JP2009094255A - 液浸露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光装置において、電力供給の遮断による液体の漏れや投影光学系と基板ステージとの衝突を抑制する。
【解決手段】液浸露光装置１００は、原版１０のパターンを投影光学系２および液体４２を介して基板４４に投影して基板４４を露光する。液浸露光装置１００は、基板を保持する基板ステージ５２を含む基板ステージ機構ＳＴＭと、基板または基板ステージ５２と投影光学系２との間の空間へ液体を供給し、基板または基板ステージ５２の上から液体を回収する液浸ユニットＩＭＵと、基板ステージ機構ＳＴＭに対する電力供給の遮断を要求する遮断要求に応じて、液浸ユニットＩＭＵに基板ステージ５２の上から液体を回収させ、その後に、基板ステージ機構ＳＴＭに基板ステージ５２を退避位置に移動させる制御部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、原版のパターンを投影光学系および液体を介して基板に投影して該基板を露光する液浸露光装置およびこれを用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化が進み、露光光源は、高圧水銀灯（ｇ線、ｉ線）からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどへと、より波長の短い光を生成するものに移行している。そして、より高い解像力を得るためには、投影光学系のＮＡ（開口数）を大きくする必要があり、そのために、焦点深度がますます浅くなる傾向にある。これらの関係は、一般に次式で表すことができる。

（解像力）＝ｋ_１（λ／ＮＡ）
（焦点深度）＝±ｋ_２（λ／ＮＡ^２）
上式において、λは露光光の波長、ＮＡは投影レンズの開口数であり、ｋ_１、ｋ_２はプロセスに依存する係数である。

高解像力化および高深度化のための技術として、位相シフトマスク、あるいは変形照明などが検討もされ、実用化されている。高解像力化および高深度化のための他の技術としては、液浸露光技術（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が知られている。液浸露光技術は、投影光学系の最終面と基板面（像面）との間に高屈折率の液体を介在させて露光を行う技術である。

投影光学系の最終面と像面との間の間隔は、ワーキングディスタンスと呼ばれる。従来のドライの露光装置では、ワーキングディスタンスが空気で満たされていた。このワーキングディスタンスは、オートフォーカス系を介在させるなどの都合により、１０ｍｍ以上とすることが普通であった。液浸型の露光装置では、ワーキングディスタンスが３ｍｍ以下となり、ドライの露光装置に比べ、投影光学系と基板を保持する基板ステージとが機械的に接触してしまう可能性が増大している。

また、ワーキングディスタンスに満たした液体が何らかの原因で漏れた場合に、露光装置内の電子機器や機構等への悪影響が懸念される。液体の漏れや投影光学系と基板ステージとの機械的な接触が起こると、復旧までに多大なメンテナンス時間を要し、生産性の悪化を引き起こす。

特に、露光装置の可動中に何らかの要因で基板ステージ機構への電力給電が遮断された場合に、ワーキングディスタンスに液体が残ったり、その後に液体が漏れたりする可能性や、投影光学系と基板ステージとの機械的な接触の可能性などがある。

そこで、何らかの要因で基板ステージ機構への電力給電が遮断された場合において、液体の漏れを防止する対策および投影光学系と基板ステージとの機械的な接触を防止する対策として、次のような技術が提案されている。特許文献１には、予め基板ステージの上に液体の回収溝を設けておき、停電などの緊急時に、その回収溝に液体が流れ込むように基板ステージを傾けることが開示されている。特許文献２には、停電などの緊急時に、液体の供給を停止し、漏水検知機構により漏水個所を特定することで、周辺の他の電子機器等への影響を未然に防ぐことが開示されている。特許文献３には、複数の電源系統を備えることが開示されている。
特開２００５−０７９４８０号公報 特開２００５−２６８７４２号公報 特開２００６−１７９７６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、基板と液体との物性（親水性等）を考えると、非常に大きく基板ステージを傾ける必要があり、また、投影光学系と基板ステージとの機構的な接触の可能性がある。特許文献２に記載された技術は、漏水が与える影響を小さくするためには有効であるが、当該技術では、漏水自体や投影光学系と基板ステージとの機械的な接触を防止することはできない。特許文献３には、主電源からの電力供給が遮断された際に基板ステージをどのように制御するかについては開示していない
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、液浸露光装置において、例えば、電力供給の遮断による液体の漏れや投影光学系と基板ステージとの衝突を抑制することを目的とする。

