条件（スキャンスピードを含む。）で液浸露光を行った。しかし、本変形例では、ステージ１１を移動する際に浸液１７ｂ中で発生した静電気が基板１に帯電した。このため、製造した半導体装置において絶縁膜の絶縁破壊が発生し、ゲートリークが発生し、電気歩留まりが低下した。

実施の形態２．
図６は、本実施の形態２による液浸露光装置１０３を説明するための概略断面図である。
本実施の形態２と、上記実施の形態１との相違点は、導電部材１９を設ける代わりに、浸液１７と接触する浸液供給ノズル１６ａと排水管１８ａとを導電材料で形成し、該浸液供給ノズル１６ａと排水管１８ａとを接地する点である。導電材料としては、金属汚染防止の観点からカーボンのような非金属材料が好適である。導電材料で形成された浸液供給ノズル１６ａ及び排水管１８ａの部分は小さくてよく、浸液１７と接触し、接地可能な大きさがあれば十分である。
本実施の形態２によっても、ステージ１１を移動する際に浸液１７中で発生した静電気を、浸液１７を通じ、浸液供給ノズル１６ａ及び排水管１８ａを介して除電することができる。よって、実施の形態１で得られた効果と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施の形態２に対して、図３に示したコーティング１４ｃを有する保護カバー１４ｂを適用することができる。

本発明の実施の形態１による液浸露光装置を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１において、基板構造の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例による液浸露光装置を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例による液浸露光装置を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１に対する比較例による液浸露光装置を説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態２による液浸露光装置を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１ 基板（シリコン基板）、 ２ レジスト膜、 １１ ステージ、 １２ 照明系、 １３ 露光光、 １４ 投影系、 １４ａ 投影レンズ、 １４ｂ 保護カバー、 １４ｃ コーティング、１５ 脱気装置、 １６，１６ａ 浸液供給ノズル、 １７，１７ａ 浸液、１８ 排水管、 １９ 導電部材、 ２０ 炭酸ガス導入装置、 ２１ ゲート絶縁膜、 ２２ 導電膜（ポリシリコン膜）。

Claims (6)

1. 最上層にレジスト膜が形成された基板を保持し、該基板の表面に対して水平方向に移動するステージと、
   パターンが描画されたレチクルと、
   前記レチクルを透過した露光光を前記レジスト膜に対して照射する投影系と、
   前記投影系の投影レンズと前記レジスト膜との隙間に導電性の浸液を供給する浸液供給部と、
   前記隙間に供給された浸液と接触し、かつ接地された導電部材とを備えたことを特徴とする液浸露光装置。
2. 最上層にレジスト膜が形成された基板を保持し、該基板の表面に対して水平方向に移動するステージと、
   パターンが描画されたレチクルと、
   前記レチクルを透過した露光光を前記レジスト膜に対して照射する投影系と、
   前記投影系の投影レンズと前記レジスト膜との隙間に導電性の浸液を供給する浸液供給部とを備え、
   前記浸液供給部は、前記隙間に供給された浸液と接触し、かつ接地された導電性ノズルを有することを特徴とする液浸露光装置。
3. 請求項１又は２に記載の露光装置において、
   前記浸液供給部は、純水から気泡を除去する脱気装置と、
   気泡が除去された純水に炭酸ガスを導入する炭酸ガス導入装置とを更に有し、
   炭酸ガスが導入された純水を前記浸液として用いることを特徴とする液浸露光装置。
4. 請求項１又は２に記載の液浸露光装置において、
   電離水を前記浸液として用いることを特徴とする液浸露光装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載の液浸露光装置において、
   前記浸液の電気抵抗が０．１ＭΩｃｍ以上１ＭΩｃｍ以下であることを特徴とする液浸露光装置。
6. 最上層にレジスト膜が形成された基板を保持し、該基板の表面に対して水平方向に移動するステージと、パターンが描画されたレチクルと、該レチクルを透過した露光光を該レジスト膜に対して照射する投影系と、該投影系の投影レンズと該レジスト膜との隙間に浸液を供給する浸液供給部とを備えた浸液露光装置を用いて、該浸液を介して前記レジスト膜に対しパターン露光を行う液浸露光工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
   前記隙間に導電性の浸液を供給し、該供給された浸液を導電部材を介して接地するとともに、前記ステージを移動させながらパターン露光を行うことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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