JP2006303295A - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 液体供給装置から供給される第一液体L1を介して基板に露光光を照射する露光装置において、液体供給装置は、第一液体L1を液送する複数の第一配管44と、複数の第一配管44を内包し第二液体L2を液送する第二配管62bと、を備える。
【選択図】 図3
Description
近年、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために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くなるほど、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。そして、現在主流の露光波長は、KrFエキシマレーザの248nmであるが、更に短波長のArFエキシマレーザの193nmも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度(DOF)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。
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。式(1),(2)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が小さくなることが分かる。
しかしながら、温調装置(恒温槽)から供給ノズルまでの供給管の距離が長いと、外周の温度の影響で温度変化が生じやすいという問題がある。
この発明によれば、第二配管内に複数の第一配管が内包されるので、第二配管を流れる第二液体により、第一配管内を流れる第一液体を効率的に冷却又は加熱して、温調することができる。
また、第二配管を複数かつ直列に備えるものでは、複数の第一配管内を流れる第一液体の温調を複数段階に分けて行うことができる。
また、第一液体(L1)と第二液体(L2)とは、水質が異なるものでは、第一液体を温調する第二液体を仕様等に応じて選択することができる。
また、液体供給装置(40)は、第二配管(62b)を流れる第二液体(L2)の流量が、第一配管(44)を流れる第一液体(L1)の流量よりも多く設定するものでは、第二液体による第一液体の温調効率を向上させることができる。
また、液体供給装置(40)は、第一液体(L1)の温度に応じて第二液体(L2)の温度を制御する温度制御装置(CONT)を備えるものでは、第一液体の温調を高精度に行うことがことができる。
また、液体供給装置(40)は、第二液体(L2)として、露光装置(EX)の温調を行う温調液体(L2)の少なくとも一部を用いるものでは、露光装置の温調に用いられる温調液体を用いるので、新たな温調液体が不要となり、装置コストの上昇が抑えられる。
この発明によれば、基板上に高精度に温調された水を供給することができるので、基板上に微細なパターンを露光することができる。したがって、高性能なデバイスを製造することができる。
なお、本説明をわかりやすく説明するために、一実施例を示す図面に対応づけて説明したが、本発明が実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
第一配管内を流れる第一液体を効率的に温調することができるので、基板上に高精度に温調された水を供給することができる。
図1は、本発明の露光装置EXを示す概略構成図である。
露光装置EXは、レチクルRとウエハWとを一次元方向に同期移動しつつ、レチクルRに形成されたパターンPAを投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわち、いわゆるスキャニング・ステッパである。
なお、以下の説明において、投影光学系PLの光軸AXと一致する方向をZ軸方向、Z軸方向に垂直な平面内でレチクルRとウエハWとの同期移動方向(走査方向)をX軸方向、Z軸方向及びY軸方向に垂直な方向(非走査方向)をY軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θx、θy、及びθz方向とする。
また、露光装置EXは、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに焦点深度を実質的に広くするために、投影光学系PLとウエハWとの間に液浸領域ARを形成し、この液浸領域ARを介して露光を行う液浸露光装置であって、ウエハW上に液体を供給する液体供給装置40及びウエハW上の液体を回収する液体回収装置50を備える。なお、本実施形態において、液体には、純水(以下、単に水L1と呼ぶ)が用いられる。
なお、露光用光源から射出される露光光ELとしては、例えば、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)等の真空紫外光(VUV光)が用いられる。
