JP2005123305A

JP2005123305A - 液浸型露光装置

Info

Publication number: JP2005123305A
Application number: JP2003354931A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Miyazaki; 恭一宮崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】液浸型露光装置において、投影光学系最下部とウエハ間に整流板を用いて液体を流すことで温度分布を一定にし、屈折率分布を無くすことで露光性能の安定を得る。
【解決手段】投影光学系と、ウエハ、ウエハステージ、ウエハステージ台、整流板からなるウエハステージ部と、ポンプ、液体の調温槽、温度の制御部等からなる液の循環部において、ウエハステージ部に溜められた液体に流れを作り、整流板によって流れを整え、最終レンズ下の流速分布を一定に近づける事を特徴とする液浸露光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は液浸型露光装置、特に半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ用のガラス基板等の被処理体に投影露光する液浸型露光装置に関わる。

近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えばマスクパターンに対するデザインルールは、ラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の線幅を広範囲に形成する事が要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行する事が予想されている。なお、Ｌ＆Ｓは露光においてラインとスペースが等しい状態でウエハ上に投影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。

半導体製造用の代表的な露光装置である投影光学系は、レチクルまたはマスク上に描画された回路パターンからの回折光をウエハ上に縮小して結像させるものであり、解像度を向上させる為には光源の波長を短くする事、投影光学系の開口数（ＮＡ）を上げる事が有効であり、それと同時に、投影光学系の収差を極めて小さく抑えることが必要である。

そこで、上記開口数（ＮＡ）を上げる手段として、最終レンズとウエハ間を液体で満たし、露光を行う液浸型の露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来型の液浸型でない露光装置についての説明を行う。

半導体露光装置は、数多くの異なる種類のパターンを有する原版（レチクル）をシリコンウエハ（基板）に転写する装置である。高集積度の回路を作成するためには、解像性能の向上が不可欠である。

図５を使用し、従来の投影露光装置の要部を説明する。

図５において、不図示の露光光源から射出された照明光ＩＬは整形光学系、コンデンサレンズ、視野絞り等を経た後、コンデンサレンズ５１を介してマスクとしてのレチクル５２のパターン面を照射する。照明光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ線、ＫｒＦもしくはＡｒＦ等のエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光等が使用できる。照明光ＩＬのもとでレチクル５２のパターンの像が投影光学系５０を介して投影倍率β（例えば１／４、１／５）で基板としてのレジストが塗布されたウエハ５４の表面に投影露光される。

レチクル５２およびウエハ５４はそれぞれレチクルステージ５３およびウエハステージ５５上に保持されている。そして、レチクルステージ５３は、投影光学系５０の光軸ＡＸに垂直な平面内でレチクル５２の位置決めを行い、ウエハステージ５５は光軸ＡＸに垂直な平面内でウエハ５４のステップ移動および位置決めを行うと共に、ウエハ５４の表面が投影光学系５０の像面に合致した状態で露光が行われるように、オートフォーカス方式でウエハ５４の光軸ＡＸに平行な方向の位置（フォーカス位置）の制御を行う。露光時には、ウエハ５４上の一つのショット領域への露光が終わると、ウエハステージ５５のステップ移動によって次のショット領域が投影光学系５０の露光領域に移動して、レチクル５２のパターン像の露光を行うという動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。

液浸型の露光装置は図５における投影光学系５０の最下部とウエハ５４の間を液体で満たしたものである。

その一例を図６に示す。

図６においてＬＥ１が投影光学系の最下部のレンズ素子であり、それを支える鏡筒の縁部１１４は液体ＬＱがスムーズに流れるよう、丸くなっているのと共に、同じ目的で、レンズ素子ＬＥ１の下面Ｐｅと鏡筒の下面は同一平面になっている。

一方、ウエハＷは、配管１１２を介して吸着面１１３に真空吸着され、その状態で露光が行われる。
特開平１０−３０３１１４号公報

従来の技術で説明したように、液浸型の露光装置で露光を行うと、図６に示すレンズ素子ＬＥ１を通って露光光がウエハＷに到達するが、その際、ウエハＷにおいては露光光が当たった部分にのみ露光エネルギーが蓄積され、それが熱となって発生する。また、レンズ素子ＬＥ１の下面ＰｅとウエハＷ間の液体部分においても、露光光が通る部分だけエネルギーが蓄積され、その部分においても熱が発生する。

