JP4565272B2 - 液浸リソグラフィのための動的流体制御システム - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
＜関連する出願の参照情報＞
この出願は、２００４年７月１日に提出され、「液浸リソグラフィ装置のための流体制御システム」と表題された米国仮出願第６０／５８４，５４３号に基づく優先権を主張する。前記米国仮出願第６０／５８４，５４３号は、あらゆる目的のため、その開示を援用して本願の記載の一部とする。
【０００２】
本発明は液浸リソグラフィ、特に、液浸流体の挙動（動き）及びステージの動作（移動）に起因して、該液浸流体によって終端（最終）光学素子及びステージに対して作用する力の動的変化を補償することができる動的流体制御システム（系）及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的なリソグラフィ装置は、照射源、像パターンを規定する像形成素子（結像素子）、光学系、及びウエハを保持して移動するウエハステージを含んでいる。照射感応性材料、例えばレジストは、ウエハテーブル上に載置される前にウエハの表面上に塗布される。稼働中に照射源からの照射エネルギは像形成素子によって規定された像パターンを光学系を介してウエハ上に投影するために用いられる。光学系は典型的には多数のレンズを含んでいる。ウエハに最も近いレンズ又は光学素子は、「最終」又は「終端」光学素子として称されることがある。
【０００４】
露光中の投影領域は一般にウエハよりも非常に小さい。従って、ウエハはその全面にパターンを形成するために光学系に対して相対的に移動される必要がある。半導体業界においては、２種類のリソグラフィ装置が一般に用いられている。 いわゆる「ステップ・アンド・リピート」装置では、像パターン全てがウエハの目標領域（ターゲットエリア）上に一回の露光で一度に投影される。露光後に、ウエハはｘ及び／又はｙ方向に移動又は「歩進（ステップ）」され、新たな目標領域が露光される。このステップ・アンド・リピート動作は、ウエハの表面全体が露光されるまで何度も繰り返し行われる。スキャニング型（走査型）リソグラフィ装置では、目標領域は連続的動作又は「スキャニング」動作により露光される。パターニング素子は、露光中にウエハがパターニング素子と同一又は反対方向に移動されることに同期して一方向に移動される。ウエハは、その後、次のスキャン目標領域へ向けてｘ及びｙ方向に移動される。このプロセスは、ウエハ上の所望領域全てが露光されるまで繰り返される。
【０００５】
液浸リソグラフィシステムは、光学アセンブリの終端光学素子とウエハとの間の隙間（ギャップ）を満たす流体の層を用いる。流体は、従来の「ドライ」リソグラフィの理論限界よりも大きい開口数（ＮＡ）での露光を可能にすることによって、液晶リソグラフィ装置の解像度を向上させる。ギャップ内の流体は、もしも流体がなければ光学空気界面で完全に内部反射されたであろう照射によって露光することを可能にする。液浸リソグラフィでは、流体の屈折率と同等の開口数が可能である。また、液浸は、従来のリソグラフィシステムと比較して、ウエハの垂直位置における許容誤差である焦点深度を所定のＮＡに対して増大させる。液浸リソグラフィは、それ故に、解像度を５０ナノメータ以下にまで下げる能力を有している。
【０００６】
液浸システムにおいては、流体は基本的にリソグラフィ装置の光学系の一部となる。従って、流体の光学特性は、注意深く制御されなければならない。流体の光学特性は、流体の組成、温度、気泡の有無、及びウエハ上のレジストからのガス放出によって影響される。
【０００７】
液浸流体によって終端光学素子とウエハステージに作用する圧力及び力は、一定であるべきである。しかしながら、この望ましい結果を達成することは、いくつかの理由によってたいへん困難である。
【０００８】
液浸リソグラフィでは、流体は常に除去及び補充される。流体の除去は汚染物質及び露光中に発生される熱を回収することに役立つ。理想的には、供給される流体の量は除去される量と同等であるべきである。しかしながら、供給量と回収量との均衡を正確に達成することは実用上困難である。流速が不均一であると、終端光学素子の下部の流体の量的が変動する一因となりうるが、終端光学素子とウエハステージに作用する力及び圧力の動的変化をもたらす場合がある。
【０００９】
ウエハステージの動作（移動）によっても、液浸流体の挙動に起因して終端光学素子に動的な力が生じる。例えば、ウエハステージが加速し始めると、メニスカスと呼ばれることがある、流体−空気界面における流体の形状が変化する。メニスカスは移動の先端縁で外側に延び且つ後端縁で引き込まれるように延びる傾向にある。メニスカスの形状変化は、液浸流体によって終端光学素子及びステージに作用する静的圧力に変化を生じさせる。
【００１０】