レチクルステージRST上には、移動鏡12が設けられている。移動鏡12は、レチクルステージRSTの位置を計測するためのレーザ干渉計14用のミラーである。そして、移動鏡12に対向する位置にはレーザ干渉計14が設けられている。これにより、レチクルステージRST上のレチクルRの2次元方向(XY方向)の位置、及びθz方向の回転角(場合によってはθx、θy方向の回転角も含む)はレーザ干渉計14により、例えば0.5〜1nm程度の分解能でリアルタイムに計測される。
そして、その計測結果は、制御装置CONTに出力され、制御装置CONTがレーザ干渉計14の計測結果に基づいてレチクルステージ駆動装置を駆動することで、レチクルステージRSTに支持されているレチクルRの位置等が制御される。
投影光学系PLは、投影倍率βが、例えば1/4、1/5、あるいは1/8の縮小系である。なお、投影光学系PLは、等倍系及び拡大系のいずれでもよい。
投影光学系PLの下端に配置される光学素子22は、螢石で形成される。螢石は水L1との親和性が高いので、光学素子22の下面のほぼ全面に水L1を密着させることができる。すなわち、光学素子22の下面に良好に液浸領域ARを形成することができる。なお、光学素子22は水との親和性が高い石英であってもよい。また光学素子22の液体接触面に親水化(親液化)処理を施して、水L1との親和性をより高めるようにしてもよい。
そして、ウエハステージWST及び計測ステージMSTは、ステージ駆動部38によって、XY面内で互いに独立して駆動(θz回転を含む)されるようになっている。
なお、ウエハステージWST及び計測ステージMSTの底面には、不図示の非接触軸受、例えば空気静圧軸受(エアベアリング或いはエアパッド)が複数ケ所に設けられており、これらの空気静圧軸受からベース盤31の上面に向けて噴出された加圧空気の静圧により、ウエハステージWST及び計測ステージMSTがベース盤31上に数μm程度のクリアランスを介して、非接触で浮上支持されている。
ウエハテーブル33上には、ウエハWと略同一形状であって、ウエハWを真空吸着等によって保持するウエハホルダ、及び、ウエハWの外径より僅かに大きな内径の円形開口が中央部に形成された略矩形状の補助プレート(撥液プレート)が設けられている(いずれも不図示)。この補助プレートは、その表面がウエハホルダによって吸着保持されたウエハWとほぽ面一となるように設定されている。
計測テーブル35上には、複数の基準マークが形成された基準マーク領域や、投影光学系PLを介して露光光ELを受光するセンサ(照度モニク、照度むらセンサ、空間像計測器等)などの各種計測用部材が設けられている(いずれも不図示)。
干渉計システム36は、ウエハステージWSTのY軸方向の位置を検出するY干渉計、計測ステージMSTのY軸方向の位置を検出するY干渉計の他、各ステージWST,MSTのX軸方向の位置を検出する複数のX干渉計、ウエハテーブル33のZ軸方向の位置(θx方向及びθy方向の位置を含む)を計測するZ干渉計等を含んで構成されている。
そして、干渉計システム36の計測値は、制御装置CONTに送られ、制御装置CONTでは、この干渉計システム36の計測値に基づいてステージ駆動部38を介して各ステージWST,MSTのX軸方向、Y軸方向及びθz方向の位置(及び速度)及びウエハテーブル33のZ軸方向の位置(θx方向及びθy方向の位置を含む)を制御する。
液浸領域ARを形成する液体としては、上述したように、超純水(水L1)が用いられる。超純水は、ArFエキシマレーザ光(波長193nmの光)等を透過可能である。また、超純水は、半導体製造工場等で容易かつ大量に入手できると共に、ウエハW上のフォトレジストや光学レンズ等に対する悪影響がない利点がある。
なお、ArFエキシマレーザ光に対する水L1の屈折率nは、約1.44である。このため、水L1の中では、露光光ELの波長は、193nm×1/n=約134nmに短波長化される。
また、液体供給装置40及び液体回収装置50は、制御装置CONTによって制御される。液体供給装置40を制御装置CONTにより制御することにより、液体供給ノズル41を介して光学素子22とウエハWとの間に水L1が供給され、液体回収装置50を制御することにより、液体回収ノズル51を介して光学素子22とウエハWとの間から水L1が回収される。これにより、光学素子22とウエハWとの間に、一定量の水L1が保持され、液浸領域ARが形成される。
なお、液体供給ノズル41及び液体回収ノズル51の数、形状等は、任意に設定可能である。例えば、各ノズル41,51を多数有する構成を採用してもよい。言い換えれば、投影光学系PLの光学素子22とウエハWとの間に液浸領域ARを形成することができるのであれば、その構成はいかなるものであってもよい。
また、投影光学系PLの下方に計測ステージMSTが位置する場合にも、上記と同様に、投影光学系PLの光学素子22と計測テーブル35との間に水L1を満たすことが可能である。
図2は、液体供給装置40の構成を示す模式図である。
液体供給装置40は、超純水(水L1)を液浸領域ARに供給するものであって、液体供給ノズル41の他、超純水製造装置42、ポンプ43、複数の第一配管44、パーティクルフィルタ45、金属イオンフィルタ46等を備えている。