屈折率の温度係数は液体と気体で大きく異なり、例えば空気では−９×１０^−７／℃であるのに対し、水では−８×１０^−５／℃であるので、温度に対する屈折率の敏感度が水を使用する方が１００倍程度敏感になり、温度分布による収差発生量も空気の場合と桁違いに大きくなってしまう。

よって、露光光によって発生する熱は、何らかの方法で除去し、液体の温度を０．０１℃程度の温度分布で一定にする事が必要となる。

このような課題に対し、上記特許文献１では、図６において、液体管理された液体ＬＱを使用しているが、液体の温度管理がなされるのは、露光と次の露光の間だけであり、露光中は、液体ＬＱは壁部ＬＢで囲まれた部分に溜まっているだけである。

そのため、露光中、露光光が照射されているウエハの一部分、露光光が透過している液体の部分の温度が上昇し、しかもウエハと液体の温度の上昇率が異なるので、最終レンズ下の液体の部分で、縦方向、横方向共に温度分布が発生し、屈折率が部分的に変化するので露光性能が安定しないという課題が発生していた。

本発明は、上記問題点に着目して成されたものであって、投影光学系最下部とウエハ間に整流板を用いて液体を流すことで温度分布を一定にし、屈折率分布を無くすことで露光性能の安定を得ることのできる液浸型露光装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の発明は、投影光学系最終レンズとウエハ間の液体部分に流れを作る際、整流板を１枚配置する事で、渦や淀み等を排除しつつ最終レンズ下面部分にも流れを作り、液体部分の温度を一定に保つものである。

さらに本発明に係る第２の発明は、投影光学系最終レンズとウエハ間の液体部分に流れを作る際、整流板を２枚上下対向する位置に配置する事で、渦や淀み等を排除しつつ、さらに流れを絞り込む事で上記最終レンズ−ウエハ間の流速を一定にし、温度を一定に保つものである。

こうすることで、投影光学系の最終レンズとウエハ間の液体部分における温度分布を一定に保つ事ができるので、屈折率が一定となり、安定した露光性能を得る事が可能となる。

以上の構成を、改めて以下（１）〜（５）に整理して示す。

（１）投影光学系と、ウエハ、ウエハステージ、ウエハステージ台、整流板からなるウエハステージ部と、ポンプ、液体の調温槽、温度の制御部等からなる液の循環部において、ウエハステージ部に溜められた液体に流れを作り、整流板によって流れを整え、最終レンズ下の流速分布を一定に近づける事を特徴とする液浸露光装置。

（２）前記整流板は、１枚ないしは２枚の薄型の板から成り、最終レンズ径よりも幅が広いことを特徴とする前項（１）記載の液浸露光装置。

（３）前記整流板は、ウエハおよびステージ台の移動に係らず、固定されていることを特徴とする前項（１）記載の液浸露光装置。

（４）前記整流板は、液体の流れを絞り込むように配置されていることを特徴とする前項（１）記載の液浸露光装置。

（５）前記最終レンズ下の液の流速分布は、ウエハステージの移動速度よりも十分大きい事を特徴とする前項（１）記載の液浸露光装置。

液浸型露光装置の液体供給部に整流板を配置し、また温度制御をすることにより、投影光学系の最下面とウエハの間に露光熱が留まることなく一定の温度の液体を供給する事ができるので、液体の屈折率が一定になり、投影光学系による安定した露光性能が得られる。

また、整流板を配置する事で、供給された液体の流れが鏡筒やウエハチャック等にぶつかる事がないので、急激な圧力変化によるキャビテーションも無くなり、マイクロバブルの発生を抑制するという効果もある。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１を用いて、第一の実施例を説明する。

図１において１が投影光学系の最終レンズ、２がその最終レンズ１を保持する鏡筒、３がウエハ、４がウエハ３を保持するウエハチャック、５がウエハチャック４に埋め込まれた温度センサ、６がウエハ３と共に移動するステージ台、７が液体、８が一枚の整流板、９が液体７の調温槽、１０が調温槽９内部に配置される調温器、１１が調温槽９内部に配置される攪拌器、１２が液体７を循環させるポンプ、１３が温度制御部、１４がステージ台６内に液体７を供給する供給口、１５が同じく液体７を排出する排出口、１６が液体７を循環させる管、２１が最終レンズ１を透過し、ウエハ３上に到達する露光エリア、２２が露光光、ｄが最終レンズ１の直径、Ｌが整流板８の幅を示す。