また、ステージの動作（動き）は、液浸流体に波を生じさせる。これらの波は、ウエハステージを不安定にさせるとともに、終端光学素子を上下に振動させる。この振動が、波の影響が残存することに起因して露光中にも依然として生じている場合には、精度及び像品質に悪影響を与えるおそれがある。
【００１１】
また、ウエハを垂直方向に調整することにより、終端光学素子とウエハとの間のギャップの容量が変化することがある。ウエハの表面は完全に平坦ではない。垂直方向の調整は、終端光学素子と露光領域との間の間隔を一定に維持するために、ウエハの表面状態（トポグラフィー）に応じてウエハステージによってなされる。ウエハと終端光学素子の間の空間の容量は、ウエハが上下に移動される場合に変化する。容量が変化するにつれて、終端光学素子及びウエハステージの両方に作用する、液浸流体の圧力及び力もまた変化する。
【００１２】
終端光学素子に作用する、液浸流体の挙動によって生じる動的な力及び圧力は、終端光学素子を変形させ及び／又はその理想位置から上か又は下に移動させる原因となる可能性がある。その結果、終端光学素子はフォーカスずれを生じることがあり、露光が低精度となってしまう。ウエハステージに作用する同様な力もまた、ウェハステージの性能に影響を与える可能性がある。
【００１３】
ステージ速度が高いと、メニスカスはそれが破壊される点、特に先端縁で不安定になる可能性がある。メニスカスの破壊の特色は、流体の液滴が流体から表出するウエハ上での、液滴の離脱及び堆積によって表される。そのような流体の液滴は好ましくない。流体の液滴は、その後のスキャンにおいて、浸水されたレンズの下方をウエハが通過する際に、空気を捕らえて（かみ込んで）気泡を生じさせる可能性がある。また、流体の液滴がウエハ上で乾燥した場合には、液滴中の汚染物質、例えば、レジストから溶解された残留物は、ウエハ上に堆積したまま残留する。
【００１４】
従って、液浸流体の動き及びステージの移動によって生じた、液浸流体によって終端光学素子とステージに作用する力の動的な変化を補償することができる動的流体制御システム及び方法が必要とされている。
【発明の開示】
【００１５】
液浸流体の挙動によって生じる、終端光学素子及び基板ステージにかかる流体からの動的な力を減少可能な動的流体制御システム及び方法が提供される。該システムは、像を規定する像形成素子と、基板を保持するように構成されたステージとを含んでいる。前記像形成素子により規定された像を前記基板上に投影するために、光学系が設けられている。前記光学系は終端光学素子を含む。液浸流体で満たされるギャップが、前記基板と前記終端光学素子との間に設けられている。動的力制御系が設けられて、前記ギャップを介しての前記液浸流体の動き及び／又は前記ステージの移動によって生じる前記液浸流体の動的変化を補償することによって、前記終端光学素子及びステージにかかる力を実質的に一定に維持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照すると、液浸装置が示されている。液浸装置１０は、像を規定する像形成素子１２と、基板１６を支持するように構成されているステージ１４と、像形成素子１２によって規定される像を基板１６上に投影するように構成されている光学系１８とを含んでいる。光学系１８は「最後」又は「終端」光学素子２０を含む。基板１６と終端光学素子２０との間にギャップ２２が形成されている。流体注入／除去装置２４が基板１６と終端光学素子２０との間に液浸流体を供給する。
【００１７】
一つの実施形態では、像形成素子１２はレチクル又はマスクである。他の実施形態では、像形成素子は、米国特許第５，２９６，８９１号、第５，５２３，１９３号、並びに国際特許出願第ＷＯ９８／３８５９７号及び第９８／３３００９６号に記載されているような、像を生成可能なプログラマブル・マイクロミラー・アレイである。上記文献全ての開示を、援用により本文の記載の一部とする。一つの実施形態では、ステージ１４は粗動ステージ（不図示）によって支持された微動ステージである。微動ステージは、設計に応じて、１から６の自由度（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ及びθｚ）の何れにおいて基板の精密な位置調整の役割を有する。同様に、粗動ステージは１から６の自由度における、微動ステージ１４上の基板１６の移動に関与する。各種の実施形態に従うと、微動ステージ１４は、当技術分野で周知のように、磁気浮上、空気ベローズ、ピストン、バキューム、又はスプリングによって粗動ステージ上に支持され得る。さらに他の実施形態では、流体注入／除去装置２４は、２００４年７月１６日付けで提出され、「液浸リソグラフィにおける流体の供給装置及び方法」と題された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０４／２２９１５号に開示されたようなノズル、又は２００４年３月２９日付けで提出され、「液浸リソグラフィ装置のための真空排出（バキュームスカベンジ）を含む環境システム」と題された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１００５５号に開示された環境システムである。これら両出願の開示は全ての目的のためにここに援用されて本文の記載の一部とする。
