JP2009188241A

JP2009188241A - 液浸露光装置及び液浸露光方法

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Publication number: JP2009188241A
Application number: JP2008027641A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kato; 藤寛和加; Shinichi Ito; 藤信一伊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-20
Also published as: US20090201472A1

Abstract

【課題】欠陥の発生を抑制し、露光性能を向上させる。
【解決手段】被処理基板１０が載置され、位置制御信号に基づいて移動するステージ５と、前記被処理基板にビームを投影する投影部１と、前記被処理基板と前記投影部との間に液体を供給する液体供給部２と、前記被処理基板と前記投影部との間に保持されている液体を排出する液体排出部３と、前記投影部の外部に設置され、それぞれ前記被処理基板に対して気体を噴出する第１の噴出部４ａ及び第２の噴出部４ｂを有する気体噴出機構４と、前記位置制御信号を出力し、前記ステージを移動させている間、前記ステージの移動速度に基づいて前記第１の噴出部における気体流量及び前記第２の噴出部における気体流量を制御する制御部６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液浸露光装置及び液浸露光方法に関するものである。

半導体装置の微細化に伴い、露光装置のＮＡ（投影レンズの開口率）を大きくし、解像度を向上させることが求められている。ＮＡは屈折率に比例するため、レンズとウェーハ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を向上させる液浸露光技術が知られている。

投影レンズとウェーハ（ステージ上の被処理基板）との間を水で満たす手段としては、ローカル・フィル・メソッドと呼ばれるレンズ近傍にのみ水を保持する手法が一般的に用いられている（例えば非特許文献１参照）。しかし、ステージが高速動作すると、液体は投影レンズを含む液浸ヘッド外に漏れやすくなる。液浸ヘッド外に漏れ、基板上に残った液滴は、液浸固有欠陥（ウォーターマーク欠陥等）の原因となりうることが知られている（例えば非特許文献２参照）。

ステージの高速動作時における液体保持性能を上げるために、液浸ヘッドの周囲に気体吹き出し機構（例えば、ガス・シールと称される）を備えた液浸露光装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような気体吹き出し機構を備えた液浸露光装置では、保持している液体に液浸ヘッドの相対動作方向前方から気泡が巻き込まれることで露光精度が低減し、欠陥が生じるという問題を有していた（例えば非特許文献２参照）。このような欠陥はバブル欠陥と呼ばれている。
S.Owa, H.Nagasaka, Y.Ishii, O.Hirakawa, T.Yamamoto, Feasibility of immersion lithography, Proceedings of SPIE, 2004, Vol.5377 Kocsis, et al, Optical Microlithography XIX, Proceedings of SPIE, 2006, Vol.6154 米国特許出願公開第２００５／０００７５６９号明細書

本発明は欠陥の発生を抑制し、露光性能を向上させた液浸露光装置及び液浸露光方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による液浸露光装置は、被処理基板を載置し、位置制御信号に基づいて移動するステージと、前記被処理基板にビームを投影する投影部と、前記被処理基板と前記投影部との間に液体を供給する液体供給部と、前記被処理基板と前記投影部との間に保持されている液体を排出する液体排出部と、前記投影部の外部に設置され、それぞれ前記被処理基板に対して気体を噴出する第１の噴出部及び第２の噴出部を有する気体噴出機構と、前記位置制御信号を出力し、前記ステージを移動させている間、前記ステージの移動速度に基づいて前記第１の噴出部における気体流量及び前記第２の噴出部における気体流量を制御する制御部と、を備えるものである。

本発明の一態様による液浸露光方法は、露光ビームでマスクを照明し、投影部とステージに載置された基板との間に満たされた液体を介して前記露光ビームで前記基板を露光する液浸露光方法であって、前記投影部の外部に位置する第１の噴出部及び第２の噴出部から前記基板へ気体を噴出し、前記ステージを移動させている間、前記ステージの移動速度に応じて第１の噴出部及び第２の噴出部における気体流量をそれぞれ調整するものである。

本発明によれば、欠陥の発生を抑制し、露光性能を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態に係る液浸露光装置の概略構成を示す。液浸露光装置は、ステージ５、制御部６及び液浸ヘッド７を備える。液浸ヘッド７は、投影部１、液体供給部２、液体排出部３及び気体噴出機構４を有する。

ステージ５には露光処理が行われるウェーハ１０が保持される。液体供給部２は水等の液体１１を供給し、投影部１とウェーハ１０との間を液体で満たす。投影部１とウェーハ１０との間を満たす液体１１は液体排出部３から排出することができる。

投影部１はマスク（図示せず）を通過したビームをウェーハ１０に投影する。投影部１は例えば屈折投影レンズである。

ステージ５は制御部６から出力される位置制御信号に基づいて水平方向及び鉛直方向に動くことができ、ウェーハ１０の位置決めを行う。

気体噴出機構４は投影部１を囲むように投影部１の外周に設けられている。気体噴出機構４の上面図を図２に示す。気体噴出機構４は２つの噴出部４ａ、４ｂを有する。噴出部４ａ、４ｂからは空気等の気体が噴出される。噴出部４ａ、４ｂから噴出される気体流量は制御部６によりそれぞれ制御される。噴出部４ａ、４ｂは円形リングを２分割したような半円形リング状の形状になっており、露光時（ビーム投影時）のステージ移動方向で対称になるような配置になっている。