本発明の液浸露光装置はは、原版のパターンを投影光学系および液体を介して基板に投影して該基板を露光するように構成され、基板を保持する基板ステージを含む基板ステージ機構と、基板または前記基板ステージと前記投影光学系との間の空間へ液体を供給し、基板または前記基板ステージの上から液体を回収する液浸ユニットと、前記基板ステージ機構に対する電力供給の遮断を要求する遮断要求に応じて、前記液浸ユニットに基板または前記基板ステージの上から液体を回収させ、その後に、前記基板ステージ機構に前記基板ステージを退避位置に移動させる制御部とを備える。

本発明によれば、液浸露光装置において、例えば、電力供給の遮断による液体の漏れや投影光学系と基板ステージとの衝突を抑制することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態の液浸露光装置の構成を概略的に示す図である。ここでは、本発明の液浸露光装置をスキャナに適用した例を説明するが、本発明は、ステッパに適用することもできる。

本発明の好適な実施形態の液浸露光装置１００は、原版（レチクル）１０のパターンを投影光学系２および液体４２を介して基板（ウエハ）４４に投影して基板４４を露光するように構成されている。ここで、基板４４には、感光剤が塗布されている。感光剤には露光によって潜像パターンが形成される。投影光学系２は、例えば、物体（原版）側にはテレセントリック系に形成された円形の結像視野を有し、像（基板）側にはテレセントリック系に形成された円形の像視野を有する。基板４４の各ショット領域の露光時に、原版１０と基板４４は、投影光学系２に対して走査駆動される。

照明系６０は、例えば、光源４、ビームエキスパンダ（不図示）、光学的インテグレータ（不図示）、ミラー６、コリメータレンズ系８、照明視野絞り（不図示）、および、リレー光学系（不図示）等を備えて構成されうる。

光源４としては、例えば、１９３ｎｍの波長を有するパルス光を発生するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されうる。ビームエキスパンダは、光源４が発生する光の断面形状を整形する。光学的インテグレータは、例えば、フライアイレンズであり、整形された光を受けて２次光源像を形成する。コリメータレンズ系８は、２次光源像からの光を集光して一様な照度分布を有する照明光を形成する。照明視野絞りは、走査露光時の走査方向に対して直交する方向に長い長方形に照明光を整形する。リレー光学系は、ミラー６及びコリメータレンズ系８と協働して、照明視野絞りの長方形の開口部を原版１０に結像する。

原版１０は、原版ステージ１６によって真空吸引力により支持される。原版ステージ１６は、走査露光の間、大きなストロークで１軸方向に一定速度で駆動される。原版ステージ１６は、原版ステージ定盤５０によって支持される。

ｘｙ平面における原版ステージ１６の位置と回転は、レーザ干渉計１４によって連続的に測定される。レーザ干渉計１４は、原版ステージ１６に取り付けられたミラー（平面鏡またはコーナー鏡）１２に向けてレーザービームを射出し、ミラーに１２によって反射されたレーザービームを受光する。原版ステージ制御部２０は、レーザ干渉計１４によって測定されたｘｙ位置に基づいて原版ステージ１６を駆動するモータ（例えば、リニアモータ）１８を制御する。

原版１０のパターン領域の一部が整形された照明光で照明されているとき、その照明された部分のパターンから出た露光光光が投影光学系（例えば、１／４縮小投影光学系）２を通して、基板４４に塗布された感光剤（フォトレジスト）に投影され結像する。投影光学系２の光軸は、照明系６０の光軸と同軸になるように位置決めされる。