このような構成により、超純水製造装置42において精製された水L1をポンプ43により圧送し、更に、第一配管44から液体供給ノズル41を介して、ウエハW上に供給するようになっている。
なお第一配管44には、パーティクルフィルタ45及び金属イオンフィルタ46等が接続されている。これにより、水L1の中に含有される異物や金属イオンが除去される。また、水L1は、溶存酸素量や被抵抗値が所定の値以下となるように調整されている。ウエハW上に塗布されたレジストに悪影響を与えないようにするためである。
この第二配管62a,62bの上流側には、分岐路65a,65bが接続され、また、下流側には、配管66a,66bが接続される。そして、分岐路65a,65bには、内部を流れる水L2を加熱する液体ヒータ61a,61bが設けられる。一方、配管66a,66bには、水L2の流量を制御可能な流量制御弁63a,63bが設けられる。
また、第二配管62a,62bに内包された第一配管44の下流側には、水L1の温度を測定する温度センサ64a,64bが設けられている。
そして、この温度センサ64a,64bの測定結果は、制御装置CONTに送られる。この計測結果に基づいて、制御装置CONTが、液体ヒータ61a,61b及び流量制御弁63a,63bのそれぞれを制御することにより、温度及び流量が調整された水L2が第二配管62a,62b内を流れるようになっている。すなわち、第二配管62a,62b内を流れる水L2により、第一配管44内を流れる水L1が冷却又は加熱されて、所定温度に温調されるようになっている。
なお、本実施形態においては、第一配管44内の水L1が流れる方向(液送方向)と、第二配管62a,62b内の水L2が流れる方向(液送方向)とは、逆向きになるように設定されている。これは、水L2による水L1の温調効率を高めるためである。
この温調系70は、タンク71、ポンプ72、冷却装置73、加熱装置74及び配管系(給水管75、循環管路76a,76b)等を備えている。
タンク71には、超純水製造装置(不図示)に接続された給水管75の一端が接続されている。また、タンク71には、水L2を循環する循環管路76a,76bの一端が接続されている。そして、超純水製造装置(不図示)からは、給水管75を介して、循環管路76a,76bを流れる水L2の約10%程度の流量の水L2が常時供給されるようになっている。
なお、温調系70を循環する水L2は、液浸領域ARを形成するものではないので、水L1のように溶存酸素量、被抵抗値を調整する必要はない。なお、超純水製造装置42より精製された水L1の一部を、タンク71に供給するようにしてもよい。
そして、温調された水L2は、循環管路76aを介して、ウエハステージ装置30のステージ駆動部38等の発熱部分に接続され、これらを温調(熱交換)する。そして、ステージ駆動部38等との熱交換が行われた水L2は、循環管路76bを介してタンク71に回収されるようになっている。
循環管路76aから分岐路65a,65bに分流する水L2の流量の合計は、流量制御弁63a,63bの開度を調整することにより調整可能である。例えば、循環管路76aを流れる水L2の約10%程度の流量を流すことができる。なお、第二配管62a,62bを流れる水L2の流量が異なるように設定することも可能となっている。水L2の流量を異ならせることにより、水L1の温調能力、効率等が調整可能となる。
そして、第二配管62a,62bに流入した水L2は、第二配管62a,62bの下流側に接続された配管66a,66bを介して、循環管路76bに戻されるようになっている。
図3に示すように、第一配管44は、複数の配管から構成されている。第一配管44としては、例えばPFA(パーフノレオロアルコキシエチレン)などの耐食性に優れた樹脂が用いられている。そして、複数の第一配管44を内包するように、第二配管62bが配置される。
第一配管44が複数の配管から構成されるのは、第二配管62bを流れる水L2と接触する面積が大きくなり、高い熱交換効率を得ることができるからである。なお、高い熱交換率を実現するためには、各第一配管44の管厚を薄くすることも考えられる。しかし、水L1と水L2の水質が異なっていることから、第一配管44の管厚を安易に薄くすることはできない。なぜならば、水L1と水L2の水質、例えば、溶存酸素量等が異なるので、第一配管44の管厚が薄いと、水L2内の溶存酸素が第一配管44を浸透して、水L1に溶け込んでしまう虞があるからである。
そして、複数の第一配管44は、マニホールド68内で一つに統合されており、水L1が液体供給ノズル41に流入するようになっている。また、分岐路65bを流れる水L2が第二配管62bに流入するようになっている。
まず、レチクルRがレチクルステージRSTにロードされると共に、ウエハWがウエハステージWSTにロードされる。