【００１８】
図２を参照すると、液浸装置１０に用いられる動的力制御システム３０の図が示されている。このシステム３０は、終端光学素子２０の近傍に配置された、一つ以上の圧力センサ３２及び一つ以上のアクチュエータ３４を含んでいる（図２には、図示を簡素にするために、単一のセンサ３２及び単一のアクチュエータ３４の一組のみが示されている）。圧力センサ３２は、終端光学素子２０の底面とほぼ同一の面内でギャップ２２の近傍に位置付けられている。終端光学素子２０の底面は、ギャップ２２中の液浸流体と境界を接するか又は接触しているので、レンズの「境界」面として称されることがある。終端光学素子２０は光学系１８のハウジング３８によって所定位置に保持されている。
【００１９】
システム３０はまた、コントローラ３６を含む。運転中、センサ３２は終端光学素子２０の境界面における圧力変化を計測する。コントローラ３６は、それぞれ計測された圧力値に応じて、アクチュエータ３４を制御する制御信号を生成する。アクチュエータは液浸流体の動きによって生じる動的圧力変化を補償するために、流体圧力の局所的変化を生成する。例えば、流体圧力が上昇した場合には、アクチュエータはその圧力を取り除くように又はその逆に作動する。
一つの実施形態では、センサ３２及びアクチュエータ３４は、ハウジング３８に、終端光学素子２０の境界面の近傍の及びその周囲に配置されている。別の実施形態では、流量センサが、下記に詳述するように、流体の動的状態の規定を補助するためにも用いられる。
【００２０】
図３Ａを参照すると、終端光学素子２０の周囲に配置されたセンサ３２及びアクチュエータ３４の上面図が示されている。図３Ａにおいて、基板１６はステージ１４上に位置付けられて示されている。終端光学素子２０は基板１６の上方に位置付けられ且つ結像領域４０を規定する。センサ３２及びアクチュエータ３４は終端光学素子２０の近傍に及びその周囲に配置されている。流体注入／除去装置２４は、基板１６と終端光学素子２０との間のギャップ２２（この図では見えていない）に対する液浸流体の供給及び除去を行う。
【００２１】
ギャップ２２を介しての液浸流体の通常の流れ（フロー）は、終端光学素子２０及びステージ１４への静的な力を生成する。しかしながら、液浸流体の流速が変化すると、ステージの加速及び動作、ウエハの垂直方向の調整等はすべて、液浸流体が終端光学素子２０及びウエハステージ１４に対して動的な力を生成する原因となる可能性がある。終端光学素子２０の近く又は下方に局所的に位置付けられたセンサ３２は局所的な静的及び動的な圧力変化をモニタし、コントローラ３６に情報を供給し、是正対策が取られるようにする。一つの実施形態に従うと、圧力センサ３２は終端光学素子２０の境界面と同じ水平面に位置付けられている。圧力センサ３２は、境界面の表面の法線方向の圧力のみを計測するように向きが付けられている。液浸流体が境界面によって規定される水平面によって境界づけられているので、境界面に対するモーメントの法線方向成分はない。
【００２２】
図３Ｂ及び図３Ｃは流体メニスカスに対するステージの動きの影響を示している。これらの図において、ステージは矢印１３８によって示されているように、右に移動される。この動きが、それぞれ２３ａ及び２３ｂで示される、先端縁及び後端縁とでは流体境界の形状が異なる原因となる。具体的には、メニスカスは、先端縁２３ａで外側に延び、後端縁２３ｂで引き込まれる傾向にある。この液浸流体の動的な変化が、ステージ及び終端光学素子の両方において動的な力の変化を生じさせる。加えて、これらの変化は、レンズ領域の周囲のメニスカスに沿って伝播する流体の波２３ｃを生じさせる。これらの波２３ｃもまた、終端光学素子２０及びウエハステージにおける動的な圧力変化の一因である。
【００２３】
システム３０に用いられる圧力センサ３２は、マノメータ、静電容量型マノメータ、圧電変換器、又は他の任意のタイプの圧力センサであってもよい。アクチュエータ３４としては、ピストン、ダイアフラム、ベローズ、圧力水頭部分真空チューブ、又は「サイエンス２９１，２７７（２００１）、Ｍ．Ｐｒｉｎｓら著」に開示されているような電子毛管圧力素子であってもよい。「サイエンス２９１，２７７（２００１）、Ｍ．Ｐｒｉｎｓら著」の開示は、全ての目的のためにここに援用して本文の記載の一部とする。
【００２４】