制御部６は、位置制御信号の出力、気体流量の制御、液体の供給・排出の制御等を行う。制御部６はステージ速度に基づいて噴出部４ａ、４ｂから噴出される気体流量を制御する。

ステージ５の動作（スキャン露光動作）を図３を用いて説明する。図３における矢印Ａは上から見たステージ５に対する液浸ヘッド７の移動方向を示す。液浸ヘッド７はステージ５（ダイＤ１）に対して図中上方向へ移動した後、方向を変えてステージ５（ダイＤ２）に対して図中下方向へ移動する。

このように、液浸ヘッド７はステージ５に対して、図中上から下へ、下から上へと移動方向を変えながら複数のダイ上を連続して移動してスキャン露光を行う。以下、液浸ヘッド７が図３においてステージに対して下から上に動く方向を正の方向と定義して説明を行う。

ここで、実際には液浸ヘッド７は固定であり、ステージ５が移動していることに留意すべきである。つまり、液浸ヘッド７が図３においてステージに対して下から上に動くということは、実際はステージが液浸ヘッドに対して上から下に動いているということである。

２つの隣接するダイを露光する動作をスキャン動作の１周期とした場合のステージ速度の変遷を図４に示す。時刻ｔ＝０〜２４が１周期に相当する。ステージは、露光中は一定速度で移動し、１つのダイの露光を終えると反転する。

時刻ｔ＝３〜９が正方向のスキャン露光動作、すなわち図３におけるダイＤ１のスキャン露光動作に相当する。時刻ｔ＝１５〜２１は負方向のスキャン露光動作、すなわち図３におけるダイＤ２のスキャン露光動作に相当する。時刻ｔ＝０〜３、９〜１５、２１〜２４は折り返し（方向反転）動作に相当する。また、各時刻のステージ加速度は図５に示すようになる。

なお、折り返し動作時には横方向の速度成分が含まれるが、これについては説明の便宜上省略する。

図６に制御部６により制御された噴出部４ａ、４ｂそれぞれにおける気体流量を示す。噴出部４ａが正の方向側、噴出部４ｂが負の方向側に配置されているものとする。

噴出部４ａにおける気体流量はステージ速度が第１の所定速度（図４におけるｖ２）以下のとき０になり、それ以外は一定量となっている。

また、噴出部４ｂにおける気体流量はステージ速度が第２の所定速度（図４におけるｖ１）以上のとき０になり、それ以外は一定量となっている。速度ｖ１は例えばｖ１＝−ｖ２とする。

つまり、制御部６は、露光（ビーム投影）中の液浸ヘッドのステージ（ウェーハ）に対する移動方向前方側に位置する噴出部の気体流量が０となるように制御を行う。言い換えれば、制御部６は、露光（ビーム投影）中のステージ移動方向に対して反対側に位置する噴出部の気体流量が０となるように制御を行う。

このようにステージの移動速度に応じて気体流量を制御することで、図７に示すように、投影部１とウェーハ１０との間を満たす液体１１の端部（メニスカス）の動的前進接触角θの上昇を抑制することができる。動的前進接触角θが大きい程、バブル欠陥が発生し易いことが知られている。

本実施形態による液浸露光装置は動的前進接触角θの上昇を抑制するため、バブル欠陥の発生数を低減することができ、露光性能を向上させることができる。

上記実施形態において、ステージ速度ｖ１、ｖ２は、ウェーハ（被処理基板）の撥水性、露光ステージのスキャン速度及び加速度、ショットサイズ等に応じて適宜設定する。

上記実施形態では、図６に示すように、ステージ速度がｖ２以下になった時、ステージ速度がｖ１以上になったとき、噴出部４ａ、４ｂにおける気体流量をそれぞれ０にしたが、図８に示すように０でなくても良い。

また、図９に示すように、気体流量の変化を緩やかにしてもよい。これにより投影部とウェーハとの間を満たす液体のメニスカス状態の急激な変化を抑制できるため、バブル欠陥の発生数をさらに低減できる。

上記実施形態では気体噴出機構４は図２に示すように、それぞれ半円形リング状の２つの噴出部４ａ、４ｂを有する構成となっていたが、図１０（ａ）に示すように４つの噴出部４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆを有する構成にしても良い。このとき、噴出部４ｃ、４ｅの気体流量をそれぞれ上記実施形態における噴出部４ａ、４ｂの気体流量と同様に制御する。

噴出部４ｄ、４ｆについては、ステージ速度に関わらず一定の気体流量にする。表面張力で十分に液体が保持できる場合は噴出部４ｄ、４ｆから気体の噴出を行わなくてもよく、また、噴出部４ｄ、４ｆの構造を省略してもよい。すなわち、噴出部は、必ずしも投影部周囲を囲うような構造でなくともよく、投影部外部に設置される構造であってもよい。