次いで、制御装置CONTは、液体供給装置40を駆動し、液体供給動作を開始する。すなわち、液体供給装置40の超純水製造装置42、ポンプ43を動作させて、水L1を第一配管44に圧送する。水L1の流量は、一定であって、例えば、約0.3〜0.7L/min程度である。こうして、液体供給ノズル41から水L1がウエハW上に供給される。
また、同時に液体回収装置50を駆動し、ウエハW上に供給された水L1の回収動作を開始する。このようにして、投影光学系PLとウエハWとの間に、液浸領域ARが形成される。
具体的には、液体ヒータ61a,61b、流量制御弁63a,63bの制御も開始されていおり、このため、第二配管62a,62bには、所定温度に温調された水L2が流れている。なお、水L2の流量としては、水L1の流量よりも多いことが好ましい。例えば、約2〜6L/min程度である。水L2の流量を水L1の流量よりも多くすることにより、水L1の温調を効率的に行うことが可能となるからである。
したがって、液体供給装置40を動作することによりウエハW上に配置される水Lは、第一配管44内を流れる際に、第二配管62a,62b内の水L2により所定温度(具体的には、露光装置EXの温度と略同一温度)に高精度に温調される。
第二配管62a,62bの水L2による水L1の温調方法としては、第二配管62aにおける温調温度と第二配管62bにおける温調温度とを略同一となるようにしてもよい。或いは、第二配管62aにおいて大まかに温調をし、第二配管62bにおいて高精度に温調をするようにしてもよい。
このようにして、露光開始前には、ウエハW上に、高精度に温調され、かつ不純物等が排除された水L1からなる液浸領域ARが形成される。
次いで、制御装置CONTは、レチクルステージRST及びウエハステージWSTのX軸方向の走査を開始し、レチクルステージRST及びウエハステージWSTがそれぞれの目標走査速度に達すると、照明光学系ILから照射された露光光ELによってレチクルRのパターン領域を照射して、走査露光を開始する。
そして、レチクルRのパターン領域の異なる領域が露光光ELで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハW上のファーストショット領域に対する走査露光が終了する。これにより、レチクルRのパターンPAが投影光学系PL及び液浸領域AR(水L1)を介してウエハW上のファーストショット領域のレジスト層に縮小転写される。
このファーストショット領域に対する走査露光が終了すると、制御装置CONTにより、ウエハステージWSTがX,Y軸方向にステップ移動し、セカンドショット領域の露光のための加速開始位置に移動する。すなわち、ショット間ステッピング動作が行われる。そして、セカンドショット領域に対して上述したような走査露光を行う。
このようにして、ウエハWのショット領域の走査露光と次ショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハW上の全ての露光対象ショット領域にレチクルRのパターンPAが順次転写される。
或いは、液体供給装置40による水Lの供給動作を停止して、液浸領域ARの水L1を回収し、その後に、ウエハステージWST及び計測ステージMSTを移動させるようにしてもよい。
そして、ウエハステージWST上に載置されたウエハWが不図示のウエハローダによりアンロードされ、新たなウエハWが再びウエハステージWST上にロードされる。
このような処理を繰り返すことにより、複数枚のウエハWの露光が行われる。
また、第二配管62a,62bを複数かつ直列に備えるので、水L1の温調を複数段階に分けて行うことができる。これにより、設計仕様等に応じて、最適な温調制御を施すことが可能となる。
また、水L1を温調する水L2として、露光装置EXの発熱部分の温調に用いられる温調液体を用いるので、新たな温調液体が不要となり、装置コストの上昇が抑えられる。
本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
また、液浸領域ARを形成する液体として水L1(純水)を用いた場合について説明したが、水以外の液体であってもよい。
光学素子22を平行平面板とすることにより、露光装置EXの運搬、組立、調整時等において投影光学系PLの透過率、ウエハW上での露光光ELの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質(例えばシリコン系有機物等)がその平行平面板に付着しても、水L1を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、水L1と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。すなわち、露光光ELの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または水L1中の不純物の付着などに起因して水L1に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト(ランニングコスト)の上昇やスループットの低下を抑えることができる。