他の実施形態では、流量センサは、流体の動的状態を規定することを支援するのにも用いられる。図４を参照すると、一実施形態に従う流体流速センサ５０が示されている。センサ５０は、比較的に短い長さを有し且つ液浸流体の流れ方向に直角で水平に取り付けられた２つの無接点ワイヤ５２ａ及び５２ｂを含む「Ｘタイプ」熱線センサである。稼働中は、２つのワイヤ５２ａ及び５２ｂの温度がモニタされる。計測された温度変化から、法線方向における液浸流体の速度をモニタすることができる。Ｘタイプ熱線センサの例としては、ミネソタ州ミネアポリスのＴＳＩ社製のものがある。 圧力計測結果に加えて速度計測結果から、液浸流体のモーメントの変化、及び終端光学素子やウエハステージに作用している一時的な力の変化がもたらす影響を測定することが可能である。
【００２５】
図５Ａを参照すると、流体圧力及び流体速度の両方を計測するのに用いることができる別のセンサ６０の図が示されている。このセンサ６０は、よどみ点圧力（ｐ_０）及び静圧（ｐ）の両方を計測するために、静圧タップ壁（wall static pressure tap）６４を備えた、上述した圧力センサの一つのような、全揚程管１６２を含んでいる。よどみ点圧力とは、流体がセンサに対して移動しない点において、圧力センサによって計測される圧力である。
【００２６】
あるいは、図５Ｂに示されているように、静圧及びよどみ圧の両方を計測するためにピトー管６６が用いられる。 点６８において計測された圧力は、管の入口での局所的流れの速度はゼロなので、よどみ圧（ｐ_０）である。点７０における圧力（ｐ）は、局所的な流れの速度がゼロではないので異なっている。 流体の速度は、従って、ベルヌーイの方程式及び次の条件を用いて算出することができる。

ｐ_０＝ｐ＋１／２ρｖ^２ （１）

式中、ρは流体密度である。従って、流速は下記式にて算出できる。

ｖ＝［２（ｐ_０−ｐ）／ρ］^１／２ （２）
【００２７】
局所的な流体の流れ速度及び圧力の両方は、従って、このタイプのセンサを用いて測定することができる。
【００２８】
ベルヌーイの方程式の使用を制限する、いくつかの流れ条件がある。
定常流
非圧縮性の流れ
摩擦のない流れ（低粘性）
流線に沿う流れ
【００２９】
条件２は、流速は流体中の音速よりも非常に小さいので、 条件を満たしているとみなせる。 条件４に関しては、ピトー管の軸は流れ方向に整合されているとみなせる。流体は、設計上、一般に、スキャニングステージの軸に沿って流れるであろうから、条件４は満たされる。条件３は、高レイノルズ数を必要とすることに等しい（但し、層流を維持するためには、高すぎてはならない）。条件１が満たされているかどうかは、しかしながら、疑問の余地がある。従って、正確な速度及び圧力測定のためには校正が必要とされることになる。ピトー管もまた、周波数応答において制限がある。高い周波数応答が所望される場合には、ピトー管の代わりに熱線速度センサを用いてもよい。
【００３０】
ストリームラインの方向が変化する非定常流においては、直交方向又は流れが過去の計測値から識別される方向に向いている、多数のピトー管ヘッドがセンサの動作中に助けになり得る。
【００３１】
図６を参照すると、コントローラ３６の動作を説明する図（６０）が示されている。図示を分かりやすくするために、単一の圧力センサ３２（例えば、図３Ａ、図５Ａ又は図５Ｂの圧力及び／又は速度センサ）のみと、アクチュエータ３４とが用いられている。圧力センサ３２は下記に示す、コントローラ３６に対する圧力制御信号を生じさせる。すなわち、（ｉ）ステージコントローラ６２により指令されたステージ１４の水平及び／又は垂直方向の動きの結果として、圧力センサ３２にもたらされる圧力変化δＰｓ；（ｉｉ）流体注入／除去装置２４の動作によって圧力センサにもたらされることがある、追加の圧力変化δＰｆ；（ｉｉｉ）アクチュエータ３４が同時に動作を行うことによってもたらされる追加の圧力変化δＰａ；及び（ｉｖ）センサ３２によって計測される静的圧力Ｐｏ。センサ３２で計測される全圧力は、従って、Ｐｏ＋δＰｓ＋δＰｆ＋δＰａである。コントローラ３６は、アルゴリズムを用いて、アクチュエータ３４に対する制御信号６４を生成するためのステージコントローラからの情報に加えて、圧力センサ３２からの情報を用いる。信号６４に対するアクチュエータの応答は、圧力センサ３２における圧力変化δＰａであり、この圧力変化δＰａは、下記の方程式（３）によって特定されるように、ステージの動き及び流体注入／除去装置からの圧力変化を実質的に相殺する。

δＰａ＝−（δＰｓ＋δＰｆ） （３）
【００３２】
従って、終端光学素子２２及びウエハステージの両方における動的な圧力変化の影響は最小限に抑えられる。他の実施形態では、速度センサ又はステージコントローラからの信号は存在しない場合がある、又は流体注入／除去装置からの情報はコントローラに供給される場合がある。
【００３３】
終端光学素子及びウエハステージに影響を与える圧力変動を減らすことにおいて、コントローラ３６は波２３ｃの振幅もいくぶん減少させ得る。これによって、流体注入／除去装置の性能が改善される可能性がある。このことはまた、先端縁メニスカスが破壊される機会を減らし、その結果、ウエハ上に流体の液滴が孤立して形成されるのを回避することがある。
【００３４】