図１において、露光光２２は投影光学系を透過し、最終レンズ１を経てウエハ３上に到達する。ウエハ３はウエハチャック４上に搭載され固定される。ウエハチャック４はステージ台６に取り付けられており、不図示のアライメント系の光学系により、最終レンズ１とウエハ３との適当な間隔を保ちつつ、一括露光＆リピートもしくはスキャン＆リピート方式で１箇所の露光が完了すると、ステージ台６が移動し、最終レンズ１の下にウエハ３の未露光の部分を持って来て、次の露光をする。そしてこれが繰り返され、ウエハ３の全面に回路パターンが露光される。さらに、ステージ台６は上記働きに加え、液体７を溜める働きもしている。液体７は水もしくはフォンブリングリスを使用する。

ステージ６には管１６にて調温槽９、ポンプ１２が連結されており、ポンプ１２の働きで、液体７はステージ台６の排出口１５から排出、供給口１４から供給され、循環している。

調温槽９は液体７の温度を一定にする役割がある。まず、ウエハチャック４に埋め込まれた温度センサ５にて露光エリア２１付近の温度を測定し、その信号が温度制御部１３に入り、そのフィードバックの信号を調温槽９内の調温器１０に伝え、調温槽９内部で液体７の温度が一定になるよう制御する。調温槽９内部の攪拌器１１は、調温槽９内の液体７をかき混ぜて温度分布を一定にする働きをしている。

次に整流板８について記す。

整流板８は、図１に示すとおり、ステージ台６の供給口１４付近に配置されており、供給口１４から供給される液体７を滑らかに最終レンズ１の下面に導く働きをしている。その形状は、図に示すように、流れを絞り込ませるような滑らかの曲線で成り立っており、紙面垂直方向には、Ａ矢視図で示すとおり、その幅Ｌが最終レンズ１の直径ｄよりも大きくなるようにしてある。こうする事で、最終レンズ１の下面下全ての部分において液体７の流れを滑らか、かつ一定の流速に近づける事が可能となる。さらに、整流板８が存在する事により、供給口１４から供給された液体７が鏡筒２に直接ぶつかることがなくなるので、直接ぶつかる事で懸念されるキャビテーションによるマイクロバブルの発生をも抑制する事が可能となる。

また、整流板８はウエハ３及びステージ台６が移動しても、最終レンズ１との相対位置が移動しないように固定されている。固定方法は示していないが、例えば鏡筒２もしくは、その他、固定された部材に固定している。そのため、整流板８の位置は、ステージ台６が移動しても干渉しない位置に、さらには、露光光２２に影響を与えないぎりぎり近づけた位置に配置してある。

次に、図２を用いて液体７の流速について説明する。

図２において、２６は、ウエハ３がウエハチャック４に固定され、移動したときの速度ベクトル（ウエハチャック移動速度）、２７がその移動により引っ張られて発生する液体７の流速分布（移動速度分布）を示す。また、整流板８によって最終レンズ１下面に導入された液体７の流速分布を２８に、さらに、流速分布２７によって変化した液体７の流速分布を２８’に示す。

図２に示すとおり、仮に液体７が溜められたままで動きが無い場合を考えてみると、上記のとおり、ウエハチャック４の移動により、液体７は２７に示すような流速分布を示す。すなわち、最終レンズ１の下面付近が最も流れの弱い部分であり、露光光がそこを通過すると、下面付近の温度が上昇し、そのままその場に蓄積され、温度分布が発生してしまう。その熱を排除する目的で液体７を循環させた場合の流速分布を示したのが２８であり、整流板８にて液体７の流れを絞り込ませているので、最終レンズ１の下面付近にも流れを作る事が可能となる。流速分布２８の大きさは、ウエハチャック４の移動によってできる流速分布２７の大きさと比較して十分に大きい事が望ましい。何故ならば、流速分布２７による循環させる液体７の流速分布２８への影響を小さくする事が必要だからである。そうすることで、最終レンズ１下面の流れの下流側の流速分布２８’は上流側の流速分布２８と大きな違いが無くなる。よって、最終的にレンズ１下面において同一方向への安定した流れを供給する事が可能となる。

以上のとおり、整流板８と上記の構成を用いる事で、一定の温度の安定した流れを最終レンズ１の下面とウエハ３の間に作る事が可能となるので、液体７の屈折率が一定になり、投影光学系による安定した露光が可能となる。