投影光学系２は、複数のレンズ素子（光学素子）を備えている。これらのレンズ素子は、例えば、１９３ｎｍの波長を有する紫外光（露光光）に対して高い透過率を有する石英や蛍石のような２つの異なる材料から構成されうる。蛍石は、主に、正力（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ）を有するレンズ素子を形成するために使用される。投影光学系２のレンズ素子が固定された鏡筒内の空間は、酸素による露光光の吸収を抑えるために、窒素ガスで満たされうる。光源４の内側からコリメータレンズ系８に至る光路に関しても、同様に窒素ガスで満たされうる。なお、投影光学系２は、ミラーを含んで構成されてもよい。

基板４４は、基板４４を保持する基板ステージ（ＺＴステージ）５２を含む基板ステージ機構ＳＴＭによって位置決め或いは駆動される。図２は、基板ステージ５２を上方から見た模式図である。基板ステージ５２には、基板チャック（不図示）が備えられていて、該基板チャックによって基板４４が保持される。基板ステージ５２は、例えば、投影光学系２の光軸に沿ったｚ方向における基板４４の位置、および、ｚ方向に垂直なｘｙ平面に対する基板４４の傾きが調整される。基板ステージ５２は、例えば、複数（例えば、３個）のＺアクチュエータ４６を介してＸＹステージ４８に取り付けられうる。

Ｚアクチュエータ４６は、例えば、ピエゾ素子、ボイスコイルモータ又はＤＣモータと、リフト・カム機構とを組み合わせて構成されうる。全てのＺアクチュエータ４６がｚ方向に同じ量だけ基板ステージ５２を駆動すると、基板ステージ５２は、ＸＹステージ４８に対して平行な関係を維持しながら、ｚ方向（すなわち焦点合わせを行う方向）に並進運動する。複数のＺアクチュエータ４６の各々が、ｚ方向に異なる量だけ基板ステージ５２を駆動すると、基板ステージ５２のチルト（傾斜）量とチルト方向が調節される。

ＸＹステージ４８は、基板ステージ定盤９０の上で、ｘ方向及びｙ方向に２次元に駆動される。ＸＹステージ４８の２次元駆動は、複数のモータ２６によってなされうる。モータ２６は、例えば、送りねじを回転させるＤＣモータ、及び／又は、非接触状態で駆動力を生成するリニアモータなどで構成されうる。モータ２６は、基板ステージ制御部２４によって制御される。基板ステージ制御部２４には、レーザ干渉計３２から基板ステージ５２ｘ方向及びｙ方向における位置の情報が提供される。レーザ干渉計３２は、基板ステージ５２に設けられたミラー３０に向けてレーザービームを射出し、ミラーに３０によって反射されたレーザービームを受光する。

投影光学系２の端面と基板４４との間の空間には液体４２によって液膜が形成される。基板４４には、投影光学系２のほか液体４２を介して原版１０のパターンが投影される。

基板４４または基板ステージ５２と投影光学系２の端面との間の空間への液体４２の供給、および、基板４４または基板ステージ５２の上からの液体４２の回収は、液浸ユニットＩＭＵによって制御される。液浸ユニットＩＭＵは、例えば、液体供給ユニット３６と、液体回収ユニット４０と、液浸制御部２８とを含みうる。液体供給ユニット３６は、液浸制御部２８からの指令に従って、基板４４または基板ステージ５２と投影光学系２の端面との間の空間に液体４２を供給する。液体回収ユニット４０は、液浸制御部２８からの指令に従って、基板４４または基板ステージ５２の上から液体４２を回収する。

液浸露光装置１００を構成する上記の各構成要素に対する電力の供給は、電力制御部６５によって制御される。電力制御部６５は、例えば、基板ステージ機構ＳＴＭを含む基板駆動系、照明系６０、主制御部（特許請求の範囲に記載された制御部の一例）２２等に対する電力の供給を個別に制御するように構成されうる。