上記の記述は、線形システムに適しており、線形システムにおいては、ステージの動きによって生じる圧力変化δＰｓは、流体注入／除去システムにより生じる圧力変化δＰｆ及びアクチュエータによる圧力変化δＰａからは独立している。実際には、δＰｓ，δＰｆ及びδＰａは互いに関数関係にあるため、流体の動きはシステムを非線形にするかも知れない。しかしながら、方程式３は未だ有効である。 また、圧力変化が十分に小さい場合には、システム応答は線形に近似されるであろう。
【００３５】
方程式３を満たすことは、コントローラが圧力センサ信号に対して即座に応答できないという事実、及び圧力センサ信号δＰｓ，δＰｆ，δＰａに対する個々の寄与を計測することもできないという事実によって複雑になっている。加えて、流体は動いているので、圧力の変化率は同様に重要になる。コントローラは、従って、圧力アクチュエータに送る適切な信号を予測するために、一定期間に渡って、全圧力信号と同様に、ステージシステム及び流体注入／除去システムからの情報を用いるアルゴリズムを必要とする。このアルゴリズムは多数の方法により獲得され得る。
【００３６】
１．流体動的モデルは、算出されたステージの動作及び流体注入又は除去と関連する、流体セル及び流体の動的な力から作成し得る。これらの影響から結果的に得られる圧力センサでの圧力変化が次いで算出され、必要とされる圧力アクチュエータ信号の予測をもたらす。このモデルは、圧力センサでの全圧力変化を最小に設定することになる、いくつかの調整可能なパラメータを有し得る（式３）。
【００３７】
２．前記アルゴリズムは、流体セル及びステージや流体注入／除去の摂動に対するその応答のモデルを作成するための適応フィルタを用いて、実験的に求め得る。図９はそのようなフィルタ及びそのトレーニングプロセスを示している。適応フィルタはその重みが調整可能な線形フィルタであって、重みが変えられて所望の信号に一致する出力信号を生成する線形フィルタである。図９において、ステージ１４及び流体注入／除去装置２４からの信号もまた、入力として適応フィルタに導かれている。適応フィルタ９２の出力はアクチュエータによってもたらされる、圧力センサ３２での圧力の推定値である。アクチュエータ信号とセンサ３２での圧力との関係は、ステージ及び流体注入／除去システムからの摂動を除外して、前もって校正によって求められている。図９では、所望の信号は、ステージ１４及び流体注入／除去装置２４からの摂動によって引き起こされる圧力センサ３２からの信号である。圧力センサ信号と適応フィルタ９２によって予測される圧力センサ信号との間のエラー信号εは、フィルタにフィードバックされ、εを最小にするために重みが調整されている。なお、加算接続の極性は、ε＝δＰｓ＋δＰｆ＋δＰａの関係をもたらす。従って、その重みをεが無視できるほど小さくなるように首尾良く調整できるならば、方程式３の条件は確立されたことになる。
【００３８】
適応フィルタ９２を首尾良くトレーニングした後で、この適応フィルタを含むコントローラ３６は、図６のようにシステムに接続される。
【００３９】
３．適応フィルタは線形であるか又はほんの少し非線形であるシステムに最も適している。流体セルの流体力学がステージシステム及び流体注入／除去システム及びアクチュエータに起因する圧力変化を全体的に過度に結合する場合には、適応フィルタは非線形関係を示すことが可能なニューラルネットワークシステムに置き換えてもよい。ニューラル・ネットワークは、基本的に適応フィルタと同様な方法でトレーニング及び活用される。
【００４０】
流体セルの変化の環境条件、コントローラのアルゴリズムの最適パラメータもまた同様に変化し得る。コントローラは、環境条件の変化につれ、アルゴリズムのトレーニングを継続することを可能にする適応特性を含み得る。従って、アルゴリズムが流体動的モデルに基づく場合には、モデル中の幾つかの調整可能なパラメータは、圧力センサでの全圧力変化を最小限にするために変化され得る。アルゴリズムが適応フィルタ又はニューラルネットワークである場合には、調整可能な重みは圧力センサでの全圧力変化を最小限にするために変化され得る。
【００４１】
図７を参照すると、多数の圧力及び／又は流速センサ３２及び多数のアクチュエータ３４に接続された、コントローラ３６の動作を示す別の図が示されている。図３Ａにおいて、アクチュエータの数は圧力及び速度センサの数と等しい。しかしながら、代替の実施形態では、アクチュエータ３４の数と、圧力センサ３２及び／又は流速センサの数は、異なっていてもよい。図７では、ｎ個のアクチュエータ３４ａ〜３４ｎ、ｍ個の圧力センサ３２ａ〜３２ｍ、及びｋ個の流速センサＶ１〜Ｖｋが存在している。各センサ３２ａ〜３２ｍは上述したように４つの圧力要素（ｉ）〜（ｉｖ）から導かれた圧力信号Ｐ１〜Ｐｍを生成する。各アクチュエータ３４ａ〜３４ｎは圧力センサ３２ａ〜３２ｍの各々で圧力変化を引き起こし、それにより、各圧力センサで計測されるδＰａは、全てのアクチュエータ３４ａ〜３４ｎに起因する圧力変化の累積となる。さらに具体的には、アクチュエータｉは圧力センサｊにおいて圧力変化δＰａｉｊを生成する。全ｎ個のアクチュエータからのセンサｊにおける全圧力変化は、Σ_{ｉ＝１，ｎ}δＰａｉｊで与えられる。コントローラ３６は、圧力センサでのアクチュエータ圧力が次の関係を満たすように、ｍ個の圧力センサ信号と、ｋ個の流速センサ信号と、ステージコントローラ及び流体注入／除去装置からの情報とを処理し、アクチュエータ３４ａ〜３４ｎに対するアクチュエータ信号ａ１〜ａｎを生成する。