（実施例２）
次に、図３を用いて第２の実施例を説明する。図３において実施例１を示した図１と異なっているのは、整流板の形だけである。

まずは整流板１８について説明する。

整流板１８は、図３に示すとおり、ステージ台６の供給口１４付近に配置されており、供給口１４から供給される液体７を滑らかに最終レンズ１の下面に導く働きをしている。その形状は、図に示すように、上下対称な形状で２枚の板から成り、流れを絞り込ませるような滑らかの曲線で成り立っている。紙面垂直方向には、Ａ矢視図で示すとおり、その幅Ｌが最終レンズ１の直径ｄよりも大きくなるようにしてある。こうする事で、最終レンズ１の下面下全ての部分において液体７の流れを滑らか、かつ一定の流速に近づける事が可能となる。さらに、整流板１８が存在する事により、供給口１４から供給された液体７が鏡筒２、さらにはウエハステージ４の端面に直接ぶつかることがなくなるので、直接ぶつかる事で懸念されるキャビテーションによるマイクロバブルの発生をも抑制する事が可能となる。

また、整流板１８はウエハ３、ステージ台６が移動しても、最終レンズ１との相対位置が移動しないように固定されている。固定方法は示していないが、例えば鏡筒２もしくは、その他、固定された部材に固定している。そのため、整流板１８の位置は、ステージ台６が移動しても干渉しない位置に、さらには、露光光２２に影響を与えないぎりぎり近づけた位置に配置してある。

以上のとおり、実施例１と異なるのは、整流板１８が２枚構成になり、上下対称な形状で対向されて配置される事になる。このように配置することで、ステージ台６に溜められた液体７の底の方の流れをも最終レンズ１下面とウエハ３の間に導く事ができるので、実施例１よりも安定した流速を達成する事が可能となる。

次に、図４を用いて液体７の流速について説明する。

図４において、２６は、ウエハ３がウエハチャック４に固定され、移動したときの速度ベクトル、２７がその移動により引っ張られて発生する液体７の流速分布（移動速度分布）を示す。また、整流板１８によって最終レンズ１下面に導入された液体７の流速分布を２９に、さらに、流速分布２７によって変化した液体７の流速分布を２９’に示す。

本実施例においては、整流板１８を２枚の対称形状の板を対向して配置し、液体７の流れを滑らかに絞り込んでいるので、流速分布２９はほぼ一定の流速となる。ウエハチャック４の移動で作られる流速分布７との大きさの関係は実施例１と同様であり、流速分布２９の方が流速分布２７よりも十分大きいので、最終レンズ１の下流側の流速分布２９’も流速分布２９と比較して大きく変化する事は無い。よって、最終的にレンズ１下面において同一方向への安定した流れを供給する事が可能となる。

整流板１８以外の構成および働きについては実施例１と同様であるので省略する。

以上のとおり、整流板１８と上記の構成を用いる事で、一定の温度の安定した流れを最終レンズ１の下面とウエハ３の間に作る事が可能となるので、液体の屈折率が一定になり、投影光学系による安定した露光が可能となる。

本発明の第１の実施例を表す図第１の実施例における流速分布を説明する図本発明の第２の実施例を表す図第２の実施例における流速分布を説明する図従来例の露光装置全体構成を説明する図従来例の液浸部分詳細を説明する図

符号の説明

１最終レンズ
２鏡筒
３ウエハ
４ウエハチャック
５温度センサ
６ステージ台
７液体
８，１８整流板
９調温槽
１０調温器
１１攪拌器
１２ポンプ
１３温度制御部
１４供給口
１５排出口
１６管
２１露光エリア
２２露光光
２６ウエハチャック移動速度
２７液体移動速度分布（流速分布）
２８，２８’ 流速分布
２９，２９’ 流速分布
ＩＬ照明光
ＡＸ光軸
５０投影光学系
５１コンデンサレンズ
５２レチクル
５３レチクルステージ
５４ウエハ
５５ウエハステージ
ＬＥ１最下部のレンズ素子
ＬＱ液体
Ｐｅレンズ素子の下面
１１２配管
１１３吸着面
１１４鏡筒の縁部

Claims

投影光学系と、ウエハ、ウエハステージ、ウエハステージ台、整流板からなるウエハステージ部と、ポンプ、液体の調温槽、温度の制御部等からなる液の循環部において、ウエハステージ部に溜められた液体に流れを作り、整流板によって流れを整え、最終レンズ下の流速分布を一定に近づける事を特徴とする液浸露光装置。
前記整流板は、１枚ないしは２枚の薄型の板から成り、最終レンズ径よりも幅が広いことを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
前記整流板は、ウエハおよびステージ台の移動に係らず、固定されていることを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
前記整流板は、液体の流れを絞り込むように配置されていることを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
前記最終レンズ下の液の流速分布は、ウエハステージの移動速度よりも十分大きい事を特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。