また、図１０（ｂ）に示すように噴出部を円形リング状でなく、四角形の隣り合う２辺から成るような折れ線形状にしてもよい。

噴出部の構造については、図１１に示すように気体を噴出する小孔４１と気体を吸引する小孔４２をそれぞれ並べたものであっても良いし、その他、噴出と吸引の内外の位置を反対にしたり、小孔の代わりにスリット状にしたり、気体を吸引する小孔を省略したりなど、各種構造を採用することができる。

上記実施形態では、図６に示すようにステージ速度が所定の絶対値以上になった時に液浸ヘッドのステージ（ウェーハ）に対する移動方向前方側に位置する噴出部の気体流量が０となるように制御を行っていたが、図１２に示すように、ステージ速度が所定の絶対値ｖ３以上になった時の液浸ヘッドのステージ（ウェーハ）に対する移動方向後方側に位置する噴出部のみ気体を噴出させ、それ以外は気体流量が０となるように制御を行っても良い。

これにより、図１３に示すような液浸ヘッド下方にトラップされた残留液滴が効果的に排出されるため、残留液滴に起因する液浸欠陥の発生を効果的に抑制することができる。

また、図１４に示すように、ステージ速度が所定の絶対値ｖ４以上になった時に液浸ヘッドのステージ（ウェーハ）に対する移動方向前方側に位置する噴出部の気体流量を０とし、ステージ速度が所定の絶対値ｖ５以下になった時に液浸ヘッドのステージ（ウェーハ）に対する移動方向後方側に位置する噴出部の気体流量を０となるように制御を行ってもよい。

これにより、バブル欠陥及び残留液滴に起因する液浸欠陥の発生を効果的に抑制することができる。

図１２、図１４に示す例では気体流量を０まで低減しなくてもよく、また、気体流量の変化を緩やかにしてもよい。

上述した実施の形態は一例であって限定的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態による液浸露光装置の概略構成図である。気体噴出機構の概略構成図である。ステージに対する液浸ヘッドの移動方向を示す図である。ステージ速度の変遷を示すグラフである。ステージ加速度の変遷を示すグラフである。各噴出部における気体流量の変遷を示すグラフである。メニスカスの動的前進接触角を説明する図である。各噴出部における気体流量の変遷を示すグラフである。各噴出部における気体流量の変遷を示すグラフである。変形例による気体噴出機構の概略構成図である。噴出部の概略構成の一例を示す図である。ステージ速度と各噴出部における気体流量の変遷を示すグラフである。残留液滴の排除を説明する図である。ステージ速度と各噴出部における気体流量の変遷を示すグラフである。

符号の説明

１投影部
２液体供給部
３液体排出部
４気体噴出機構
５ステージ
６制御部
７液浸ヘッド
１０ウェーハ
１１液体

Claims

被処理基板が載置され、位置制御信号に基づいて移動するステージと、
前記被処理基板にビームを投影する投影部と、
前記被処理基板と前記投影部との間に液体を供給する液体供給部と、
前記被処理基板と前記投影部との間に保持されている液体を排出する液体排出部と、
前記投影部の外部に設置され、それぞれ前記被処理基板に対して気体を噴出する第１の噴出部及び第２の噴出部を有する気体噴出機構と、
前記位置制御信号を出力し、前記ステージを移動させている間、前記ステージの移動速度に基づいて前記第１の噴出部における気体流量及び前記第２の噴出部における気体流量を制御する制御部と、
を備える液浸露光装置。
前記被処理基板にビームが投影されているときの前記ステージの移動方向を第１の方向及び前記第１の方向を反転した第２の方向であるとした場合、前記気体噴出機構において前記第１の噴出部は前記第１の方向側に設けられており、前記第２の噴出部は前記第２の方向側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液浸露光装置。
前記制御部は前記ステージの動作速度が所定値以上になった場合に、前記ステージの移動方向とは反対側に位置する前記噴出部の気体流量を、前記ステージの動作速度が前記所定値未満である場合の前記噴出部の気体流量に比して、下げることを特徴とする請求項２に記載の液浸露光装置。
前記制御部は前記ステージの動作速度が所定値以下になった場合に、前記ステージの移動方向側に位置する前記噴出部の気体流量を、前記ステージの動作速度が前記所定値より大きい場合の前記噴出部の気体流量に比して、下げることを特徴とする請求項２又は３に記載の液浸露光装置。
露光ビームでマスクを照明し、投影部とステージに載置された基板との間に満たされた液体を介して前記露光ビームで前記基板を露光する液浸露光方法であって、
前記投影部の外部に位置する第１の噴出部及び第２の噴出部から前記基板へ気体を噴出し、
前記ステージを移動させている間、前記ステージの移動速度に応じて第１の噴出部及び第２の噴出部における気体流量をそれぞれ調整することを特徴とする液浸露光方法。