Σ_{ｉ＝１，ｎ}δＰａｉｊ＝−（δＰｓｊ＋δＰｆｊ）， ｊ＝１，ｍ （４）
【００４２】
これによって、終端光学素子及びウエハステージの両方における動的な圧力変化の影響が確実に最小限になる。換言すると、アクチュエータ３４ａ〜３４ｎを制御することによって、液浸流体の力学によって引き起こされる終端光学素子及びステージに作用する動的な真の力及び真のモーメント（例えば、トルク）を最小限にすることが可能となる。ステージが動いている時に、液浸流体の接触角は、後端縁に対して先端縁において異なる。これによって、ハウジング３８の先端縁及び後端縁並びに終端光学素子２０に作用する、異なる力が生成される。これらの異なる力は、終端光学素子又はウエハステージに、前述の方程式を用いて補正可能な真のモーメント又はトルクを生じる可能性がある。
【００４３】
一つの実施形態では、図３Ｂに示されているように、複数のセンサ３２及びアクチュエータ３４は終端光学素子２０の周囲に配置されている。この配置によって、液浸流体のメニスカスにおいて生じる波２３ｃは制御され、ステージ動作中に先端縁メニスカスの破壊は回避又は最小限にされる。他の実施形態では、センサ３２及びアクチュエータ３４を終端光学素子２０の近傍の異なる位置に配置することができる。
【００４４】
方程式４を満たすアルゴリズムを設計することは、図６及び方程式３との関係で上述した説明に類似している。
【００４５】
この説明において、「力」及び「圧力」という用語は同義的に用いられてきた。しかしながら、技術的には、これら２つの用語は若干相違することに注意すべきである。「圧力」は単位面積当たりの力の大きさである。市販のセンサの多くは圧力を計測するように設計されている。しかしながら、センサは、力を計測するように調整でき、本発明に用いることができる。
【００４６】
通常動作においては、アクチュエータ信号は、典型的に、コントローラ３６で許容される流体の摂動の制限範囲によって規定される値の制限範囲内にあることになる。しかしながら、もしも流体システムが強く摂動されるのであれば、いくつかのアクチュエータ信号は上記範囲外となる可能性がある。例えば、流体の注入がギャップ２２を完全に満たすことが出来ず、終端光学素子の一部の下方に気泡を残存させている場合には、コントローラ３６によって予測されるアクチュエータ信号はそれらの通常値から実質的に異なりやすい。または、先端縁メニスカスが破壊され、ウエハ上に孤立した液滴が残留した場合には、空気がキャップ２２内に吸い込まれるかも知れないし、コントローラ３６によって予測されるアクチュエータ値が通常値から逸脱するかも知れない。そのような不正常な状態からの復帰は、コントローラにとって可能でないかも知れないが、異常なアクチュエータ信号は、ギャップ２２内において適切な液浸状態が失われており、その状態が復旧されるまでリソグラフィ露光は中断されなければならないというメッセージを、リソグラフィ装置のコントローラに供給することができる。
【００４７】
半導体デバイスは上述したシステムを用いて、図８Ａに概略が示されるプロセスによって製造できる。ステップ８０１において、デバイスの機能及び性能特性が設計される。次に、ステップ８０２において、パターンを有するマスク（レチクル）が前記設計ステップに従って設計され、並行するステップ８０３において、ウエハがシリコン材料から製造される。ステップ８０２において設計されたマスクパターンは、ステップ８０４において、本発明に従う上述のフォトリソグラフィシステムによって、ステップ８０３からのウエハ上に露光される。ステップ８０５において、半導体デバイスは組み立てられ（ダイシングプロセス、ボンディングプロセス、及びパッケージジングプロセスを含む）、最後に、デバイスは次にステップ８０６において検査される。
【００４８】
図８Ｂは、半導体デバイスを製造する場合における上述のステップ８０４を例示する詳細なフローチャートを示している。図８Ｂのステップ８１１（酸化工程）において、ウエハの表面は酸化される。ステップ８１２（ＣＶＤ工程）において、絶縁膜がウエハ表面に形成される。ステップ８１３（電極形成工程）において、ウエハ上に電極が蒸着によって形成される。ステップ８１４（イオン注入工程）において、ウエハにイオンが注入される。上述したステップ８１１〜ステップ８１４は、ウエハ処理中のウエハに対する前処理工程を構成し、必要とされる処理に従って選択が各工程においてなされる。この前処理工程の後に、図８Ｂに示された通り、ステップ８１５（フォトレジスト形成）、ステップ８１６（露光）、ステップ８１７（現像）、ステップ８１８（エッチング）８１８、ステップ８１９（フォトレジスト除去）が行われる。上述したステップ８１５〜ステップ８１９は、図８Ｂに示されたように、ウエハ処理中のウエハに対する後処理工程を構成する。