また、水L1の流れによって生じる投影光学系PLの先端の光学素子22とウエハWとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子22を交換可能とするのではなく、光学素子22がその圧力によって動かないように堅固に固定してもよい。
同様に、ウエハWとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ等が適用される。
また、レチクルのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明(S偏光照明)だけでなく、特開平6−53120号に開示されているように、光軸を中心とした円の接線(周)方向に直線偏光する偏光照明法と斜入射照明法との組み合わせも効果的である。特に、レチクルのパターンが所定の一方向に延びるラインパターンだけでなく、複数の異なる方向に延びるラインパターンが混在する場合には、同じく特開平6−53120号に開示されているように、光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する偏光照明法と輪帯照明法とを併用することによって、投影光学系の開口数NAが大きい場合でも高い結像性能を得ることができる。
図4は、マイクロデバイス(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)の製造例のフローチャートを示す図である。
まず、ステップS10(設計ステップ)において、マイクロデバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップS11(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステップS12(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
ステップS21(酸化ステップ)おいては、ウエハの表面を酸化させる。ステップS22(CVDステップ)においては、ウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップS23(電極形成ステップ)においては、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップS24(イオン打込みステップ)においては、ウエハにイオンを打ち込む。以上のステップS21〜ステップS24のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
CONT…制御装置(温度制御装置)
L1…水(第一液体)
L2…水(第二液体、温調液体)
EL…露光光
W…ウエハ(基板)
40…液体供給装置
44…第一配管
62a,62b…第二配管
67…保持部材
Claims (9)
- 液体供給装置から供給される第一液体を介して基板に露光光を照射する露光装置において、
前記液体供給装置は、前記第一液体を液送する複数の第一配管と、前記複数の第一配管を内包し第二液体を液送する第二配管と、を備えることを特徴とする露光装置。 - 前記複数の第一配管のそれぞれを離間させて保持する保持部材を備えることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記第二配管を複数かつ直列に備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の露光装置。
- 前記第一液体と前記第二液体とは、水質が異なることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記液体供給装置は、前記第二液体の液送方向を、前記第一液体の液送方向とは逆向きにしていることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記液体供給装置は、前記第二配管を流れる前記第二液体の流量が、前記第一配管を流れる前記第一液体の流量よりも多く設定することを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記液体供給装置は、前記第一液体の温度に応じて前記第二液体の温度を制御する温度制御装置を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記液体供給装置は、前記第二液体として、前記露光装置の温調を行う温調液体の少なくとも一部を用いることを特徴する請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の露光装置。
- リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程において請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。
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