液浸露光装置１００は、基板ステージ機構がツインステージ構成の露光装置にも適用することができる。図３は、液浸露光装置１００の基板ステージ機構ＳＴＭをツインステージ構成にした場合における２つの基板ステージ５２−１、５２−２を上方から見た模式図である。

図４は、基板ステージ機構ＳＴＭに対する電力の供給を遮断する電力遮断処理の流れを示す図である。電力制御部６５は、工場の主電源からの電力供給が遮断された際においても図４に例示する電力遮断処理を完了するために十分な電力を供給することができるバックアップ電源を利用可能に構成されている。バックアップ電源は、例えば、液浸露光装置１００に備えられた補助電源であってもよいし、液浸露光装置１００が設置された工場に備えられた補助電源であってもよい。

ステップＳ４０１において、電力制御部６５は、基板ステージ機構ＳＴＭに対する電力供給を遮断するべき要因を検知する。当該要因としては、例えば、工場の主電源からの電力供給の遮断、地震の発生、落雷の発生の可能性、オペレータによる液浸露光装置１００の動作停止指令等が挙げられる。

ステップＳ４０２において、電力制御部６５は、基板ステージ機構ＳＴＭに対する電力供給の遮断を要求する遮断要求を主制御部２２に通知する。

ステップＳ４０３において、主制御部２２は、遮断要求を受けた際に液浸露光装置１００が実行している処理（液浸露光装置の状態）を確認する。ステップＳ４０４において、主制御部２２は、液浸露光装置１００が実行している処理に応じて、実行すべき特別処理を決定する。図４では、特別処理として、３つの例が挙げられている。

遮断要求を受けた際に液浸露光装置１００が実行している処理が基板４４の複数のショット領域を連続的に露光する露光処理である場合には、主制御部２２は、特別処理として、ステップＳ４０５を実行する。具体的には、ステップ４０５において、主制御部２２は、露光中のショット領域の露光が完了することを待って露光処理を終了する。

遮断要求を受けた際に液浸露光装置１００が実行している処理が基板４４の計測処理である場合には、主制御部２２は、特別処理として、ステップＳ４０６を実行する。具体的には、ステップＳ４０６において、主制御部２２は、計測処理が完了することを待つ。ここで、計測処理は、例えば、露光処理に先立って、基板４４の位置決めのために必要な計測、典型的には、基板ステージ５２や基板４４に設けられたアライメントマークの位置の計測を含みうる。

遮断要求を受けた際に液浸露光装置１００が実行している処理が基板４４または基板ステージ５２と投影光学系２との間の空間に液膜を形成する処理である場合には、主制御部２２は、特別処理として、ステップＳ４０７を実行する。具体的には、主制御部２２は、液膜の形成を中止する。

ステップＳ４０５、Ｓ４０６、Ｓ４０７として例示された特別処理の後に、ステップＳ４０８において、主制御部２２は、液浸ユニットＩＭＵに指令を出して、基板４４または基板ステージ５２の上から液体４２を回収させる。液体の回収は、例えば、液体回収領域７０が投影光学系２の下方に位置するように基板ステージ５２を移動させ、この状態で液体回収ユニット４０を動作させることによって実行されうる。

次いで、ステップＳ４０９において、主制御部２２は、基板ステージ機構ＳＴＭに基板ステージ５２を退避位置に移動させる。ここで、退避位置は、基板４４を露光している状態における基板４４と投影光学系２との間の距離（ワーキングディスタンス）よりも長い距離が投影光学系２の下側に確保される位置である。例えば、図２、図３に示す例において、退避領域１１０が投影光学系２の下方に位置することになる基板ステージ５２の位置を退避位置とすることができる。また、図３に例示するようなツインステージ構成においては、退避位置は、２つの基板ステージ５２−１、５２−２が互いに衝突しない位置とされうる。