【００４９】
なお、ここに記載された特定の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、ここに記載された基板は必ずしも半導体ウエハでなくともよい。基板はフラットパネルディスプレイを製造するためのフラットパネルであってもよい。むしろ、本発明の真の範囲は、添付の請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】 図１は本発明に従うリソグラフィ装置の図である。
【図２】 図２は本発明の液浸装置に用いられる動的力制御システムの図である。
【図３】 図３Ａは、終端光学素子の周囲に配置された、本発明の動的力制御システムのセンサ及びアクチュエータの上面図である。図３Ｂは動的力制御システムの上面図であって、流体メニスカスにおけるステージ動作の影響を示している。 図３Ｃは動的力制御システムの側面図であって、流体メニスカスにおけるステージ動作の影響を示している。
【図４】 図４は本発明の一実施形態に従う動的力制御システムに用いられるセンサの図である。
【図５】 図５Ａは本発明の追加の実施形態に従うセンサの図である。図５Ｂは本発明の追加の実施形態に従うセンサの図である。
【図６】 図６は本発明の一実施形態に従うコントローラの動作を示す図である。
【図７】 図７は本発明の他の実施形態に従うコントローラの動作を示す別の図である。
【図８−１】 図８Ａは本発明に従う、半導体ウエハの製造工程を示すフローチャートである。
【図８−２】 図８Ｂは本発明に従う、半導体ウエハの製造工程を示すフローチャートである。
【図９】 図９は流体圧力制御のための制御アルゴリズムの判断を示す図である。

Claims (29)

1. 像を規定する像形成素子と、
   基板を保持するように構成されたステージと、
   前記像形成素子によって規定された前記像を前記基板上に投影するように構成され、終端光学素子を有する光学系と、
   前記基板と前記終端光学素子との間のギャップであって、液浸流体で満たされるように構成されたギャップと、
   前記ギャップ中の前記液浸流体の動き及び／又は前記ステージの移動によって生じる前記液浸流体の動的変化を補償することによって、前記終端光学素子及びステージにかかる力を実質的に一定に維持するように構成された動的力制御系と、を備え、更に、前記動的力制御系が、前記ギャップに満たされる前記液浸流体に接触して配置されるアクチュエータを含む装置。
2. 前記動的力制御系は、前記終端光学素子の近傍に位置付けられたセンサを更に備える請求項１に記載の装置。
3. 前記センサは、前記終端光学素子の近傍に前記ギャップ内に位置付けられている、請求項２に記載の装置。
4. 前記終端光学素子は、前記ギャップ内の前記液浸流体と境界を接する境界面を規定し、前記センサは前記境界面と同じ面内に位置付けられた請求項２に記載の装置。
5. 少なくとも一つのセンサは、圧力センサである請求項２に記載の装置。
6. 前記終端光学素子は前記ギャップ内の前記液浸流体と境界を接する境界面を有し、前記圧力センサは更に前記ギャップ内の前記液浸流体の動きによって生じる前記境界面に対して実質的に法線方向の圧力変化を計測するように構成された請求項５に記載の装置。
7. 前記センサは、圧力計、キャパシタンス圧力計及び圧電変換器のセンサ群の一つを備える請求項２に記載の装置。
8. 少なくとも一つのセンサは、流体流速センサである請求項２に記載の装置。
9. 前記流体流速センサは、二つのワイヤを備え、前記二つのワイヤの温度を計測することによって、前記終端光学素子の前記表面に垂直な方向における前記液浸流体の速度を計測する請求項８に記載の装置。
10. 前記流体流速センサは、静的タップ壁を有するリード管を備える請求項８に記載の装置。
11. 前記流体流速センサは、静圧孔を有するピトーリード管を備える請求項２に記載の装置。
12. 前記センサは、前記液浸流体によって生成される静的圧力の変化を計測するように構成された請求項２に記載の装置。
13. 前記センサは、前記液浸流体によって生成される動的圧力の変化を計測するように構成された請求項２に記載の装置。
14. 各々が前記終端光学素子の近傍に位置付けられた複数のセンサを更に備える請求項１に記載の装置。
15. 前記アクチュエータは、前記ギャップ中の前記液浸流体の動き及び／又は前記ステージの移動によって生じる、前記終端光学素子及びステージにかかる力の変化を補償するように構成されている請求項１に記載の装置。