次いで、ステップＳ４１０において、主制御部２２は、基板ステージ機構ＳＴＭへの電力供給の遮断を許可する遮断許可を電力制御部６５に通知する。これに応じて、ステップＳ４１１において、電力制御部６５は、基板ステージ機構ＳＴＭへの電力供給を遮断する。

基板ステージ機構ＳＴＭが図３に例示するようにツインステージ構成を有する場合には、前述の特別処理は、２つの基板ステージ５２−１、５２−２の状態に応じて決定されてもよい。例えば、基板ステージ５２−１と基板ステージ５２−２とをスワップさせる際に、一方の基板ステージの上にある液膜を他方の基板ステージの上に移動させる必要がある場合がある。この際に、液膜の位置または液膜の移動速度に応じて、該液膜をいずれの基板ステージに移動させるかが決定されうる。

なお、以上の説明は、局所液浸方式（Ｌｏｃａｌ Ｆｉｌｌ）の液浸露光装置を例示してなされているが、本発明は、例えば、基板の全体を液体中に浸漬するような方式の液浸露光装置にも適用することができる。
次に上記の液浸露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。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（原版）を作製する。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（基板ともいう）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、リソグラフィー技術によっ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４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、これを出荷（ステップ７）する。 図６は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ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）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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。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。

本発明の好適な実施形態の液浸露光装置の構成を概略的に示す図である。 基板ステージを上方から見た模式図である。 ツインステージ構成の基板ステージを上方から見た模式図である。 基板ステージ機構に対する電力の供給を遮断する電力遮断処理の流れを示す図である。 半導体デバイスの製造方法を示す図である。 半導体デバイスの製造方法を示す図である。

符号の説明

ＳＴＭ 基板ステージ機構
４４ 基板
５２ 基板ステージ（ＺＴステージ）
４６ Ｚアクチュエータ
４８ ＸＹステージ
９０ 基板ステージ定盤
１０ 原版
７０ 液体回収領域
１００ 液浸露光装置

Claims (8)

1. 原版のパターンを投影光学系および液体を介して基板に投影して該基板を露光する液浸露光装置であって、
   基板を保持する基板ステージを含む基板ステージ機構と、
   基板または前記基板ステージと前記投影光学系との間の空間へ液体を供給し、基板または前記基板ステージの上から液体を回収する液浸ユニットと、
   前記基板ステージ機構に対する電力供給の遮断を要求する遮断要求に応じて、前記液浸ユニットに基板または前記基板ステージの上から液体を回収させ、その後に、前記基板ステージ機構に前記基板ステージを退避位置に移動させる制御部と、
   を備えることを特徴とする液浸露光装置。
2. 前記退避位置は、基板を露光している際における該基板と前記投影光学系との間の距離よりも長い距離が前記投影光学系の下側に確保される位置である、ことを特徴とする請求項１に記載の液浸露光装置。
3. 前記制御部は、前記遮断要求に応じて、前記遮断要求を受けた際に前記液浸露光装置が実行している処理に応じた特別処理を実行し、その後に、前記液浸ユニットに前記基板ステージの上から液体を回収させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液浸露光装置。
4. 前記遮断要求を受けた際に前記液浸露光装置が実行している処理が基板の複数のショット領域を連続的に露光する露光処理である場合において、前記特別処理は、露光中のショット領域の露光が完了することを待って前記露光処理を終了することを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の液浸露光装置。
5. 前記遮断要求を受けた際に前記液浸露光装置が実行している処理が基板の計測処理である場合において、前記特別処理は、前記計測処理が完了することを待つことを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の液浸露光装置。
6. 前記遮断要求を受けた際に前記液浸露光装置が実行している処理が基板または前記基板ステージと前記投影光学系との間の空間に液膜を形成する処理である場合において、前記特別処理は、該液膜の形成を中止することを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の液浸露光装置。
7. 前記基板ステージ機構は、２つの前記基板ステージを含み、前記特別処理は、２つの前記基板ステージの状態に応じて決定される、ことを特徴とする請求項３に記載の液浸露光装置。
8. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液浸露光装置を使って基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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