16. 前記アクチュエータは、前記終端光学素子の表面近傍の互いに異なる位置に配置された複数のアクチュエータを含む請求項１に記載の装置。
17. 前記アクチュエータは、ピストン、ダイヤフラム、ベローズ、圧力水頭部分真空チューブ、及び電気毛管圧力素子のアクチュエータ群の一つを備える請求項１５に記載の装置。
18. 前記アクチュエータは、前記終端光学素子の近傍に位置付けられ、前記終端光学素子及びステージにかかる動的な力を補償するように構成されており、
    前記動的力制御系は、
    前記液浸流体に接触して且つ前記終端光学素子の表面の近傍に位置付けられたセンサと、
    前記センサに応答して前記アクチュエータを制御して、前記センサで計測された、前記ギャップ中の前記液浸流体の動き及び／又は前記ステージの移動によって生じる前記終端光学素子及びステージに対してかかる動的な力を補償するように構成されたコントローラと、を備える請求項１に記載の装置。
19. 前記コントローラは、適応フィルタアルゴリズムを用いて前記アクチュエータを制御する、請求項１８に記載の装置。
20. 前記センサは、（ｉ）前記ステージの移動に起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、（ｉｉ）前記液浸流体の注入及び除去に起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、（ｉｉｉ）前記アクチュエータに起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、及び（ｉｖ）前記液浸流体によってもたらされる、検出された前記静的圧力変化、の成分のうちの１つ以上を示す圧力信号を生成するように構成されている、請求項１８に記載の装置。
21. 前記コントローラは、前記センサからの前記圧力信号、及び流速信号に応じて制御信号を生成して、前記アクチュエータを制御するように構成された請求項２０に記載の装置。
22. 前記アクチュエータが、前記終端光学素子の近傍に配置され、前記ギャップを介した前記液浸流体の動き及び／又は前記ステージの移動に起因して前記液浸流体によってもたらされる力の動的変化を補償するように構成された複数のアクチュエータを含み、
    前記動的力制御系は、
    前記液浸流体の速度を計測するように構成された複数の速度センサと、
    複数のセンサであって、前記終端光学素子の近傍に前記液浸流体に接触して配置され、（ｉ）前記ステージの移動に起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、（ｉｉ）前記液浸流体の注入及び除去に起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、（ｉｉｉ）前記複数のアクチュエータの各々に起因して前記液浸流体によってもたらされる、検出された圧力変化、及び（ｉｖ）前記液浸流体によってもたらされる、前記検出された静的圧力変化の成分のそれぞれを示す圧力信号を生成するようにそれぞれ構成された複数のセンサと、
    前記複数のアクチュエータに対して複数の制御信号をそれぞれ生成するように構成され、前記複数のセンサからの複数の圧力信号に応じて前記複数の制御信号をそれぞれ生成するコントローラと、を更に備える請求項１に記載の装置。
23. 前記複数のセンサ及び前記複数のアクチュエータは、前記光学系の前記終端光学素子の周囲に配置されている、請求項２２に記載の装置。
24. 前記コントローラは、制御信号を生成して前記アクチュエータを制御するように構成されており、前記制御信号は、（ｉ）前記ステージの移動、（ｉｉ）前記ギャップから液浸流体を注入し且つ除去するように構成された流体注入／除去装置、及び（ｉｉｉ）前記センサによって計測される圧力信号の１つ以上からの情報を用いるアルゴリズムから生成される、請求項１８に記載の装置。
25. 前記コントローラは、前記アルゴリズムを用いることによって更に、一定期間にわたって学習された前記制御信号を予測する、請求項２４に記載の装置。
26. 前記アルゴリズムは適応フィルタを用いて、前記ステージ並びに流体注入及び除去の動きに応じた前記液浸流体の挙動のモデルを生成する、請求項２５に記載の装置。
27. 前記アルゴリズムは、前記ステージの動き及び前記流体注入及び／除去に応じた前記液浸流体の挙動をモデル化する数学モデルを用いて、前記制御信号を予測する、請求項２５に記載の装置。
28. 前記アルゴリズムは、前記ステージの動き及び前記流体注入／除去に応じた前記液浸流体の挙動をモデル化するニューラル・ネットワークを用いて、前記制御信号を予測する、請求項２５に記載の装置。
29. 前記アルゴリズムは、前記センサにおける環境条件変化を補償するための、前記アルゴリズムを適応させる適応特性を更に含む、請求項２５に記載の装置。

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